DE3002514A1

DE3002514A1 - Vorrichtung und verfahren zur durchfuehrung von brustuntersuchungen mittels ultraschall

Info

Publication number: DE3002514A1
Application number: DE19803002514
Authority: DE
Inventors: Robert W Cribbs
Original assignee: Litton Industrial Products Inc
Current assignee: Western Atlas Inc
Priority date: 1979-02-05
Filing date: 1980-01-24
Publication date: 1980-08-07
Also published as: FR2455452B1; GB2111347A; GB2043397A; GB2111347B; FR2455452A1; NL8000137A; GB2043397B; CA1153098A; JPS55110536A

Description

TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung van Brustuntersuchungen mittels Ultraschall.

In eine zu untersuchende Körperregion abgegebene Ultras schallimpulse uierden durch in ihrer Ausbreitungsstrecke liegende, auf Dichteänderungen beruhende Unstetigkeiten partiell reflektiert. Ihre Echoamplituden sind ein Maß für die Stärke der Dichteänderungen, und ihre Laufzeiten entsprechen den Entfernungen zwischen Wandler und Unstetigkeiten.

Bei der Untersuchung und inBbes. bildlichen Darstellung der untersuchten Region wird zwischen dem Ultraschallwandler und dem zu untersuchenden Körperteil des Patienten ein Übertragungsmedium uiie Wasser eingesetzt, weil ein Direktkantakt zwischen Patient und Wandler die Region stören und zu unbrauchbaren Daten führen würde. Deshalb wird der Patient kontaktlos über das üblicherweise aus Wasser bestehende Übertragungsmedium, das die akustische Ausbreitungs-

2Ü strecke zwischen Wandler und Region bildet, beschallt.

Derartige Übertragungsmedien werden bei Ultraschall-Brustuntersuchungen allgemein benutzt, jedoch bereitet es Schwierigkeiten die Brust dabei ruhig zu halten. An sich sind abbildende Ultraschall-Untersuchungssysteme für groß angelegte Reihenuntersuchungen in Verbindung mit der Krebsfrüherkennung sehr erwünscht, und nicht nur im Hinblick auf die Gewebeschädigungen durch Röntgenstrahlen bei Alternativsystemen, sondern weil die Ultraschalluntersuchung wichtige Informationen liefern könnte, die bei der Röntgsn-

3U untersuchung nicht anfallen. Dafür gibt es Hinweise. Bei-.spielsweise enthalten viele ductale Karzinome in sich

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nekratische Gewebeherde, die aufgrund der unterschiedlichen biaphysikalischen Eigenschaften von gesundem und nekroti^achem Gewebe durch Ultraschall identifizierbar sind, van denen jedoch viele mangels Kalkablagerung durch Röntgenstrahlen nicht zu erkennen sind«,

Zum Stand der Technik werden nachstehende Aufsätze genannt: Unter dem Titel "A Combined Clinical and Research Approach to the Problem of Ultrasound Visualization of the Breast" beschreiben E. Kelly - Frye et al auf Seite 309 - 320 von Heft 1/1975 "Ultrasound in- Medicine" die Beschallung der in Wasser hängenden Brüste einer auf dem Bauch liegenden Patientin. Unter dem Titel "Ultrasound Mammography" beschreibt G. Baum in Heft 2/1976 auf Seite kS3 - UlQ derselben Fachzeitschrift die Untersuchung der durch ein run= des Seitenloch eines den Wandler enthaltenden Wasserbehälters geführten Brust einer sitzenden Patientin. Auf den Seiten BkO - 951 von Heft 33 der Fachzeitschrift "Cancer" beschreibt T. Kobayashi 197t* unter "Differential Diagnosis of Breast tumors" einen den Wandler enthaltenden üJassersack aus Kunststoff, der mit einem Übertragungsgel als Zwischenschicht auf die Brust einer auf dem Rücken liegenden Patientin gelegt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung von Körperteilen wie insbes. der Brust aufzuzeigen, die besonders für Reihenuntersuchungen, bei denen es auf den Zeitaufwand ankommt, geeignet sind.

Eine erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist in Bezug auf die Vorrichtung im Patentanspruch 1 angegeben, und ein erfindungsgemäßes Verfahren enthält der Patentanspruch 1**.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein Behälter, der

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mit seiner keinen Baden aufweisenden Unterseite auf die eine oder beide Brüste eines auf dem Rücken liegenden weiblichen Patienten gesetzt wird, daß er vorzugsweise den Bereich von Achsel zu Achsel bedeckt. Es genügt, wenn der Behälter unterseitig etwa an die Körperkonturen angepaßt ist, da die vorzugsweise als dehnbare Membran ausgebildete Dichtung sich flexibel an den Körperumfang anpaßt und so auf der Haut wasserdicht abschließt.

Sobald Wasser in den Behälter eingefüllt ist nehmen die Brüste aufgrund des Brustgewebe-Auftriebs eine natürliche Form an, und die Schallbestrahlung führt dementsprechend zu genauen und deutbaren Ergebnissen.

Der erfindungsgemäße Behälter bietet im Gegensatz zum Stand der Technik folgende Vorteile:

' 1) Die Untersuchung kann einen großen Bereich der Brust erfassen;

2) an der Haut haftende Blasen sind sichtbar und leicht zu entfernen;

3) es gibt keinen Kunststoff zwischen liiasser und Haut; 2G 4) ohne wesentliche Verlängerung der gesamten Untersuchungszeit kann für jeden Patienten eine frische klassermenge verwendet werden;

5) es genügt eine relativ kleine LJassermenge, was den Untersuchungsablauf beschleunigt.

Von besonderer Bedeutung ist der unter k) genannte Worteil. Die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit in Brustgewebe ist von Person zu Person stark unterschiedlich, im allgemeinen nimmt sie mit zunehmendem Alter deutlich ab. Zur Vermeidung von Entfernungsfehlern bei der Auswertung der Bilddarstellungen muß deshalb eine Korrektur der Ist-Geschwindigkeit erfolgen. Die Möglichkeit, jedem Patienten eine frische Lüassermenge zu geben, ist günstig für eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren enthaltene Kompensatianstechnik. Danach

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kann die Dichte des Wassers bzw. statt dessen verwendeten Übertragungsmediums und folglich die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit darin genau passend zu der Schallgeschwindigkeit in der Brust des betreffenden Patienten eingestellt werden.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen im Schnitt dargestellten erfindungsgemäßen 1Q Flüssigkeitsbehälter zur Durchführung*von Brust

untersuchungen mittels Ultraschall,

Fig. 2 eine separate Perspektivdarstellung eines Rahmens des Behälters,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Behälter, und Fig. k eine Teilansicht von unten auf der Abdichtung

am Körper eines Patienten dienende Elemente des Behälters.

Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Behälter 10 hat einen vorzugsweise aus einem Acrylharz wie Plexiglas hergestell-

2_D ten und relativ zu einem Untersuchungstisch 16 um eine

Achse 1*t schwenkbaren Rahmen 12. Auf diese Weise kann er beim Zu- oder Abgang des Patienten vom Tisch abgeschwenkt und bis in eine durch einen Anschlag 18 bestimmte Arbeitsstellung über dem liegenden Patienten geklappt werden* In Fig. 2 erkennbare Ausschnitte 11G und 112 in zwei der Wände 102, 104, 106, 108 des Rahmens 12 sind der Kontur des auf dem Rücken liegenden Patienten angepaßt, dessen Brustkorb sich unter dem Bereich zwischen den Wänden 102 und 106 befindet.

In dem Rahmen 12 befindet sich gemäß Fig. 1 eine vorzugsweise aus 9 mm dickem Neopren, einem dauerhaften sowie leicht form- und reparierbaren Material hergestellte wasserdichte ·Auskleidung 20, deren Randzone 20a über die Rahmenoberkante gelegt und daran befestigt ist.

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Flg. 3 zeigt Farm und andere Einzelheiten der Auskleidung Sie ist aus vier iMeaprenabschnitten 22 im Verlauf van Nahtlinien Zk mittels eines abdichtenden Klebers zusammengefügt und bildet in der Mitte eine ovale Öffnung 26, uielche die Brus.t der Patientin sd umschließt, daß ihre Brüste sich innerhalb des ausgekleideten Behälters 10 befinden. Die Seitenujände der Auskleidung 20 sind sd geformt, daß sie spannungsfrei an den Wänden des Rahmens 12 anliegen, ωεππ der Behälter später mit Wasser gefüllt wird. Diese Spannungs-1U freiheit ist wichtig für die Abdichtung zwischen Behälter und Körper des Patienten.

Die Abdichtung zwischen Patientenhaut und Behälter wird durch eine die Öffnung 25 umgebende aufblasbare Membran 28 erzielt, die vorzugsweise aus 3mm dickem Neopren besteht. Eine Erweiterung 30 derselben liegt am Brustbein des Patienten an, um den Bereich zwischen den Brüsten ballonartig abzudichten, wenn die Membran 28 aufgeblasen wird.

Gemäß Fig. k ist die Membran 28 an einem Neapreneinsatz 3*+ festgeklebt, welcher seinerseits in einem Bereich unterhalb

2D der Membran 28 mit der Auskleidung 20 verklebt ist. Äußere Umfangsabschnitte 36 von Einsatz 3k sind nicht mit der Auskleidung verbunden und bilden Umfangslaschen, an denen seitlich in Abständen mehrere Spannbänder kü befestigt sind, die gemäß Fig.1 so unter dem Patienten hindurchgeführt und festgezogen werden, daß sje zusätzlich Abdichtkräfte zwischen Membran und Patient erzeugen. Diese Spannbänder kQ sind vorzugsweise an der Gegenseite des Behälters 10 mittels sogenannter Velcra-Streifen befestigt, welche an Behälter und Spannband angebracht sind. Diese Uelcro-Streifen gestatten eine stufenlose Justierung der wirksamen Länge jedes Spannbandes und damit eine genaue Anpassung an individuelle Körpermaße.

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Nach dem Absenken des ausgekleideten Behälters 1D und dem Aufblasen der Membran 28 über ein Ventil k2 kann zunächst eine kleine UJassermenge van oben in den Behälter eingefüllt werden, um die Dichtigkeit zwischen Membran und Patient zu überprüfen und die Spannbänder ^O ggf. zu justieren,,

Wie eingangs erwähnt gibt es unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten von Brust zu Brust, die erfindungsgemäß kompensiert werden. Zu diesem Zwecke wird vor der eigentliehen Untersuchung die Brust-Schallgeschwindigkeit mittels IQ einer Vorrichtung gemessen, an der ein Ultraschallsender und-Empfanger in einem verstellbaren Abstand so befestigt sind, daß beide Wandler an der Brust anliegen. Auf Wunsch kann ein Übertragungsgel verwendet werden«

Sender und Empfänger sind an ein dem Fachmann bekanntes ^5 A-Bilddarstellungssystem angeschlossen, und die Laufzeit

zwischen Aussendung und Empfang des Impulses wird auf einer Kathodenstrahlröhre des Systems angezeigt. Zum Messen der Ultraschall-Laufzeit wird die Frontflanke der A-Aufzeichnungsspur zum Sendeimpuls in die Bildschirmmitte gelegt 2Q ohne Änderung des Abstands zwischen Sender und Empfänger wird die Hilfsvorrichtung in eine Flüssigkeit mit normaler Schallgeschwindigkeit (beispielsweise reines Wasser mit konstanter Temperatur) getaucht und dann die Echcposition links oder rechts von der Mitte (AT) aufgezeichnet» Dann wird die Untersuchungs-Laufzeit T ermittelt» Die Schallge-. schuiindigkeit in der Brust ist dann .. .. _(Λ ^ΔΤ ^

υ_Β - v_R η + -j ; ,

worin V_n die Referenzgeschwindigkeit ist= Dabei braucht κ

der Abstand zwischen den Wandlern nicht bekannt zu sein» Ferner braucht die Genauigkeit der beiden Messungen von 3Q T und Δι nicht grüß zu sein, weil es nur um die Abweichung von der I\!enn-Geschwindigkeit geht, nicht um die Geschwindigkeit an sich.

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Die Meßeinrichtung iat keineswegs auf ein Α-Aufzeichnungssystem beschränkt, vielmehr kann das Meßergebnis eines Patienten auf diese Weise angezeigt werden, mährend ein anderer Patient mit einem B-Aufzeichnungssystern untersucht wird. Normalerweise werden beide Brüste mit dem gleichen Abstand zwischen Sender und Empfänger untersucht. Somit sind nur drei Messungen erforderlich: AL (linksseitige Laufzeit), Λ T_n (rechtsseitige Laufzeit) und T.

Bei der Untersuchung liegt der Patient auf einer Watte, 1U der Behälter 1D wird über eine oder beide Brüste abgesenkt und mit einer Lösung gefüllt, uielche die gleiche Schallausbreitungsgeschwindigkeit uiie die Patientenbrust hat. Da Salzwasser eine höhere Schallgeschwindigkeit aufweist als Süßwasser, kann auf einfache Weise in Abhängigkeit von den beobachteten Echopositionen Δ T nach einer Tabelle eine entsprechende Lösung als Kombination aus Wasser und Salzwasser zusammengestellt werden. Sollte eine kleinere Schallgeschwindigkeit als die von Süßwasser benötigt werden (was bei einem geringen Prozentsatz von Patienten vorkom-2Ü men kann), dann läßt sich durch Zusatz gewisser üle diese Bedingung erreichen.

Sobald der Behälter 1Ü gefüllt ist und die Brüste in ihrer natürlichen Form aufschwimmen, kann die Untersuchung durchgeführt werden. Dabei muß auch die Systemelektronik an die Brust-Schallgeschwindigkeit angepaßt werden. Zu diesem Zweck wird entweder die Geschwindigkeit oder die beobachtete Echaposition auf der Α-Darstellung mittels eines Knopfes kalibriert.

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Claims

PATENTANWÄLTE ... 3

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8OOO München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

Case: EPL 77-5A _{24o Januar 1980}

Mü/Gdt -

LITTDN INDUSTRIAL PRGDUCTS, INC=

360 North Crescent Drive Beverly Hills, CA 9021G₁ USA

Warrichtung und V/erfahren zur Durchführung von Brustuntersuchungen mittels Ultraschall

Priorität: 5. Februar 1979, US-Serial-Np. 009 663

PATENTANSPRÜCHE

\ 1. JUorrichtung zur Durchführung von Brustuntersuchungen mittels Ultraschall an einem in Rückenlage befindlichen weiblichen Patienten, gekennzeichnet durch

- einen den Brustkorb des Patienten überspannenden Behälter (1D), der einen im ujesentlichen flüssigkeitsdichten Bereich mit einem Flüssigkeitseinlaß und -auslaB definiert und unterseitig einen Ausschnitt (26) aufweist, dessen Konturen den Urrrissen der überdeckten Hörperregionen des Patienten weitgehend ange-•paBt sind, und

- eine an dem Umfang des Ausschnitts angeordnete aufblasbare Dichtung (28), die über einen Anschluß mit einer Quelle eines Druckmediums verbindbar und in Abdichtkontakt mit dem Körper des Patienten bringbar ist, um die eingelassene Flüssigkeit über den Ausschnitt (26)

■ mit der davon umschlossenen Körperregion in Kontakt zu bringen.

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BAD ORIGINAL

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1G) einen im wesentlichen starren Rahmen (12) und eine wasserundurchlässige Auskleidung (20) aufweist.

3. Vorrichtung nech Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) aus Acrylharz besteht.

k. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (2Q)*aus Neopren besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt (26) so bemessen ist, daß er nur den unmittelbar an die Brüste angrenzenden Bereich bedeckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß zu der Dichtung eine den Ausschnitt umschließende dehnbare Membran (2B) gehört, die mit ihren Rändern abdichtend und so mit der Auskleidung (20) verbunden ist, daß eine dehnbare Kammer zwischen Membran und Auskleidung sowie ein Kanal, durch den über ein Ventil selektiv ein Medium zu- oder ableitbar ist, zu der Kammer gebildet werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

gekennzeichnet durch eine im Betrieb der Vorrichtung mit dem Brustbein des Patienten in Kontakt bringbare Erweiterung (30) der Membran, die bei Expansion der Kammer ballonartig aufgebläht und so an Brustbein und Brüsten des Patienten abdichtend angelegt wird.

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B. Vorrichtung nach Anspruch 6,

gekennzeichnet durch mindestens ein an der Membran (26) befestigbares und um den Körper des Patienten herumführbares Spannband (^Q) zur Erhöhung der Abdichtwirkung zwischen Membran und Körper«

9. Vorrichtung nach Anspruch S,

dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband C+Q) um den Patienten herumgeführt auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters (10) befestigbar ist.

1D. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband mit der gegenüberliegenden Behälterseite über zwischengefügte 3og = Velcro-Streifen verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß zu der Dichtung ein Paar länglicher verformbarer Laschen (36) gehören, die auf beiden Seiten des Patienten von der Auskleidung (2D) ausgehend sich in dem Ausschnitt (26) befinden, so daß sich die Membran zwischen Laschen und Patient befindet; und daß an einem Ende der Laschen Spannbänder (^0) befestigt und zur Erhöhung der Dichtkräfte zwischen Membran und Patient unter dessen Körper hindurchführbar und endseitig fixierbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung an den Spannbändern und an einer Behälteroberfläche sog. Velcro-Streifen angebracht sind«

13. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) über ein Gelenk (1Ό mit einer den Patienten tragenden Fläche (16)

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verbunden ist, so daß er vor bzw. nach einer Untersuchung drehend auf den Patienten absenkbar bzw. abhebbar ist.

Ik. Verfahren zur Ultraschall-Untersuchung eines Körperteils, das in eine als Übertragungsmedium zwischen dem Körperteil und einem sendenden Wandler dienende Flüssigkeit getaucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation van unterschiedlichen Schall-Fortpflanzungsgeschwindigkeiten in Verbindung mit entsprechenden Körperteilen verschiedener Patienten

a) das Körperteil in Kontakt mit sowie zwischen einen sendenden und einen empfangenden Uandler gebracht,

b) eine erste Α-AufZeichnungsdarstellung des zwischen Aussendung und Empfang liegenden Zeitintervalls erzeugt,

c) die beiden Wandler in ihrem gegebenen Abstand in eine Referenzflüssigkeit mit einer charakteristischen Fortpflanzungsgeschwindigkeit gesetzt,

d) eine zweite Α-AufZeichnungsdarstellung des zwischen Aussendung und Empfang des Impulses liegenden Zeitintervalls erzeugt,

e) einem Quantum der Referenzflüssigkeit eine dem Laufzeitunterschied zwischen den Schritten b) und d) entsprechende Menge einer zweiten Flüssigkeit zugesetzt, und

f) das Körperteil in die mittels Schritt e) gefundene Mischung getaucht

werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzflüssigkeit aus , einer aus Salz und Süßwasser bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

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16. Verfahren nach Anspruch 1^ oder 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit aus

einer aus Süßwasser und Salzwasser bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit ein Öl ist, das eine kleinere Schallausbreitungsgeschwindigkeit als Süßwasser hat.

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