DE3222053A1

DE3222053A1 - Vorrichtung zur untersuchung der weiblichen brust mit ultraschall

Info

Publication number: DE3222053A1
Application number: DE19823222053
Authority: DE
Inventors: Walter 8520 Erlangen Hetz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-12-15

Description

Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall, mit einem Ultraschall-Applikator und einem darin beweglich und wenigstens um die Symmetrieachse des Applikators rotierbar angeordneten Sende-/Empfangs-System für Ultraschall sowie einer Wasservorlaufstrecke, wobei der Ultraschall-Applikator eine mit einer Folie abgeschlossene Öffnung zur Aufnahme und zum Ankoppeln der Brust an die Wasservorlaufstrecke aufweist.

Im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen werden derzeit in der Praxis meist solche Mammographie-Geräte verwendet, die mit Röntgenstrahlung arbeiten. Es besteht allerdings das Bedürfnis, auch Mammographie-Geräte mit Ultraschall zu realisieren, da hinsichtlich der StrahlsTbe lastingUltraschall jederzeit unbedenklich angewendet werden kann. Es sind bereits eine Reihe von Vorrichtungen zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall vorgeschlagen worden. Einerseits beruhen die bekannten Geräte auf einer solchen Konzeption, bei der die Patientin bäuchlings auf einer Liege gebettet ist und die Brust durch eine Öffnung der Liege in einen Wasserbehälter eintaucht, in dem ein Ultraschall-Wandler-System zur Abtastung der Brust über die Wasservorlaufstrecke angeordnet ist. Durch Verwendung von Membranen ist es dabei üblich, die eintauchende Brust durch einen gewissen Gegendruck zu kompremieren, was zur Erzielung einer sicheren diagnostischen Aussage wünschenswert ist.

Wht 5 Rl / 09.06.1982

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Insbesondere aus der europäischen Patentveröffentlichung O 032 751 ist ein Gerät letzterer Art vorbekannt, bei dem der Ultraschall-Wandler im Flüssigkeitsbad mechanisch aufgehängt ist und entsprechende Bewegungen zur Realisierung eines Parallel-Scans oder auch Sektor-Scans durchführen kann.

Auf der anderen Seite wurden aber auch bereits Ultraschall-Mammographie-Geräte vorgeschlagen, mit denen Untersuchungen an einer sitzenden Patientin durchführbar sind. Zumindest für den Mediziner sind derartige Einrichtungen bequemer, da hier unmittelbar bei der sitzenden Patientin Vor- und Nachun srsuchungen vorgenommen werden können. Speziell eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 31 36 037 vorbekannt. Diese Vorrichtung besteht aus einem wasser- und druckdichten Kasten, mit einer mit einer flexiblen, ultraschalltransparenten Folie wasserdicht verschlossenen Öffnung, einem Wasserzulauf und -ablauf, einer EntlüJtungseinrichtung und einem in dem Kasten bewegbar angeordneten wasserdichten Schallkopfsystem. Der gesamte Kasten ist als Applikator frei beweglich an einem Stativ angeordnet.

Bei letzterem Stand der Technik noch nicht optimal gelöst ist die Führung des Ultraschall-Wandler-Systems. Es ist dafür ein Einsatz für den Applikator vorgesehen, der mechanisch vergleichsweise kompliziert aufgebaut ist und bei dem das Ultraschall-Wandler-System in Schlitten zur Verschiebung bzw. Verkippung geführt wird. Zusätzlieh ist eine Fernsehkamera vorhanden, um die Position des Ultraschallsystems relativ zum untersuchenden Organ kontrollierbar zu machen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzubilden,

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daß bei möglichst einfachem mechanischen Aufbau des Applikators eine Ultraschall π btastrg der zu untersuchenden weiblichen Brust aus allen Richtungen möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das um die Symmetrieachse des Applikators rotierbare Ultraschall-Wandler-System innerhalb des Applikators an einem Bügel angeordnet ist, welcher einschließlich Wandler-System um eine solche Drehachse verschwenkbar ist, die nahe der Ebene der Applikatoröffnung liegt.

Durch den mechanischen Aufbau des Ultraschall-Systems innerhalb des wassergefüllten Applikators ist die Abtastung der Brust in allen erwünschten Raumrichtungen möglich. In einer vorgegebenen Stellung des Ultraschall-Wandler-Systems kann sowohl eine Rotation des Wandlers um eine Achse erfolgen, die in etwa vom Thorax der Patientin durch die Mamilla verläuft; es kann aber auch ein Verschwenken des Ultraschall-Systems in einer in dazu senkrechter Richtung verlaufenden Achse, d.h. um eine Achse nahe der Thoraxoberfläche, erfolgen. Insgesamt sind Bewegungen des Ultraschall-Systems in allen Raumrichtungen möglich, so daß eine Abtastung des nahezu vollständigen Brust-Volumens erfolgen kann.

Vorzugsweise wird als Ultraschall-Wandler-System ein lineares Array verwendet. Dieses dient insbesondere zur Realisierung eines Parallel-Scans; es ist aber auch ein elektronisch erzeugbarer Sektor-Scan mit einem solchen Array möglich. In beiden Fällen wird ein Ultraschallbild im Real-time-Verfahren erhalten. Daneben ist bei zyklischer Rotation des Wandlersystems mit jeweils anschließendem Verschwenken sowie entsprechender Signalverarbeitung und computergestützter

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Bildberechnung auch eine Ultraschall-Echo-Computertomographie möglich. Außerdem kann als Ultraschall-Wandler-System auch ein mechanischer Sektorscanner verwendet werden.
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Die Abtastung durch Rotation bzw. Verschwenken des Ultraschall-Systems kann kontinuierlich oder auch in definierten Winkel schritten ausgeführt werden. Bei Verwendung von Schrittmotoren ist es besonders vorteilhaft, daß ein reproduzierbares Einstellen von vorgegebenen Winkelpositionen und -belachen für eine Untersuchung möglich ist. Es kann durch Überlagerung der Schwenkbewegung zur Rotationsbewegung der Scan-Bereich verändert werden, was insbesondere für den Beobachter die Möglichkeit eröffnet, bestimmte Veränderungen im Gewebe besser diagnostizieren zu können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Figur 1 den schematischen Aufbau der gesamten Vorrichtung,

Figur 2 einen ersten Schnitt durch den erfindungsgemäßen Applikator,

Figur 3 einen zweiten Schnitt in senkrechter

Richtung zu Figur 2.

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In der schematischen Darstellung der Figur 1 ist mit 1 ein Ultraschall-Applikator bezeichnet. Dieser ist in etwa als rotationssymmetrisches, zylindrisches Gefäß mit einem Applikationsteil 2 ausgebildet und wird anhand der Figuren 2 und .3 im einzelnen beschrieben. An der Rückseite des Ultraschall-Applikators 1 ist ein Bedienfeld 3 angebracht.

Der Applikator 1 ist an seitlichen Drehpunkten 4 und 41 mittels einer Gabel 5 verschwenkbar gehaltert, welche zu einem senkrechten Halterungsrohr 6 zusammengeführt ist.

Der gesamte Applikator 1 ist an einer Stativan-Ordnung 10 frei beweglich aufgehängt. Diese Stativanordnung 10 besteht im einzelnen aus einem starren Kasten 11 für verschiedene Versrogungseinheiten, an dem ein vertikal verschiebbarer Stativpfosten 12 angeordnet ist. Am Stativpfosten 12 ist eine horizontale Quertraverse 13 horizontal verschiebbar angelenkt, von welchem rechtwinklig ein horizontaler Ausleger 14 auskragt. Auf dem Ausleger 14 ist ein Schlitten 15 verfahrbar angebracht, der die Halterung 6 für die Gabel 5 samt Applikator 1 trägt.

Vom Applikator 1 führm ein Wasserschlauch 21 einerseits sowie elektrische Verbindungsleitungen 22 andererseits zum Stativkasten 11 mit den verschiedenen Betriebsgeräten für den Applikator, wie z.B. Pumpe für das im Applikator 1 vorhandene Flüssigkeitssystem.

Die Ultraschall-Steuer- und Bildverarbeitungseinheiten sind vorzugsweise in einer separaten Geräteinheit untergebracht, die nicht dargestellt ist.

Mit dem gesamten Stativteil 10 ist eine Konsole 19 mit einem Patientensitz 20 verbunden. Auf dem Sitz 20 ist eine Patientin P angedeutet.

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Von einer Untersuchungsperson ist der an dem Stativ 10 gehalterte Applikator 1 beliebig frei in allen Raumrichtungen bewegbar. Der Applikator 1 kann dadurch in die geeignete Position zur Patientin gebracht werden, so daß die zu untersuchende Brust volumenmäßig vollständig an das Ultraschall-Untersuchungssystem angekoppelt ist. In dieser Raumlage kann der Applikator 1 mittels Magnetbremsen der Stativanordnung fixiert werden.

Ein Vorteil dieser Geräteanordnung mit sitzender Patientin besteht darin, daß der Arzt als Untersuchungsperson vor bzw. nach der eigentlichen Ultraschall-Untersuchung in gleicher Sitzposition Tastuntersuchungen

u. dgl. durchführen kann. Aufgrund des frei beweglichen Statives ist eine Behinderung durch Geräteteile nicht gegeben.

In den Figuren 2 und 3 ist das Gehäuse des Applikators 1 nach Figur 1 und 2 mit 100 bezeichnet. Das Applikatorgehäuse 100 besteht aus einem oberen Teil 101 und einem unteren Teil 102, welche beide flüssigkeitsdicht zusammengefügt sind. Es wird dadurch ein zylinderförmiges Gefäß gebildet, wobei die Zylinderachse jeweils in der Darstellungsebene verläuft. Das Gehäuseteil ist im oberen Bereich geschlossen ausgebildet, im unteren bzw. vorderen Bereich dagegen offen; das Kennzeichen 103 bezeichnet die Applikatoröffnung. Diese Öffnung ist von einer Membran 104 abgeschlossen.

Das gesamte Applikatorgehäuse 100 ist mit einer ultraschalleitenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser gefüllt. Es ist über einen Wassereinlauf 105 und ein Fluidsystem mit einem externen Flüssigkeitsvorratsbehälter verbunden. Im Normalfall wird die Membran die

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Applikatoröffnung 103 entlang der ausgezogenen Linie verschließen. Beim Ankoppeln der Membran 104 aneire Brust gibt diese entsprechend der Brustkontur nach. Durch Steuerung der Wasserfüllraenge im Applikator 100 ist mittels der Membran 104 eine hinreichende Ankopplung des Brustvolumens an das Flüssigkeitssystem gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die Membran 104 je nach Vorspannung und Wasserdruck eine gewisse Kompression der Brust erzielt.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß der Applikator 100 mittels eines Bügels 106 an einem Stativ aufgehängt werden kann. Der Bügel 106 greift mit Befestigungselementen 107 in die Verbindung der Gehäuseschalen ein, wodurch ein Drehlager 108 gebildet wird.

Im Applikatorgehäuse 100 befindet sich eine flüssigkeitsdichte Kapsel 110, die rotationssymmetrisch zur Achse I des zylindrischen Applikatorgehäuses 100 gelagert ist. Diese in der Applikatorflüssigkeit befindliche Kapsel ist über eine Rotationsmechanik mit einer außerhalb des Applikatorgehäuses 100 befindlichen Antriebseinheit 130 sowie Steuereinheit 140 verbunden. Die Durchführungen durch das Applikatorgehäuse 100 sind flüssigkeitsdicht ausgeführt.

Von der im Applikatorgehäuse 100 befindlichen Kapsel am Gehäuseboden ist exzentrisch ein Ausleger 115 bis etwa zum Fußpunkt des Applikators, d.h. bis in Höhe der Applikatoröffnung 103, geführt. Durch diese exzentrische Führung läßt sich bei Rotation der gesamten Anordnung aus Ausleger 115 und gehäuseinterner Kapsel 110 der Fußpunkt des Auslegers 115 am äußeren Umfang des Applikators herumführen, wobei der innere Bereich der Applikatoröffnung 103 freigehalten wird. Am

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Fußpunkt des Auslegers 115 ist ein Bügel 120 angelenkt, der zunächst parallel zum Ausleger 115 geführt und dann unterhalb der Kapsel 110 in etwa rechtwinklig bis zur Mitte abgekröpft ist. Am abgekröpften Ende des Bügels befindet sich ein Halterungsteil 122 für ein Ultraschall-Sende-/Empfangssystem 125.

Der an den Ausleger 115 angelenkte Bügel 120 ist also um eine Achse II näceder Ebene der Applikatoröffnung 103 verschwenkbar. Mittels eines Führungsteiles 121 ist der Abstand des Wandlersystems von der Applikatoröffnung veränderbar.

In der wasserdichten Kapsel 110 ist ein Schrittmotor 112 mit Antrieb 113 angeordnet. Über ein Zahnradriemengetriebe, bestehend aus Zahnrädern 116 und 117 und zugehörigem Zahnradriemen 118 wird der Bewegungsantrieb auf den Bügel 120 übertragen.

Die Wandlerhaltenng 122 ist in Figur 3 speziell zur Halterung eines linearen Arrays ausgebildet. Mit einem solchen Array ist durch entsprechende elektronische Ansteuerung ein Parallelscan oder auch gegebenenfalls ein elektronischer Sektor-Scan realisierbar. Ebensogut kann aber auf der Halterurg 122 auch ein beweglicher Ultraschallkopf zur Realisierung eines mechanischen Sektor-Scans angeordnet sein, wobei allerdings im letzteren Fall ein weiterer Bewegungsmechanismus vorhanden sein müßte. Die elektrischen Ansteuerleitungen für das Ultraschall-Wandler-System sind in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt.

In der Kapsel 130 außerhalb des Applikatorgehäuses ist ein weiterer Schrittmotor 131 mit Zahnradriemengetriebe vorhanden, über den die Rotation erreicht wird. Im ein-

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zelnen bezeichnen 136 und 137 wiederum die Zahnräder und 138 den zugehörigen Zahnriemen. Die Rückseite der Einheit 14O dient zur Aufnahme von Betätigungselementen 151 bis 153 der Steuerung für das Ultraschall-Wandler-System 125 nach vorgegebenem Programm.

Mit dem mechanischen Aufbau der Figuren 2 und 3 läßt sich die erwünschte Bewegung des Ultraschall-Wandler-Systems durchführen, ohne daß dafür ein übermäßig großer Aufwand notwendig ist. Im Normalfall ist der

Bügel 120 in einer Winkelstellung von etwa 45° ausgelenkt, so daß beispielsweise mit einem Parallel-Scan vom Ultraschall-Wandler-System 125 ein weitgehender Teil der Brust erfaßt wird. Mittels des Rotationsantriebes führt dann der Wandler exzentrisch eine Rotationsbewegung um die Symmetrieachse des Applikators durch, wobei jeweils entsprechende Bereiche der Brust erfaßt werden. Gleichermaßen ist aber auch durch externe Steuerung eine Veränderung der Winkelstellung des Wandler-Arrays möglich. Durch diese Veränderung kann der Untersuchungsbereich beispielsweise den anatomischen Gegebenheiten angepaßt werden; es ist aber auch während einer Untersuchung bei fester azimutaler Winkelstellung des Wandler-Arrays das Untersuchungsfeld in dazu senkrechter Richtung veränderbar. Weiterhin kann der Abstand des Wandlersystems vom Untersuchungsorgan durch Verschieben im Führungsteil 121 den vorliegenden Gegebenheiten angepaßt werden.

Für den Rotations- und Verschwenkantrieb weraen Schrittmotoren verwendet. Prinzipiell ist zwar auch ein kontinuierlicher Antrieb möglich. Die Verwendung von Schrittmotoren hataber daa Vorteil einer guten Reproduzierbarkeit und einer einfachen Bestimmung der jeweiligen Position des Wandler-Arrays. Separate Meßmittel sind dann dafür nicht mehr nötig.

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Eine spezielle Ausführungsfonn der Erfindung hat sich beispielsweise mit einem 20 mm breiten und 120 mm langen linearen Array für Parallel-Scan bewährt, das eine Ultraschallfrequenz von 3,5 MHZ hat. Dabei ist der Abstand der Schwenkachse II für das lineare Array von der Applikatoröffnung 103 beispielsweise 25 mm. Mit einer solchen geometrischen Anordnung ist im Normalfall eine nahezu vollständige Abtastung des Brustvolumens möglich.

3 Figuren

12 Patentansprüche

Leerseite

Claims

Patentansprüche

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M .) Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall, mit einem Ultraschall-Applikator und einem darin beweglich und wenigstens um die Symmetrieachse des Applikators rotierbar angeordneten Sende-/ Empfangs-System für Ultraschall sowie einer Wasservorlaufstrecke, wobei der Ultraschall-Applikator eine mit einer Folie abgeschlossene Öffnung zur Aufnahme und zum Ankoppeln der, Brust an die Wasservorlaufstrecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das um die Symmetrieachse (I) des Applikators (1, 100) rotierbare Ultraschall-Wandler-System ("125) innerhalb des Applikators (l, 100) an einem Bügel (120) angeordnet ist, welcher einschließlich Wandler-System

(125) um eine solche Drehachse (II) verschwenkbar ist, die· nahe der Ebene der Applikatoröffnung (103) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der Bügel (120)- am Fußpunkt eines exzentrisch zur Rotationsachse (I) im Applikatorgehäuse (100) angeordneten Auslegers (120) angelenkt und im Applikatorgehäuse (100) äbgekröpft ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Wandler-Systeui (125) ein lineares Array zur elektronischen Erzeugung eines parallel und/oder eines elektronischen Sektorscans ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ultraschall-Wandler-System (125) ein verschwenkbarer Wandler zur mechanischen Erzeugung eines Sektorscans ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand des Ultraschall-Wandler-Systems (125) vom Drehpunkt des Bügels (120) veränderbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Folie (104) zur Ankopplung der Brust an die Wasservorlaufstrecke eine elastische Membran ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für die Rotation des Wandler-Systems (125) ein erster Schrittmotor (131) dem Applikator (100) zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für das Schwenken des Ultraschall-Wandler-Systems (125) ein zweiter Schrittmotor (112) im Applikator vorhanden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Schrittmotor (112) einschließlich Antrieb (116-118) im Applikator (100) wasserdicht gekapselt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb vom ersten und zweiten Schrittmotor (131, 112) aus einem Zahnradriemengetriebe (116-118; 132-134) besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Applikator (1, 100) frei beweglich an einem Stativ (D) angelenkt ist und in Applikationsstellung mittels Magnetbremsen fixierbar ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bedien- und Steuerelemente an der Rückseite (3) des Applikators (1) angeordnet sind.