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ULTRASCHALLSONDE
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Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur Messung von Strömungen
mittels Dopplereffekt.
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Der Ultraschall hat für technische und medizinische Anwendungen eine
hohe Bedeutung erlangt, weil mit seiner Hilfe Durchstrahlungen vorgenommen werden
können, deren Leistung weit unterhalb der für die jeweiligen Messobjekte kritischen
Belastungsgrenzen liegen. Aufgrund der dabei verwendeten, teilweise sehr kurzen
Wellenlängen ist es möglich Abbildungen des Schallfeldes zu erzeugen und damit visuellen
Aufschluss über den Objektaufbau zu erlangen, der mit anderen Mitteln, etwa Röntgenstrahlung,
nicht zu gewinnen ist (oder, insbesondere im medizinischen Bereich, wegen der durch
solche Strahlung verursachten Schäden nicht erlangt werden soll).
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Aber auch akustische Anwendungen von Ultraschall sind bekannt. So
können beispielsweise Strömungen durch Anwendung des Dopplereffektes hörbar gemacht
werden. Dazu wird beispielsweise von einem Schallerzeuger ein Ultraschallsignal
erzeugt und die Frequenz dieses
Schallsignales sowohl vor Eintritt
in das Messobjekt als auch nach Verlassen des Messobjektes gemessen. Die dabei aufgetretene
Frequenzänderung ist dann ein Mass für die Transportgeschwindigkeit des strömenden
Mediums das die Schalleitung innerhalb des Messobjektes übernommen hatte.
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Durch überlagerung können die Schwingungen in den Hörbereich transformiert
und beispielsweise mit Kopfhörern abgehört werden Wird der das Messobjekt verlassende
Schall in Reflexion gemessen, dann können Schallerzeuger und Mikrofon nahe benachbart
in einem Ultraschallkopf angeordnet werden. Wird der Sende- und Empfangstakt aufeinander
abgestimmt, können handliche Geräte hergestellt werden.
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Beispielsweise ist es in der Medizin bekannt, mit solchen Handgeräten
die Haut nach blutdurchströmten Gefässen abzusuchen. Insbesondere bei der Vorbereitung
zur Punktion von Gefässen mit schwacher oder behinderter Durchströmung kann durch
die Suche mittels Kopfhörer die Treffsicherheit gegenüber der Suche durch Palpation
deutlich erhöht werden.
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Das führt bei der anschliessenden Punktion durch die erhöhte Treffsicherheit
zu einer merkbaren Verringerung der Patientenbelastung.
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Der Nachteil der bisher bekannten Anordnungen besteht darin, dass
einmal das räumliche Auflösungsvermögen wegen der im Bereich von mehreren qmm liegenden
Querschnitte der Ultraschallköpfe nicht sehr gross ist, sodass kleinere Gefässe
nicht sehr gut gefunden werden. Weiterhin ist die Punktion nur neben dem im Vergleich
zu den Gefässen grossen Schallkopf möglich, wodurch die Treffsicherheit wieder etwas
verringert ist und es ist auch nicht möglich, den Schallkopf in das Gewebe einzuführen.
Insbesondere dadurch entfällt eine wertvolle Hilfe zum Aufsuchen von Gefässen, die
in Lumen und Verlauf verändert sind, wie beispielsweise im Bereich von Tumoren,
die dann auffindbar sein können, wenn
man die Ultraschallsonde nahe
genug an das verdächtige Gewebe heranführen kann.
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Diese Nachteile zu beheben hat sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht.
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Sie löst diese Aufgabe dadurch, dass die Mittel zum Senden und Empfangen
von Ultraschall die Endfläche eines Sondenstabes bilden.
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Dadurch ist es nunmehr möglich, die Messung oder auch die Kontrolle
von Strömungen vorzunehmen, die für die Ultraschallmessung bisher nicht zugänglich
waren.
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Es können damit sowohl Strömungen in engen technischen Kanälen, wie
beispielsweise Röhren oder Düsen abgehört oder es können im medizinischen Bereich
Strömungen in kleineren Gefässen oder in grösseren Gefässen bei schwachen Strömungen
erkannt oder auch innerhalb eines Gewebebereiches aufgespürt werden.
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Insbesondere ist es im medizinischen Bereich bei der Suche nach Blutgefässen,
die aufgrund von Stenosen nur noch sehr geringe Strömung und sehr geringe Pulswellen
aufweisen, von Vorteil, wenn der Sondenstab eine medizinische Punktionsvorrichtung
ist.
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Dadurch ist es möglich, dass mit einer solchen Vorrichtung zunächst
Gefässe akustisch aufgesucht werden können, wenn sie palpatorisch nicht zu indentifizieren
sind, und dass dann, wenn die Suche Erfolg gehabt, die Punktionsvorrichtung also
auf der für die Punktion richtigen Position steht, sofort punktiert werden kann,
ohne noch einmal die Sonde verändern oder gegen eine Punktionsnadel austauschen
zu müssen. Dadurch ist der Erfolg der Punkt ion -ein Gefäss bei Einstich sofort
zu treffen- nicht noch einmal in Frage gesteLlt.
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In einer ersten Art der Ausführung der Anordnung sind die Mittel zum
Senden und Empfangen von Ultraschall am objektseitigen Ende des Sondenstabes angeordnet.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Schallerzeugung
und die Schallaufnahme ohne Zwischenglieder erfolgen kann, wodurch die akustische
Ankopplung auf das Messobjekt -sie erfolgt meist über eine ölige oder gelartige
Kopplungsmasse- nicht sehr kritisch ist Wenn die Mittel zum Senden und Empfangen
hinreichend klein ausgeführt werden, können sie innerhalb der Bohrung der Punktionskanüle
angeordnet sein. Dazu hat die Bohrung der Punktionskanüle eine lichte Weite von
etwa 1,5mm bis 2mm.
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Sollen die Mittel zum Senden und Empfangen von Ultraschall nicht derart
klein ausgebildet sein, sind sie vorteilhaft als Ultraschallsuchkopf röhrenförmig
ausgebildet und elektrisch über flexible Leitungen mit dem Ultraschallverstärker
und dem Ultraschallerzeuger verbunden, wobei der als Punktionsvorrichtung ausgebildetet
Sondenstab in der Bohrung des Ultraschallsuchkopfes frei beweglich ist.
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In einer weiteren Art der Ausführung der Anordnung ist ein Wellenleiter
für Ultraschall vorgesehen, dessen Durchmesser auf der Objektseite kleiner als 2mm
ist und der einen Wellentransformator aufweist, der die Durchmesser der Mittel zum
Senden und Empfangen des Ultraschalles auf den Durchmesser des Wellenleiters auf
der Objektseite akustisch anpasst.
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Der Vorteil dieser Ausbildung beruht darauf, dass den Mitteln zum
Senden und zum Empfangen des Ultraschalles keine äusseren Beschränkungen auferlegt
sind, sodass sie elektrisch mechanisch und akustisch optimiert werden können und
dass die erforderliche Verringerung der Messfläche durch relativ einfache Mittel
erfolgt. Diese sind entsprechend
unempfindlich im klinischen Betrieb
und vor allem leicht steril zu halten. Auch für technische Anwendungen hat diese
Art der Anordnung aufgrund der hohen Robustheit ihre Vorteile.
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Wenn die Anordnung zur Punktion verwendet werden soll, ist es von
Vorteil, wenn der Durchmesser des Wellenleiters auf der- Objektseite kleiner als
die lichte Weite einer Punktionsnadel ist.
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Dadurch ist es ermöglicht, den Wellenleiter anstelle des sonst verwendeten
Mandrins zu verwenden, sodass die medizinische Manipulation der Punktionsnadel unverändert
ist.
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Ist der Durchmesser des Wellenleiters auf der Objektseite kleiner
als die lichte Weite einer Biopsienadel, kann die Ultraschallsuche auch bei der
Gewebeentnahme zum Aufsuchen von Gewebe dienen, dessen Gefässystem verändert ist.
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Falls die Punktionskanüle durch die Anordnung der Mittel zum Senden
und Empfangen an der Einstichöffnung vergrössert ist, kann es von Vorteil sein,
wenn sie oder die verwendete Punktionsnadel eine Schneideklinge aufweist. Dadurch
ist die Punktion verbessert.
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In der Zeichnung, anhand derer die Erfindung erläutert wird, sind
weitere Einzelheiten dargestellt. Es zeigen: Fig.1 einen Ultraschallsuchkopf mit
Zentralbohrung Fig.2 eine Anordnung mit Ultraschallwellenleiter Fig.3 eine Anordnung
mit Ultraschallsuchkopf in einer Punktionskanüle.
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In Fig.1 ist ein Mittel zum Senden von Ultraschall 10 sowie
ein
Mittel zum Empfangen von Ultraschall 11 in einer ringformigen Hülse 12 angeordnet,
die mit einer Bohrung 13 versehen ist, in der ein Sondenstab 20, der aus einer Punktionskanüle
200, einer Punktionsnadel 201 und einem Mandrin 202 besteht, frei verschieblich
angeordnet ist. Die Anordnung bildet einen Ultraschallsuchkopf 100 mit einer Messfläche
101 auf einem Sondenstab 20.
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Das Mittel zum Senden 10 und zum Empfangen 11 von Ultraschall, meist
piezoelektrische Wandler, sind mit elektrischen Leitungen 30 mit dem elektronischen
Versorgungsgerät 40 verbunden, in dem die Sendeenergie für das Mittel zum Senden
10 erzeugt wird und in dem sich auch der Verstärker befindet, der die reflektierte
Ultraschallenergie zur Anzeige bringt. Diese Anzeige ist überwiegend als Kopfhörer
ausgebildet.
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Diese Komponenten sind ebenso wie die Impuls-und Tasteinrichtungen
zur Erzeugung einer zeitlich richtigen Aufeinanderfolge des Sendens und Empfangens
von Ultraschall wohlbekannt und nicht eigens dargestellt.
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Die Anwendung der Anordnung verläuft wie folgt: Zunächst wird der
Ultraschallsuchkopf 100 mittels des Sondenstabes 20 mit der Messfläche 101 auf dem
Messobjekt MO entlanggeführt, bis das gesuchte Blutgefäss 2000 akustisch gefunden
ist. Das ist dann der Fall, wenn die Fliessgeräusche des Blutes deutlich hörbar
sind. Sodann wird mittels der Punktionskanüle 200 die Punktion in bekannter Weise
durchgeführt.
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In Fig.2 sind die Mittel zum Senden 10 und zum Empfangen 11 von Ultraschall
im Versorgungsgerät 40 angeordnet. An diese Mittel ist ein flexibler Ultraschall-Wellenleiter
50 fest angekoppelt, der einen Wellentransformator 51 aufweist. Der Wellentransformator
reduziert den Durchmesser 54 der Mittel zum Senden und Empfangen 10 und 11 auf einen
wesentlich
geringeren Durchmesser 55 auf der Objektseite des Wellenleiters.
Für medizinische Anwendungen ist der Durchmesser 55 etwas geringer als die Ii c
h t e Weite der Punktionskanüle 200 und kann in diese eingesteckt werden.
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Sie übernimmt dort einerseits die Stelle einer Punktionsnadel 201,
einer Biopsienadel 201 oder des Mandrins 202, gestattet aber gleichzeitig die akustische
Suche mit einer sehr kleinen und deshalb gut räumlich auflösenden Messf läche.
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Die Ultraschallenergie wird durch den Wellenleiter 50 hin-und rückgeleitet.
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Zur Suche mittels dieser Anordnung ist der Wellenleiter innerhalb
der Punktionskanüle so angeordnet, dass seine vordere Messfläche über die Punktionskanüle
hinausragt. Die Kanten der Messfläche sind zum Schutze der Haut abgerundet.
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Ist das gesuchte Gefäss gefunden, wird die Punktion in bekannter Weise
mittels der angeschliffenen Punktionskanüle 200 vorgenommen.
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In Fig.3 sind piezoelektrische Schwinger 110,111, beispielsweise Ringschwinger,
im vorderen Teil der Punktionskanüle 200 angeordnet und über Leitungen 300 mit dem
Ultraschallerzeuger und Verstärker verbunden, wie in Fig. 1 oder Fig.2 bereits beschrieben.
Die Punktionsnadel 201 ist beim Suchen des Gefässes zurückgezogen. Ist das gesuchte
Blutgefäss akustisch gefunden, kann mittels einer an der Vorderkante des Sondenstabes
eingeschliffenen Schneideklinge 210, die im Ausschnitt noch einmal vergrössert dargestellt
ist, die Haut eingeschnitten und die Punkt ion damit erleichtert werden.
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Im medizinischen Bereich können mit den vorbeschriebenen Anordnungen
nicht nur Gefässe punktiert werden. Es kann vielmehr eine akustische Suche auch
unmittelbar im Gewebe
vorgenommen werden, indem eine Kanüle 200,
oder ein Wellenleiter 50, auf den eine Biopsienadel 201 bereits aufgezogen ist,
in das Gewebe eingführt wird. Dadurch ist auch das Aufspüren von tumorverdächtigem
Gewebe sehr verbessert, weil auch bei kontrastlosen Geschwulsten das Gefässystem
verändert ist, sodass sich auch veränderte und damit erkennbare Fliessgeräusche
ergeben.
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Is das verdächtige Gewebe geortet, wird der Wellenleiter 50 wie ein
Mandrin zurückgezogen und das Gewebe mittels der Biopsienadel in gewohnter Weise
entnommen.