DE3230631A1 - Ultraschallsonde - Google Patents

Ultraschallsonde

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DE3230631A1
DE3230631A1 DE19823230631 DE3230631A DE3230631A1 DE 3230631 A1 DE3230631 A1 DE 3230631A1 DE 19823230631 DE19823230631 DE 19823230631 DE 3230631 A DE3230631 A DE 3230631A DE 3230631 A1 DE3230631 A1 DE 3230631A1
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ultrasound
puncture
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diameter
waveguide
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DE19823230631
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English (en)
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Rudolf Dr. 6200 Wiesbaden Schmarsow
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/663Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by measuring Doppler frequency shift

Description

  • ULTRASCHALLSONDE
  • Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur Messung von Strömungen mittels Dopplereffekt.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das führt bei der anschliessenden Punktion durch die erhöhte Treffsicherheit zu einer merkbaren Verringerung der Patientenbelastung.
  • 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.
  • Diese Nachteile zu beheben hat sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht.
  • Sie löst diese Aufgabe dadurch, dass die Mittel zum Senden und Empfangen von Ultraschall die Endfläche eines Sondenstabes bilden.
  • Dadurch ist es nunmehr möglich, die Messung oder auch die Kontrolle von Strömungen vorzunehmen, die für die Ultraschallmessung bisher nicht zugänglich waren.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In einer ersten Art der Ausführung der Anordnung sind die Mittel zum Senden und Empfangen von Ultraschall am objektseitigen Ende des Sondenstabes angeordnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dadurch ist es ermöglicht, den Wellenleiter anstelle des sonst verwendeten Mandrins zu verwenden, sodass die medizinische Manipulation der Punktionsnadel unverändert ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Ultraschallenergie wird durch den Wellenleiter 50 hin-und rückgeleitet.
  • 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.
  • Ist das gesuchte Gefäss gefunden, wird die Punktion in bekannter Weise mittels der angeschliffenen Punktionskanüle 200 vorgenommen.
  • 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.
  • 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.
  • Is das verdächtige Gewebe geortet, wird der Wellenleiter 50 wie ein Mandrin zurückgezogen und das Gewebe mittels der Biopsienadel in gewohnter Weise entnommen.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRüCHE , . .s Ultraschallsonde zur Messung von Strömungen mittels Dopplereffekt, dadurch gek e n n z e i c h ne t, dass die Mittel zum Senden (10) und Empfangen (11) von Ultraschall die Endfläche (101) eines Sondenstabes (20) bilden.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenstab (20) eine medizinische Punktionsvorrichtung ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Senden (10) und Empfangen (11) von Ultraschall am objektseitigen Ende (101) des Sondenstabes angeordnet sind.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Senden (110) und zum Empfangen (111) von Ultraschall innerhalb der Bohrung der Punktionskanüle (200) angeordnet sind.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallsuchkopf (100) röhrenförmig mit einer Bohrung (13) ausgebildet und elektrisch über flexible Leitungen (30) mit dem Ultraschallverstärker und Ultraschallerzeuger (40) verbunden ist, und dass die Bohrung (13) einen solchen Durchmesser aufweist, dass die Punktionsvorrichtung (20) in der Bohrung (13) frei beweglich ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibler Wellenleiter (50) für Ultraschall vorgesehen ist, dessen Durchmesser (55) auf der Objektseite kleiner als 2mm ist und der einen Wellentransformator (51) aufweist, der die Durchmesser der Mittel zum Senden und Empfangen des Ultraschalles (10,11) auf den Durchmesser (55) des Wellenleiters auf der Objektseite akustisch anpasst.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (55) des Wellenleiters (5) auf der Objektseite kleiner als die lichte Weite einer Punktionskanüle (200) ist.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (55) des Wellenleiters (S) auf der Objektseite kleiner als die lichte Weite einer Punktionsnadel (201) ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktionsvorrichtung (20) an der Vorderseite eine Schneideklinge (210) aufweist.
DE19823230631 1982-08-18 1982-08-18 Ultraschallsonde Withdrawn DE3230631A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1046886A1 (de) * 1999-04-21 2000-10-25 Krohne AG Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Durchflussmessgeräts
EP4242600A1 (de) * 2022-03-11 2023-09-13 Krohne AG Durchflussmessgerät und verfahren zum betreiben eines solchen

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EP1046886A1 (de) * 1999-04-21 2000-10-25 Krohne AG Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Durchflussmessgeräts
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