-
Vorrichtung zur Untersuchung der Durchblutung menschlicher
-
Körperteile und dgl. umfassend wenigstens eine Ultraschall-Sende-
und Empfangseinrichtung Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Es ist bekannt, mit Hilfe sogenannter Sonographie-Geräte bzw. Ultraschall-Geräte
Bilder menschlicher Körperteile, insbesondere auch von Organen, mit relativ hoher
Auflösung zu erzeugen und zur Diagnose heranzuziehen.
-
Um speziell Durchströmungen von Körperflüssigkeits-Gefäßen untersuchen
zu können, wurde die Ultraschall-Doppler-Technik entwickelt. Bei dieser Technik
wird ein Ultraschallsignal z.B. auf ein größeres Blutgefäß gegeben, wobei unter
der Voraussetzung, daß das Ultraschallsignal eine Komponente parallel zur Strömungsrichtung
aufweist, das reflektierte Signal aufgrund des
Doppler-Effektes
eine Frequenzveränderung erfährt, welche ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit
ist.
-
Dementsprechend lassen sich ohne weiteres qualitative Aussagen über
Strömungsverhältnisse und insbesondere Strömungsgeschwindigkeiten machen, wobei
sich hieraus, wenn die Druckverhältnisse bekannt sind, aufgrund der Bernouilli-Gleichung
Strömungsquerschnitte errechnen lassen. Mit sogenannten "Echoflow-Geräten" lassen
sich zweidimensionale Bilder als Summation aus zahlreichen Einzelmeßpunkten erstellen,
deren Farbe der Höhe der Dopplerverschiebung zugeordnet ist, die am korrespondierenden
Ableitungspunkt am Patienten gemessen wurde.
-
Diese Bilder lassen auf die Strömungsverhältnisse im untersuchten
definierten Blutgefäß schließen (A.
-
Carotis, Aortenbogen, abdominelle Aorta, A. iliacae, A. femoralis
und poplitea). Sie stellen jedoch keine exakten anatomischen Schnittbilder der Durchblutung
des untersuchten Bereiches dar (vgl. z.B. M. Marshall, Praktische Doppler-Sonographie,
Springer-Verlag, 1984; D. Hassler, Messung der Blutgeschwindigkeit oder des Blut-Volumenstromes
und der Aderquerschnittsfläche nach der integralen Ultraschall-Dopplermethode -
Vergleich und Synthese zweier Lösungen, Ultraschall 3 (1982), 24 bis 29, Georg Thieme-Verlag
Stuttgart, New York).
-
Die Beurteilung der Durchblutung größerer, flächiger Körperbereiche,
wie z.B. in einer Querschnittsfläche durch ein Organ sind jedoch weder mit den bekannten
Ultraschall-Doppler-Untersuchungsgeräten noch mit den herkömmlichen Ultraschallgeräten
möglich.
-
Demgegenüber lassen sich Aussagen über die Durchblutung von Organen
oder eines Tumors mit Hilfe der Röntgen-Angiographie und der Szintigraphie machen,
wobei es sich hierbei wiederum auch um Verfahren handelt, welche mit einer nicht
vernachlässigbaren Strahlenbelastung für den Patienten und den Untersuchenden verbunden
sind.
-
Bei beiden Methoden wird unter anderem die Tatsache ausgenutzt, daß
parenchymatöse Organe (wie Leber, Milz, Nieren, Schilddrüse etc.) gegenüber ihrer
Umgebung deutlich mehr vaskularisiert und durchblutet sind und sich daher gut von
dieser abgrenzen lassen.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, welche Aussagen über die Durchblutung von Körperpartien, insbesondere
Organen, ermöglicht, wobei derartige Untersuchungen ohne Strahlenbelastung und Risiken
durchführbar sein sollen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1. Durch die danach vorgesehene Abtastung interessierender Körperbereiche
ist es möglich, nicht nur Informationen über die Durchströmung einzelner, bestimmter
Gefäße zu erhalten, sondern ein Gesamtbild zu erlangen, welches vor allem auch pathologische
Durchströmungsstörungen in gewissen Teilen eines Organs deutlich macht. Bei der
Realisierung des erfindungsgemäßen Grundgedankens kann auf an sich bekannte und
bewährte Scanning-Einrichtungen und Umsetzeinrichtungen, welche in ausgereifter
Technik vorliegen, zurückgegriffen werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Scanning-Einrichtung
kann in an sich bekannter Weise längs einer Koordinatenrichtung von einem definierten
Koordinatenpunkt zum nächsten verfahren werden. In den dabei durch den Ultraschallstrahl
abgetasteten Zeilen der Schnittebene erfolgt die Zuordnung der Frequenzverschiebung
zu den korrespondierenden Punkten auf den Zeilen des Bildschirmes durch eine Laufzeitdiskriminierung
in der Auswerte-Einrichtung, d.h.
-
man geht davon aus, daß die Laufzeit des in das Gewebe abgegebenen
und zurückkehrenden Schalls der Eindringtiefe entspricht, so daß über eine Laufzeiterfassung
eine
Tiefenzuordnung der Frequenzverschiebung möglich ist. Dementsprechend ist es vorteilhaft,
im Pulsbetrieb zu arbeiten, d.h. ein Piezoelement der Sender-Empfänger-Einrichtung
arbeitet in einer Zeitphase als Sender und wird nach Abgabe eines Ultraschall-Wellenzuges
auf Empfang geschaltet, so daß das gleiche Piezoelement nun als zeitkoordinierter
Empfänger wirken kann. Eine weitere Möglichkeit, die erfindungsgemäße Scanning-Einrichtung
zu realisieren, besteht darin, längs einer Koordinatenrichtung eine Mehrzahl von
Sendern bzw. Empfängern anzuordnen und diese einzeln oder gruppenweise (um ebene
Wellenfronten zu erhalten) nacheinander durchzuschalten. Das Auflösungsvermögen
einer derartigen Anordnung wird mit durch die Ausdehnung eines Piezoelements bestimmt
und ist für zahlreiche Anwendungsfälle ausreichend. Andererseits wird aufgrund der
starren Geometrie eine sehr genaue örtliche Zuordnung von Dopplerverschiebung und
Ortspunkt des untersuchten Bereichs erreicht.
-
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist es möglich, in einfacher
Weise zwischen zwei oder mehreren Schnittebenen umzuschalten. Dies ist insofern
bei der Ausnutzung des Doppler-Effektes von besonderer Bedeutung, als nur dann auswertbare
Doppler-Signale erhalten werden, wenn der Winkel zwischen dem strömenden Medium,
also z.B. dem Blut in einem Blutgefäß, und der Einstrahlrichtung des Ultraschalls
erheblich von 900 verschieden ist. Dementsprechend werden bestimmte Bereiche im
Verlauf von Blutgefäßen eines Organs bei der Wahl der einen Schnittebene und andere
wiederum bei der Wahl der anderen Schnittebene deutlicher sichtbar werden.
-
Die gemäß Anspruch 3 vorgesehene Umsetzeinrichtung
gestattet
es dem Untersuchenden, sich ein gegebenenfalls vergrößertes optisches Bild von den
Signalverhältnissen im untersuchten Bereich zu machen. Dabei stehen derartige Einrichtungen
sowohl zur Umsetzung in Grauwerte, wie gemäß Anspruch 4, als auch zur Umsetzung
in bestimmte Farbwerte, wie gemäß Anspruch 5, aus der Technik der Röntgen-Angiographie,
der Szintigraphie und des sogenannten Echoflow zur Verfügung.
-
Die gemäß Anspruch 6 vorgesehene Triggerung ermöglicht es, Bilder
entsprechend verschiedenen Druckphasen zu erhalten. Hierdurch wird sowohl die Zuordnung
bestimmter Strömungsgeschwindigkeiten zu bestimmten Druckwerten ermöglicht, wodurch
rechnerisch auf die Strömungsquerschnitte oder andere strömungstypische Daten zurückgeschlossen
werden kann, als auch eine vergleichende Beobachtung z.B. eines Organbereichs in
verschiedenen Druckphasen ermöglicht wird.
-
Gemäß Anspruch 7 ist es möglich, ein Doppler-Ultraschall-Bild, d.h.
ein Bild, bei welchem die Kontrastbildung ausschließlich aufgrund von Strömungsgeschwindigkeiten
erfolgt, einem auf herkömmliche Weise erlangten Ultraschallbild zu überlagern, um
dem Untersuchenden eine definierbare räumliche Zuordnung zwischen bestimmten Körperbereichen
und den dort herrschenden Strömungsverhältnissen zu ermöglichen. Im allgemeinen
wird man die Überlagerung zweier derartiger Bilder umschaltbar vornehmen, d.h. derart,
daß entweder die eine oder andere Bild-Gattung oder ein überlagertes Bild je nach
Wunsch des Untersuchenden vorgebbar ist
Vorzugsweise umfaßt die
Auswerteeinrichtung gemäß Anspruch 8 einen Analog-Digital-Wandler. Die Verarbeitung
digitaler Signale in einem Zwischenspeicher ist leichter und insbesondere wird eine
definierte Summation unterschiedlicher Scanningdurchläufe ermöglicht. Hierdurch
lassen sich Bilder aus mehreren Abtastvorgängen mit unterschiedlichen Abtastwinkeln
überlagern und das Problem der Einstrahlwinkelabhängigkeit der Intensität der Doppelverschiebung
wird relativiert. Mittels einer Verstärkereinrichtung mit veränderlichem Verstärkungsfaktor
ist es möglich, den gewünschten Kontrast optimal einzustellen.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es also, Aussagen über
die Organdurchblutung in einer definierten Schnittebene zu machen. Vergleichbare
Aussagen waren bisher nur mit Hilfe szintigraphischer oder röntgen-angiographischer
Methoden möglich, wobei sowohl Untersuchender als auch Patient bei diesen Methoden
einer nicht wünschenswerten Strahlenbelastung ausgesetzt wurden. Bei beiden vorbekannten
Methoden muß ein Kontrastmittel bzw. ein radioaktives Isotop intravenös appliziert
werden, wobei das Risiko der Kontrastmittel-Unverträglichkeit besteht. Bei der röntgen-angiographischen
Methode besteht zusätzlich noch ein Punktionsrisiko (Hämatom, Infektion, Embolie)
bei arterieller Punktion.
-
Diese Risiken lassen sich mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Ultraschall-
Doppler-Tomographen umgehen. Demgegenüber besteht vielmehr die Möglichkeit einer
beliebigen Wiederholung der Untersuchung und damit zu einer zeitlich dichten Folge
von Verlaufskontrollen, welche mit vorbekannten Verfahren bzw. Geräten allenfalls
nur eingeschränkt möglich waren.
-
Die denkbaren Anwendungsbereiche einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der medizinischen Diagnostik sind weit gestreut. Als Beispiel läßt sich nennen
die Verlaufsbeobachtung von Nierentransplantaten bei Abstoßungsreaktionen, wobei
sich hierbei häufig eine Rarefizierung kleiner intrarenaler Gefäße ergibt. Weiterhin
lassen sich arterielle oder venöse Verschlüsse der Transplantatgefäße diagnostizieren.
Ein zweites Beispiel ist die Diagnose von Nierenarterienstenosen, von Nierendys-oder
Aplasien, wobei sich - gegebenenfalls in Verbindung mit der herkömmlichen Sonographie
- eine verminderte Durchblutung der erkrankten Seite im Vergleich zur gesunden Seite
nachweisen läßt. Weiterhin lassen sich Organinfarkte durch Feststellung einer Minderdurchblutung
von Organarealen diagnostizieren. Letztlich lassen sich noch Hämangiome, hypervaskularisierte
Tumoren oder Metastasen und hypovaskularisierte Tumoren, welche mittels herkömmlicher
Sonographie diagnostiziert wurden, untersuchen.
-
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und Fig.2a und 2b eine schematische Darstellung eines Ultraschallkopfs
in zwei Schaltstellungen.
-
Eine in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zur Diagnose
der Strömungsverhältnisse in einem best mmten Körperbereich 1. Sie umfaßt eine Sendeeinrichtung
2 und eine Empfangseinrichtung 3. Der Sende- bzw. Empfangseinrichtung
2
bzw. 3 ist eine Scanning-Einrichtung 4 zugeordnet. Diese Scanning-Einrichtung 4
bewerkstelligt eine definierte und koordinierte Winkel- bzw. Positionsveränderung
von Sende- bzw. Empfangseinrichtungen 2, 3 derart, daß ein bestimmter Ausschnitt
des zu untersuchenden Körperbereichs 1 punkt- bzw. zeilenweise abgetastet wird.
Über eine Triggereinrichtung 5 kann die Scanning-Einrichtung 4 so getriggert werden,
daß der zu untersuchende Körperbereich 1 jeweils bei einer bestimmten Phasenlage
des Pulswellenzyklus bzw. EKG-Zyklus erfaßt wird. Die diesbezügliche Information
erhält die Triggereinrichtung 5 über eine Pulswellen-Erfassungseinrichtung bzw.
EKG-Einrichtung 6. Lediglich ganz schematisch ist eine dieser Einrichtung 6 zugeordnete
Sonde 7 dargestellt.
-
Das Ausgangssignal der Empfangseinrichtung 3 wird über eine Leitung
8 der triggerkontrollierten Scanningeinrichtung 4 und von dort entsprechend der
Triggerung der Auswerteeinrichtung 9 zugeführt.
-
Die Auswerteeinrichtung 9 umfaßt einen Laufzeitdiskriminator lo, welcher
die Zuordnung einer bestimmten Frequenzverschiebung zu einem definierten Ort, d.h.
-
einer bestimmten Eindringtiefe, ermöglicht.
-
Der Auswerteeinrichtung 9 ist eine Umsetzeinrichtung 11 nachgeordnet,
welche im vorliegenden Fall zur Umsetzung des Ausgangssignals der Auswerteeinrichtung
9 in ein Bildsignal dient. Sie weist zu diesem Zweck eine Einrichtung 12 zur Zuordnung
von Frequenzdifferenzen zu Farbwerten auf.
-
Der Umsetzeinrichtung 11 ist ein Analogdigitalwandler 13 nachgeordnet.
Durch die Umwandlung in ein digitales Signal kann eine problemlose Weiterverarbeitung
und Zwischenspeicherung erfolgen, wobei die Weiterverarbeitung auch die Summation
mehrerer Scanning-Durchläufe umfassen kann Dem Analogdigitalwandler 13 ist wiederum
eine Zwischenspeichereinrichtung 14 nachgeordnet, welche zur Zwischenspeicherung
eines Bildteils bis zur Komplettierung des Bildes ebenso wie zur Abspeicherung vollständiger
Bilder vorhergehender Scanning-Durchläufe dienen kann.
-
Die Ausgabe der umgewandelten Ausgangssignale erfolgt über einen Bildschirm
15. Statt einer Ausgabe, bei welcher den Ausgangssignalen Farbwerte zugeordnet werden,
ist auch eine Zuordnung von Grauwerten, d.h.
-
als Schwarz-Weiß-Bild möglich.
-
In der Zeichnung weiterhin schematisch dargestellt ist ein konventioneller
Ultraschall-Sender 16 und Ultraschall-Empfänger 17. Der Ausgang des Empfängers 17
ist ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 9 verbunden.
-
Mittels eines im einzelnen nicht dargestellten Wahlschalters ist es
möglich, auf dem Bildschirm 15 entweder nur das Bild der Sende- und Empfangseinrichtung
2, 3 für Doppler-Ultraschalluntersuchungen, d.h. den durch strömten Bereich, auszugeben,
nur das Bild der konventionellen Ultraschall-Einrichtung umfassend Sender 16 und
Empfänger 17 oder ein überlagertes Bild um eine einwandfreie Lokalisierung z.B.
bestimmter durch strömter Organabschnitte zu ermöglichen. Der Einfachheit halber
ist in der Zeichnung eine gemeinsame Auswerteeinrichtung sowohl für die erfindungsgemäße
Doppler-Ultraschallanordnung
als auch für die konventionelle Ultraschallanordnung
dargestellt. Selbstverständlich muß diese gemeinsame Auswerteeinrichtung spezifische
Einrichtungen zur Auswertung der jeweils unterschiedlichen Signale, d.h. einmal
der Dopplerverschiebung und zum anderen der Intensität des reflektierten Schalls,
aufweisen.
-
In den Fig. 2a und 2b ist ein schematischer Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Sende- bzw. Empfangseinrichtung 2, 3 dargestellt. Diese umfaßt als Ultraschallsender
bzw. Empfänger eine Mehrzahl von piezoelektrischen Plättchen 20a und 20b. Die Piezoeinrichtungen
20a und 20b sind jeweils untereinander parallel zueinander angeordnet, wobei jedoch
die Piezoeinrichtungen 20a senkrecht zu den Piezoeinrichtungen 20b liegen. Jedem
Paar von Piezoeinrichtungen 20a, 20b ist eine Umschalteinrichtung 19 zugeordnet.
Mittels dieser Umschalteinrichtung, welche in Fig. 2a und Fig. 2b jeweils in unterschiedlichen
Schaltstellungen dargestellt ist, ist es möglich, zwischen zwei zueinander senkrechten
Abstrahlrichtungen umzuschalten und auf diese Weise eine Schnittebene mit optimalem
Kontrast hinsichtlich der Geschwindigkeitsverteilung der Blutströme zu erfassen.
Zur Erzielung einer Scanning-Wirkung können benachbarte Piezoeinrichtungen 20a bzw.
20b jeweils nacheinander angesteuert werden, so daß ein linearer Bereich abgefahren
wird.
-
Dieses Umschalten kann auch gruppenweise erfolgen, so daß von einer
Gruppe weitgehend ebene Wellenfronten erzeugt werden.
-
Durch ein Kopplungsgel oder -01 zwischen Schallkopf-Oberfläche (=Ankopplungsfläche
auf die Haut) und den einzelnen piezo-elektrischen Elementen ist eine wirksame Einkopplung
der Ultraschallwellen in das Gewebe erzielbar.
-
- Leerseite -