DE3617032A1 - Ultraschallgeraet zum orten von steinbildungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die extra-korporale Spaltung von Steinbildungen und insbesondere Abbildungssysteme, wie sie zum Orten von Steinbildungen bei der Verwendung in Verbindung mit Stoßwellengeneratoren Lithotripsie-Vorgänge benutzt werden.

Eines der vielen Leiden der Menschheit sind Steinbildungen, d.h. die Bildung von Steinen oder Konkrementen innerhalb des Körpers. Die Entwicklung derartiger Konkremente findet hauptsächlich im Nierensystem und in der Gallenblase statt. Manche dieser Steine passieren das Nierensystem, ohne daß die Person, die die Steine hat, nachteilige Einflüsse bemerkt. Andere Steine legen sich in der Niere, der Gallenblase oder den Verbindungskanälen zwischen Niere, Gallenblase und dem Körperausgang fest und verursachen Schmerzen oder beeinträchtigen das einwandfreie Arbeiten der Organe, so daß das Entfernen dieser Steinbildungen notwendig wird.

Ursprünglich bestand der einzige Weg, derartige Steine zu entfernen, in einem chirurgischen Eingriff. Mit der Entwicklung verbesserter Abbildungsstechniken ist es möglich gewesen, perkutane (durch die Haut hindurch wirkende) Techniken zum Entfernen vieler dieser Steinbildungen zu verwenden. Die Perkutan-Techniken machen ebenfalls einen Eingriff erforderlich, und es ist notwendig, Vorrichtungen, z.B. Nephrotomie-Katheter einzuführen, um die Entfernung der Steine zu erreichen. Die Katheter sind mit Vorrichtungen ausgerüstet, die die Steine erfassen, oder arbeiten mit Ultraschallgeneratoren, um die Steine durch Vibrationseinwirkung zu zerbrechen.

In jüngerer Zeit ist die extra-korporale Stoßwellen-Lithotripsie zum Brechen und damit zum Eliminieren von Nierensteinbildungen eingesetzt worden.

Lithotripsie-Systeme, wie sie heutzutage im Einsatz sind, weisen ein Paar von im wesentlichen orthogonal positionierten Röntgenstrahlgeneratoren auf, die so ausgelegt sind, daß sie den zu eliminierenden Stein exakt orten. Der Patient wird dreidimensional in einen Bad so bewegt, daß Fadenkreuze auf jedem der beiden Bilder, die durch das System zur Anzeige gebracht werden, an den Stein angrenzen. Die Fadenkreuze nehmen dabei jeweils eine Linienprojektion des Brennpunktes des Stoßwellengenerators ein. Der Patient wird so lange bewegt, bis die Fadenkreuze auf dem Bild des Steines übereinanderliegen; dann wird der Stoßwellengenerator getriggert und die Stoßwellen werden so fokussiert, daß der Stein so weit zertrümmert wird, daß die Einzelteile durch normale Körperfunktionen aus dem Körper ausgespült werden.

Die Abbildungssysteme, die derzeit für die Steinortungsfunktion verwendet werden, sind verbesserungsbedürftig. Unter anderem ist es erwünscht, die Dosis an Röntgenstrahlen, denen der Patient ausgesetzt ist, zu reduzieren. Der Patient wird derzeit einer relativ hohen Dosis an Röntgenstrahlen ausgesetzt, einmal, um festzustellen, daß die Steine tatsächlich Probleme bringen und daß sie durch Lithotripsie eliminiert werden können. Röntgenstrahlen werden weiter verwendet, um den Stein auf den Brennpunkt des Stoßwellengenerators auszurichten, und Röntgenstrahlen werden weiterhin im Anschluß an den Einsatz der Stoßwellen verwendet, um sicherzustellen, daß die Steine in Bruchteile zertrümmert worden sind, die durch die normalen Funktionen des Körpers abgeführt werden. D.h., daß die gesamte Methode den Einsatz einer verhältnismäßig hohen Dosis an Röntgenstrahlen erfordert. Es wäre erwünscht und vorteilhaft, die Menge an Röntgenstrahlung, die bei der Lithotripsie-Methode erforderlich ist, zu senken.

In der Vergangenheit ist bereits mit Ultraschall gearbeitet worden; dies hat sich jedoch nicht als erfolgreich herausgestellt. Weiterhin ist Ultraschall-Strahlung besser in der Lage, Gallenblasensteine abzubilden als Röntgenstrahlen.

Bei den bekannten Versuchen mit der Anwendung von Ultraschall als Medium zum Orten der Steinbildungen wurden unterschiedliche akustische Fenster von den Ultraschallwandlern und von den Stoßwellengenerator verwendet, ohne daß Korrekturen der Verzerrungen der Ultraschallsignale und der Stoßwellen aufgrund von Refraktion, und/oder der Unterschiede der Übertragungsgeschwindigkeiten der Ultraschallsignale und der Stoßwellen in den unterschiedlichen, von diesen Signalen durchlaufenen Medien vorgenommen wurden.

Ferner wurden bisher keine Vorkehrungen getroffen, um zu erreichen, daß einzelne Wandler eine Vielzahl von Ebenen abbilden, um eine exakte Ortung der Steinbildungen sicherzustellen.

Des weiteren wurden keine Vorkehrungen für das Variieren des Betrachtungsfeldes der individuellen Wandler getroffen, um die unterschiedlichen Ansichten, die bei der Suche nach Steinbildungen und beim Zentrieren der festgestellten Steinbildungen an den Fadenkreuzen erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ultraschall-Abbildungssysteme, die bei der Ortung von Steinbildungen verwendet werden, zu beheben und die derzeit bekannten Abbildungssysteme zum Orten von Steinbildungen, die in Verbindung mit der extra-korporalen Stoßwellen-Lithotripsie verwendet werden, zu verbessern.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Orten von Steinbildungen, die in Verbindung mit Stoßwellengeneratoren verwendet wird, welche Elektrodenanschlüsse an einem Quellenbrennpunkt eines Reflektors mit einen davon im Abstand angeordneten Zielbrennpunkt besitzen, gekennzeichne durch eine Vorrichtung zum Abbilden der Steinbildung innerhalb von Patienten; diese Vorichtung besitzt eine Ultraschallabtastvorrichtung zum Orten der Steine, um eine Positionierung der Steine im wesentlichen auf den Zielbrennpunkt der Stoßwellengeneratoren zu ermöglichen, und eine Vorrichtung zum Aufheben von Positionierfehlern, die durch Geschwindigkeitsunterschiede in den verschiedenen, von den Ultraschallsignalen durchlaufenen Medien beim Orten der Steine und durch die Geschwindigkeitsunterschiede in den von der Stoßwelle beim Zertrümmern der Steine durchlaufenen Medien verursacht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Ultraschallsignalwandlervorrichtung zum Abbilden und Kombinieren des Ultraschallwandlers mit dem Stoßwellengenerator in einer einzigen, beweglichen "Sonde" vorgeschlagen, wobei die Brennpunkte des Ultraschallwandlers und des Stoßwellengenerators miteinander zusammenfallen.

Des weiteren wird mit vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß gleiche akustische Fenster für die Stoßwellen und für die Ultraschallsignale vorzusehen, um zu vermeiden, daß eine Korrektur auf Positionsfehler erforderlich ist, die durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den verschiedenen Medien auftreten, welche sowohl von dem Signal als der Welle zwischen der "Sonde" und dem Stein durchlaufen werden.

Mit der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Berechnung und Korrektur der Positionsfehler vorgeschlagen, welche durch die Unterschiede in der Signalgeschwindigkeit und der Stoßwellengeschwindigkeit bedingt sind.

Ein weiteres Merkmal vorliegender Erfindung wird in einer Vorrichtung zum Drehen des Ultraschallwandlers um seine eigene Achse gesehen, damit eine Abtastung in einer Vielzahl von Ebenen sowie eine genauere Positionierung des Steines an Fadenkreuzen auf dem den Zielbrennpunkt anzeigenden Bild möglich ist.

Weiterhin wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum Drehen des Ultraschallwandlers um die Achse des Stoßwellengenerators vorgeschlagen, um verschiedene Ansichten des Patienten und des Steines zu erzielen, während das Zusammentreffen des Zielbrennpunktes und des Wandler-Bild-Fadenkreuzes aufrecht erhalten wird. Die Lage der Steine, die mit dem Wandler in unterschiedlichen Positionen erhalten wird, wird gemittelt, um Positionierfehler zu korrigieren.

Mit der Erfindung wird ferner erreicht, Gallensteine abzubilden, ohne daß Farbstoff oder dergleichen erforderlich ist.

Das weiteren sieht die Erfindung die Verwendung eines Paares von Ultraschallwandlern vor, um den Vorgang der Ortung der Steine zu beschleunigen. Die beiden Ultraschallwandler sind so angeordnet, daß das Fadenkreuz eines jeden Wandlers der Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators ist, wobei die von den Wandlern abgebildeten Ebenen senkrecht oder zumindest im Winkel zueinander stehen. Ein Orten mit jedem Wandler individuell ermöglicht, daß ein Computer die Lage mittelt, damit Positionierfehler behoben werden können, ohne daß es erforderlich ist, den einzelnen Wandler um den Stoßwellengenerator zu drehen.

Weiterhin umfaßt die Erfindung die Verwendung eines Wandlers mit einer langen Tiefenschärfe für die allgemeine Lokalisierung, und die Verwendung eines scharf fokussierten Wandlers mit kurzer Tiefenschärfe für die exakte Positionierung der Steinbildung am Brennpunkt.

Auch wird die Verwendung einzelner Wandler vorgeschlagen, die beide Arten von Feldern zur Verwendung mit einem Lithotripsie- Gerät ergeben.

Schließlich wird mit vorliegender Erfindung die Verwendung sowohl von Röntgenstrahlen als auch Ultraschall zusammen mit dem Stoßwellengenerator vorgeschlagen. Das Hybrid-System ist in der Lage, Steine abzubilden, die sich normalerweise durch Röntgenstrahlen oder Ultraschall allein der Betrachtung entziehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Ultraschall-Stein- Ortungsgerätes mit Wandler und Stoßwellengenerator, wobei für beide das gleiche akustische Fenster verwendet wird,

Fig. 2 eine weitere Querchnittsansicht eines Ultraschall- Stein-Ortungsgerätes, bei dem der Ultraschallwandler von dem Stoßwellengeneratorfenster entfernt ist,

Fig. 3 eine andere Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Ultraschall-Stein-Ortungsgerätes, wobei Ultraschallwandler und Stoßwellengenerator am Boden eines Lithotripsie-Bades zusammen mit Röngtenstrahlröhren angeordnet sind, und wobei ein Hybrid-Röntgenstrahl- Ultraschall-Steinortungsgerät vorgesehen ist,

Fig. 4 eine Ausführungsform (teilweise als Schnitt, teilweise als Blockschaltbild) eines Ultraschall-Stein-Ortungsgerätes in Verbindung mit einem beweglichen Stoßwellengenerator, wobei die Kombination eine Sonde aufweist, die ein Bad nicht notwendig macht,

Fig. 5A eine Liniendarstellung, die Positionsfehler angibt, welche durch Geschwindigkeitsunterschiede in den Ultraschallsignalen bei den unterschiedlichen, von den Signalen durchlaufenen Medien verursacht sind,

Fig. 5B ein Blockschaltbild, das eine Positionsfehler- Korrekturrechenvorrichtung zur Verwendung mit dem Ultraschall-Stein-Ortungsgerät darstellt.

Fig. 1 zeigt ein gesamtes extra-korporales Steinzertrümmerungssystem 11 im Querschnitt und im Blockdiagramm. Das dargestellte System weist ein Bad 12 auf, in welchem der Patient 13 während der Behandlung teilweise untergetaucht ist. Eine hydraulische oder mechanische Anordnung zum Tragen und Bewegen des Patienten in den X-, Y- und Z-Richtungen ist durch ein Bett 14 und die mit 16 bezeichneten Bewegungsachsen XYZ dargestellt. Im Patienten 13 ist ein Stein 17 angedeutet, der in einem Organ des Körpers, z.B. der Blase, der Niere oder der Gallenblase 18 vorhanden ist.

Das System weist einen Stoßwellengenerator 19 auf, der zwei mit 21 bezeichnete Elektrodenanschlüsse bzw. Zündanschlüsse 21 besitzt. Die Lage der Anschlüsse ist an einen Quellenbrennpunkt in einem Teilellipsoid 22 gelegt. Der Zielbrennpunkt der Stoßwellen, die am Quellenbrennpunkt erzeugt werden und die von den Wandlungen des Ellipsoids reflektiert werden, ist an die Stelle des Steines 17 gelegt. Der Patient 13 wird solange bewegt, bis der Stein an der Zielbrennpunktstelle liegt, in dem die Tragvorrichtung 14 bewegt wird. Der Stein ist innerhalb des Körperorgans 18 angeordnet dargestellt.

Es sind Zündanschlüsse in einem Teilellipsoid dargestellt; die grundsätzliche Idee ist jedoch, daß Stoßwellen durch eine beliebige Vorrichtung erzeugt und durch einen geeigneten Reflektor auf einen Zielbrennpunkt fokussiert werden, so daß der Stein 17 auf den Zielbrennpunkt eingestellt ist.

Zur Abbildung des Steines sind Mittel vorgesehen, insbesondere ein Ultraschallwandler 23. Der Wandler ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein fokussierter Wandler mit Sektorabtastung, und sein Brennpunkt fällt mit dem Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators 19 zu einem Zeitpunkt während der Abtastung zusammen. Die Echos, die von dem Stein und dem Körper allgemein aufgenommen werden, werden in der für die Verarbeitung von Ultraschall-Echosignalen üblichen Weise verarbeitet, so daß ein Bild entsteht, das auf der Sichtanzeigevorrichtung 24 erscheint. Das Bild zeigt die Abbildung des Steines, der mit 17′ im Bild 18′ des Körperorgans dargestellt ist, an.

Es sind Vorkehrungen getroffen, um die Steinortungsfehler zu beheben, die normalerweise bei Ultraschallwellen aufgrund der Refraktion und der Unterschiede in der Geschwindigkeit sowohl der Ultraschallsignale als der Stoßwellen beim Durchlaufen der unterschiedlichen Medienzwischenwandler und Stein auftreten. Derartige Vorkehrungen sind eine Rechenvorrichtung 26 und/oder eine Positioniervorrichtung zum Positionieren des Ultraschallwandlers, um das gleiche akustische Fenster zu verwenden, wie die Stoßwelle, die von dem Stoßwellengenerator 19 erzeugt wird. Die Rechenvorrichtung kann Berechnungen auf der Basis von Daten, die durch die Echosignale erhalten werden, und/oder auf der Basis von Daten, die im in Abbildungssytem verwendeten Rechner gespeichert sind, zur Folge haben.

Bei der Darstellung nach Fig. 1 wird die Wandlerpositioniervorrichtung zur Behebung von Steinlagefehlern durch ein bewegliches Bauteil 97 unterstützt, das eine Öffnung 28 und einen elliptischen Abschnitt 29 aufweist. Die wechselweise Anordnung eines elliptischen Abschnittes oder einer Öffnung kann z.B. durch Drehen des sich bewegenden Bauteiles oder durch eine Hin- und Herbewegung des Bauteiles in linearer Richtung erzielt werden.

So kann das Bauteil 27 um die Achse 21 gedreht werden oder hin- und herbewegt werden, um wechselweise einen elliptischen Abcshnitt zu erzielen, der dem Teilellipsoid 22 zugeteilt ist. Der elliptische Abschnitt gewährleistet, daß die Stoßwellen, die von den Elektrodenspaltanschlüssen 21 erzeugt werden, eine größere reflektierende Spiegelfläche zur Verfügung haben. Andererseits ermöglicht die Öffnung 28 die Übertragung der Ultraschallsignale und dem Empfang der Echos. Die Korrekturvorrichtung 26 steuert und taktet die Drehung oder Wechselwirkung des Bauteiles 27, so daß die Stoßwellen und die Ultraschallsignale nicht gleichzeitig erzeugt werden. Auf diese Weise benutzen die Ultraschallwellen und die Stoßwellen im wesentlichen das gleiche akustische Fenster zum Patienten 13. Wenn somit eine Refraktion auf die Ultraschallwellen einwirkt, wirkt nahezu die gleiche Refraktion auf die Stoßwellen ein, und es wird ein Positionierfehler aufgrund der Refraktion der Ultraschallwellen durch den Positionierfehler der Stoßwellen aufgehoben.

Zum Drehen des Ultraschallwandlers um seine eigene Achse ist eine Vorrichtung vorgesehen, die mit der Sichtlinie zwischen dem Wandler und dem Zielbrennpunkt zusammenfällt, damit mehr als eine Ebene abgebildet werden kann. Diese Vorrichtung ist in Fig. 1 durch das Zahnrad 32 dargestellt, das zum Drehen des Wandlers um seine eigene Achse 33 verwendet wird. Die Möglichkeit, den Wandler drehen zu können, kann dazu benutzt werden, die Möglichkeit der korrekten Positionierung des Steines zu verbessern und sicherzustellen, daß der Stein tatsächlich die richtige Position einnimmt. Wenn der Stein einwandfrei positioniert ist, beeinflußt die Drehung des Wandlers die Position des Fadenkreuzes am Bild des Steines nicht.

Fig. 1A zeigt die Vorderansicht eines einzigen Wandlers 23, der zwei verschiedene Betriebsarten ermöglicht, die zweckmäßiger Weise in Verbindung mit einem Lithotropsie-Gerät ausgenutzt werden, nämlich (1) einen Suchvorgang und (2) einen exakten Positioniervorgang. Eine Betriebsart (die Scheibe mit kleinerem Durchmesser) ergibt einen Wandler mit einer verhältnismäßig großen Tiefenschärfe und einer mittleren Fokussierung zum Lokalisieren des beeinflußten Organs und des darin befindlichen Steines. Die andere Betriebsart (die Scheibe mit größerem Durchmesser) ergibt einen Wandler mit einem scharfen Brennpunkt und einer kurzen Tiefenschärfe zum exakten Positionieren des Steines an dem Zielbrennpunkt.

Der Wandler ist kreisförmig dargestellt. Vorzugsweise ist er ein Wandler mit piezoelektrischen Kristallen, der auf etwa 200 mm fokussiert ist und zwei aktive Beriche besitzt, nämlich einen inneren kreisförmigen Bereich 25 (bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Scheibe mit 30 mm Durchmesser), die von einem Ring 30 umgeben ist. Für den Suchvorgang bzw. den Suchbetrieb wird nur die Innenfläche verwendet. Zum Positionieren werden die Kombinationen der Innenfläche und des Ringes in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet. Die Kombination ist eine Scheibe vom 50 mm Durchmesser. Andererseits können auch zwei getrennte Wandler verwendet werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Wandler 23 von der exakten Fensterlage der über die Anschlüsse 21 erzeugten Stoßwellen entfernt dargestellt. Für die Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen wie für Fig. 1 verwendet. Eine Korrekturvorrichtung 26′ ist in Fig. 2 anstelle der Korrekturvorrichtung 26 dargestellt, weil in Fig. 2 kein bewegliches Bauteil 27 vorhanden ist. Stattdessen wird eine numerische oder rechnerische Korrektur vorgenommen, um die Steinlagefehler zu beheben. Die Korrektur, die von der Vorrichtung 26′ durchgeführt wird, wird weiter unten näher erläutert.

Ein weiteres Merkmal und eine weitere Möglichkeit, die Steinlagefehler zu beheben, ist in Fig. 2 als die Möglichkeit dargestellt, den Wandler 23 um die Achse des Stoßwellengenerators 19 zu drehen. Insbesondere ist eine Vorrichtung vorgesehen, um den Wandler um die Längsachse des ellipsenförmigen Reflektors des Stoßwellengenerators 19 zu drehen. Diese Vorrichtung ist als Zahnrad 36 am oberen Ende der Säule 37 dargestellt, die mit den Stoßwellengenerator 19 starr befestigt ist. Der Stoßwellengenerator rotiert um die Achse 38 in Abhängig von und unter Steuerung der zentralen Steuereinheit des Lithotripsie-Systems. Die Drehung des Stoßwellengenerators 19 bewirkt, daß der Wandler 23 um die Drehachse 38 dreht, jedoch der Brennpunkt mit dem Brennpunkt des Stoßwellengenerators weiterhin zusammenfällt, d.h. die Fadenkreuze an dem Stein aufrecht erhalten werden. Tatsächlich auftretende Unterschiede in der Position des abgebildeten Steines werden gemittelt, um Steinlagefehler zu beheben oder zu reduzieren.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Anordnung aus Stoßgenerator und Ultraschallwandler über dem Patienten befestigt, wenn der Patient innerhalb des Bades untergebracht ist. Die Stoßwellengeneratorwandleranordnung kann jedoch ohne weiteres auch am Boden des Bades befestigt sein, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Während Fig. 3 zeigt, daß der Wandler das gleiche akustische Fenster wie der Stoßwellengenerator verwendet, kann das Fenster des Wandlers auch von dem des Stoßwellengenerators unabhängig angeordnet sein, in dem eine Rechenvorrichtung verwendet wird, wie dies in Fig. 2 der Fall ist, mit der Ausnahme, daß die Anordnung am Boden des Bades befestigt ist.

Bei dem am Boden des Bades befestigten System ist während des Drehens entweder des Wandlers und/oder des Stoßwellengenerators zur Vermeidung eines Leckens größere Sorgfalt anzuwenden. Die Schritte, die jedoch hierzu erforderlich sind, sind in der Technik bekannt. Die Ziffern nach Fig. 3 entsprechend denen nach Fig. 2.

Ein Merkmal vorliegender Erfindung betrifft die Verwendung einer Röntgenstrahleinrichtung zusätzlich zu der Ultraschalleinrichtung zum Orten der Steinbildungen. Das Hybrid-System ist in der Lage, eine Steinbildung aufzufinden und trigonometrisch zu berechnen, die möglicherweise sonst der Anzeige entgehen könnte, wenn nur eine Strahlungsart verwendet wird. Zusätzlich ist das Röntgenstrahlgerät nützlich, um die Steinlagefehler aufzuheben, die auftreten können, wenn das Ultraschallgerät verwendet wird, somit kann das Röntgenstrahlgerät als Feinsteller verwendet werden, nachdem der Stein durch das Ultraschallgerät festgestellt worden ist.

Das Röntgenstrahlgerät weist zwei Röntgenstrahlröhren auf, die so positioniert sind, daß sie Röntgenstrahlen gegen den Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators richten. Die Röhren 41 und 42 sind so positioniert, daß ihre Strahlen in einem Winkel zueinander verlaufen; vorzugsweise ist der Winkel ein rechter Winkel. Die Röhren werden durch Hochspannungsgeneratoren 43 und 44 unter Steuerung einer zentralen Steuereinheit 45 betrieben.

Jeder Röhre sind auf den entgegengesetzten Seiten des Patienten 13 Datenerfassungs- und -abbildungssysteme 46 und 46 a zugeordnet. Das Datenerfassungssystem 46 weist eine Anzeigevorrichtung, z.B. einen Bildverstärker 47 auf, der die Röntgenstrahlen, die den Patienten passiert haben, in positionsbezogene Lichtintensitätssignale umwandelt.

Eine Videokamera 48 oder dergleichen wird verwendet, um das positionsbezogene Lichtintensitätssignal in pixelbezogene elektrische Signale umzuwandeln. Der Videoprozessor 49 wandelt die pixelbezogenen elektrischen Signale in das Bild um, das auf dem Monitor 50 dargestellt wird. Auf dem Monitor ist ein Fadenkreuz 51 dargestellt, das die Projektion der Sichtlinie des Zielbrennpunktes darstellt, wie er durch das System 46 angezeigt wird. Das System 46 a ist ein Duplikat des Gerätes des System 46. Beide Systeme werden über die Einheit 45 gesteuert. Das Hybrid-System nach Fig. 3 ist so ausgelegt, daß es die Steine lokalisiert und am Zielbrennpunkt unter Verwendung von Ultraschall- oder Röntgenstrahlen oder der Kombination beider positioniert.

Um die Bewegung des Patienten oder der Organe so gering wie möglich zu halten, ist eine Trigger-Vorrichtung 45 a vorgesehen, die bewirkt, daß das System nur beispielsweise während eines vorgeschriebenen physikalischen Auftretens durch Triggern eines ECG-Signales betrieben wird.

Des weiteren sind Vorrichtungen vorgesehen, um eine Anordnung eines Stoßwellengenerators und eines Ultraschallwandlers in einer beweglichen Sonde vorzusehen. Insbesondere ist eine Sonde 61 in Fig. 4 dargestellt. Die Sonde ist an einem Portal 62 befestigt. Ein Handgriff 63 dient zum Bewegen der Sonde, die die Elektrodenanschlüsse 64 aufweist, welche am Brennpunkt einer Stoßwellenquelle in einem reflektierenden und fokussierenden Spiegel z.B. einem ellipsenförmigen Spiegel 65 befestigt sind. Der ellipsenförmige Reflektor hat einen zweiten oder Zielbrennpunkt 66, der im Abstand von dem Quellenbrennpunkt 64 an einer fest vorgegebenen Stelle versetzt ist. Ein Ultraschallwandler 67 ist ferner an dem Zielbrennpunkt 66 fokussiert. Der Ultraschallwandler ist so dargestellt, daß er das gleiche akustische Fenster wie der Stoßwellengenerator hat, d.h. daß der Wandler direkt hinter den Elektrodenspaltanschlüssen 64 befestigt ist. In Fig. 4 ist ein Teil des Spiegels entfernt und durch den Wandlerabtastteil ersetzt.

Alternativ kann das System nach Fig. 1 verwendet werden, d.h. ein ellipsenförmiger Teil und eine Öffnung können alternativ vor den Wandler gesetzt werden. Ferner kann der Wandler alternativ mit der Seite befestigt sein und ein vom Stoßwellengenerator sich geringfügig unterscheidendes Fenster haben. Eine Lagefehlerkorrektureinheit 68 arbeitet in Verbindung mit dem Echo des Ultraschallsystems 69, um Bilder für die Sichtanzeigevorrichtung 71 unter Steuerung des Prozessors 70 vorzusehen.

Ein Teil des Körper des Patienten ist mit 72 dargestellt, wobei der Körper auf einem Auflagebett oder einem Auflagetisch 73 liegt. Das System, bei dem die Sonde 61 die Anordnung aus Stoßwellengenerator und Wandler aufweist, vermeidet, daß der Patient in ein Wasserbad gesetzt werden muß. Stattdessen hat die Anordnung 61 in ihrem Inneren Wasser, das innerhalb der Probe über einen Membran 74 aufrechterhalten wird. Zwischen dem Patienten 72 und der Membran 74 werden gallertartige Materialien eingesetzt um die Übertragung der Stoßwelle und des Ultraschallsignals mit geringstem Widerstand von der Sonde in den Patienten übertragen zu helfen. Die Sonde kann jedoch auch in einem Wasserbad verwendet werden.

Fig. 5 dient zur Erläuterung der Korrekturberechnungen, die verwendet werden, um die Steinlagefehler zu beheben, die aufgrund der Unterschiede in der Geschwindigkeit der Ultraschallsignale in den unterschiedlichen Medien, die zwischen dem Wandler und dem Stein im Patienten liegen, auftreten.

In Fig. 5A projektiert der Ultraschallwandler 81 Strahlenbündel, wenn er in einem Bogen abtastet. Die Strahlenbündel sind durch den zentralen Strahl 82 dargestellt; sie bewirken, daß Echos, z.B. durch Gewebegrenzschichten erzeugt werden. Der Stein erzeugt ein solches Echo.

Das System behandelt normalerweise das Strahlenbündel bzw. den Strahl und das Echo so, als ob sie längs einer geraden Linie gewandert wären. In Wirklichkeit erscheint wegen der Unterschiede in der Geschwindigkeit der Schallwellen in Wasser und in Gewebe der Stein 83, der eigentlich an der Stelle 83 r liegt, an der Stelle 83 i. Somit tritt ein Winkelfehler α 2-α 1 und ein Distanzfehler d 1-d 2 auf, wobei
α 1 ist der Winkel zwischen dem Strahl 82 und der senkrechten 84 auf die Hautfläche 86 an der Stelle p ist, wenn der Strahl auf die Hautfläche auffällt,
α 2 der Winkel zwischen dem gebrochenen Strahl 82′ und der senkrechten auf die Hautfläche an der Stelle p ist,
d 1 der Abstand von der Stelle p zu der scheinbaren Stelle von 83 i des Steines ist, und
d 2 der Abstand von der Stelle p zur tatsächlichen Position 83 r des Steines ist.

Die Winkel und die Geschwindigkeiten sind durch das Snell'sche Gesetz wie folgt voneinander abhängig:

wobei V 1 die Schallgeschwindigkeit in Wasser, 1500 m/sec. und V 2 die mittleren Schallgeschwindigkeit in Gewebe, 1540 m/sec.

Der Abstand d 2 läßt sich einfach bestimmen. Die Zeitdauer t 1, die das Echo benötigt, um vom Stein zurückzukehren, ist bekannt. Die Zeit multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit im Gewebe ergibt den Abstand zum Stein längs des Strahles 82′.

Normalerweise ergibt der Abstand zwischen der Quelle und dem Objekt unter Verwendung einer einzigen Geschwindigkeit einen Fehler in Richtung des Vektors wie auch eine Winkelabweichung aufgrund des Snell'schen Gesetzes. Während der ersten wenigen Bildwechsel zeigt das Ultraschallsystem die Position 86 der Hautfläche an. Die Position der Hautfläche ist deshalb wichtig, weil es sich hier um das erste starke, empfangene Echo handelt.

Fig. 5B zeigt eine Ausführungsform eines Gerätes zur Berechnung des Winkels zwischen dem Ultraschallstrahl und der Senkrechten auf die Hautfläche für jeden Abbildungsvektor. Eine Kurve wird den aufgenommenen Daten angepaßt, um die Hautfläche 86 anzuzeigen. Somit zeigt Fig. 5B eine Kurvenanpassungsvorrichtung 91, die eine an sich bekannte Vorrichtung zur Kurvenanpassung sein kann, z.B. ein mittlerer quadratischer Operator, der die Daten verwendet, die an der Haut erhalten werden. Nachdem eine Kurve angepaßt ist, wird der Winkel α 1 zwischen der normalen auf die Haut und den Strahlen, die vom Wandler zum Patienten gehen, in der Vorrichtung 92 erhalten. Der Winkel wird für jeden auf die Haut fallenden Strahl erhalten. Der Sinus des Winkels α 1 wird bei 93 berechnet und durch den Wert V 1 bei 94 dividiert. Der Quotient wird mit V 2 bei 96 multipliziert, was einen Wert von sinα 2 ergibt. Der Winkel α 2 wird aus diesem Wert bei 97 erhalten. Der Wert von α 2 ermöglicht das Auffinden der tatsächlichen Linie, d.h. der Linie 82′ für jeden der Strahlen, auf denen der echte Stein geortet wird.

Ohne Berechnungen können auch zum Korrigieren des Stoßwellengenerator- Zielbrennpunktes für Positionsfehler aufgrund von Geschwindigkeitsdifferenzen und Refraktion vorgenommen werden. Der korrigierte Wandlerbrennpunkt wird so eingestellt, daß er mit dem korrigierten Zielbrennpunkt zusammenfällt.

In der Praxis wird die Sonde, die die Anordnung aus Ultraschallwandler und Stoßwellengenerator umfaßt, verwendet, um die Lage der Steine zu bestimmen und die Steine durch die Lithotripsie mit Hilfe von Stoßwellen, die extra korporal erzeugt werden, zu zerstören. Die tatsächliche Lage der Steine wird entweder dadurch erhalten, daß das gleiche Fenster für die Stoßwellen und für den Ultraschallwandler verwendet wird, der Wandler um die Achse des Stoßwellengenerators gedreht und die erhaltenen Steinstellen gemittelt werden, ein Wandler um seine eigene Achse gedreht wird und die Steinstellen unter Verwendung zweier Wandler gemittelt werden, oder dadurch, daß die echte Position aus den Daten, die während der Verwendung des Ultraschallwandlers und des Röntgenstrahlgerätes erhalten werden, berechnet werden, oder durch eine Kombination beider. Die tatsächliche Stelle ist auf dem Bild dargestellt und der Patient oder die Sonde wird soweit bewegt, bis die Fadenkreuze auf dem Bild mit dem abgebildeten Stein zusammenfallen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Stoßwellengenerator getriggert. Nachdem eine Reihe von Stoßwellen erzeugt und übertragen worden sind, um den Stein zu brechen, wird das Bild wieder erstellt, um zu prüfen, ob der Stein tatsächlich zerstört worden ist, und ferner weiter zu prüfen, ob die Bruchteile des Steines eine weitere Zertrümmerung erfahren müssen.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Orten von Steinbildungen für die Verwendung in Verbindung mit Stoßwellengeneratoren bei Lithotripsie- Geräten, wobei der Stoßwellengenerator Elektrodenanschlüsse aufweist, die an einem Quellenbrennpunkt in einem ellipsenförmigen Reflektor positioniert sind und ein Zielbrennpunkt im Abstand davon angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ultraschallwandlerabtastvorrichtung (23) Ultraschall- und Echowellen überträgt, eine Vorrichtung (24) zur Erzeugung von Echosignalen aus dem Wandler (23) eine Abbildung (17′) der Lage des Steines (17) in einem Patienten (18) ergibt, und eine Vorrichtung (32, 26) die Koinzidenz der echten Lage (17) des Steines und der abgebildeten Lage (17′) ergibt, um den Stein korrekt am Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators (19) zu plazieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Koinzidenzvorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Vorrichtung zum Positionieren der Ultraschallabtastvorrichtung (23) in der Längsachse des ellipsenförmigen Reflektors (65) auf der Seite der Elektrodenanschlüsse (64) entfernt von dem Patienten (13) an einer Stelle, wobei die Stoßwellen des Stoßwellengenerators (19) und die Ultraschallwellen (23; 67) das gleiche akustische Fenster benutzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die selektiv eine Öffnungsvorrichtung oder einen Teil der ellipsenförmigen Reflektorfläche vor den Wandler plaziert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum selektiven Plazieren einer Öffnung oder eines Teiles der ellipsenförmigen Reflektorfläche vor den Wandler eine Drehvorrichtung aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum selektiven Plazieren einer Öffnung oder eines Teiles der ellipsenförmigen Reflektorfläche vor den Wandler eine Verschiebevorrichtung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Drehen des Wandlers um seine Achse, um damit die Erfassung von Bildern in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ebenen mit einem einzigen Wandler zu ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Befestigen des Wandlers längs der Seite des Stoßwellengeneratorreflektors, und eine Vorrichtung zur Berechnung der für die Erzielung der Koinzidenz erforderlichen Korrektur.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine Vielzahl von Wandlereinheiten aufweist, die fokussiert sind, wobei der Brennpunkt des Wandlers mit dem Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators zusammenfällt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Drehen des Wandlers um die Längsachse des ellipsenförmigen Stoßwellengenerators, um die Koinzidenz sicherzustellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Position des Steines nach dem Orten des Steines an verschiedenen Punkten während der Drehung um die Längsachse des ellipsenförmigen Stoßwellengenerators bestimmt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Sektorabtastwandler ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein fokussierter phasenabhängiger Gruppenwandler ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine Vorrichtung zur Veränderung der Tiefenschärfe aufweist, um sowohl einen Suchvorgang als auch einen exakten Postioniervorgang zu ermöglichen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Koinzidenz sicherstellende Vorrichtung eine Röntgenstrahlvorrichtung (41, 42) zum Orten des Steines und damit zum Eichen des Wandlers aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Triggern des Wandlers, um in synchron mit physiologischen Signalen zu betreiben.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Triggern (45 a) der Röntgenstrahlvorrichtung, um synchron mit physiologischen Signalen zu arbeiten.

17. Vorrichtung zum Orten von Steinbildungen für die Verwendung in Verbindung mit einem Stoßwellengenerator, wobei die Ortungsvorrichtung eine bewegliche Sonde aufweist, die einen Stoßwellengenerator besitzt, gekennzeichnet durch einen ellipsenförmigen Spiegel (65), Elektrodenanschlüsse (64) an einem Brennpunkt des ellipsenförmigen Spiegels (65), einen Ultraschallwandler (67), der am Stoßwellengenerator (61) in Richtung der Längsachse des ellipsenförmigen Spiegels auf der Seite der Elektrodenanschlüsse entfernt von dem Zielbrennpunkt befestigt swieauf den Zielbrennpunkt fokussiert ist, wobei die Sonde zum Orten des Steines innerhalb des Patienten verschiebbar ist.

18. Lithotrhipsie-System mit einem Stoßwellengenerator zum Zertrümmern von Steinbildungen innerhalb eines Patienten mit Hilfe von extra-korporalen Stoßwellen, gekennzeichnet durch,

• -eine Badvorrichtung (12),
• -eine Abstützvorrichtung (14) zur Aufnahme des Patienten (13) innerhalb des Bades,
• -eine Vorrichtung zur Befestigung des Stoßwellengenerators (19) auf der Unterseite des Bades,
• -einen Ultraschallwandler (23) zum Orten der Steinbildung (17) für die Zertrümmerung, und
• -eine Vorrichtung (26), die eine Koinzidenz der durch Ultraschall bestimmten Stelle und der echten Stelle der Steinbildung sowie des Zielbrennpunktes des Stoßwellengenerators (19) sicherstellt.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßwellengenerator (19) und der Ultraschallwandler (23) auf der Oberseite des Bades (12) befestigt sind.

20. Lithotripsie-System mit einem Stoßwellengenerator zum Zertrümmern von Steinbildungen innerhalb eines Patienten mit extra-korporalen Stoßwellen, gekennzeichnet durch

• -eine Badvorrichtung (12),
• -eine Abstützvorrichtung (14) zur Aufnahme des Patienten (13) innerhalb des Bades (12),
• -eine Vorrichtung zum Befestigen des Stoßwellengenerators (19) an der Badvorrichtung (12),
• -einen Ultraschallwandler (23) zum Orten der Steinbildung (17) für die Zertrümmerung, und
• -eine Röntgenstrahlvorrichtung (41, 42) zum Orten der Steinbildung für die Zertrümmerung.