DE3617032C2 - Lithotripsiegerät mit extrakorporalem Stoßwellengenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithotripsiegerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

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 Abbildungstechniken 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 Katheder sind mit Vorrichtungen ausgerüstet, die die Steine erfassen, oder arbeiten mit Ultraschallgeneratoren, um die Steine durch Vibrationseinwirkung zu zerbrechen.

In jüngerer Zeit ist die extrakorporale 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 einem Bad so bewegt, daß Fadenkreuze auf jedem der beiden Bilder, die durch das System zur Anzeige gebracht werden, an den Stein angrenzen. Die Fadenkreuze neh­ men 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 soweit zertrümmert wird, daß die Einzelteile durch normale Körperfunktionen aus dem Körper ausgespült werden.

Aus der DE 27 22 252 B2 ist eine Einrichtung zum räumlichen Orten von Konkremen­ ten in Verbindung mit einem Koppelgerät in Form eines Ellipsoids mit einer Stoßwellen­ quelle im Brennpunkt bekannt, bei dem mehrere Ultraschallwandler im ellipsenför­ migen Reflektor eingebaut sind, z. B. ein schwenkbarer Ultraschallschwinger zum Auf­ bau eines B-Bildes. Das Koppelgerät und das Konkrement im Körper eines Lebewesens sind in drei Ebenen relativ zueinander bewegbar.

Der DE 33 16 837 A1 ist ein Lithotripter mit einer Funkenstrecke in einem ellipsoidför­ migen Reflektor zu entnehmen, bei dem die Funkenstrecke in der Längsachse des Reflektors angeordnet ist, um den Wirkungsgrad im Vergleich zu quer angeordneten Funkenstrecken zu verbessern. Hierbei sind Probleme der Ortung von Konkrementen nicht angesprochen.

Die DE 31 46 628 A1 zeigt eine Auslösevorrichtung für Stoßwellen, bei der die Stoßwellen in Korrelation mit Körperfunktionen ausgelöst werden.

Des weiteren ist aus EP 0 084 093 A1 eine Patientenliege bekannt, mit der ein Patient zum Zweck einer Steinzertrümmerung in einer mit Wasser gefüllten Wanne gelagert werden kann.

Die DE 31 46 626 A1 hat zum Gegenstand einen beweglichen Therapiekopf mit einer Röntgenortungseinrichtung, bei der zwischen einer flüssigkeitsgefüllten Fokussierungs­ kammer und der Einkoppelstelle in den Körper ein erstes, mit entgastem Wasser gefüll­ tes Kissen für das gleichzeitige Einleiten von Röntgen- oder Ultraschallwellen zur Ortung von Konkrementen und zur Überwachung des Erfolgs der Zerkleinerung, sowie an der Auskoppelstelle aus dem Körper ein ähnliches zweites Wasserkissen vorgesehen ist, das den Körper großflächig umfaßt.

Schließlich ist aus der DE 32 20 751 A1 eine Vorrichtung zum Zertrümmern von Kon­ krementen im lebenden Körper bekannt, deren Positionierung unter Röntgenkontrolle und ferner mit hochauflösenden, fernfokussierten Ultraschallsonden vorgenommen werden kann.

Bei den bekannten Versuchen mit der Anwendung von Ultraschall als Medium zum Orten der Steinbildungen wurden unterschiedliche akustische Fenster von den Ultra­ schallwandlern und von dem 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.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ultraschall-Abbildungs­ systeme, die bei der Ortung von Steinbildungen verwendet werden, zu beheben und die derzeit bekannten Abbildungssysteme zum Orten von Konkrementen, die in Verbin­ dung mit extrakorporalen Stoßwellen-Lithotripsiegeräten verwendet werden, zu verbes­ sern und dabei den Patienten so zu bewegen, daß eine exakte Positionierung des Kon­ krements am Zielbrennpunkt erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Lithotripsiegerät gemäß dem Oberbegriff mit den Merkmalen, die im Kennzeichnungsteil des Anspruches angegeben sind, gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem Lithotripsiegerät nach der Erfindung werden die Sichtanzeigevorrichtung, die Korrekturvorrichtung und das Getriebe gemeinsam verwendet, um das Konkrement am Zielbrennpunkt korrekt zu positionieren. Die Drehvorrichtung stellt dabei den gleichen akustischen Pfad für die Ultraschallsignale, die Echosignale und die Stoßwellen sicher. Die Ultraschallsignal-Wandlervorrichtung zum Abbilden und Kombinieren des Ultra­ schallwandlers mit dem Stoßwellengenerator ist bei einer Ausführungsform der Erfin­ dung in einer einzigen beweglichen Sonde vorgesehen, wobei die Brennpunkte des Ultraschallwandlers und des Stoßwellengenerators zusammenfallen. Auch werden für die Stoßwellen und für die Ultraschallsignale gleiche akustische Fenster verwendet, damit eine Korrektur auf Positionsfehler, die durch die unterschiedlichen Geschwindig­ keiten in den verschiedenen, durchlaufenen Medien auftreten, entfallen kann.

Mit der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Berechnung und Korrektur der Posi­ tionsfehler vorgeschlagen, die sich aus den Unterschieden der Signalgeschwindigkeit und der Stoßwellengeschwindigkeit ergeben.

Der Ultraschallwandler ist drehbar um seine eigene Achse ausgebildet, damit eine Abtastung in einer Vielzahl von Ebenen sowie eine genauere Positionierung des Steines an Fadenkreuzen auf dem den Zielpunkt anzeigenden Bild ermöglicht wird. In weiterer Ausgestaltung wird der Ultraschallwandler drehbar um die Achse des Stoßwellen­ generators angeordnet, um verschiedene Ansichten des Patienten und des Steines zu erzielen, während gleichzeitig 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 zur Korrektur von Positi­ onsfehlern gemittelt.

Um den Vorgang des Ortens der Steine zu beschleunigen, wird die Verwendung eines Paares von Ultraschallwandlern vorgeschlagen. Die beiden Ultraschallwandler werden so angeordnet, daß das Fadenkreuz eines jeden Wandlers der Zielbrennpunkt des Stoß­ wellengenerators ist, wobei die von den Wandlern abgebildeten Ebenen senkrecht oder im Winkel zueinander stehen. Ein Orten mit jedem einzelnen Wandler ermöglicht, daß ein Computer die Lage mittelt, um Positionierfehler zu beheben, ohne daß es erforder­ lich ist, den einzelnen Wandler relativ zum Stoßwellengenerator zu drehen.

Vorzugsweise werden Wandler mit einer großen Tiefenschärfe für die allgemeine Lokalisierung und Wandler mit kleiner Tiefenschärfe für die exakte Positionierung der Steinbildung am Brennpunkt verwendet.

Des weiteren wird mit der Erfindung vorgeschlagen, sowohl Röntgenstrahlen als auch Ultraschall in Verbindung mit dem Stoßwellengenerator zu verwenden; ein derartiges Hybridsystem ist in der Lage, Steine abzubilden, die sich normalerweise durch Röntgen­ strahlen oder durch Ultraschall allein der Betrachtung entziehen.

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

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

Fig. 2 eine weitere Querschnittsansicht eines Lithotripsiegerätes, bei dem der Ultraschallwandler von dem Stoßwellengeneratorfenster entfernt ist,

Fig. 3 eine andere Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Lithotripsiegerätes, wobei Ultraschallwandler und Stoßwellengenerator am Boden eines Lithotripsie-Bades zusammen mit Röntgenstrahlröhren angeordnet sind, und wobei ein Hybrid-Röntgenstrahl-Lithotripsiegerät vorgesehen ist,

Fig. 4 eine Ausführungsform (teilweise als Schnitt, teilweise als Blockschaltbild) eines Lithotripsiegerätes 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 Lithotripsiegerät darstellt.

Fig. 1 zeigt ein extrakorporales Lithotripsiesystem 11 teils im Querschnitt und teils als Blockschaltbild. Das dargestellte System weist ein Bad 12 auf, in welches der Patient 13 während der Behandlung teilweise eintaucht. Eine hydraulische oder mechanische Anordnung zum Tragen und Bewegen des Patienten in den X-, Y- und Z-Richtungen ist durch ein Bett 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 Elektroden 21 besitzt. Die Elektroden sind an einen Quellenbrennpunkt in einem ellipsoidförmigen Reflektor 22 angeschlossen. Der Zielbrennpunkt der Stoßwellen, die am Quellenbrennpunkt erzeugt werden und die von den Wandungen des ellipsoidförmigen Reflektors reflektiert werden, ist an die Stelle des Steines 17 gelegt. Der Patient 13 wird solange bewegt, bis der Stein an der Zielbrennpunktstelle liegt, indem die Tragvorrichtung 14 bewegt wird. Der Stein ist innerhalb des Körperorgans 18 angeordnet dargestellt.

Die Elektroden sind in einem ellipsoidförmigen Reflektor 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 ist z. B. ein Ultraschallwandler 23 vorgesehen. Der Wandler ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein fokussierter Wandler mit Sektorabtastung, und sein Brennpunkt fällt mit dem Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators 18 zum Zeitpunkt 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 Medien zwischen Wandler und Stein auftreten. Derartige Vorkehrungen sind eine Rechenvorrichtung (Korrektur) 26 und/oder eine Positioniervorrichtung zum Positionieren des Ultraschallwandlers, um das gleiche akustische Fenster zu verwenden wie die Stoßwelle, die von dem Stoßwellengenerator 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 Abbildungssystem verwendeten Rechner gespeichert sind, zur Folge haben.

Bei der Darstellung nach Fig. 1 wie die Wandlerpositioniervorrichtung zur Behebung von Steinlagefehlern durch ein bewegliches Bauteil (Drehvorrichtung) 27 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 31 gedreht oder hin- und herbewegt werden, um wechselweise einen ellipsoidförmigen Abschnitt zu erzielen, der dem ellipsoidförmigen Reflektor 22 zugeteilt ist. Der ellipsoidförmige Abschnitt gewährleistet, daß die Stoßwellen, die von den Elektroden 21 erzeugt werden, eine größere reflektierende Spiegelfläche zur Verfügung haben. Andererseits ermöglicht die Öffnung 28 die Übertragung der Ultraschallsignale und den Empfang der Echos. Die Korrekturvorrichtung 26 steuert und taktet die Drehung oder Hin- und Herbewegung 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.

Eine Vorrichtung dreht den Ultraschallwandler um seine eigene Achse, 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 korrekte 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 zweckmäßigerweise in Verbindung mit einem Lithotropsiegerät benutzt 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 Bereiche 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 von 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 Elektroden 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. Statt dessen 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 Methode, die Steinlagefehler zu beheben, ist in Fig. 2 dargestellt, den Wandler 23 um die Achse des Stoßwellengenerators 19 zu drehen. Insbesondere ist eine Vorrichtung vorgesehen, um den Wandler um die Längsachse des ellipsoidförmigen Reflektors des Stoßwellengenerators 19 zu drehen. Diese Vorrichtung ist als Zahnrad 36 am oberen Ende der Säule 37 dargestellt, die mit dem Stoßwellengenerator 19 starr befestigt ist. Der Stoßwellengenerator rotiert um die Achse 38 abhängig von und unter Steuerung der zentralen Steuereinheit des Lithotripsiesystems. 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 Stoßwellengenerator und Ultraschallwandler über den Patienten befestigt, wenn der Patient in das Bad eintaucht. Diese Wandleranordnung kann jedoch ohne weiteres auch am Boden des Bades vorgesehen 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, indem 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 des Wandlers und/oder des Stoßwellengenerators zur Verwendung eines Leckens größere Sorgfalt anzuwenden. Die Schritte, die hierzu erforderlich sind, sind in der Technik bekannt. Die Bezugsziffern nach Fig. 3 entsprechen denen nach Fig. 2.

Ein Merkmal vorliegender Erfindung betrifft die Verwendung einer Röntgenstrahl­ einrichtung 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 dient das Röntgenstrahlgerät dazu, die Steinlagefehler aufzuheben, die auftreten können, wenn das Ultraschallgerät verwendet wird. Somit kann das Röntgenstrahlgerät als Feineinstellvorrichtung 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 im 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 46a zugeordnet. Das Datenerfassungssystem 46 weist eine Anzeigevorrichtung, z. B. einen Bildverstärker 47 auf, der die Röntgenstrahlen, die den Patienten passiert haben, in positionisbezogene Lichtintensitätssignale umwandelt.

Eine Videokamera 48 oder dergl. wird verwendet, um das positionsbezogene Lichtintensitätssignal in pixelbezogene elektrische Signale umzuwandeln. Der Videoprozessor 49 wandelt die pixelbezogenen elektrischen Signale in ein Bild um, das auf den 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 46a ist ein Duplikat des Gerätes des Systems 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 45a vorgesehen, die bewirkt, daß das System nur beispielsweise während eines vorgeschriebenen physikalischen Vorgangs durch Triggern eines ECG-Signales betrieben wird.

Des weiteren sind Vorrichtungen vorgesehen, um eine Anordnung eines Stoßwellengenerators und eines Ultraschallwandlers in einen beweglichen Therapiekopf zu erreichen. Insbesondere ist ein Therapiekopf 61 in Fig. 4 dargestellt. Der Therapiekopf ist an einem Portal 62 befestigt. Ein Handgriff 63 dient zum Bewegen der Sonde, die die Elektroden aufweist, welche am Brennpunkt 64 einer Stoßwellenquelle in einem reflektierenden und fokussierenden Spiegel, z. B. einem ellipsoidförmigen Spiegel 65 befestigt sind. Der ellipsoidförmige 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 am 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 Elektroden 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 ellipsoidförmiger Teil und eine Öffnung können alternativ vor den Wandler gesetzt werden. Ferner kann der Wandler alternativ seitlich 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 Körpers des Patienten ist mit 72 dargestellt, wobei der Körper auf einem Bett oder Tisch 73 liegt. Das System, bei dem der Therapiekopf 61 die Anordnung aus Stoßwellengenerator und Wandler aufweist, vermeidet, daß der Patient in ein Wasserbad gesetzt werden muß. Statt dessen enthält die Anordnung 61 in ihrem Inneren Wasser, das innerhalb der Probe über eine Membran 74 aufrecht erhalten 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 zu unterstützen. 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 durchlaufen werden, auftreten.

In Fig. 5A projiziert 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 83r liegt, an der Stelle 83i. Somit tritt ein Winkelfehler α2-α1 und ein Distanzfehler d1-d2 auf, wobei
α1 der Winkel zwischen dem Strahl 82 und der Senkrechten 84 auf der Hautfläche 86 der Stelle p ist, wenn der Strahl auf der Hautfläche auftrifft,
α2 der Winkel zwischen dem gebrochenen Strahl 82′ und der Senkrechten auf die Hautfläche an der Stelle p ist,
d1 der Abstand von der Stelle p zu der scheinbaren Stelle von 83i des Steines ist, und
d2 der Abstand von der Stelle p zur tatsächlichen Position 83r des Steines ist.

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

wobei V1 die Schallgeschwindigkeit in Wasser, 1500 m/sec. und
V2 die mittlere Schallgeschwindigkeit in Gewebe, 1540 m/sec.

Der Abstand d2 läßt sich einfach bestimmen. Die Zeitdauer t1, 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 α1 zwischen der Senkrechten 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 α1 wird bei 93 berechnet und durch Wert V1 bei 94 dividiert. Der Quotient wird mit V2 bei 96 multipliziert, was einen Wert von sin α2 ergibt. Der Winkel α2 wird aus diesem Wert bei 97 erhalten. Der Wert von α2 ermöglicht das Auffinden der tatsächlichen Linie, d. h. der Linie 82′ für jeden der Strahlen, auf denen der echte Stein geortet wird.

Ähnliche 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 Lithotripsie mit Hilfe von Stoßwellen, die extrakorporal 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 (15)

1. Lithotripsiegerät mit einem zum Zertrümmern von Konkrementen in Organen eines Patienten vorgesehenen extrakorporalen Stoßwellengenerator, der Elektroden (21) aufweist, welche an einem Quellenbrennpunkt eines ellipsoidförmigen Reflektors (22) zur Erzeugung von Stoßwellen angeordnet sind, die auf einen Ziel-Brennpunkt im Abstand von den Elektroden (21) reflektierend fokussiert sind, mit einer Ultraschallwandler- Abtasteinrichtung (23) zum Übertragen von Ultraschallsignalen und zum Empfangen von Ultraschallechosignalen, und mit einer Sichtanzeigevorrichtung (24), die die Echosignale benutzt, um ein Bild des Konkrements im Patienten zu erhalten, damit eine Positionierung des Konkrements am Zielbrennpunkt erreicht wird, indem der Patient solange bewegt wird, bis das Konkrementbild am Bild des Zielbrennpunkts ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrekturvorrichtung (26) das Echosignal auf Brechungsfehler korrigiert, die durch Geschwindigkeitsunterschiede in den verschiedenen von den Ultraschallsignalen durchlaufenen Medien beim Orten der Konkremente und durch die Geschwindigkeitsunterschiede in den von der Stoßwelle beim Zertrümmern der Konkremente durchlaufenen Medien verursacht werden, um auf der Sichtanzeigevor­ richtung (24) eine Koinzidenz des abgebildeten Konkrements mit dem Bildpunkt des Zielbrennpunktes herzustellen, wenn sich das Konkrement tatsächlich im Zielbrennpunkt befindet.

2. Lithotripsiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler- Abtasteinrichtung (23) außerhalb des ellipsoidförmigen Reflektors (22) in der Längs­ achse des Reflektors auf der vom Patienten abgewandten Seite der Elektroden (21) positioniert ist.

3. Lithotripsiegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (29) des ellipsoidförmigen Reflektors (22), der zwischen der Ultraschallwandler-Abtasteinrichtung (23) und den Elektroden (21) liegt, um eine Achse (31) drehbar angeordnet ist, wobei die Achse (31) parallel zur Längsachse des ellipsoidförmigen Reflektors (22) verläuft.

4. Lithotripsiegerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ellipsoidförmigen Reflektor (22) eine Drehvorrichtung (27) mit einer Öffnung (28) zugeordnet ist, und entweder die Öffnung (28) oder der bewegliche Teil des ellipsoid­ förmigen Reflektors (22) in der Längsachse zwischen Wandler und Elektroden (21) angeordnet ist, um beim Senden und Empfangen Interferenzen auf einem Minimum zu halten, wenn die Ultraschallwandler-Abtasteinrichtung (23) arbeitet, oder um am Zielbrennpunkt ankommende Stoßwellen auf ein Maximum zu bringen, wenn der Stoßwellengenerator arbeitet.

5. Lithotripsiegerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung (26) eine Vorrichtung zum Befestigen der Ultraschallwandler- Abtasteinrichtung (23) auf dem ellipsoidförmigen Reflektor (22) zur Erzielung unter­ schiedlicher Ansichten des Konkrements an unterschiedlichen Stellen der Wandlervor­ richtung um die Längsachse des ellipsoidförmigen Reflektors herum und eine Vorrich­ tung zum Korrigieren der Brechung der Wellen durch Änderung der Position des Patien­ ten zur Aufrechterhaltung der Position der Konkremente am Zielbrennpunkt in den unter­ schiedlichen Ansichten aufweist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler-Abtast­ einrichtung (23) eine Vielzahl von Wandlereinheiten aufweist, die fokussiert sind, wobei der Brennpunkt der Ultraschallwandler-Abtasteinrichtung mit dem Zielbrennpunkt des Stoßwellengenerators zusammenfällt.

7. Gerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (36, 37) zum Drehen der Ultraschallwandler-Abtasteinrichtung (23) um die Längsachse des ellipsoidförmigen Stoßwellengenerators, um die Koinzidenz sicherzustellen.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Position des Konkre­ ments nach dem Orten an verschiedenen Punkten während der Drehung um die Längs­ achse des ellipsoidförmigen Stoßwellengenerators bestimmt wird.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler-Abtast­ einrichtung (23) ein Sektorabtastwandler ist.

10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler-Abtast­ einrichtung (23) ein fokussierter phasenabhängiger Gruppenwandler ist.

11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler-Abtast­ einrichtung (23) eine Vorrichtung zur Veränderung der Tiefenschärfe aufweist, um sowohl einen Suchvorgang als auch einen exakten Positioniervorgang zu ermöglichen.

12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Koinzidenz sicherstellende Vorrichtung eine Röntgenstrahlvorrichtung (41, 42) zum Orten des Konkremens und damit zum Eichen die Ultraschallwandler-Abtasteinrichtung (23) aufweist.

13. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (45a) zum Triggern der Ultraschallwandler-Abtasteinrichtung (23), um einen Betrieb mit physiologischen Signalen zu erzielen.

14. Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (45a) zum Triggern der Röntgenstrahlvorrichtung, um synchron mit physiologischen Signalen zu arbeiten.

15. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortungsvorrichtung einen beweglichen Therapiekopf (61) aufweist, der auf einem Gestell (62) befestigt und von diesem abgestützt ist, damit er längs des Körpers des Patienten bewegbar ist und die Konkremente im Organ des Patienten geortet werden können, daß eine Handhabungsvorrichtung (63) zur Steuerung der Bewegung des Therapiekopfes vorgesehen ist, daß der Therapiekopf im Inneren Wasser aufweist, und daß eine akustische, transparente Membran (74) zum Aufrechterhalten des Wassers im Therapiekopf vorgesehen ist, so daß der Therapiekopf verwendet werden kann, während der Patient sich außerhalb einer Badewanne befindet.