DE3703335C2 - Lithotripter mit PVDF-Folie als Ortungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lithotripter mit einem Stoßwel­ lengenerator zur Erzeugung eines Stoßwellenimpulses, der eine ebene Wellenfront aufweist, und mit einer akustischen Linse, die den Stoßwellenimpuls auf einen Fokuspunkt fokussiert.

Eine solche Einrichtung zur Konkrementzertrümmerung ist bei­ spielsweise auf der DE-OS 33 28 039 bekannt. Dort ist als Stoßwellenquelle ein Stoßwellenrohr eingesetzt, welches eine elektrische Spule, eine Isolierfolie und eine Kupfermembran umfaßt. Wird auf die Spule ein Stromimpuls gegeben, so werden in der vorgelagerten Membran Wirbelströme erzeugt, die die Membran von der Spule wegschlagen. In dem angrenzenden Über­ tragungsmedium, z. B. Wasser, bildet sich eine Stoßwelle aus. Diese wird durch eine akustische Linse fokussiert, deren Brenn­ punkt sich nach einem Einstellvorgang im Konkrement des Pati­ enten befindet. Als Konkrement kommt beispielsweise ein Nie­ renstein in Betracht.

Im Zusammenhang mit Einrichtungen gemäß der DE-OS 33 28 039 ist es aus der DE-OS 35 03 688 bekannt, zwischen der Linse und der Spule einen beispielsweise auf der Basis eines piezo­ elektrischen Polymers wie PVDF aufgebauten Druckaufnehmer an­ zuordnen, der Bestandteil einer der Überwachung der Funktion der Stoßwellenquelle dienenden Sicherheitseinrichtung ist.

Die Ortung des Konkrements hat eine hohe Bedeutung. Je größer die Zielgenauigkeit ist, desto größer ist der therapeutische Erfolg und desto kleiner die Belastung des Patienten. Es ist bekannt, die Ortung mit Röntgengeräten vorzunehmen. Allerdings kann dabei wegen der Strahlenbelastung nicht während der gesam­ ten Stoßwellenbehandlung die Lage des Steins überprüft werden. Es werden jeweils nur von Zeit zu Zeit Röntgenbilder aufgenom­ men, um die Lage des Steins zu überprüfen. Für eine kontinu­ ierliche Überwachung der Steinlage ist man deswegen bereits dazu übergegangen, die Ortung des Konkrements mit Ultraschall vorzunehmen. So zum Beispiel ist aus der DE-PS 34 27 001 ein Ortungs- und Positionierverfahren bekannt, bei dem mittels eines Ultraschall-Schwingers das Konkrement geortet wird, vor­ gegebene Markierungsmarken gesetzt werden und anschließend eine mechanische Korrelation der Position des Konkrements mit dem Brennpunkt des Stoßwellensystems vorgenommen wird.

Weiterhin ist es aus der DE-OS 31 19 295 bekannt, die Ortung des Konkrements mit der Stoßwellenquelle selbst vorzunehmen. Im dort geschilderten System ist die Stoßwellenquelle eine Anord­ nung aus einer Vielzahl piezoelektrischer Wandlerelemente. Da­ durch besteht die Möglichkeit, den Stoßwellenimpuls selbst oder dessen im diagnostischen Bereich liegenden Frequenzanteile zur Ortung des Konkrements heranzuziehen. Dieses Verfahren kann allerdings nur bei einer Stoßwellenquelle, deren Stoßwellenim­ puls mit piezoelektrischen Elementen hervorgerufen wird, ange­ wendet werden.

Das Prinzip der sogenannten synthetischen Antenne ist aus den Veröffentlichungen US-PS 4,325,257, Proc. 6th Internat. Symp. Acoustical Holography, Plenum Press, New York (1975), p. 193 ("Digital Computer Simulation Study of a Real-Time Collection, Post-Processing Synthetic Focusing Ultrasound Cardiac Camera") sowie dem Aufsatz "Acoustic Imaging by Wave Field Extrapola­ tion: Part 11: Practical Aspects" von J. Ridder, A.J. Berkhout und L.F. v.d. Wal bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lithotripter der ein­ gangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Ultraschall- Ortung des Konkrements unter Verwendung des ausgesandten Stoß­ wellenimpulses als Ultraschall-Sendesignal unabhängig von der speziellen Ausbildung der Stoßwellenquelle möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine PVDF-Folie mit piezoelektrisch aktivierten Bereichen, die ein lineares Ultraschall-Array mit langestreckten Ultraschall-Wand­ lerelementen bilden, zwischen dem Stoßwellengenerator und der Linse angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine zweite PVDF-Folie mit piezoelektrisch aktivierten Berei­ chen, die ein zweites lineares Ultraschall-Array mit lang­ gestreckten Ultraschall-Wandlerelementen bilden, zwischen dem. Stoßwellengenerator und der Linse angeordnet ist, wobei die beiden linearen Arrays bevorzugt senkrecht aufeinander stehen.

Vorteil des neuen Lithotripters ist es, daß die PVDF-Folie un­ abhängig von der Bauart der eingesetzten Stoßwellenquelle im Fortpflanzungsweg der Stoßwellenimpulse angeordnet werden kann. Die PVDF-Folie dient lediglich als Empfangsfolie für die im diagnostischen Frequenzbereich von z. B. 3 bis 4 MHz liegenden Frequenzanteile der reflektierten Echos, die beim Auftreffen des Stoßwellenimpulses auf dem Konkrement entstehen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Lithotripter mit einer Linse und vorgela­ gerter PVDF-Folie als Empfangs-Array zur Ortung.

In der Figur ist eine elektrodynamische Stoßwellenquelle 1 dargestellt. Die Stoßwellenquelle 1 umfaßt eine elektrische Spule 3, vor der, durch eine Isolierfolie 5 getrennt, eine Kupfermembran 7 angeordnet ist. Die Spule 3 kann mit einem Spannungsimpuls U beaufschlagt werden. An die Kupfermembran 7 schließt sich eine Wasservorlaufstrecke 9 an. In der Wasser­ vorlaufstrecke 9 befindet sich als Fokussierungseinrichtung eine Linse 11. Die Wasservorlaufstrecke 9 wird von einer Ankoppelmembran 13 abgeschlossen. Ein zylindrisches Rohrteil 15, welches an der einen Stirnseite von der Stoßwellenquelle 1 und an der anderen Stirnseite von der Ankoppelmembran 13 abge­ schlossen ist, bildet ein Gehäuse. Dies ist mit der Koppel­ flüssigkeit Wasser gefüllt.

Die Ankoppelmembran 13 wird an die Hautoberfläche eines Patien­ ten 17 angelegt. Die Stoßwellenquelle 1 wird dabei so positio­ niert, daß der Fokus F der Linse 11 mit der Lage des zu zer­ störenden Konkrements 19, z. B. eines Nierensteins, zusammen­ fällt. In Ausbreitungsrichtung gesehen vor der Linse 11 befin­ det sich eine erste PVDF-Folie 30. Die PVDF-Folie 30 ist senk­ recht zur Zentralachse 25, die vom Stoßwellengenerator 1 und der Linse 11 gebildet wird, ausgerichtet.

Die PVDF-Folie 30 ist mit piezoelektrisch aktivierten Bereichen versehen, die ein lineares Ultraschall-Array mit langgestreck­ ten Ultraschall-Wandlerelementen bilden. Die Längsachsen aller parallelen Wandlerelemente stehen z. B. senkrecht auf der Pa­ pierebene. Es ist zweckmäßig, eine zweite PVDF-Folie 32 mit piezoelektrisch aktivierten Bereichen vorzusehen, die ein zwei­ tes lineares Ultraschall-Array mit ebenfalls langgestreckten Ultraschall-Wandlerelementen bilden. Dabei sollten die beiden linearen Arrays senkrecht aufeinander stehen. Die zweite PVDF- Folie 32 ist zweckmäßigerweise eng benachbart und parallel zur ersten PVDF-Folie 30 anzuordnen.

Trifft ein Stoßwellenimpuls auf das Konkrement 19 oder evtl. auf eine Luftblase, so werden Echos reflektiert, die im Bereich zwischen ca. 3 bis 4 MHz für eine diagnostische Ultraschall-Or­ tung genutzt werden. Das auf der ersten PVDF-Folie 30 gebildete Ultraschall-Array arbeitet nach dem Prinzip der synthetischen Antenne, wie es beispielsweise aus den eingangs genannten Ver­ öffentlichungen bekannt ist. Die aus dem Ultraschall-Sendeim­ puls (Stoß) resultierenden Echos werden von den Ultraschall- Wandlerelementen des linearen Ultraschall-Arrays empfangen. Die hochfrequenten Echosignale werden in einem Speicher abgelegt. Anschließend werden die Echosignale synthetisch mit Verzöge­ rungszeiten belegt, die einem schräggestellten, geschwenkten Empfangsstrahl für ebene Wellen entsprechen. Dieser schrägge­ stellte Empfangsstrahl wird auf der Patientenseite der Linse 11 in einem Fokuspunkt F2 gesammelt. Ist eine Achse senkrecht zur Hauptachse 25 durch unterschiedliche, linear von x abhängige zeitliche Belegung der Echoinformation der einzelnen Wandler­ elemente und Verschieben des Zentrums der aktiven Apertur, 59 daß das Zentrum auf der Verbindungsgeraden zwischen dem Fokus F2 und dem Zentrum C der Linse 11 zu liegen kommt, kann der Fokus F2 in der Papierebene um den Fokus F der Linse 11 herum in dem Bereich variiert werden, der noch ausreichend stark von der Stoßwelle "beleuchtet" wurde. Auf diese Weise entsteht ein elektronischer Sektorscan mit dem Drehpunkt in der Linsenmitte C. Auch eine dynamische Empfangsfokussierung ist möglich. Ent­ sprechend wird mit dem von der zweiten PVDF-Folie 32 gebildeten zweiten Ultraschall-Array vorgegangen, dessen Abtastebene senkrecht auf der Papierebene steht. Auf diese Weise kann aus einem einzigen Stoßwellenimpuls eine räumliche Übersicht über die Lage des Konkrements 19 im Vergleich zum Brennpunkt F der Linse 11 gewonnen werden.

Vorliegend erfolgt die Bildgabe zwar nach dem bekannten Prin­ zip der synthetischen Antenne. Wichtig ist aber das Zusammen­ wirken der genannten Bauteile mit ebenen, gekippten und ver­ schobenen Wellen sowie die Wirkung der Linse 11.

Vorteil dieser Einrichtung ist es, daß der Stoßwellenimpuls selbst zur Ultraschall-Ortung des Konkrements 19 und zu dessen Lageüberwachung herangezogen wird. Dies kann bei geeigneter An­ ordnung der PVDF-Folie 30 unabhängig von der Bauart der Stoß­ wellenquelle 1 geschehen. Damit wird automatisch eine Überwa­ chung des Schallzuganges erreicht. Das Stoß-Echo enthält auch Information über den Therapieerfolg. Auch der Stoßfokus wird abgebildet.

Vorzugsweise sind die Folien 30, 32 um die Zentralachse 25 ver­ drehbar, so daß ein größeres Volumen erreicht wird.

Claims (4)

1. Lithotripter mit einem Stoßwellengenerator zur Erzeugung eines Stoßwellenimpulses, der eine ebene Wellenfront aufweist, und mit einer akustischen Linse, die den Stoßwellenimpuls auf einen Fokuspunkt fokussiert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine PVDF-Folie (30) mit piezoelektrisch aktivierten Bereichen, die ein lineares Ultraschall-Array mit langgestreckten Ultraschall-Wandlerelementen bilden, zwischen dem Stoßwellengenerator (1) und der Linse (11) angeordnet ist.

2. Lithotripter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die PVDF-Folie (30) senkrecht zur Zen­ tralachse (25) zwischen dem Stoßwellengenerator (1) und der Linse (11) ausgerichtet ist.

3. Lithotripter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine zweite PVDF-Folie (32) mit piezoelektrisch aktivierten Bereichen, die ein zweites lineares Ultraschall-Array mit langgestreckten Ultraschall-Wandlerele­ menten bilden, zwischen dem Stoßwellengenerator (1) und der Linse (11) angeordnet ist, wobei die beiden linearen Arrays senkrecht aufeinander stehen.

4. Lithotripter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die PVDF-Folie (30, 32) um die Zentralachse (25) drehbar ist.