DE3703336A1 - Lithotripter mit integriertem pvdf-folien-ortungssystem - Google Patents

Description

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

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 33 28 939 bekannt. Dort ist als Stoßwellenquelle ein Stoßwel­ lenrohr eingesetzt, welches eine elektrische Spule, eine Iso­ lierfolie 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 wegschla­ gen. In dem angrenzenden Übertragungsmedium, z.B. Wasser, bildet sich eine Stoßwelle aus. Diese wird durch eine akusti­ sche Linse fokussiert, deren Brennpunkt sich nach einem Ein­ stellvorgang im Konkrement des Patienten befindet. Bei dem Konkrement kann es sich beispielsweise um einen Nierenstein handeln.

Die Ortung des Konkrements hat eine hohe Bedeutung. Je größer die Zielgenauigkeit ist, desto größer ist der therapeutische Erfolg und desto kleiner ist die Belastung des Patienten. Es ist bekannt, die Ortung mit Röntgengeräten vorzunehmen. Aller­ dings kann dabei wegen der Strahlenbelastung nicht während der gesamten Stoßwellenbehandlung die Lage des Steins überprüft werden. Es werden jeweils nur von Zeit zu Zeit Röntgenbilder aufgenommen, um die Lage des Steins zu überprüfen. Für eine kontinuierliche Überwachung der Steinlage ist man deswegen be­ reits dazu übergegangen, die Ortung des Konkrements mit Ultra­ schall vorzunehmen. So zum Beispiel ist aus der DE-PS 34 27 001 ein Ortungs- und Positionierverfahren bekannt, bei welchem mittels eines Ultraschall-Schwingers das Konkrement geortet wird, vorgegebene Markierungsmarken gesetzt werden und an­ schließend eine mechanische Korrelation der Position des Kon­ krements 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. In dem dort geschilderten System ist die Stoßwellenquelle eine An­ ordnung aus einer Vielzahl piezoelektrischer Wandlerelemente. Dieses Verfahren kann allerdings nur bei Stoßwellenquellen, deren Stoßwellenimpuls mit piezoelektrischen Wandlerelementen hervorgerufen wird, angewendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Lithotripter der ein­ gangs genannten Art so auszugestalten, daß eine fortlaufende Ultraschall-Ortung des Konkrements unabhängig von der Bauform der Stoßwellenquelle und unter Benutzung zumindest eines Teils des Laufweges des Stoßwellenimpulses möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste und eine zweite PVDF-Folie vorgesehen sind, deren piezo­ elektrisch aktivierte Bereiche jeweils ein Annular-Array bil­ den, daß die beiden PVDF-Folien eben ausgebildet und parallel zu der Linse auf deren dem Stoßwellengenerator zugewandten Vor­ derseite angeordnet sind, daß die erste PVDF-Folie zur Abgabe eines Ultraschall-Ortungsimpulses mit einem Ultraschall-Sender verbunden ist, daß hinter der Linse zwei gegeneinander verdreh­ bare Prismen zur Ablenkung des Ultraschall-Ortungsimpulses im Sendefall und zur Ablenkung der Ultraschall-Echos im Empfangs­ fall zwecks Erzielung eines Sektorscans angeordnet sind, und daß die zweite PVDF-Folie zur Auswertung der Echosignale mit einer Ultraschall-Empfangsschaltung verbunden ist.

Vorteil dieser Einrichtung ist es, daß die Ausbreitungswege für den Stoßwellenimpuls und für das diagnostische Ultraschall- Ortungssignal von der akustischen Linse ab gleich sind. Durch den separat vorgesehenen Sender für die Erzeugung des Ultra­ schall-Ortungsimpulses kann während der gesamten Lithotripsie­ behandlung, also auch während der Stoßwellenimpulse selbst, die Lage des Konkrements überwacht werden. Der schlechte Wirkungs­ grad der PVDF-Folie im Sendefall wird durch die Größe der Fläche im Zusammenwirken mit der Linse zur Fokussierung ausge­ glichen. Der Wirkungsgrad kann noch durch Stapeln mehrerer PVDF-Folien im Sendefall vergrößert werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der bei­ gefügten Figur.

Die Figur zeigt einen Lithotripter mit elektrodynamischer Stoß­ wellenquelle und integriertem PVDF-Folien-Ortungssystem.

In der Figur ist eine Stoßwellenquelle 1 für ebene Stoßwellen dargestellt. Die Stoßwellenquelle 1 umfaßt eine elektrische Spule 3, vor der, durch eine Isolierfolie 5 getrennt, eine Mem­ bran 7, insbesondere aus Kupfer, angeordnet ist. Die Spule 3 kann mit einem Spannungsimpuls U beaufschlagt werden. Eine sol­ che Konstruktion ist auch als Stoßwellenrohr bekannt. An die Kupfermembran 7 schließt sich eine Vorlaufstrecke 9 mit Wasser an. In der Wasservorlaufstrecke 9 befindet sich als Fokussie­ rungseinrichtung eine Linse 11. Die Wasservorlaufstrecke 9 wird von einer Ankoppelmembran 13 abgeschlossen. Ein zylindrisches Rohrteil 15, welches an einer Stirnseite von der Stoßwellen­ quelle 1 und an der anderen Stirnseite von der Ankoppelmembran 13 abgeschlossen ist, bildet ein Gehäuse. Dies ist mit der Kop­ pelflüssigkeit Wasser gefüllt.

Die Ankoppelmembran 13 ist an die Hautoberfläche eines Patien­ ten 17 angelegt. Die Stoßwellenquelle 1 ist dabei so positio­ niert daß der Fokus F der Linse 11 mit der Lage eines Konkre­ ments 19, z.B. eines Nierensteins, zusammenfällt.

In Ausbreitungsrichtung gesehen vor der Linse 11 befinden sich eine erste und eine zweite PVDF-Folie 31 bzw. 33. Die erste PVDF-Folie 31 ist mit piezoaktivierten Bereichen versehen, die kreisringförmig ausgeführt sind. Es wird so ein sogenanntes Annular-Array gebildet. Die erste PVDF-Folie 31 ist zur Abgabe eines Ultraschall-Ortungsimpulses mit einer Ultraschall-Sende­ schaltung (nicht gezeigt) konventioneller Bauart verbunden.

Die zweite PVDF-Folie 33 ist ebenfalls in Form eines Annular- Arrays ausgebildet, d.h. entsprechend piezoelektrisch akti­ viert. Sie ist zur Auswertung der Echosignale, die von dem Ul­ traschall-Ortungsimpuls nach dessen Reflektion entstehen, mit einer Ultraschall-Empfangsschaltung (nicht gezeigt) konventio­ neller Bauart verbunden.

In Ausbreitungsrichtung gesehen hinter der Linse 11 befinden sich zwei um eine Zentralachse 25 gegeneinander verdrehbare Prismen 35 a, 35 b. Die beiden Prismen 35 a, 35 b dienen zur Ab­ lenkung des Ultraschall-Ortungsimpulses im Sendefall und zur Ablenkung des Ultraschall-Echos im Empfangsfall zwecks Erzie­ lung eines Sektorscans. Diese Technik der Sendestrahlablenkung mittels zweier Prismen ist an sich auf dem Ultraschall-Gebiet bekannt und beispielsweise in der US-PS 39 13 061 ausführlich beschrieben.

Zur Drehung der Abtastebene des Sektorscans sind also die bei­ den Prismen 35 a, 35 b gemeinsam um die Zentralachse 25, die hier von der Linse 11 und der Quelle 1 gebildet wird, verdreh­ bar.

Die beiden PVDF-Folien 31, 33 sind vorzugsweise direkt hinter­ einander und nahe der Linse 11 angeordnet. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades können weitere PVDF-Folien vorgesehen sein, die mit der ersten und zweiten Folie 31 bzw. 33 gestapelt sind. Alternativ hierzu ist es möglich, die erste und zweite PVDF-Fo­ lie 31 bzw. 33 zu einer gemeinsamen PVDF-Folie (nicht gezeigt), die über einen Wechselschalter wahlweise an die Ultraschall- Sendeschaltung oder an die Ultraschall-Empfangsschaltung anschaltbar ist, zusammenzufassen.

Zwischen der Linse 11 und dem Konkrement 19 ist also ein Ab­ lenksystem (Deflektorsystem) aus den zwei gegenläufig rotie­ renden Prismen 35 a, 35 b angeordnet, ähnlich wie bei einer Ul­ traschall-Kamera. Der von der Linse 11 fokussierte Ultraschall- Ortungsimpuls wird dadurch im Sendefall im Sinne eines Sektor­ scans und der resultierende Echoimpuls im Empfangsfall eben­ falls im Sinne eines Sektorscans abgelenkt. Beim Abtastvorgang wird über die Stellung der Prismen 35 a, 35 b zueinander der Ab­ lenkwinkel des Sektorscans definiert und beim Bildaufbau be­ rücksichtigt. Um den Fokus des Ultraschall-Ortungsimpulses in die Tiefe "schieben" zu können, sind die PVDF-Wandler 31, 33 als Annular-Arrays ausgebildet. Bei phasengleicher Ansteuerung aller Ringe ergibt sich eine ebene Welle des Ultraschall-Or­ tungsimpulses, die durch die Wirkung der Linse 11 im selben Fo­ kus F in derselben Tiefe wie der Stoßwellenimpuls fokussiert wird. Die Auslösung eines Stoßwellenimpulses wird durch elek­ tronische Verriegelung nur dann freigegeben, wenn der Ultra­ schall-Ortungsimpuls nicht abgelenkt ist. Senkrecht zueinander liegende Abtastebenen werden durch Drehung der Prismen 35 a, 35 b um 90° um die Zentralachse 25 herum erzeugt.

Der Ultraschall-Sender kann so häufig angeregt werden, wie es für ein Echtzeitbild erforderlich ist. Wenn die Form des Ultra­ schall-Ortungsimpulses der Form des Stoßwellenimpulses gleicht, dann kann das "Schicksal", das den Stoßwellenimpuls im inhomo­ genen Gewebe des Patienten ereilt, bei ungefährlich-niedrigen Intensitäten nachgebildet werden und die Ortung damit unabhän­ gig von Fehlern durch Brechung werden. Das jeweilige Echo enthält Information über den Therapieerfolg. Bei Verwendung eines Ultraschall-Ortungsimpulses mit hoher Frequenz, wie z.B. 3,5 MHz, ergibt sich wegen der großen Linsenöffnung ein Bild mit sehr guter Ortsauflösung. Dieses ist für die Lokalisierung des Konkrements 19 von Bedeutung. Da der diagnostische Ultra­ schall-Ortungsimpuls den gleichen Laufweg wie der Stoßwellen­ impuls nimmt, ist eine gute Beurteilung von Hindernissen oder tiefer liegenden gefährdeten Bereichen möglich.

Die PVDF-Folien 31, 33 wirken sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung. Die PVDF-Folien 31, 33 sind so im Rohrteil 15 angeordnet, daß der Reflex von der Vorderfläche der Stoßwel­ lenquelle 1 nicht an störenden Stellen ins Bild fällt. Mehr­ fachreflektionen an der Linse 11 oder den Prismen 35 a, 35 b kön­ nen durch Vergütung vermieden werden.

Vorteil des PVDF-Folien-Ortungssystems mit Deflektorsystem ist es, daß unabhängig vom eigentlichen Stoßwellenbetrieb des Lithotripters die Ortung des Konkrements 19 kontinuierlich vorgenommen werden kann. Eine Verschiebung des Fokus F aus dem Konkrement 19 heraus kann frühzeitig erkannt und korrigiert werden.

Claims (6)

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 erste und eine zweite PVDF-Folie (31, 33) vorgesehen sind, deren piezoelektrisch aktivierte Bereiche jeweils ein Annular-Array bilden, daß die beiden PVDF-Folien (31, 33) eben ausgebildet und parallel zur Linse (11) auf deren dem Stoßwellengenerator (1) zugewandten Vorder­ seite angeordnet sind, daß die erste PVDF-Folie (31) zur Abgabe eines Ultraschall-Ortungsimpulses mit einem Ultraschall-Sender verbunden ist, daß hinter der Linse (11) zwei gegeneinander verdrehbare Prismen (35 a, 35 b) zur Ablenkung des Ultraschall- Ortungsimpulses im Sendefall und zur Ablenkung der Ultra­ schall-Echos im Empfangsfall zwecks Erzielung eines Sektorscans angeordnet sind, und daß die zweite PVDF-Folie (33) zur Aus­ wertung der Echosignale mit einer Ultraschall-Empfangsschaltung verbunden ist.

2. Lithotripter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden PVDF-Folien (31, 33) direkt hintereinander und nahe der Linse (11) angeordnet sind.

3. Lithotripter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß weitere PVDF-Folien vorgesehen sind, die mit der ersten und zweiten Folie (31, 33) gestapelt sind.

4. Lithotripter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Ultraschall- Ortungsimpulses der Form des Stoßwellenimpulses gleicht.

5. Lithotripter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste und zweite PVDF-Folie (31, 33) zu einer gemeinsamen PVDF-Folie, die über einen Wechselschalter wahlweise an den Ultraschall-Sender oder an die Ultraschall- Empfangsschaltung anschaltbar ist, zusammengefaßt sind.

6. Lithotripter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Drehung der Abtastebene des Sektorscans die beiden Prismen (35 a, 35 b) gemeinsam um die Zentralachse (25) des Ultraschall-Ortungsim­ pulses verdrehbar sind.