DE3782167T2

DE3782167T2 - Messwertumformer.

Info

Publication number: DE3782167T2
Application number: DE8787110529T
Authority: DE
Inventors: Guenter Blendinger; Achim Gaeng; Martin Schraag
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1987-07-21
Filing date: 1987-07-21
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2007-07-22
Also published as: JPH01170445A; EP0300069A1; EP0300069B1; US4966152A; DE3782167D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aufnehmer für die extrauterine Überwachung der fetalen Herzrate während der Schwangerschaft und der Wehen mit einem Aufnehmergehäuse, dessen unterer Teil wenigstens einen piezoelektrischen Kristall trägt, der so angeordnet ist, daß er Ultraschallwellen aussendet und/oder empfängt wobei das Aufnehmergehäuse
- eine bewegliche Grundplatte, die wenigstens einen ersten piezoelektrischen Kristall trägt, und
- Dehnungsmeßmittel für das Messen der Wehentätigkeit, wobei die Dehnungsmeßmittel mit der beweglichen Grundplatte verbunden sind,
umfaßt.
In der Gynäkologie und der Geburtshilfe sind zwei medizinische Parameter wichtig, um den Zustand des Feten zu beurteilen. Diese zwei Parameter sind die fetale Schlag-zu-Schlag-Herzrate - zum Beispiel gemessen über ein Ultraschall- Doppler-Signal - und die Uterusaktivität (oder Wehentätigkeit). Die gleichzeitige Beurteilung der fetalen Herzrate (FHR) und der Uterusaktivität (Toko) erlaubt eine exakte Bestimmung des fetalen Zustandes. Überwachungsgeräte, die beide Parameter messen und aufzeichnen, werden als Kardiotokographen (CTG-Monitore) bezeichnet.
Während der Preßwehen und der Geburt kann die fetale Herzrate direkt durch eine fetale Skalpelektrode erhalten werden. Die Uterusaktivität kann durch einen intrauterinen Druckaufnehmer gemessen werden. Obwohl beide Meßmethoden ausgezeichnete Signale ergeben, benötigen sie eine intravaginale Messung und können daher für Kontrollen während der Schwangerschaft nicht angwandt werden.
Für Anwendungen vor der Geburt kann die fetale Herzrate daher mittels eines Ultraschall-(US)-Aufnehmers erhalten werden, der äußerlich auf dem Abdomen der Schwangeren anzuordnen ist (es gibt auch weitere Methoden, um die fetale Herzrate extern zu erhalten, wie die Messung des Herzschalls, aber die Ultraschallmethode ist die gebräuchlichste). Das Ultraschallsignal wird von piezoelektrischen Kristallen empfangen und entsprechend gefiltert. Da das Herzraten-Signal in dem - sehr verrauschten - empfangenen Ultraschall-Doppler- Signal enthalten ist, muß der Ultraschallaufnehmer direkt über dem fetalen Herz angeordnet werden, das heißt auf dem unteren linken Teil des Abdomens.
Die Uterusaktivität wird mittels eines Tokodynamometers (Toko-Aufnehmers) erhalten, der äußerlich auf dem Fundus Uteri anzuordnen ist, das heißt ungefähr zentral auf dem Abdomen. Dieser Aufnehmer ist ein Gerät, das die Spannung mißt, üblicherweise ein oder mehr Dehnungsmeßstreifen. Die Theorie, was wirklich von diesen Aufnehmern gemessen wird, ist komplex, da sowohl die "Härte" des Uterus, als auch die Verformung des Uterus (und manchmal auch die Atmung) die Spannung beeinflussen, aber es ist dennoch möglich, klinisch relevante Ergebnisse zu erhalten, das heißt die Frequenz und Form der Kontraktionen zu entdecken.
Für klinische Überprüfungen während der Schwangerschaft und während des ersten Stadiums der Geburt müssen beide externen (US und Toko) Aufnehmer auf dem Abdomen angeordnet werden, aber an unterschiedlichen Stellen, wie oben beschrieben. Jeder dieser Aufnehmer muß mit einem Gummigurt befestigt werden. Dieser Vorgang ist zeit- und materialaufwendig sowie unangenehm für die Schwangere.
Man hat daher bereits versucht, die Aufnehmer zu kombinieren. Ein sehr früher Kardiotokograph hatte einen Aufnehmer, der die fetale Herzrate über den Herzschall maß mittels einer beweglichen Spule, ebenso wie die Uterusaktivität mittels eines beweglichen Bolzens, dessen Position von einem Differenzübertrager abgetastet wurde. Dieser Kombinationsaufnehmer war sehr schwer (ungefähr 1,5 kg), schwierig anzulegen und unkomfortabel für die Frau. Außerdem war das fetale Herzraten-Signal nicht stabil, da das Messen des Herzschalls kein verläßliches Signal ergab (insbesondere da der Aufnehmer nicht in seiner optimalen Position angeordnet werden konnte - er mußte in einer mittleren Position zwischen den optimalen Punkten für die Herzrate und die Uterusaktivität angeordnet werden). Einige Frauen beklagten sich zusätzlich über Hämatome, die von dem beweglichen Bolzen hervorgerufen wurden.
Daher kehrte man zu separaten Aufnehmern für die fetale Herzrate und die Uterusaktivität, wie oben beschrieben, zurück. Dennoch gab es weitere Versuche, Kombinationsaufnehmer zu bauen, die - aus verschiedenen Gründen - nicht erfolgreich waren.
Einer dieser Aufnehmer (nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1) ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 2 826 391 beschrieben. Dieser Aufnehmer kombiniert sowohl Dehnungsmeßmittel als auch einen ringförmigen Ultraschallsender.
Ein anderer Kombinationsaufnehmer (DE-OS 2 343 709) hat die Dehnungsmeßmittel auf einer beweglichen Membran angeordnet. Der Ultraschallkopf ist in einigem Abstand zu der Membran angeordnet, wobei der Raum dazwischen mit einer Flüssigkeit, wie Öl, gefüllt ist.
Es ist eine der hauptsächlichen Aufgaben der vorliegenden Erfindung, einen Aufnehmer zur Verfügung zu stellen, der sowohl Mittel zur Messung der fetalen Herzrate als auch der Uterusaktivität in einem Gehäuse vereinigt, aber dennoch nicht die Nachteile der früheren Kombinationsaufnehmer aufweist.
Diese Aufgabe wird - bei einem Aufnehmer entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 - dadurch gelöst, daß der erste piezoelektrische Kristall, der von der beweglichen Grundplatte getragen wird, zentral auf dieser beweglichen Grundplatte angeordnet ist und Ultraschallwellen mit Breitstrahlcharakteristik aussendet und/oder empfängt, und daß ein Kreis von anderen piezoelektrischen Kristallen auf dem verbleibenden Teil der Unterseite des Aufnehmergehäuses angebracht ist.
Bei früheren Ultraschallaufnehmern hatte der Ultraschallstrahl einen relativ kleinen Durchmesser (ungefähr 3 cm), um ein aussagekräftiges Herzraten-Signal zu erhalten, das nicht von anderen Störungen, die in dem Ultraschallsignal enthalten sind, überdeckt wurde. Diese Ultraschallaufnehmer mußten genau über dem fetalen Herz angeordnet werden, so daß der Ultraschallstrahl das Herz traf.
Seit einigen Jahren sind Ultraschallaufnehmer mit Breitstrahlcharakteristik verfügbar. Diese Aufnehmer senden einen Ultraschallstrahl mit einem Durchmesser von 4 cm oder mehr (typisch 6 cm) aus und können daher leichter angewendet werden. Dennoch kann die fetale Herzrate verläßlich erhalten werden, da das empfangene Ultraschallsignal durch ein Autokorrelationsfilter gefiltert wird.
Die vorliegende Erfindung beruht - unter anderem - auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, solch einen Breitstrahl-Ultraschallaufnehmer sogar dann, wenn er nicht genau auf das fetale Herz fokussiert ist, zu verwenden. Daher kann der Aufnehmer auf dem Abdomen mit einiger Verschiebung gegenüber der optimalen Position angeordnet werden. Wenn der Aufnehmer zwischen der optimalen Position für die Erkennung der fetalen Herzrate und der optimalen Position für die Erkennung des Toko (dem Fundus Uteri) angeordnet wird, können beide Parameter mit einem Aufnehmer gemessen werden, sofern die Mittel für die Erkennung des Toko ebenfalls in den Aufnehmer integriert werden können. Dies wird von der vorliegenden Erfindung geleistet.
Bei einem Aufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Dehnungsmeßmittel in das Aufnehmergehäuse integriert und sind mit einer beweglichen Grundplatte verbunden. Diese Grundplatte befindet sich am unteren Teil des Aufnehmergehäuses und dient als "mechanischer Empfänger". Die Kräfte, die auf die Grundplatte ausgeübt werden, werden auf die Dehnungsmeßmittel übertragen.
Eine derartige Kombination von Ultraschall- und Dehnungsmeßmitteln in einem Gehäuse ist nur möglich, wenn die Dehnungsmeßmittel die Qualität des Ultraschallsignals nicht beeinträchtigen. Um einen ausreichenden Ultraschallstrahl zu erhalten, ist es notwendig, daß wenigstens ein Kristall zentral in dem Aufnehmer angeordnet ist. Außerdem ist die bewegliche Grundplatte an der zentralen Stelle des Aufnehmers angeordnet.
Es ist eine wichtige Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß - im Gegensatz zu dem, was erwartet worden war - ein piezoelektrischer Kristall (als Sender und/oder Empfänger von Ultraschallwellen), der von der beweglichen Grundplatte getragen wird, keinen negativen Einfluß auf das erzeugte Ultraschallfeld und auf die empfangenen Ultraschallsignale hat. Das Ultraschallfeld wird von dem oder den piezoelektrischen Kristall(en), die beweglich von der Grundplatte getragen werden, kaum deformiert, sogar wenn weitere Kristalle vorhanden sind, die an dem Aufnehmergehäuse befestigt sind und nicht an der Grundplatte.
Die vorliegende Erfindung stellt daher einen Kombinationsaufnehmer zur Verfügung, der nicht nur leicht und einfach zu handhaben ist, sondern auch Signale von hoher Qualität ergibt. Der neue Aufnehmer ist leicht herzustellen und komfortabel für die Schwangere.
Wie oben ausgeführt, werden die piezoelektrischen Kristalle von der Grundplatte und auch von dem verbleibenden unteren Teil des Aufnehmergehäuses getragen. Natürlich kann man Sende- und Empfangskristalle oder Kristalle, die beide Betriebsarten zur Verfügung stellen, verwenden.
Vorzugsweise ist die Grundplatte als Teil der äußeren Kontur des Aufnehmergehäuses ausgeführt, um die Anwendung des Aufnehmers zu erleichtern. Eine Führungsplatte, die mit der Grundplatte mit Stiften verbunden ist, kann die Bewegung der Grundplatte führen; diese Führungsplatte ist mit den Dehnungsmeßmitteln verbunden. Vorteilhaft sind die Kanten der Grundplatte beweglich mit dem Aufnehmergehäuse verbunden, und diese bewegliche Verbindung wird insbesondere durch einen Elastomerfilm, der über den unteren Teil des Aufnehmergehäuses und der Grundplatte gespannt ist, hergestellt. Solch ein Film stellt die leichte Bewegung und Führung der Grundplatte sicher und schützt die inneren Hohlräume des Aufnehmers vor Verschmutzung, zum Beispiel durch Ultraschallkontaktgel.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Grundplatte und/oder der angrenzende Teil des Aufnehmergehäuses an ihrer/seiner Unterseite gekrümmt. Diese Gestaltung erhöht den Öffnungswinkel des Ultraschallstrahls, so daß das fetale Herz in diesem Strahl liegt, sogar wenn der Aufnehmer mit einiger Verschiebung gegenüber seiner optimalen Position auf dem Abdomen der Schwangeren aufgesetzt wird.
Die Dehnungsmeßmittel können beispielsweise eine Dehnungsmeßstreifen- Brücke, ein piezoelektrischer Widerstandshalbleiter oder dergleichen sein.
Ausführliche Bewertungen ergaben, daß ein homogenes Ultraschallfeld mit Hilfe des neuen Aufnehmers erreicht werden kann, wenn ein piezoelektrischer Kristall zentral auf der Grundplatte angeordnet ist und - ebenfalls auf der Grundplatte - von einem Kreis von sechs in gleichem Abstand angeordneten Kristallen umgeben ist. Auf dem äußeren Ring des Aufnehmergehäuses, der die Grundplatte umgibt, sind sechs weitere in gleichem Abstand angeordpete Kristalle positioniert, aber mit einer Winkelverschiebung von 30º in bezug auf den Ring von Kristallen auf der Grundplatte.
Ein Aufnehmer, der die vorliegende Erfindung verkörpert, wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 ein Querschnitt eines Aufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine Ansicht von unten des unteren Teils des Aufnehmers,
Figur 3 ein Querschnitt entlang der Linie III-III der Figur 2 und
Figur 4 eine schematische Darstellung des Körpers der Schwangeren, die die Aufnehmerorte andeutet, ist.
Gemäß Figur 1 wird ein Ultraschall/Toko-Aufnehmer gezeigt. Das Aufnehmergehäuse ist allgemein als 1 bezeichnet. Der Aufnehmer ist mit einem Monitor über ein Kabel 2 verbunden.
Das Aufnehmergehäuse besteht aus einem Deckel 3 und einem unteren Teil 4. Der Deckel 3 trägt eine Dehnungsmeßstreifen-Komponente 5; diese Komponente umfaßt vier Dehnungsmeßstreifen, die zu einer Brückenschaltung verbunden sind, um mechanische Bewegung zu messen. Eine Schraube 6 verbindet die Dehnungsmeßstreifen-Komponente mit einer Führungsplatte 7, die mit einer Grundplatte 8 über Stifte 9a, 9b verbunden ist.
Die Grundplatte 8 trägt piezoelektrische Kristalle 10a - 10c. Andere Kristalle 11a, 11b werden von einem Ring 12 getragen, der Bestandteil des unteren Teils 4 des Aufnehmergehäuses ist. Diese Kristalle dienen als Ultraschall-sendende und Ultraschall-empfangende Elemente.
Die Figur 1 zeigt, daß die Unterseite der Grundplatte 8, und der Ring 12 des unteren Teils 4, der Kristalle trägt, eine gekrümmte Oberfläche haben. Diese gekrümmte Oberfläche ist von einem Elastomerfilm 13 bedeckt, der die mechanische Stabilität sichert und den Spalt 14 zwischen dem Ring 12 und der Grundplatte 8 abdeckt. Daher kann auf die Unterseite aufgebrachtes Ultraschallkontaktgel nicht in den Spalt 14 kriechen.
Die Unterseite des Aufnehmergehäuses 1 wird auf das Abdomen der Schwangeren angelegt in einer Stellung zwischen den optimalen Positionen für die fetale Herzrate und Toko, wie anhand von Figur 4 erläutert werden wird, und die gekrümmte Oberfläche garantiert einen guten Kontakt mit der Haut. Die Grundplatte 8 tastet die mechanische Bewegung des Abdomens ab und überträgt sie zu der Dehnungsmeßstreifen-Komponente 5 über die Führungsplatte 7, um die Uterusaktivität anzuzeigen. Die piezoelektrischen Kristalle 10a - 10c und 11a, 11b bauen ein Breitstrahl-Ultraschallfeld auf, und die reflektierten Ultraschallwellen werden verwendet, um die fetale Herzrate mittels eines Autokorrelationsfilters zu bestimmen. Das Ultraschallfeld, das von den piezoelektrischen Kristallen erzeugt wird, ist ziemlich gleichförmig, sogar wenn sich die Grundplatte 8 bewegt.
Die Figur 1 zeigt nur einige der Kristalle im Querschnitt. Die vollständige Anordnung der Kristalle ist in Figur 2 gezeigt, die die Unteransicht des Rings 12 und der Grundplatte 8 darstellt. Die Grundplatte 8 trägt einen zentralen Kristall 10b und sechs in gleichen Abständen angeordnete Kristalle 10a und 10c bis 10g. Der äußere Ring 12 trägt auch einen Ring von in gleichen Abständen angeordneten Kristallen 10a bis 10f, die in bezug auf den inneren Ring um 30º versetzt sind. Die Grundplatte 8 und der Ring 12 werden von dem Zwischenraum 14 getrennt.
Ein Querschnitt entlang der Linie III-III der Figur 2 ist in Figur 3 gezeigt. Diese Figur zeigt die Grundplatte 8 in einer verschobenen Position.
Die Figur 4 zeigt die Positionierung des neuen Aufnehmers auf dem Abdomen einer Schwangeren 15. Die optimale Position für einen einzelnen Ultraschallaufnehmer ist durch das Bezugszeichen 16 angegeben, und die optimale Position für den Toko-Aufnehmer ist als 17 gekennzeichnet. Der neue Aufnehmer kann nun in einer mittleren Position, die durch 18 angedeutet ist, ohne irgendeinen negativen Einfluß auf die empfangenen Signale positioniert werden. Der Aufnehmer wird durch einen Gummigurt 19 befestigt.

Claims

1. Aufnehmer für die extrauterine Überwachung der fetalen Herzrate während der Schwangerschaft und der Wehen mit

- einem Aufnehmergehäuse (1), dessen unterer Teil wenigstens einen piezoelektrischen Kristall trägt, der so angeordnet ist, daß er Ultraschallwellen aussendet und/oder empfängt, wobei das Aufnehmergehäuse

- eine bewegliche Grundplatte (8), die wenigstens einen ersten piezoelektrischen Kristall trägt, und

- Dehnungsmeßmittel (5) für das Messen der Wehentätigkeit, wobei die Dehnungsmeßmittel (5) mit der beweglichen Grundplatte (8) verbunden sind,

umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der erste piezoelektrische Kristall (10b), der von der beweglichen Grundplatte (8) getragen wird,

- zentral auf dieser beweglichen Grundplatte (8) angeordnet ist und

- Ultraschallwellen mit Breitstrahlcharakteristik aussendet und/oder empfängt,

- ein Kreis von anderen piezoelektrischen Kristallen auf dem verbleibenden Teil der Unterseite des Aufnehmergehäuses (1) angebracht ist.

2. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Grundplatte (8) weitere piezoelektrische Kristalle - vorzugsweise 6 in gleichem Abstand angeordnete Kristalle (10a, 10b-10g) - trägt die in Form eines Kreises, der den ersten piezoelektrischen Kristall (10b) umgibt, angeordnet sind.

3. Aufnehmer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis von anderen piezo-elektrischen Kristallen aus 6 in gleichem Abstand angeordneten Kristallen (11a-11f), die in bezug auf den Kreis aus Kristallen auf der beweglichen Grundplatte (8) um 30º gedreht sind, besteht.

4. Aufnehmer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (8) Teil der äußeren Kontur des Aufnehmergehäuses (1) ist.

5. Aufnehmer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (8) mit einer Führungsplatte (7) verbunden ist, vorzugsweise durch Stifte (9a,9b), wobei die Führungsplatte (7) mit den Dehnungsmeßmitteln (5) verbunden ist.

6. Aufnehmer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Grundplatte (8) beweglich mit dem Aufnehmergehäuse (1) verbunden sind.

7. Aufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filmelement, vorzugsweise ein Elastomerfilm (13), über den unteren Teil des Aufnehmergehäuses (1) und der Grundplatte (8) gespannt ist.

8. Aufnehmer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (8) und/oder der angrenzende Teil des Aufnehmergehäuses (1) an ihrer/seiner Unterseite gekrümmt ist/sind.

9. Aufnehmer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßmittel (5) wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen sind, vorzügsweise vier Dehnungsmeßstreifen, die zu einer Brückenschaltung verbunden sind.

10. Aufnehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßmittel wenigstens ein piezoelektrischer Dehnungsmeßstreifen, oder ein piezoelektrischer Widerstands-Halbleiter, sind.