DE3900893A1 - Stosswellenbehandlungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stoßwellenbehandlungsgerät zum Zerstören eines Gegenstandes, z.B. zum Zerstören von Krebs­ zellen, eines Steines oder dergleichen, in einem zu unter­ suchenden Objekt, wozu eine Behandlung mit fokussierter En­ ergie einer Stoßwelle vorgenommen wird.

Ein herkömmliches Stoßwellenbehandlungsgerät besitzt einen Stoßwellen-Wandler, der eine (im folgenden als Brennpunkt­ zone bezeichnete) Stoßwellen-Brennpunktzone bildet, um einen zu zerstörenden Gegenstand eines zu untersuchenden Objektes zu zerstören, und einen Ultraschall-Wandler zur Aufnahme von Tomographiebild-Information des zu untersu­ chenden Objektes.

Eine Tomographiebild-Anzeigeeinheit stellt anhand der von dem Ultraschall-Wandler aufgenommenen Bildinformation ein Schallfeld-Zonenbild im sogenannten B-Bild-Verfahren dar.

Bei einem solchen Stoßwellenbehandlungsgerät wird ein zu zerstörenden Gegenstand, z.B. ein Stein, so angeordnet, daß er in die Brennpunktzone fällt. Durch den Stoßwellen-Wand­ ler wird eine Stoßwelle erzeugt, so daß die Stoßwelle mit hohem Schalldruck in der Brennpunktzone fokussiert wird. An der Grenze zwischen dem zu zerstörenden Gegenstand und dem lebenden Gewebe erfolgt aufgrund der Differenz der aku­ stischen Impedanz zwischen zu zerstörendem Gegenstand und Gewebe eine Reflexion der Stoßwelle, wodurch eine interne Spannung in dem zu zerstörenden Gegenstand erzeugt wird. Diese interne Spannung zerstört den Gegenstand.

Wie erwähnt, muß der zu zerstörenden Gegenstand in die Brennpunktzone fallen. Zu einem gegebenen Augenblick kann man erreichen, daß der zu zerstörende Gegenstand exakt in die Brennpunktzone fällt. In der Praxis jedoch kann sich der zu zerstörende Gegenstand bewegen, bedingt beispiels­ weise durch Atembewegungen des behandelten Patienten, so daß der zu zerstörenden Gegenstand ganz oder teilweise aus der Brennpunktzone gelangt. Wenn in diesem Fall eine Stoßwelle erzeugt wird, kann der zu zerstörende Gegenstand als Ziel nicht zerstört werden. In einem so kleinen Bereich wie der Brennpunktzone ist normales lebendes Gewebe gleich­ förmig und verursacht keine starke Reflexion einer Stoßwelle, so daß keine bleibende Nebenwirkung entsteht. Allerdings sollten auf jeden Fall bleibende Nebenwirkungen der Stoßwelle vermieden werden. In der Praxis kommt es nach Stoßwellenbehandlungen häufig zu Blutungen aufgrund beschä­ digter Kapillargefäße. Wenn die Brennpunktzone einen Ab­ schnitt umfaßt, der eine große akustische Impedanz besitzt, z.B. einen Knochen, so kann dieser Abschnitt unter Umstän­ den beschädigt werden.

Bei dem herkömmlichen Stoßwellenbehandlungsgerät wird zum Vermeiden der Aussendung einer "ins Leere" gehenden Stoßwelle, mit der die genannte Gefahr verbunden ist, eine Lageänderung des zu zerstörenden Gegenstandes, z.B. eines Steines, synchron mit den Herzschlägen oder der Atembewe­ gung abgeschätzt, wie dies z.B. in der japanischen Patent­ veröffentlichung 58-1 30 034, CB. Forsmann, vom 3. August 1983 beschrieben ist, und das Abstrahlen der Stoßwelle er­ folgt unter Berücksichtigung dieser Abschätzung.

Um eine Bestätigung darüber zu erhalten, daß sich der zu zerstörenden Gegenstand innerhalb der Brennpunktzone befin­ det, wird auf einem Schallfeld-Zonenbild eine Brennpunkt­ markierung angezeigt, die die Scheitelposition der Brenn­ punktzone angibt.

Allerdings beruht die Anzeige nach dem Stand der Technik lediglich auf einer Abschätzung, und es handelt sich darum nicht um ein zuverlässiges Verfahren zum Vermeiden einer ins Leere gehenden Abstrahlung einer Stoßwelle.

In anderen Worten, es besteht die Gefahr, daß der behan­ delte Patient unerwartete Bewegungen macht.

Für den Operateur ist es schwierig, das Ausmaß einer Über­ lappung zwischen der Brennpunktzone und dem zu zerstörenden Gegenstand innerhalb einer kurzen Zeitspanne bei bloßer Be­ rücksichtigung der angezeigten Brennpunktmarkierung zu be­ urteilen. Bei dem oben erläuterten bekannten Gerät sind keine Maßnahmen getroffen und es ist kein Vorschlag ge­ macht, wie ein Stoßwellen-Applikator unter Berücksichtigung einer Bewegungsrichtung derart gesteuert werden könnte, daß die Lage des Brennpunktes einer Stoßwelle mit einem zu zer­ störenden Gegenstand, z.B. einem Stein, zusammenfällt.

Aus dem Stand der Technik läßt sich außerdem keine mechani­ sche Methode entnehmen, mittels der die Bewegungsrichtung eines Stoßwellen-Applikators, insbesondere eines Ultra­ schall-Wandlers als Bildinformations-Erfassungseinrichtung wirksam bezüglich der jeweils gegebenen Lage eines Steins reguliert werden könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stoßwellenbehandlungsge­ rät zu schaffen, welches in der Lage ist, eine wirksame Ausrichtung eines zu zerstörenden Gegenstandes in einem Pa­ tienten zu bewirken, und welches die Zeit zwischen Ausrich­ tung und Zerstörung zu verkürzen vermag.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stoßwellenbe­ handlungsgerätes läßt sich der Überlappungszustand zwischen dem zu zerstörenden Gegenstand in einem Patienten einer­ seits und der auf einem Anzeigeschirm dargestellten Stoßwellen-Brennpunktzone andererseits bestimmen, d.h., es läßt sich mit Hilfe elektrischer Mittel die Lagebeziehung zwischen dem Gegenstand und der Brennpunktzone bestimmen. Damit läßt sich die Zeit, die zum Ausrichten benötigt wird und die Zeit, die für die Zerstörung benötigt wird, verkür­ zen. Damit vermeidet man eine Leerlauf-Abstrahlung der Stoßwelle. Man erzielt eine zuverlässige und sichere Be­ handlung bei im Vergleich zu herkömmlichen Behandlungen verkürzter Behandlungszeit. Das erfindungsgemäße Stoßwellenbehandlungsgerät vermag eine wirksame Ausrichtung der Lage des Brennpunktes der Stoßwelle bezüglich des zu zerstörenden Gegenstandes in dem Patienten mit Hilfe mecha­ nischer Mittel zu erreichen, so daß die Zerstörungszeit insgesamt verkürzt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßwellenbehandlungsgerätes,

Fig. 2 eine anschauliche Schnittdarstellung eines Ultraschall-Applikators als Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßwellenbehandlungsgerätes, wobei der Applikator im Betrieb dargestellt ist,

Fig. 3 eine Skizze, die das Ausmaß einer Überlappung eines Brennpunktzonen-Markierers mit einem B-Bild eines zu zerstörenden Gegenstandes gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 4A bis 4C Impulsdiagramme, die Arten einer Änderung eines Überlappungsmaßes und den entsprechenden zeitlichen Ablauf einer Stoßwelle darstellen,

Fig. 5 eine Ansicht eines Zustandes, in welchem der Stoß­ wellenapplikator beweglich von einer Halterungs­ einrichtung gehalten wird,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Stoßwellenapplikator zum Erklären eines Schwenkzustandes der Lagerungs­ einrichtung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Skizze zum Erläutern des Betriebs des Stoß­ wellenapplikators bei der Durchführung eines ersten Schwenks zum Ausrichten des Brennpunktes einer Stoß­ welle,

Fig. 8 eine Ansicht zum Erläutern des Betriebs des Stoß­ wellenapplikators nach Fig. 7 bei einem zweiten Schwenk, und

Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches den Vorgang des Ausrich­ tens eines Brennpunktes einer Stoßwelle erläutert.

Das in Fig. 1 dargestellte Stoßwellenbehandlungsgerät um­ faßt einen Stoßwellenapplikator 17 mit einem Stoßwellen- Wandler 15 zur Ausbildung einer Brennpunktzone einer zer­ störenden Stoßwelle für einen zu zerstörenden Gegenstand in einem untersuchten Patienten, und einem Ultraschall-Wandler 16 zum Senden/Empfangen von Ultraschallwellen und zum Auf­ nehmen von Ultraschall-Tomographie-Information, einen Im­ pulsgeber 16, der ein Impulssignal an den Stoßwellen-Wand­ ler 15 liefert, einen Sender/Empfänger 19, der ein Impuls­ signal an den Ultraschall-Wandler 16 liefert, welches den Wandler 16 veranlaßt, z.B. eine vierstufige fokussierte Sektorabtastung durchzuführen, und ein Echosignal vom Ul­ traschall-Wandler 16 auf jede Abtastung hin empfängt, ge­ steuert durch eine Steuerung 23, einen Signalprozessor 20, der von dem Sender/Empfänger 19 ein Ausgangssignal empfängt, das empfangene Signal amplitudenmäßig detektiert und das detektierte Signal als digitales Videosignal an eine Signalwandlereinrichtung 21 liefert, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 22, welche die jeweiligen Ein­ heiten des Gerätes steuert, eine Steuerung 23 zum Steuern des zeitlichen Verlaufs, der Amplitude, der Frequenz und weiterer Parameter des gesendeten und empfangenen Impuls­ signals in dem Sender/Empfänger 19, dem Signalprozessor 20 und dem Impulsgeber 18, gesteuert durch die CPU 22, die Signalwandlereinrichtung 21, die einen Vollbildspeicher, einen Zeilenspeicher oder dergleichen (nicht dargestellt) enthält und eine Signalumwandlung eines Ausgangssignals des Signalprozessors und der Steuerung seitens der CPU 22 vor­ nimmt, einen Fernsehmonitor 27 zum Darstellen eines Brenn­ punktzonen-Markierers 26 a, welcher eine Brennpunktzone ei­ ner zerstörenden Stoßwelle anzeigt, die von dem Stoßwellen- Wandler 15 ausgesendet wird, wobei der Markierer zusammen dargestellt wird mit einem von dem Ultraschall-Wandler 16 aufgenommenen Bild einer Schallfeld-Zone 25 a, einem Nieren­ bild, einem Nierensteinbild 39 a und gegebenenfalls weiterer Bildinformationen, basierend auf dem Ausgangssignal der Signalwandler-Einrichtung 21, einen Bildspeicher 28, einen Impulserzeuger-Schalter 29, der an die CPU 22 angeschlossen ist, um die Möglichkeit zu geben, den Zeitpunkt der Abgabe eines Impulssignals von dem Impulsgeber 18 an den Stoßwel­ len-Wandler 15 festzulegen, damit der Beginn des Aussendens des Impulssignals festliegt, eine Lagesteuerung 30 zum Ein­ stellen der Lagebeziehung des Ultraschall-Wandlers 16 in bezug auf den Stoßwellen-Wandler 15, eine Extrahierschal­ tung 31 für einen zu zerstörenden Gegenstand, eine Überlap­ pungsmaß-Unterscheidungschaltung 33 und weitere Komponen­ ten.

Der Bildspeicher 28 umfaßt einen B-Bild-Speicher 28 a, einen Speicherabschnitt 28 b für einen Brennpunktzonen-Markierer, einen Speicherabschnitt 28 c für einen Zonenmarkierer des zu zerstörenden Gegenstandes, einen Speicherabschnitt 28 d für eine Überlappungsmaß-Änderung und weitere Speicherab­ schnitte. Die CPU 22 enthält einen Generator für einen Brennpunktzonen-Markierer 22 a, welcher ein vorbestimmtes Programm für die Darstellung des Brennpunktzonen-Markierers 26 a an einer Stelle, die einer Brennpunktzone in einem Schallfeld-Zonenbild entspricht, umfaßt, ferner eine Im­ pulsgeber-Steuerschaltung 22 b, umfassend ein Programm zum Vergleichen eines von der Überlappungsmaß-Unterscheidungs­ schaltung 33 gelieferten Überlappungsmaßes mit einem vorge­ gebenen Wert, um den Betrieb des Stoßwellen-Impulsgebers 18 zu steuern und schließlich einen Graphikgenerator 22 c für eine Überlappungsmaß-Änderung, der ein vorbestimmtes Pro­ gramm für die Anzeige einer graphischen Darstellung einer Überlappungsmaß-Änderung enthält.

Bei dieser Ausführungsform bilden die Extrahierschaltung 31 für den zu zerstörenden Gegenstand und die Überlappungsmaß- Unterscheidungschaltung 33 eine Überlappungsmaß-Unterschei­ dungseinrichtung, und die Impulsgeber-Steuerschaltung 22 b entspricht einer Stoßwellen-Generator-Steuerschaltung.

Im folgenden soll anhand der Fig. 2 der Stoßwellenapplika­ tor 17 des Stoßwellenbehandlungsgerätes erläutert werden.

Nach Fig. 2 besitzt der Stoßwellenapplikator 17 den Stoßwellen-Wandler 15 zur Bildung einer Fokussierzone 26 für eine zerstörende Stoßwelle (z.B. einen Ultraschallwel­ len-Impuls hoher Energie), mit der ein zu zerstörenden Ge­ genstand, z.B. ein Nierenstein 39 eines zu untersuchenden Patienten 32 zerstört werden soll. Auf der Seite der Ul­ traschallwellen-Aussendefläche 15 a des Stoßwellen-Wandlers 15 befindet sich ein Wasserbadbehälter 43. Der Stoßwellen­ applikator 17 enthält weiterhin den Ultraschall-Wandler 16, der in einer Stoßwellen-Sendezone 41 angeordnet ist, die sich von der Stoßwellen-Aussendefläche 15 a des Stoßwellen- Wandlers 15 zu der Fokussierzone oder Brennpunktzone 16 er­ streckt und eine Schallfeld-Zone 25 bildet, welche die Fokussierzone 26 einschließt, wenn die Ultraschallwellen- Sende/Empfangs-Fläche 16 a in Berührung mit der Körperober­ fläche 32 S des Patienten gebracht wird. Dadurch kann Tomo­ graphiebild-Information des Patienten 32 aufgenommen wer­ den.

Der Stoßwellen-Wandler 15 umfaßt einen konkaven Vibrator mit vorbestimmter Krümmung und ein Gegenelement, welches gleichförmig an der Rückseite des Vibrators befestigt ist (keines dieser Elemente ist dargestellt). Der Ultraschall- Wandler 16 ist an der Mitte des Stoßwellen-Wandlers 15 mit­ tels einer Wandler-Halterung/Treibereinheit 36 derart be­ festigt, daß er in Richtung des Doppelpfeils B beweglich ist.

Die Wandler-Halterung/Treibereinheit 36 enthält einen Me­ chanismus, der es ermöglicht, den Wandler 16 anhand eines von der Lagesteuerung 30 kommenden Steuersignals willkür­ lich zu bewegen oder anzuhalten, eine Antriebsquelle für diesen Mechanismus, und einen Lagefühler, der die Lage des Ultraschall-Wandlers 16 in Richtung des Pfeils B erfaßt.

Der Wasserbadbehälter 43 (Wasser dient als Stoßwellen-Über­ tragungsflüssigkeit) befindet sich auf der Seite der Ultra­ schallwellen-Aussendefläche 15 a des Stoßwellen-Wandlers 15, wie oben erläutert wurde.

Der in Fig. 2 dargestellte Wasserbadbehälter 43 ist von zylindrischer oder kegelstumpfförmiger Gestalt und besitzt einen Boden, dessen Außenabmessungen die gleichen sind wie die des Stoßwellen-Wandlers 15. Ein Balg 43 a, der sich in Pfeilrichtung B ausdehnen und zusammenziehen kann, oder der sich in einem vorbestimmten Winkelbereich gegenüber der Pfeilrichtung B zu bewegen vermag, befindet sich an den Seiten des Wasserbadbehälters 43. Ein Bodenabschnitt 47 ist aus einem dünnen Film gebildet, dessen akustische Impedanz etwa die gleiche ist wie die von Wasser.

Im folgenden sollen Betriebs- und Wirkungsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stoßwellenbehandlungsgerätes erläutert werden, wobei bei­ spielsweise ein Nierenstein 39 einer in Fig. 2 dargestell­ ten Niere 38 durch eine Behandlung zerstört werden soll.

Der mit einem Wasserbadbehälter 43 ausgestattete Stoßwel­ len-Applikator 17 wird auf die Körperoberfläche 32 S eines Patienten 32 aufgebracht. In diesem Zustand werden Sende/Empfänger 19, der Signalprozessor 20 und die Signal­ wandler-Einrichtung 21 derart gesteuert, daß der Ultra­ schall-Wandler 16 angesteuert wird, damit er ein Tomogra­ phiebild des Patienten liefert, welches auf dem Bildschirm des Monitors 27 dargestellt wird.

Der Generator 22 a für den Brennpunktzonen-Markierer berech­ net im Echtzeitbetrieb die derzeitige Lage des Brennpunkt­ zonen-Markierers 26 a auf dem Bildschirm basierend auf der Information über die Abweichung von der B-Richtung des Ul­ traschall-Wandlers 16 gegenüber der Wandler-Halte­ rung/Treibereinheit 36, und anschließend aktualisiert der Generator Daten in dem Speicherabschnitt 28 b für den Brenn­ punktzonen-Markierer, um den Brennpunktzonen-Markierer auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses zur Darstellung zu bringen, damit die derzeitige Lage übereinstimmt mit den auf die Lage bezogenen Speicherdaten, und auf dem Monitor 27 wird der Brennpunktzonen-Markierer 26 a dargestellt.

Ein von der Signalwandler-Einrichtung 21 erhaltenes Schall­ feld-Zonenbild (B-Bild) 25 a wird zur Anzeige gebracht, um ein Bild des zu zerstörenden Gegenstandes zu erhalten. Da der zu zerstörenden Gegenstand eine hohe akustische Impe­ danz aufweist, reflektiert er die Ultraschallwellen sehr stark, so daß der Gegenstand gegenüber dem umgebenden le­ benden Gewebe auf dem Schallfeld-Zonenbild 25 a weiß darge­ stellt wird, auch wenn die Information nicht durch die Ex­ trahierschaltung 31 für den zu zerstörenden Gegenstand läuft.

Bei dieser Ausführungsform wird die Information des Schall­ feld-Zonenbildes in die Extrahierschaltung für den zu zer­ störenden Gegenstand 31 eingegeben, um die Zone des zu zer­ störenden Gegenstandes zu extrahieren und zu verdeutlichen, und das Extraktionsergebnis wird später bei der Überlap­ pungsmaß-Unterscheidung verwendet.

Die Extrahierschaltung für den zu zerstörenden Gegenstand 31, extrahiert Bildelemente (pixels), deren Helligkeitsin­ formation einen gegebenen Wert übersteigt, und sie aktuali­ siert über die CPU 22 Daten in den Speicherabschnitt 28 c für den zu zerstörenden Gegenstand, hier auch als Speicher für den Target-Markierer bezeichnet, so daß die extrahier­ ten Bildelemente in klarem Weiß dargestellt werden.

Die Schaltung 31 besitzt einen Digital-Vergleicher und führt die Bildelement-Extraktion mit Hilfe des Digital-Ver­ gleichers durch.

Die Überlappungsmaß-Unterscheidungsschaltung 33 empfängt Information von der CPU 22 und zählt die Anzahl von ex­ trahierten Bildelementen, die in dem Brennpunktzonen-Mar­ kierer 26 a enthalten sind, und sie teilt den Zählwert der Gesamtzahl von extrahierten Bildelementen des zu zerstören­ den Gegenstandes, die von der Schaltung 31 extrahiert wer­ den, um dadurch das Ausmaß einer Überlappung (Überlappungs­ maß) zu berechnen.

Auf der Grundlage der in der oben beschriebenen Weise er­ zeugten Bildinformation in dem Bildspeicher wird auf dem Monitor 27 ein Bild dargestellt.

Ein dargestellter Abschnitt eines Tomographiebildes des Pa­ tienten 32, der im Echtzeitbetrieb dargestellt wird, wird auf eine Bewegung des Stoßwellenapplikators 17 hin geän­ dert.

Wenn das Nierensteinbild 39 a in dem Tomographiebild darge­ stellt ist, wird der Stoßwellenapplikator 17 noch weiter fein-eingestellt, so daß der Brennpunktzonen-Markierer 26 a mit dem Nierensteinbild 39 a zusammenfällt. In diesem Zu­ stand wird der Stoßwellenapplikator 17 fixiert.

Wie Fig. 3 zeigt, beobachtet der Operateur ein auf dem Mo­ nitor 27 dargestelltes Bild. Wenn er feststellt, daß der Brennpunktzonen-Markierer 26 a mit dem Nierensteinbild 39 a zusammenfällt, der Nierenstein 39 also in die Brennpunkt­ zone 26 fällt, betätigt er den Impulserzeuger-Schalter 29, um die Erzeugung von Impulsen auszulösen.

Nun kann aber die Auslösung eines Impulses durch Betätigen des Schalters 29 gegenüber dem von dem Operateur vorgese­ henen Zeitpunkt verzögert sein, und während dieses Inter­ valls bewegt sich der Patient möglicherweise, oder der Ope­ rateur kann eine fehlerhafte Auslösung eines Impulses ver­ anlassen. Dies hat zur Folge, daß sich möglicherweise der Nierenstein 39 nicht in der Brennpunktzone 26 befindet oder die Bilder sich nicht ausreichend überlappen. In diesem Fall wird folgende Gegenmaßnahme ergriffen, um eine Leer­ laufabstrahlung der Stoßwelle zu vermeiden.

Das Überlappungsmaß bei Anforderung einer Impulserzeugung wird verglichen mit einem vorbestimmten Bezugswert (bei dieser Ausführungsform 10%). Dies geschieht mit Hilfe der Impulsgebersteuerschaltung 22 b innerhalb der CPU 22. Wenn festgestellt wird, daß das berechnete Überlappungsmaß klei­ ner ist als der Bezugswert, arbeitet die Impulsgebersteuer­ schaltung 22 b so, daß der Impulsgeber 18 keine Impulse er­ zeugt. Bei dieser Ausführungsform ist der erwähnte Bezugs­ wert auf 10% eingestellt, die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Wenn die Impulsgebersteuer­ schaltung 22 b feststellt, daß das Überlappungsmaß gleich oder größer als der Bezugswert ist, wird ein Impulserzeu­ gungs-Freigabezustand eingerichtet, und die Anforderung der Impulserzeugung wird ausgeführt. Wird an den Stoßwellen- Wandler ein Impulssignal gegeben, und ein zu zerstörenden Gegenstand 39 befindet sich innerhalb der Brennpunktzone 26 wird dieser durch die starke Stoßwelle zerstört.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann im Echtzeitbe­ trieb festgestellt werden, ob der zu zerstörenden Gegen­ stand tatsächlich in der Brennpunktzone vorhanden ist, und die Steuerung einer Impulserzeugungs-Anforderung erfolgt auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Feststellung. Des­ halb läßt sich die Aussendung einer Stoßwelle zuverlässig durchführen, während "Leerlauf", also eine möglicherweise mit Gefahren verbundene Abstrahlung von Stoßwellen, vermie­ den werden kann.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Stoßwellenbehandlungsgerätes erläutert.

Fig. 3 zeigt die Art und Weise der Darstellung auf einer Anzeigeeinheit bei dem Stoßwellenbehandlungsgerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Stoßwellenbe­ handlungsgerät hat hier den gleichen Aufbau wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die CPU 22 außerdem einen Graphik-Generator 22 c zum Erzeu­ gen einer Graphik für eine Überlappungsmaß-Änderung auf­ weist. Der Graphik-Generator umfaßt ein Programm zum Dar­ stellen einer Überlappungsmaß-Änderungs-Graphik, und der Bildspeicher 28 enthält einen Speicherabschnitt 28 d für eine Überlappungsmaß-Änderung. Die Steuerung 23 enthält eine (nicht gezeigte) Trigger-Impuls-Generator-Einrichtung. Ansonsten sind ähnliche Bezugszeichen wie im ersten Ausfüh­ rungsbeispiel für entsprechende Teile verwendet.

Der Graphik-Generator 22 c für die Überlappungsmaß-Ände­ rung, der Speicher 28 d für die Überlappungsmaß-Änderung und weitere dazugehörige Teile entsprechen hier der Überlap­ pungsmaß-Änderungsinformations-Anzeigeeinrichtung.

Bei dem Stoßwellenbehandlungsgerät nach dieser Ausführungs­ form berechnet die Überlappungsmaß-Unterscheidungsschaltung 33 ein Überlappungsmaß als Integralwert der Helligkeit ei­ nes B-Bildes, das in dem Brennpunktzonen-Markierer 26 a ent­ halten ist. Eine Richtungsabweichung gegenüber der Pfeil­ richtung B in Fig. 2 wird berechnet anhand einer Hysterese- Information der von der Lagesteuerung 30 vorgenommenen Steuerung, und auf dieser Grundlage wird die Lage des Brennpunktzonen-Markierers 26 a auf dem B-Bild berechnet. Die Helligkeiten der Bildelemente des B-Bildes des Brenn­ punktzonen-Markierers 26 a werden basierend auf der Position des Brennpunktzonen-Markierers 26 a aus dem B-Bild-Speicher 28 a ausgelesen, und es wird die Summe aus den Helligkeiten berechnet. Die Summe dient als Überlappungsmaß.

Bei dieser Ausführungsform wird das Überlappungsmaß durch eine einfache Anordnung ermittelt, die eine Hochgeschwin­ digkeits-Signalverarbeitung zuläßt.

Der Graphik-Generator 22 c für die Überlappungsmaß-Änderung zeichnet die Überlappungsmaße zwischen dem laufenden Wert bis typischerweise zu einem Wert 5 Sekunden vorher auf. Diese Werte werden sukzessive von der Überlappungsmaß-Un­ terscheidungsschaltung 33 an die CPU 22 geliefert. Die Auf­ zeichnung erscheint auf dem Monitor 27 als Überlappungsmaß- Änderungskurve 3 (siehe Fig. 3). Diese Darstellung läßt sich erreichen durch Aktualisieren der Daten in dem Über­ lappungsmaß-Änderungsspeicher 28 d mit Hilfe des Graphik-Ge­ nerators 22 c für die Überlappungsmaß-Änderung.

Fig. 4A zeigt den Fall, daß das Überlappungsmaß sich an­ nähernd periodisch um einen Bezugswert α ändert, verursacht in erster Linie durch das Atmen des Patienten. Bei dieser Ausführungsform ist der Bezugswert für das Überlappungsmaß auf 10% eingestellt.

Da eine Änderung des Überlappungsmaßes mit der Zeit auf dem Bildschirm dargestellt werden kann, kann der Operateur in geeigneter Weise den Überlappungszustand zwischen dem Nie­ renstein einerseits und der Brennpunktzone andererseits be­ stimmen und kann eine Änderung des Überlappungsmaßes mit der Zeit voraussagen. Dies wäre äußerst schwierig zu be­ werkstelligen, wenn lediglich ein Brennpunkt-Markierer auf einem B-Bild dargestellt würde. In einfacher Weise läßt sich dies jedoch erreichen, wenn gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung die Überlappungsmaß-Ände­ rungs-Kurve angezeigt wird.

Wenn der Operateur den Pulserzeuger-Schalter 29 betätigt, ermittelt die in der CPU 22 enthaltene Impulserzeuger-Steu­ erschaltung, ob zu diesem Zeitpunkt das Überlappungsmaß den Bezugswert α übersteigt. Nur wenn die Steuerschaltung 22 b feststellt, daß das Überlappungsmaß den Bezugswert α über­ steigt, steuert sie den Impulsgeber 18 über die Steuerung 23 derart, daß eine Impulsabstrahlung erfolgt, wenn von der Steuerung 23 Trigger-Impulse an den Impulsgeber 18 gegeben werden.

Fig. 4B zeigt den Fall, daß fünf Trigger-Impulse pro Se­ kunde von der Trigger-Impuls-Erzeugereinrichtung erzeugt werden. Diese Frequenz kann innerhalb eines Bereichs von 2 bis 10 Impulsen pro Sekunde variiert werden.

Wenn sich das Überlappungsmaß ändert, wie es in Fig. 4A ge­ zeigt ist, wird ansprechend auf die in Fig. 4C dargestell­ ten Trigger-Impulse eine Stoßwelle erzeugt.

Der Operateur vergewissert sich, daß der Stein durch eine Serie abgestrahlter Impulse zerstört wird, indem er den Bildschirm beobachtet und der Operateur kann den Schalter 29 rechtzeitig öffnen, so daß die Erzeugung von Impulsen sofort gestoppt wird.

Wie aus der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels er­ sichtlich ist, vermag das erfindungsgemäße Stoßwellenbe­ handlungsgerät folgende besondere Effekte zu erzielen:

Da die Art und Weise der Änderung des Überlappungsmaßes dargestellt werden kann, läßt sich auf einfache Weise der Überlappungszustand zwischen dem zu zerstörenden Gegenstand einerseits und der Brennpunktzone andererseits, d.h. deren Lagebeziehung, feststellen und es kann eine "Leerlauf"- Stoßwellenabstrahlung vermieden werden. Dadurch erzielt man eine zuverlässige und sichere Behandlung des Patienten.

Es wird unterschieden, ob der zu zerstörende Gegenstand ef­ fektiv in der Brennpunktzone der Stoßwelle enthalten ist oder nicht und die Ausführung der Impulserzeugungsanforde­ rung wird auf der Grundlage des Unterscheidungsergebnisses gesteuert. Wenn festgestellt wird, daß der zu zerstörende Gegenstand nicht effektiv in der Brennpunktzone enthalten ist, wird die Abstrahlung von Stoßwellen gestoppt. Deshalb läßt sich eine ins Leere gehende Abstrahlung von Stoßwellen vermeiden, was zu einer zuverlässigen und sicheren Behand­ lung führt. Insgesamt läßt sich die Behandlungszeit verkür­ zen.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der Stoßwellenapplikator des Stoßwellenbehandlungsgerätes nach der Erfindung mit einer Halterungseinrichtung ausgestattet und wird beweglich von der Halterungseinrichtung getragen, so daß der Brennpunkt einer Stoßwelle innerhalb eines Patienten rasch und mühelos mit einem zu zerstörenden Gegenstand durch mechanische Mit­ tel ausgerichtet werden kann, was zu einer Verringerung der für die Zerstörung des Gegenstandes benötigten Zeit führt.

Der in Fig. 2 dargestellte Stoßwellenapplikator 17 wird ge­ mäß Fig. 5 von einer Applikator-Halterung 47 getragen. Die Applikator-Halterung 47 hält den Applikator 17 derart, daß dieser um den distalen Endabschnitt (im vorliegenden Fall eine Stoßwellen-Sende/Empfangs-Fläche einer Ultra­ schallsonde) des Ultraschallwandlers 16 schwenkbar ist, wo­ bei der Abstand zwischen dem Stoßwellen-Wandler 15 und ei­ nem zu zerstörenden Gegenstand (auch hier soll es sich wie­ der um einen Nierenstein in einer Niere 38 eines Patienten P handeln) eingestellt werden kann. Fig. 6 ist eine Drauf­ sicht auf den Stoßwellenapplikator 17 an dem Applikatorhal­ ter 47. An einer Säule 49 ist gemäß Fig. 5 ein erster Aus­ legerarm 51 montiert, an dessen äußerem Ende ein Ende eines zweiten Arms 52 schwenkbar gelagert ist. Der Mittelab­ schnitt eines gekrümmten dritten Arms 53 ist schwenkbar an dem anderen Ende des zweiten Arms 52 gelagert. Der Applika­ tor 17 ist an zwei Endabschnitten des dritten Arms 53 gela­ gert, so daß er in Richtung des Pfeils 55 schwenkbar ist. Betriebs- und Wirkungsweise dieser Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Stoßwellenbehandlungsgerätes soll für den Fall beschrieben werden, daß gemäß Fig. 2 ein Nierenstein 39 in einer Niere 38 zerstört wird.

Anhand der Fig. 7 bis 9 wird die Prozedur zum Ausrichten des Brennpunktes einer Stoßwelle erläutert.

Wenn der Stoßwellenapplikator 17 am Patienten P angebracht wird, wird die Annäherungsrichtung des Applikators 17 be­ stimmt (Schritt S 1 des in Fig. 9 dargestellten Flußdia­ gramms), und es wird im Schritt S 2 die Abtastrichtung des Ultraschall-Wandlers 16 festgelegt. In diesem Fall wird die Abtastrichtung so bestimmt, daß entweder ein Längsschnitt des Patienten P parallel zur Körperachse des Patienten P abgetastet wird oder der Querschnitt des Patienten abge­ tastet wird. Diese beiden Möglichkeiten können von dem Ope­ rateur festgelegt werden. Ein durch Bestimmung der Ab­ tastrichtung spezifizierter Abschnitt ist ein erster Ab­ schnitt. Aus Gründen der vereinfachten Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 7 soll der erste Abschnitt ein (quer zur Längsachse verlaufender) Querschnitt sein.

Der Stoßwellenapplikator 17 wird in engen Kontakt mit der Körperoberfläche des Patienten P gebracht (S 3). Die Bildin­ formation des Patienten P wird von dem Ultraschall-Wandler 16 unter Steuerung seitens der Steuerung 23 erfaßt. Die er­ faßte Bildinformation wird auf dem TV-Monitor 27 sichtbar gemacht. Der Operateur schwenkt den Stoßwellenapplikator 17 um einen ersten Winkel während er das dargestellte Bild be­ obachtet und gleichzeitig fixiert er den Applikator 17 un­ ter einem Winkel, bei dem der Nierenstein 39 am deutlich­ sten in diesem Querschnitt dargestellt werden kann (S 4). Die Schwenkbewegung des Applikators 17 über den ersten Win­ kel erreicht man durch Verschwenken des Applikators 17 in Richtung des Pfeils 54 in Fig. 7 um den distalen Endab­ schnitt (die Ultraschallwellen-Sende/Empfangs-Fläche 16 a) des Ultraschall-Wandlers 16. Die Bewegung erfolgt hier durch Drücken oder Ziehen am zweiten Arm 52. Mit dieser Schwenkbewegung werden mehrere verschiedene B-Bilder (Schnitt-Bilder) 57 des ersten Abschnitts des Patienten P nacheinander auf den Bildschirm 27 (siehe Fig. 1) darge­ stellt, wie es in Fig. 7 skizziert ist. Der Stoßwellenap­ plikator 17 läßt sich deshalb in einfacher Weise vorüberge­ hend unter einem Winkel fixieren, bei dem der Nierenstein 29 am deutlichsten dargestellt wird. In diesem Zustand wird der Stoßwellenapplikator 17 um einen zweiten Winkel ge­ schwenkt und vorübergehend bei dem Winkel fixiert, bei dem das Bild des Nierensteins 39 sich in der Mitte des ersten Abschnitts befindet (S 5). Die Schwenkbewegung des Stoßwel­ lenapplikators 17 über den zweiten Winkel erfolgt durch Verschwenken des Applikators 17 in Richtung des Pfeils 55 in Fig. 6, um das distale Ende des Ultraschall-Wandlers 16. Dieser Vorgang kann durch Drücken oder Ziehen des ersten Arms 51 durchgeführt werden.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, wird nur der Ultraschall-Wand­ ler 16 um seine Achse über einen Winkel von 90° gedreht, und man erhält mehrere zweite Schnittbilder 58, d.h. Längsschnittbilder, die senkrecht auf dem ersten Abschnitt, bei dem es sich z.B. um einen Querschnitt handelt, stehen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Man beachte, daß, da sich der Patient P bewegt, die Schritte S 2, S 3 und S 4 wiederholt werden, um eine Feineinstellung zu erreichen (S 7). Wenn das vorübergehende Fixieren im Schritt S 5 in der erforderlichen Weise durchgeführt wurde, sollte das Bild des Nierensteins in der Mitte des Bildschirms sowohl im ersten als auch im zweiten Abschnitt dargestellt werden. Auf diese Weise läßt sich der Nierenstein 39 dreidimensional darstellen.

Auf dem Monitor 27 wird der Brennpunktzonen-Markierer 26 dargestellt, welcher eine geometrische Brennpunktzone der von dem Stoßwellen-Wandler 15 abgegebenen Stoßwelle kenn­ zeichnet, und der Operateur bewegt den Stoßwellenapplikator 17 in Richtung des Pfeils B, während er das Bild auf dem Monitor 27 betrachtet, um auf diese Weise den Abstand zwi­ schen dem Stoßwellen-Wandler 15 und dem Nierenstein 39 ein­ zustellen, um zu veranlassen, daß der Brennpunktzonen-Mar­ kierer 26 mit dem Nierenstein 39 zusammenfällt. In diesem Fall wird der Ultraschall-Wandler 16 nicht mehr bewegt, sondern er wird in seiner Lage fixiert. In der beschriebe­ nen Weise wird die Brennpunkt-Ausrichtung der Stoßwelle beendet.

Dann betätigt der Operateur einen ersten Schalter eines Im­ pulserzeuger-Schalters 29, so daß ein Steuersignal über die CPU 22 und die Steuerung 22 an den Impulsgeber 18 geliefert wird. Von dem Impulsgeber 18 wird ein Stoßwellensignal an den Stoßwellen-Wandler 15 geliefert. Der Stoßwellen-Wandler 15 sendet eine Stoßwelle hoher Energie auf den Nierenstein 39, der sich in einer Lage befindet, die dem Brennpunktzo­ nen-Markierer 26 entspricht.

Die Stoßwelle wird je nach Bedarf wiederholt abgestrahlt, um den gesamten Nierenstein 39 zu zertrümmern.

Der Stoßwellen-Wandler 15 hat bei dieser Ausführungsform Kugelform mit bestimmter Krümmung, und er weist eine schraubenlinienförmig um die Achse des Ultraschall-Wandlers 16 gewickelte Spule auf. Über ein Isolierelement ist auf die Spule ein Metallfilm auflaminiert. Dadurch wird eine einzelne mit elektromagnetischer Induktion arbeitende Schallwelle gebildet. Es können mehrere derartige elektro­ magnetische Schallwellen einander gegenüberliegend angeord­ net werden, oder man kann einen konkaven Ultraschall-Vibra­ tor einsetzen.

Man beachte, daß, da der Patient sich aufgrund der Herz­ schläge unter der Atmung geringfügig bewegt, ein Körper­ signal-Detektor 40 an Hand, Fuß, Nase oder andere Teile des Patienten gelegt werden kann. Das von dem Körpersignal-De­ tektor 40 ermittelte Körperfunktionssignal wird von der CPU 22 synchronisiert mit einem von dem Impulsgenerator-Schal­ ter 29 kommenden Signal, um auf diese Weise die zeitliche Steuerung des Aussendens des Impulssignals von dem Impuls­ geber 18 zu steuern.

Da die Lage des Stoßwellenapplikators 17 auf der Grundlage der Bildinformation orthogonaler Schnitte (erster und zwei­ ter Abschnitt) in einem Patienten bestimmt wird, läßt sich eine geeignete Brennpunktausrichtung erreichen. Deshalb läßt sich ein Nierenstein als zu zerstörender Gegenstand wirksam zertrümmern, und zwar innerhalb relativ kurzer Be­ handlungszeit.

Aufgrund der Ausrichtung des Brennpunkts mit mechanischen Mitteln wird die Zeit, die erforderlich ist, einen zu zer­ störenden Gegenstand zu zertrümmern, verkürzt.

Claims (8)

1. Stoßwellenbehandlungsgerät, gekennzeichnet durch:

• - eine Stoßwellen-Erzeugereinrichtung (15) zur Bildung einer Stoßwellen-Brennpunktzone einer Stoßwelle zum Zerstören eines zu zerstörenden Gegenstandes eines Objektes,
• - eine Bildinformations-Erfassungseinrichtung (16), die in einer Stoßwellen-Sendezone der Stoßwellen­ erzeugereinrichtung (15) angeordnet ist, um Tomo­ graphiebild-Information des Objekts aufzunehmen,
• - eine Überlappungsmaß-Unterscheidungseinrichtung (33), die das Ausmaß der Überlappung zwischen der Stoßstellen-Brennpunktzone einerseits und dem zu zerstörenden Gegenstand andererseits berechnet, und
• - eine eine Überlappungsmaß-Änderungsinformation an­ zeigende Anzeigeeinrichtung (27), die die zeitab­ hängige Art der Änderung des Überlappungsmaßes unter Verwendung des Berechnungsergebnisses des Überlappungsmaßes von der Überlappungsmaß-Unter­ scheidungseinrichtung (33) anzeigt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungsmaß-Unterscheidungseinrichtung eine Extra­ hiereinrichtung (31) für den zu zerstörenden Gegenstand und eine Überlappungsmaß-Bestimmungseinrichtung (33) aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Überlappungsmaß-Än­ derungsinformation einen Graphikgenerator (22 c) für einen Überlappungsmaß-Änderungs-Speicher (28 d) enthält.

4. Stoßwellenbehandlungsgerät, gekennzeichnet durch:

• - eine Stoßwellenerzeugereinrichtung (15) zur Bildung einer Stoßwellen-Brennpunktzone einer zerstörenden Stoßwelle zum Zerstören eines Gegen­ standes in einem Objekt,
• - eine Bildinformations-Erfassungseinrichtung (16), die in einer Stoßwellen-Sendezone der Stoßwellen­ erzeugereinrichtung (15) angeordnet ist, um Tomographiebild-Information von dem Objekt zu erfassen,
• - eine Überlappungsmaß-Unterscheidungseinrichtung (33) zum Berechnen des Ausmaßes einer Überlappung zwischen der Brennpunktzone der zerstörenden Stoß­ welle und dem zu zerstörenden Gegenstand,
• - eine Stoßwellenerzeuger-Steuereinrichtung (23), die, wenn das Berechnungsergebnis des Überlap­ pungsmaßes von der Überlappungsmaß-Unterschei­ dungseinrichtung kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, eine Steuerung dahingehend vornimmt, daß keine Stoßwelle erzeugt wird, und
• - eine Anzeigeeinrichtung (27) zum Darstellen eines Tomographiebildes des Objekts und des zu zerstö­ renden Gegenstandes.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungsmaß-Unterscheidungseinrichtung aufweist: eine Extrahiereinrichtung (31) für den zu zerstörenden Ge­ genstand und eine Überlappungsmaß-Bestimmungseinrichtung (33).

6. Stoßwellenbehandlungsgerät, gekennzeichnet durch:

• - eine Stoßwellen-Applikatoreinrichtung mit einer Stoßwellen-Erzeugereinrichtung (15), um eine Stoß­ welle zu erzeugen, die in einem Objekt derart fokussiert ist, daß ein zu zerstörenden Gegenstand in dem Objekt zerstört wird, und mit einer Bildin­ formations-Erfassungseinrichtung (16), die innerhalb einer Stoßwellen-Sendezone der Stoßwel­ len-Erzeugereinrichtung angeordnet ist, um Tomo­ graphiebild-Information des Objekts zu erfassen, und
• - eine Halterungseinrichtung (51, 52, 53), die die Stoßwellen-Applikatoreinrichtung derart haltert, daß die Brennpunktposition der Stoßwelle in dem Objekt bewegbar ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildinformations-Erfassungseinrichtung (16) mehrere Bildinformations-Stücke in orthogonalen Schnitten des Ob­ jekts zu erfassen vermag.

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (51, 52, 53) für die Stoßwellen- Applikatoreinrichtung letztere derart haltert, daß die Ap­ plikatoreinrichtung um einen distalen Endabschnitt der Bildinformations-Erfassungeinrichtung schwenkbar ist und weiterhin der Abstand zwischen der Stoßwellen-Erzeugerein­ richtung und dem zu zerstörenden Gegenstand eingestellt werden kann.