DE4115447A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontrolle der zerstoerung von konkrementen im koerper durch extrakorporale stosswellenlithotripsie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Kontrolle der Zerstörung von Konkrementen im Körper von Lebewesen nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 7.

Konkremente wie Harn-, Gallen- oder Pankreassteinen lassen sich mit der extra­ korporalen Stoßwellenlithotripsie (ESWL) zerstören. Dazu werden bis zu einige 1000 Stoßwellen mit einer Schallquelle außerhalb des Körper erzeugt und durch den Körper auf das Konkrement fokussiert. Eine Beschreibung der ESWL findet man z. B. bei J. Benninger, H. Th. Schneider und Ch. Ell: "Extra- und Intrakorp. Litho­ tripsie", Medtech 1, 14 (1990). Die Vorteile der ESWL im Vergleich zur Chirurgie liegen u. a. in einer geringeren Belastung der Patienten und einer kürzeren Verweil­ dauer in den Kliniken.

ESWL-Geräte müssen mit Einrichtungen zur "Steinortung" und zur Kontrolle der "Steinzertrümmerung" ausgerüstet sein.

Zur Steinortung können Röntgengeräte dienen. Die EP-OS 03 72 119 beschreibt z. B. einen Lithotriptor, bei dem das Röntgensystem in bezug auf die Schallquelle derart angeordnet ist, daß die Röntgenstrahlen in etwa zentrisch durch die Schall­ quelle laufen. Da jedoch bei der Röntgengortung die Strahlenbelastung der Patien­ ten zu hoch oder das Konkrement im Röntgenbild für eine genaue Lokalisierung zu kontrastschwach sein kann, wird die Ultraschallortung bevorzugt. Z.B. aus der EP-PS 02 21 592 sind auf die Erfordernisse bei der ESWL ausgelegte Ultraschall- Ortungsgeräte bekannt. Auch die Ultraschallortung hat Probleme: Bei der Ortung eines Nierensteins kann z. B. der Schallstrahl Lungengewebe treffen, wodurch die Ortung ungenau wird. Um die Genauigkeit zu erhöhen, können die von der Schall­ quelle erzeugten Wellen zur Steinortung verwendet werden, wie u. a. in der EP-OS 03 55 177 beschrieben wird. Es ist auch bekannt, mit der Schallquelle wahlweise Wellen mit hoher Intensität zur Konkrementzertrümmerung und niedriger Intensi­ tät für die Ortung zu erzeugen: Die vom Konkrement reflektierten Wellen mit niedriger Intensität werden mit Sensoren außerhalb des Körpers registriert und dienen zum Steuern des Lithotriptors.

Die Rest-Unsicherheit der Steinortung erfordert eine in-situ Kontrolle der Behand­ lung. Dazu können die vom Konkrement ausgehenden Reflexe der Stoßwelle dienen wie z. B. bei der sog. "in-Line Technik": Hier sind Sensoren axial in der Schallquelle angebracht, vgl. die Firmenschrift "Dornier Lithotripter MPL 9000", HV 9/88- 2000-D, der Fa. Dornier Medizintechnik GmbH in D-8043 Germering. Aus der Amplitude oder dem Zeitpunkt des Eintreffens des reflektierten Signals wird ermit­ telt, ob sich im Fokus der Stoßwelle ein Konkrement befindet. Jedoch kann ein starker Reflex auch dann auftreten, wenn das Konkrement sich nur teilweise im Fokus oder ein großes Konkrement sich nur nahe dem Fokus befindet - die Stoß­ wellen können also "danebengehen" und gesundes Gewebe zerstören.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und ein Vorrichtung zu schaffen, mit dem sich während der Behandlung die Fokussierung der Stoßwellen im Körper und die Zertrümmerung des Konkrementes kontrollieren läßt. Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren sowie die im Patentan­ spruch 7 beschriebene Vorrichtung gelöst.

Die erfindungsmäßige Lösung besteht darin, durch einen an sich bekannten Kathe­ ter ein Einführungsteil in den Körper einzuführen und am Konkrement mindestens einen nachfolgend beschriebenen Schallwandler oder Schallwellenleiter anzubrin­ gen, mit dem die Schwingungen oder Erschütterungen des Konkrements beim Bruch oder Auftreffen der Stoßwellen erfaßt werden oder der Zustand des Konkre­ ments überprüft wird.

Es ist erforderlich, daß der Kontakt des Schallwandlers oder Schallwellenleiters mit dem Konkrement möglichst direkt, insbesondere mechanisch durch Berühren er­ folgt, weil nur dann zuverlässig ermittelt werden kann, ob die Stoßwellen das Kon­ krement tatsächlich treffen bzw. wie weit seine Zertrümmerung fortgeschritten ist. Zur Verbesserung der Kontaktwirkung - d. h. des Schallübergangs zwischen Kon­ krement und dem Schallwandler oder Schallwellenleiter - kann das Einführungsteil als Zange ausgebildet sein, die den Schallwandler oder Schallwellenleiter auf das Konkrement preßt. Katheter, deren distales Ende mit einer Zange ausgerüstet sind, sind an sich bekannt. Der Schallwandler oder Schallwellenleiter ist vorzugsweise in einem Schenkel der Zange angeordnet und kann durch die Zangenbewegung leicht an das Konkrement angepreßt werden. Zur Verbesserung der Kontaktwirkung kann der Katheter am distalen Ende statt einer Zange auch einen bei Kathetern an sich bekannten Saugmechanismus enthalten, der den Schallwandler oder Schallwellen­ leiter an das Konkrement heransaugt. Verwendbare Zangen- oder Saugvorrichtun­ gen sind in der Medizintechnik bekannt.

Ultraschallwandler sind z. B. aus der US-PS 34 60 061 bekannt. In der Medizin­ technik finden vor allem Wandler auf der Basis von Piezokeramiken, aus Quarz oder aus Lithiumniobat Anwendung. Die Wandler sind durch elektrische Leitungen mit extrakorporalen elektrischen Steuer- und Auswertegeräten verbunden.

Die Ausführung mit inkorporierten Wandlern hat jedoch einige Nachteile. Die komplizierten Einführungsteile sind z. B. weniger temperaturbeständig und deshalb nur aufwendig zu sterilisieren. Weiter sind z. B. zum Sendebetrieb eines Wandlers relativ hohe elektrische Spannungen notwendig. Da die Druckamplitude der Stoß­ wellen bei der ESWL im Fokus bis zu 1500 bar betragen kann, können während der Behandlung Beschädigungen am Wandler auftreten.

Die inkorporierten Wandler und ihre Zuleitungen können weiterhin elektromag­ netische Störstrahlung im Behandlungsraum auffangen. Damit ist besonders dann zu rechnen, wenn die Stoßwellen in der Schallquelle durch elektrische Entladungen erzeugt werden. Um die Störeinstrahlung zu reduzieren, ist es vorteilhaft, 1.) die Zuleitungen als Koaxialleitungen auszubilden, 2.) die Wandler metallisch zu um­ manteln. Die Ummantelung sollte bis über die Zuleitungen reichen.

Ferner sind Ultraschallwandler meistens spektral schmalbandig, das Konzept der inkorporierten Wandler kommt daher eigentlich nur dann in Frage, wenn man es mit schmalbandigen Stoßwellen oder, bei aktiven Geräten, mit monofrequenten Anregungen zu tun hat. Es ist zwar auch bekannt, spektral breitbandige Wandler herzustellen, diese sind dann aber ziemlich aufwendig und benötigen so viel Platz, daß ihre Führung mit Kathetern kaum in Frage kommt.

Meistens ist die Ultraschallimpedanz, hierunter wird das Produkt aus der Dichte und der Schallgeschwindigkeit verstanden, von Körpergewebe und Wandler stark verschieden. Die Impedanz von Körpergewebe beträgt (1, 4. . .2)·10⁶ kg/(m²·s), Piezokeramiken zeigen dagegen viel höhere Werte von bis zu 40·10⁶ kg/(m²·s). Aufgrund dieser Unterschiede kann die Schallkopplung zwischen Wandler und Körper zu schlecht sein. Dann ist es vorteilhaft, die Kopplung durch Übergangs­ schichten zu verbessern. Die Dimensionierung und Herstellung solcher Übergangs­ schichten ist z. B. aus der GB-OS 22 25 426 bekannt. Sie bestehen bei einfacheren Ausführungen aus einem Material, dessen Ultraschallimpedanz das geometrische Mittel der entsprechenden Werte für das Körpergewebe und Wandiermaterial dar­ stellt, und dessen Dicke mindestens ein Viertel der Schallwellenlänge beträgt. Ge­ eignet sind z. B. Glasschichten. Allerdings werden dadurch die Einführungsteile in der Regel so groß, daß ihre Verwendung nur in Ausnahmefällen in Frage kommt.

Besonders günstig ist es, wenn die Ableitung des Ultraschalls vom Konkrement nicht mit einem Schallwandler sondern durch einen Schallwellenleiter (SWL) er­ folgt, durch welchen die Schallwellen zu bzw. von Wandlern außerhalb des Körpers übertragen werden. Diese Geräte sind elektrisch sicher, resistent gegenüber Störein­ strahlung und ermöglichen kompakte und sehr feste Einführungsteile, die sich ein­ fach sterilisieren lassen und auch durch die hohe mechanische Belastung im Fokus der Stoßwellen oder durch Konkrementsplitter kaum zerstört werden. Die Gestal­ tung geeigneter SWL ist z. B. in der Patentanmeldung DE 41 03 145 beschrieben. Es empfiehlt sich, derartige SWL zu verwenden, weil diese die Schallimpulse ver­ zerrungsfrei und mit geringen Verlusten übertragen.

Schallwellenleiter aus Glas werden bevorzugt, weil Glas medizinisch unbedenklich und nichtleitend ist. Es ist bekannt, sehr feste flexible Glasfasern mit hoher Präzi­ sion und kleinem Querschnitt herzustellen. Der SWL aus Glas kann im Prinzip eine aus der optischen Nachrichtentechnik bekannte optische Faser sein. Der SWL kann auch ein Glasfaserbündel sein, dann ist allerdings mit einer stärkeren Dämp­ fung der Schallwellen zu rechnen.

Zur Verbesserung des Schallübergangs zwischen Konkrement und Schallwellenleiter wird es bevorzugt, das distale Ende des SWL mit einer Beschichtung ähnlich wie bei den oben beschriebenen Wandlern zu versehen. Es empfiehlt sich ferner, das distale Ende des SWL abzurunden, z. B. indem das Ende der Faser erhitzt und zu einer "Perle" aufgeschmolzen wird, da durch die Verrundung eine gleichmäßigere Empfangs- oder Abstrahlcharakteristik erreicht wird.

Die Vorrichtung bzw. das Verfahren kann passiv, im Empfangsmodus, betrieben werden. Dann werden nur die Eigenschwingungen oder Erschütterungen des Kon­ krements bei seinem Bruch oder beim Auftreffen der Stoßwellen erfaßt. Es zeigt sich, daß das Frequenzspektrum der Schwingungen im wesentlichen um eine Fre­ quenz zentriert ist, die der Anregungsfrequenz der Schallquelle oder der Frequenz einer Eigenschwingung des Konkrements entspricht. Es ist von Vorteil, den oder die Wandler bzw. SWL auf den bevorzugten Empfang dieser Frequenz auszulegen, weil dadurch die Empfindlichkeit gegen akustische Störstrahlung vermindert wird.

Die Vorrichtung bzw. das Verfahren kann zusätzlich auch aktiv, im Sende-Emp­ fangsmodus, betrieben werden und den Zustand des Konkrements durch Aussenden und Empfangen von Schallwellen überprüfen. Wenn dazu ein Impulsecho-Verfah­ ren verwendet wird, kann zum Aussenden und Empfang von Schallwellen derselbe Wandler bzw. SWL dienen. Der Zustand des Konkrements wird dann z. B. aus der Zeit bis zum Eintreffen von Reflexen aus dem Konkrement ermittelt. Das aktive Gerät kann auch kontinuierliche Wellen verwenden. Zum Aussenden oder Empfang von Schallwellen dienen dann bevorzugt getrennte Wandler bzw. SWL. Der Bruch des Konkrements wird z. B. dadurch festgestellt, daß die Schallübertragung durch das Konkrement unterbrochen wird. Hier ist es von Vorteil, wenn man den oder die Wandler bzw. SWL auf den bevorzugten Empfang der Trägerfrequenz der ein­ gekoppelten Schallwellen auslegt, um die Empfindlichkeit des Gerätes für akusti­ sche Störstrahlung zu vermindern.

Weil sich die Fokussierung der Stoßwellen im Körper erfindungsgemäß präziser kontrollieren läßt, ist es möglich, die Amplitude der Stoßwellen zu erhöhen. Das erlaubt es, die Behandlungsdauer (Zahl der Impulse) zu verkürzen oder auch wei­ chere Steine effektiv zu zertrümmern.

Das Verfahren bzw. die Vorrichtung ist zwar für die ESWL besonders geeignet, kann aber auch für die HF- und Laserlithotripsie verwendet werden. Bei der HF- Lithotripsie werden die Konkremente im Körper mit Hochfrequenzströmen zer­ stört, bei der Laserlithotripsie mit laserinduzierten Stoßwellen oder durch Abla­ tion. Wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung am Einführungs­ teil dieser Lithotriptoren verwendet, läßt sich die Zerstörung des Konkrements präzise kontrollieren.

Die Erfindung wird anhand der in der Abbildung schematisch dargestellten Aus­ führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Katheter 10 mit einer aus zwei Schenkeln 11 und 12 bestehenden Zangenvorrichtung, die ein Konkrement 13 im Körper fassen. Der Kathe­ ter ist mit zwei Schallwellenleitern 14 und 15 ausgerüstet, die an ihren distalen Enden 16 und 17 durch Aufschmelzen verrundet sind. Die Schall­ wellenleiter 14, 15 sind an ihren proximalen Enden mit zwei Ultraschall­ wandlern 18 und 19 verbunden, die an eine elektronische Auswerteappa­ ratur 1 angeschlossen sind.

Fig. 2, 3 einen Katheter 20 mit einer Saugvorrichtung bestehend aus einer Kappe 21 am distalen Ende (in Aufsicht), welche über einen Schlauch 22 mit einer extrakorporalen Saugpumpe 23 verbunden ist und bei Anlegen eines Unterdruckes das Konkrement 24 heransaugt. In die Kappe ragt das durch Aufschmelzen verrundete Ende 25 des Schallwellenleiters 26. Bei Ansaugen des Konkrements 24 kommt das Ende 25 des Schallwellenlei­ ters 26 in engen Kontakt mit dem Konkrement 24, so daß eine gute aku­ stische Ankopplung des Konkrements erfolgt. Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die Sicht in die Kappe 21, wobei man die Öffnung 27 des Saugschlauchs 22 und das verrundete Ende 25 des Schallwellenleiters 26 erkennt. Das proximale Ende des Schallwellenleiters ist mit einem Schall­ wandler 28 verbunden, der die Schallwellen in elektrische Schwingungen umsetzt, die von einer nicht dargestellten Auswerteelektronik dargestellt und ausgewertet werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Kontrolle der Zerstörung von Konkrementen im Körper durch extrakorporale Stoßwellenlithotripsie, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schallwandler oder ein mit einem außerhalb des Körpers befindlichen Schallwandler verbundener Schallwellenleiter in Kontakt mit dem Konkrement gebracht wird und die bei der Zerstörung des Konkrements durch die Stoßwellen von dem Konkrement ausgehenden Schallwellen und/oder die Amplitude des zur Zerstörung des Konkrements am Konkrement auftreffenden Schallwellen ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konkrement über den Schallwandler bzw. den Schallwellenleiter zusätzlich mit Ultraschallschwingungen zur aktiven Kontrolle der Zer­ trümmerungswirkung beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Schallwandler oder ein mit einem außerhalb des Körpers befindlichen Schallwandler verbundener Schallwellenleiter, der Ultra­ schallschwingungen aussendet, zur aktiven Kontrolle der Zertrümmerungswir­ kung mit dem Konkrement in Verbindung gebracht wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt mit dem Konkrement durch eine an sich bekannte zangenför­ mig ausgebildete Vorrichtung, die den oder die Schallwandler oder Schallwel­ lenleiter enthält, erzeugt wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt mit dem Konkrement durch eine an sich bekannte Saugvor­ richtung, die den oder die Schallwandler oder Schallwellenleiter enthält, er­ zeugt wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schallwellenleiter eine Glasfaser verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Kontrolle der Zerstörung von Konkrementen im Körper durch extrakorporale Stoßwellenlithotripsie, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Kontakt mit dem Konkrement stehender Schallwandler oder ein mit einem außerhalb des Körpers befindlichen Schallwandler verbundener Schall­ wellenleiter mit den bei der Zerstörung des Konkrements entstehenden und/oder zur Zerstörung benutzten Schallwellen beaufschlagbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler bzw. der Schallwellenleiter zusätzlich mit Ultraschall­ schwingungen zur aktiven Kontrolle der Zertrümmerungswirkung beaufschlag­ bar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Konkrement durch mindestens einen weiteren Schallwandler oder Schallwellenleiter mit Ultraschallschwingungen zur aktiven Kontrolle der Zer­ trümmerungswirkung beaufschlagbar ist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt mit dem Konkrement durch ein den Schallwandler oder den Schallwellenleiter enthaltende an sich bekannte zangenförmige Vorrichtung herstellbar ist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt mit dem Konkrement durch eine den Schallwandler oder den Schallwellenleiter enthaltende an sich bekannte Saugvorrichtung herstellbar ist.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwander oder der Schallwellenleiter an seinem in Kontakt mit dem Konkrement stehenden Ende mit einer Beschichtung zur Verbesserung des Schallübergangs versehen ist.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwellenleiter eine Glasfaser ist.