NL9500603A - Werkwijze en inrichting voor detecteren van akoestische emissie van organen. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het detecteren van akoestische emissie van organen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in vivo meten van akoestische emissie van een of meer organen en/of prothesen in een levend wezen.

In de medische wereld is het gebruikelijk om de toestand van organen van een levend wezen, zoals een patiënt, vast te stellen door de akoestische emissie ervan te meten. Hart- en longgeluiden worden bijvoorbeeld met behulp van een stethoscoop beluisterd. Een bekend voorbeeld is het plaatsen van een stethoscoop op de buik van een zwangere vrouw om onder andere de geluidsignalen van het hart van het ongeboren kind te detecteren. In het algemeen worden bij dergelijke metingen naast de gewenste akoestische signalen die afkomstig zijn van de te onderzoeken organen, de zogenaamde 'bronsignalen', eveneens ongewenste akoestische signalen gemeten. Deze ongewenste akoestische signalen worden grotendeels veroorzaakt door lichaamsresonanties en akoestische inhomogeniteiten in het lichaam. De lichaamsresonanties worden veroorzaakt doordat de akoestische impedantie van het lichaam van de patiënt hoger is dan die van de lucht die de patiënt omringt. Ten gevolge hiervan reflecteren de akoestische signalen van de betreffende organen binnen het lichaam van de patiënt en vervormen deze de bronsignalen. Daarnaast veroorzaken akoestische inhomogeniteiten in het lichaam looptijdverschillen en afbuiging van het gemeten signaal. Het verkrijgen van een akoestisch emissiespec-trum met een goede signaal/stoorverhouding en derhalve een goede kwaliteit wordt daardoor bemoeilijkt.

De onderhavige uitvinding beoogt een werkwijze van de aan het begin genoemde soort te verschaffen die dit nadeel opheft.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat het levende wezen zodanig in een vloeistof geplaatst is dat de een of meer organen en/of prothesen in de vloeistof zijn ondergedompeld, dat de vloeistof een akoestische impedantie heeft die bij benadering gelijk is aan de akoestische impedantie van het lichaam van het levende wezen, en dat de akoestische emissie wordt gedetecteerd met behulp van daartoe geschikte detectiemiddelen die tijdens de meting in de vloeistof worden ondergedompeld.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daarbij het voordeel dat hiermee de invloed van lichaamsresonanties op het gedetecteerde akoes- tische bronsignaal verminderd wordt, waardoor veel gedetailleerdere en betrouwbaardere akoestische Informatie van het uitgezonden signaal van de betreffende organen kan worden verkregen.

In een gunstige uitvoeringsvorm wordt met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding de akoestische emissie van het hart gedetecteerd. In een verdere gunstige uitvoeringsvorm wordt de akoestische emissie van een hartklepprothese gedetecteerd. In de eerder Ingediende, niet vóórgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 94.01256 van dezelfde aanvraagster is een werkwijze beschreven voor het in vivo bepalen van de toestand van een hartklepprothese. Deze bepaling geschiedt door middel van het detecteren en analyseren van de akoestische emissie van de hartklepprothese. De in de onderhavige aanvrage beschreven werkwijze kan daarbij met voordeel gebruikt worden om een bijbehorend frequentiespectrum te verkrijgen met een goede kwaliteit.

De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, welke tenminste is voorzien van detectiemiddelen die geschikt zijn voor gebruik in een vloeistof.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een vloelstofbad, zoals een fysiotherapeutisch zwembad, voorzien van een inrichting volgens de uitvinding.

De onderhavige uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijbehorende tekeningen, waarin: figuur IA een doorsnede-aanzicht van de thorax van een patiënt langs de lijn I-I uit figuur 2 toont met daarin mogelijke geluidspaden, wanneer de omgeving van de patiënt uit lucht bestaat; figuur 1B een aan figuur IA soortgelijk doorsnede-aanzicht toont, wanneer de omgeving van de patiënt wordt gevormd door water; figuur 2 een zijaanzicht van een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding toont; en figuur 3 een bovenaanzicht van de voorkeursuitvoeringsvorm uit figuur 2 toont.

Ter illustratie van het voordeel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding toont fig. IA een voorbeeld van mogelijke geluidspaden in de thorax van een patiënt wanneer het omgevende medium lucht is. In deze figuur duidt 1 het hart van een patiënt, 2 de thorax, 3 de wand van de thorax 2, 4 de armen van de patient, 5 en 6 geluidspaden respectievelijk in en buiten de thorax 2, en 7 het de thorax omgevende medium aan. In het medium 7 is een detector 9 geplaatst, bijvoorbeeld een microfoon.

Thorax 2 heeft een akoestische impedantie die bij benadering gelijk ie aan die van water. Het hart 1 van de patiënt geeft akoestische signalen af, die in het onderhavige geval de hier getoonde geluidspaden 5 kunnen afleggen. Vanwege de lagere akoestische impedantie van het medium 7, in dit geval lucht, zullen de akoestische signalen van het hart 1 bij voorkeur reflecteren tegen de wand 3 van de thorax 2. De akoestische signalen blijven voornamelijk binnen de thorax 2 en treden slechts in geringe mate naar buiten, zoals met 6 is aangegeven. Het zal duidelijk zijn dat dergelijke thorax resonanties de kwaliteit van het te meten signaal nadelig beïnvloeden.

Fig. 1B toont dezelfde thorax 2, die zich bevindt in een medium 12 met een akoestische Impedantie die bij benadering gelijk is aan die van de thorax. Medium 12 kan bijvoorbeeld water zijn. In medium 12 is een voor dat medium geschikte detector 8 geplaatst, bijvoorbeeld een hydro-foon. Duidelijk is te zien dat de geluidspaden 5 en 6 van de akoestische signalen afkomstig van het hart 1 nu anders zijn in sterkte dan in flg. IA. De akoestische signalen van het hart 1 reflecteren slechts in geringe mate tegen de wand 3 van thorax 2 en treden gemakkelijker bulten de thorax 2. De reflectiecoëfficient van de wand 3 van de thorax 2 is in figuur 1B bij benadering gelijk aan nul, terwijl de reflectiecoëfficient in de situatie als getoond in fig. IA bij benadering gelijk is aan -1. Het akoestische signaal van het hart 1 treedt in de situatie als getoond in fig. 1B gemakkelijk naar buiten, waardoor het signaal met een verbeterde kwaliteit verkregen kan worden. Het gemeten spectrum zal derhalve meer gedetailleerde en betrouwbare akoestische informatie omvatten.

Fig. 2 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de werkwijze wordt gebruikt om een hartsignaalspectrum te meten. Patiënt 10 bevindt zich daarbij in een vloeistofbad 11 dat gevuld is met een vloeistof 12 waarvan de akoestische impedantie bij benadering gelijk is aan de akoestische impedantie van het wenselijk lichaam. Bij voorkeur is de vloeistof 12 water.

De voorkeurswerkwijze is gericht op het detecteren van akoestische emissie van het hart 1 van de patiënt 10. Duidelijk is te zien dat het hart 1 zich onder het watemiveau bevindt. Bij voorkeur bevindt het hart 1 zich vlak onder het wateroppervlak, bijvoorbeeld op een afstand van ongeveer 5 cm. De akoestische signalen afkomstig van het hart 1 worden daarbij op voordelige wijze door het wateroppervlak gereflecteerd, waardoor de akoestische emissie van het hart 1 grotendeels kan worden opgevangen door de detectoren (niet getoond). In de getoonde uitvoeringsvorm ie de patiënt 10 staande afgebeeld. Het zal voor een deskundige op het vakgebied echter zonder neer duidelijk zijn dat de positie van patiënt 10 niet ter zake doet. Patiënt 10 kan bijvoorbeeld ook zitten of liggen.

Fig. 3 toont een bovenaanzicht van de uitvoeringsvore uit fig. 2. Rondos patiënt 10 zijn detectoren 8 aangebracht. Detectoren 8 bevinden zich tijdens de detectie onder het vloeistofoppervlak.

Als vloeistofbad 11 kan bijvoorbeeld een bekend fysiotherapeutisch zwembad worden gebruikt. De afmetingen van het vloeistofbad 11 worden bij voorkeur zodanig gekozen dat tegen de wanden gereflecteerde akoestische signalen de detectiemiddelen pas bereiken nadat de eerste, niet gereflecteerde signalen zijn gemeten. In het onderhavige geval betekent dit dat bij een voortplantingssnelheid van geluid in water van ongeveer 1500 m/s en een karakteristieke duur van het hartklepsignaal van bij benadering 2 me de patiënt bij voorkeur op een afstand van tenminste 1.5 meter van de wanden af moet staan. Het vloeistofbad 11 heeft dus bij voorkeur een lengte en een breedte van tenminste 3 meter. De afmetingen van het vloei-stofbad 11 kunnen kleiner worden gekozen als de wanden en de bodem ervan met geluidabsorberend materiaal worden bedekt.

Bij voorkeur bevindt de patiënt 1 zich tijdens de meting helemaal onder het vloeistofoppervlak. Dit vergt echter toepassing van ademha-lingsapparatuur, waardoor deze voorkeursuitvoeringsvorm niet altijd te realiseren zal zijn.

Voor de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding kan een inrichting worden gebruikt die tenminste is voorzien van detectiemiddelen. In een voorkeursuitvoeringsvorm is de inrichting eveneens voorzien van signaalverwerkende middelen ter ondersteuning van de signaalanalyse. De inrichting kan naar keuze worden voorzien van registratiemiddelen en/of afbeeldmlddelen. Bij voorkeur omvatten één of meer van de hiervoor genoemde middelen computermiddelen. Het zal duidelijk zijn dat tenminste de detectiemiddelen geschikt moeten zijn voor gebruik in een vloeistof. Voor gebruik als detector zijn alle typen hydrofoons, die in de handel verkrijgbaar zijn, geschikt. Bij voorkeur worden hydrofoons toegepast met een bereik tot minimaal 25 kHz.

De werkwijze en inrichting volgens de onderhavige uitvinding kunnen op gunstige wijze worden gebruikt ter ondersteuning van de werkwijze zoals die is beschreven in de bovengenoemde Nederlandse octrooiaanvrage 9^.01256 van aanvraagster. Daarin wordt een werkwijze beschreven voor het in vivo bepalen van de toestand van een hartklepprothese aan de hand van akoestische emissie daarvan. Deze werkwijze kan bijvoorbeeld worden ge- bruikt om in vivo de toestand van de uitlaatbeugel van de hartklepprothese van niet nader te noemen type vast te stellen.

Opgemerkt kan worden dat voor detectie van luide akoestische signalen bij in het bijbehorende frequentiegebied swakke lichaamaresonanties een meting met één detector volstaat. Bij swakke akoestische signalen met in hetzelfde frequentiegebied sterke lichaamsresonanties ia het wenselijk om gebruik te maken van zogenaamde array-technieken. Hierdoor kan de kwaliteit van het te meten bronsignaal worden geoptimaliseerd. Bij akoestische signalen met een goede signaalsterkte kunnen de stooreignalen afkomstig van lichaamsresonanties en akoestische inhomogeniteiten zodanig zijn dat signaalanalyse moeilijk is. Ook in deze situatie is het ter verkrijging van een optimale kwaliteit wenselijk om gebruik te naken van de zogenaamde array-technieken.

In het algemeen kan worden gesteld dat de stooreignalen tengevolge van lichaamsresonanties dan wel akoestische Inhomogeniteiten in het lichaam met name bij hoge frequenties de kwaliteit van het te meten signaal verslechteren.

Bij de genoemde array-technieken gaat het er on dat op meerdere posities ten opzichte van de patiënt akoestische metingen worden gedaan. Het is daarbij niet direct noodzakelijk oa gebruik te naken van meerdere detectoren, zoals hydrofoons. De positie van de patiënt kan bijvoorbeeld veranderd worden door de patiënt te roteren, waarbij tijdens de rotatie meerdere metingen rondom de thorax worden gedaan. Als alternatief is het mogelijk om één enkele detector rondom de patiënt ten opzichte van die patiënt te verplaatsen, waarbij op meerdere posities metingen kunnen worden gedaan, waardoor richtingsafhankelijke informatie wordt verkregen. De detectoren bevinden zich daarbij bij voorkeur op geringe afstand onder het vloeistof oppervlak, bij voorkeur t 5 cm. Bij voorkeur worden alle metingen in één horizontaal vlak uitgevoerd.

In fig. 3 is een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting ik volgens de uitvinding getoond. Hierin wordt gebruik gemaakt van een aantal detectoren 8, bij voorkeur hydrofoons, die bij benadering op onderling gelijke afstand in een aaneengesloten vorm zijn geplaatst. Deze vorm is bij voorkeur een cirkel, zoals getoond, maar kan ook iedere andere vorm aannemen. De afmetingen van de vorm worden bij voorkeur zodanig gekozen dat de vorm om de patiënt kan worden aangebracht, zoals getoond in figuur 3· De door de gekozen vorm geïntroduceerde loopt!jdverschillen in de gedetecteerde signalen kunnen achteraf met behulp van de signaal-verwerkende middelen worden gecorrigeerd, zoals hieronder nader wordt uitgelegd. De getoonde inrichting 14 onvat 16 hydrofoons en is due geschikt voor 16-kanaalsopnamen. Bij voorkeur omringt de inrichting 14 de patiënt zoveel mogelijk. De detectoren 8 kunnen hiertoe van drijvers worden voorzien, om deze op de gewenste hoogte te houden.

Door bij de signaalanalyse gebruik te maken van ruimtelijke decon-volutietechnieken, die bijvoorbeeld in de seismische wetenschap bekend zijn, kan alleen het bronsignaal afkomstig van de hartklepprothese worden vastgelegd. Deze techniek beoogt het focusseren op de akoestische bron, waarbij de stoorsignalen uit focus zijn. De correctie ten aanzien van looptijden van bron naar detectoren betreffende een juiste focussering kan zowel digitaal als analoog worden gerealiseerd.

Deze ruimtelijke deconvolutietechnieken kunnen ook worden toegepast wanneer gebruik wordt gemaakt van een of meer gefocusseerde opnemers (niet getoond). Een voorbeeld van een dergelijke gefocusseerde opnemer is een sferisch oppervlak bestaande uit een materiaal dat gevoelig is voor de detectie van akoestische signalen. Het materiaal is bij voorkeur akoestisch transparant. Hiervoor geschikte materialen zijn bijvoorbeeld polymeren, zoals polyvinylideenfluoride (PVDF) of (PVF2), alsmede keramische materialen, zoals lood-zirconaat-titanaat, lood-titanaat, lood-metanio-baat en dergelijke. Dergelijke materialen zetten ontvangen akoestische signalen op gunstige wijze om in elektrische signalen.

Hoewel de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding zijn uitgelegd aan de hand van het detecteren van het akoestische spectrum van het hart van een patiënt, zed. het voor een deskundige op het vakgebied zonder neer duidelijk zijn dat de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding met evenveel voordeel kunnen worden gebruikt voor het detecteren van akoestische emissie van andere organen van levende wezens in het algemeen. De onderhavige werkwijze en inrichting kunnen daarnaast eveneens worden gebruikt voor het in vivo detecteren van akoestische emissie van andere prothesen dan de genoemde hartklepprothese. Vanwege de minimalisatie van de invloed van lichaamsresonanties en akoestische inhomogenitei-ten in het lichaam op het gemeten signaal zal bij een dergelijke detectie veel gedetailleerdere en betrouwbaardere akoestische informatie worden verkregen dan bij de bekende technieken.

Claims (13)

1. Werkwijze voor het in vivo neten van akoestische eaissie van een of eer organen en/of prothesen in een levend wezen, —»*·- het kenmerk. dat het levende wezen zodanig in een vloeistof geplaatst is dat de een of neer organen en/of prothesen in de vloeistof zijn ondergedompeld, dat de vloeistof een akoestische iapedantle heeft die bij benadering gelijk is aan de akoestische impedantie van het lichaaa van het levende wezen, en dat de akoestische emissie wordt gedetecteerd met behulp van daartoe geschikte detectiemiddelen die tijdens de Beting in de vloeistof worden ondergedompeld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de akoestische emissie van het hart wordt gedetecteerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de akoestische emissie van een geïmplanteerde hartklepprothese wordt gedetecteerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij het levende wezen zodanig in de vloeistof is geplaatst dat de een of aeer organen en/of prothesen zich tijdens de meting vlak onder het vloeistofoppervlak bevinden.

5· Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3· waarbij de vloeistof water omvat.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij op meerdere posities t.o.v. het levende wezen metingen worden gedaan.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het levende wezen en de detectiemiddelen relatief ten opzichte van elkaar worden bewogen tijdens de meting.

8. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting tenminste is voorzien van detectiemiddelen die geschikt zijn voor gebruik in een vloeistof.

9· Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de detectiemiddelen meerde- re hydrofoons onvatten, die bij benadering op enige onderlinge afstand in een aaneengesloten vorm geplaatst zijn, waarbij de afaetingen van de vorm zodanig zijn dat de vora oa het levende wezen kan worden aangebracht.

10. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de detectieaiddelen tenminste een sferische oppervlak oavatten van een akoestisch transparant aateriaal dat de akoestische signalen oazet in elektrische signalen.

11. Inrichting volgens conclusie 10, waarbij het aateriaal een poly-aeeraateriaal is, bijvoorbeeld poly-vinylideen-fluoride.

12. Inrichting volgens conclusie 10, waarbij het aateriaal een keramisch materiaal is.

13. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de inrichting signaalverwerkende middelen omvat die tenminste geschikt zijn voor het uitvoeren van ruimtelijke deconvolutietechnieken. 1*4. Vloeistofbad, zoals een fysiotherapeutisch zwembad, voorzien van een inrichting volgens een van de conclusies 8 t/a 13.