DE3227624A1

DE3227624A1 - Vorrichtung zur untersuchung der weiblichen brust mit ultraschall

Info

Publication number: DE3227624A1
Application number: DE19823227624
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 8520 Erlangen Sauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1984-01-26

Description

Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit
Ultraschall Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall, mit einem Ultraschall-Applikator und einem darin beweglich und wenigstens um die Symmetrieachse des Applikators rotierbar angeordneten Sende-/Empfangs-System für Ultraschall sowie einer Wasservorlaufstrecke, wobei der Ultraschall-Applikator eine mit einer Folie abgeschlossene Öffnung zur Aufnahme und zum Ankoppeln der Brust an die Wasservorlaufstrecke aufweist und wobei als Sende-/Empfangs-System ein lineares Wandler-Array verwendet wird.
Im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen werden derzeit in der Praxis meist solche Mammographie-Geräte verwendet, die mit Röntgenstrahlung arbeiten. Es besteht allerdings das Bedürfnis, auch Mammographie-Geräte mit Ultraschall zu realisieren, da hinsichtlich der Strahlenbelastung Ultraschall jederzeit unbedenklich angewendet werden kann. Es sind bereits eine Reihe von Vorrichtungen zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall vorgeschlagen worden. Einerseits beruhen die bekannten Geräte auf einer solchen Konzeption, bei der die Patientin bäuchlings auf einer Liege gebettet ist und die Brust durch eine Öffnung der Liege in einen Wasserbehälter eintaucht, in dem ein Ultraschall-Wandler-System zur Abtastung der Brust über die Wasservorlaufstrecke angeordnet ist.
Durch Verwendung von Membranen ist es dabei üblich, die eintauchende Brust durch einen gewissen Gegendruck zu kompremieren, was zur Erzielung einer sicheren diagnostischen Aussage wünschenswert ist.
Insbesondere aus der europäischen Patentveröffentlichung 00 32 751 ist ein Gerät letzterer Art vorbekannt, bei dem der Ultraschall-Wandler im Flüssigkeitsbad mechanisch aufgehängt ist und entsprechende Bewegungen zur Realisierung eines Parallel-Scans oder auch Sektor-Scans durchführen kann.
Auf der anderen Seite wurden aber auch bereits Ultraschall-Mammographie-Geräte vorgeschlagen, mit denen Untersuchungen an einer sitzenden Patientin durchführbar sind. Zumindest für den Mediziner sind derartige Einrichtungen bequemer, da hier unmittelbar bei der sitzenden Patientin Vor- und Nachuntersuchungen vorgenommen werden können. Speziell eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 31 36 037 vorbekannt. Diese Vorrichtung besteht aus einem wasser- und druckdichten Kasten, mit einer mit einer flexiblen, ultraschalltransparenten Folie wasserdicht verschlossenen Öffnung, einem Wasserzulauf und -ablauf, einer Entlüftungseinrichtung und einem in dem Kasten bewegbar angeordneten wasserdichten Schallkopf system. Der gesamte Kasten ist als Applikator frei beweglich an einem Stativ angeordnet.
Bei letzterem Stand der Technik noch nicht optimal gelöst ist die Führung des Ultraschall-Wandler-Systems. Es ist dafür ein Einsatz für den Applikator vorgesehen, der mechanisch vergleichsweise kompliziert aufgebaut ist und bei dem das Ultraschall-Wandler-System in Schlitten zur Verschiebung bzw. Verkippung geführt wird. Zusätzlich ist eine Fernsehkamera vorhanden, um die Position des Ultraschallsystems relativ zum zu untersuchenden Organ kontrollierbar zu machen.
Mit der deutschen Patentanmeldung P 32 22 053.7 wurde auch bereits bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß das um die Symmetrieachse des Applikators rotierbare Ultraschall-Wandler-System innerhalb des Applikators an einem Bügel befestigt ist, welcher einschließlich Wandlersystem um eine solche Drehachse verschwenkbar ist, die nahe der Ebene der Applikatoröffnung verläuft. Bei dieser Vorrichtung ist der Bügel am Fußpunkt eines exzentrisch zur Rotationsachse im Applikatorgehäuse angeordneten Auslegers angelenkt und im Applikatorgehäuse abgekröpft ausgebildet. Al s Als Ultraschall-Wandler-System wird dabei beispielsweise ein lineares Array zur Erzeugung eines Parallel- und/oder eines elektronischen Sektor-Scans verwendet.
Es hat sich gezeigt, daß es notwendig ist, die vorgeschlagene Vorrichtung abzuändern. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine weitere Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall anzugeben, die den Forderungen der Praxis gerecht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das um die Symmetrieachse des Applikators rotierbare Wandler-Array speziell auch um seine Lateralachse verschwenkbar ist.
Unter der Lateralachse eines linearen Arrays wird dabei die Achse durch die lateral nebeneinander angeordneten Einzelelemente verstanden. Vorteil der Erfindung gegenüber der bereits vorgeschlagenen Ausführungsform eines Mammographie-Applikators ist, daß bei im wesentlichen gleichen Anwendungsmöglichkeiten das Applikatorgehäuse in der Längenausdehnung verkürzt werden kann; da es somit weniger Masse aufweist, wird es für eine Reihenuntersuchung handlicher. Dadurch, daß das verwendete lineare Array um seine Lateralachse von außerhalb des Applikators verschwenkt werden kann, ist es möglich, während einer Untersuchung eine geeignete Position einzujustieren.
Vorzugsweise ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung das als Wandler-System verwendete lineare Ultraschall-Array ebenfalls auch um den Fußpunkt eines exzentrisch zur Symmetrieachse des Applikators angelenkten rotierbaren Auslegers verschwenkbar. Der Ausleger selbst ist in sich verschiebbar, um den Abstand des Wandler-Systems von der Applikatoröffnung verändern zu können. Weiterhin ist das lineare Array so an einem abgekröpften Bügel gehaltert, daß es zusätzlich auch in seine Lateralrichtung verschiebbar ist. Somit ergibt sich nunmehr eine Bewegungsmöglichkeit des verwendeten Ultraschall-Wandler-Systems in fünf Freiheitsgraden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Abtastung durch Rotation des Ultraschall-Systems kontinuierlich oder auch in definierten Winkelschritten ausgeführt werden. Bei Verwendung eines Gleichstrommotors mit zugeordnetem Winkelschrittgeber ist es besonders vorteilhaft, daß ein reproduzierbares Einstellen von vorgegebenen Winkelpositionen und -bereichen für eine Untersuchung möglich ist. Durch Mitzählen der Winkelschritte kann auf dem Sichtschirm des Bildsignalverarbeitungsgerätes die jeweilige azimutale Position des linearen Wandler-Arrays angezeigt werden. Dabei kann gleichzeitig durch die handbetätigte Lateralverstellung des Arrays die Scan-Richtung verändert werden, was unter bestimmten Voraussetzungen für den Beobachter die Möglichkeit eröffnet, Veränderungen im Gewebe besser diagnostizieren zu können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau der gesamten Vorrichtung und Fig. 2 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Applikator.
In der schematischen Darstellung der Figur 1 ist mit 1 ein Ultraschall-Applikator bezeichnet. Dieser ist in etwa als rotationssymmetrisches, zylindrisches Gefäß mit einem Applikationsteil 2 ausgebildet und wird anhand der Figur 2 im einzelnen beschrieben. An der Rückseite des Ultraschall-Applikators 1 sind ein oder mehrere Bedienelemente 3 angebracht.
Der Applikator 1 ist an seitlichen Drehpunkten 4 und 4' mittels einer Gabel 5 verschwenkbar gehaltert, welche zu einem senkrechten Halterungsrohr 6 zusammengeführt ist.
Der gesamte Applikator 1 ist an einer Stativanordnung 10 frei beweglich aufgehängt. Diese Stativanordnung 10 besteht im einzelnen aus einem starren Kasten 11 für verschiedene Versorgungseinheiten, an dem ein vertikal verschiebbarer Stativpfosten 12 angeordnet ist. Am Stativpfosten 12 ist eine horizontale Quertraverse 13 horizontal verschiebbar angelenkt, von welchem rechtwinklig ein horizontaler Ausleger 14 auskragt. Auf dem Ausleger 14 ist ein Schlitten 15 verfahrbar angebracht, der die Halterung 6 für die Gabel 5 samt Applikator 1 trägt.
Vom Applikator 1 führen ein Wasserschlauch 21 einerseits sowie elektrische Verbindungsleitungen 22 andererseits zum Stativkasten 11 mit den verschiedenen Betriebsgeräten für den Applikator, wie z.B. Pumpe für das im Applikator 1 vorhandene Flüssigkeitssystem.
Die Ultraschall-Steuer- und Bildverarbeitungseinheiten sind vorzugsweise in einer separaten Geräteeinheit untergebracht, die nicht dargestellt ist.
Mit dem gesamten Stativteil 10 ist eine Konsole 19 mit einem Patientensitz 20 verbunden. Auf dem Sitz 20 ist eine Patientin P angedeutet.
Von einer Untersuchungsperson ist der an dem Stativ 10 gehalterte Applikator 1 beliebig frei in allen Raumrichtungen bewegbar. Der Applikator 1 kann dadurch in die geeignete Position zur Patientin gebracht werden, so daß die zu untersuchende Brust volumenmäßig vollständig an das Ultraschall-Untersuchungssystem angekoppelt ist. In dieser Raumlage kann der Applikator 1 mittels Magnetbremsen der Stativanordnung 10 fixiert werden. Am Ende des Auslegers 14 ist ein Betätigungselement 16 zum Lösen der Magnetbremsen für Horizontal-und Vertikalbewegung vorhanden. Das Betätigungselement16 kann bei Bedarf auch von der Patientin erreicht werden, beispielsweise wenn sie sich durch den Applikator 1 bedrängt fühlt.
Ein Vorteil dieser Geräteanordnung mit sitzender Patientin besteht darin, daß der Arzt als Untersuchungsperson vor bzw. nach der eigentlichen Ultraschall-Untersuchung in gleicher Sitzposition Tastuntersuchungen u.4 Dg. Palpation) durchführen kann. Aufgrund des frei beweglichen Statives ist eine Behinderung durch Geräteteile nicht gegeben. Besonders günstig ist es, wenn der Ausleger 14 mitt-#ls e@nes GeinS17um eme Vertikalachse A schwenkbar ist, so daß der Arzt bei der Palpation nicht behindert wird.
In der Figur 2 ist das Gehäuse des Applikators 1 nach Figur 1 mit 200 bezeichnet. Der Applikator 200 besteht aus einem rohrförmigen Gehäuseteil 201, das ein etwa zylinderartiges Gefäß bildet, wobei die Zylinderachse in der Darstellungsebene verläuft und mit I bezeichnet ist. Das Gehäuseteil 201 ist rückseitig mit einer Platte 205 abgeschlossen; der vordere Bereich ist dagegen offen und bildet eine runde Öffnung 203 zur Aufnahme der Brust. Nahe der Applikatoröffnung 203 ist eine umlaufende Ringnut 202 angebracht.
In dieser Ringnut ist eine Membran 204 mittels eines O-Ringes od.dgl. befestigt. Es wird somit die Applikatoröffnung 203 mit der Membran 204 als Ankoppelfolie abgeschlossen.
Das Applikatorgehäuse 200 ist mit einer ultraschallleitenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt.
Es ist über einen Wasserein- bzw. auslauf 206 und ein Fluidsystem mit einem externen Flüssigkeitsvorratsbehälter verbunden. Das Bezugszeichen 207 kennzeichnet ein Ventil, das bei Füllung des Applikators 200 mit Wasser geöffnet wird.
Im Normalfall wird die Membran 204 die Applikatoröffnung 203 entlang der unteren Linie verschließen. Beim Ankoppeln der Membran 204 an ein Brustvolumen gibt diese entsprechend der Brustkontur nach. Durch Steuerung der Wasserfüllmenge im Applikator 200 ist mittels der Membran 204 immer eine hinreichende Ankopplung des Brustvolumens an das Flüssigkeitssystem gewährleistet.
Gleichzeitig kann mit der Membran 204 je nach Vorspannung und Wasserdruck eine gewisse Kompression der Brust erzielt werden.
Auf der rückseitigen Platte 205 des Applikatorzylinders 201 ist ein Gehäuseteil 210 mit konzentrisch ausgebildetem geringeren Durchmesser angebracht, welches die Antriebseinheiten umschließt. Dieses Gehäuseteil ist hinten durch einen Deckel 211 abgeschlossen und weist mittig ein Trägerteil 212 auf. Innerhalb dieses Trägerteils ist mittels eines zylindrischen Kanals ein Durchgang für ein Betriebskabel 228 für ein Ultraschall-Sysim vorhanden, welcher den Durchgang flüssigkeitsdicht abschließt.
Von der Symmetrieachse I des Applikatorgehäuses 200 wi<L vom Gehäuseboden exzentrisch ein Ausleger 215 bis etwa zur Applikatormitte geführt. Daran ist längsverschiebbar ein weiteres Auslegerteil 216 angebracht. An dessen Fußpunkt befindet sich ein Drehgelenk 217. An das Drehgelenk ist mittels einer Verkippeinrichtung 218 zur Verdrehung in Lateralrichtung eines Wandler-Arrays ein in etwa abgekröpft ausgebildeter Bügel 220 angelenkt. Dieser Bügel 220 trägt eine Array-Halterung 222 zur Aufnahme eines feingeteilten linearen Wandler-Arrays 225 als Sende-/Empfangs-System für Ultraschall. Die Befestigung des Wandler-Arrays 225 ist derart ausgeführt, daß die Array-Halterung 222 samt Array225a#i##m Bügel 220 axial zum Applikatorgehäuse 201 verschiebbar ist. Ein geeigneter Verkippungswinkel des Arrays in Richtung auf die Applikatoröffnung 203 ist an dem Gelenk 217 einstellbar.
Von der Verstelleinrichtung 218 führt ein Bowdenzug 219 zur Gehäusegrundfläche 2(b. über eine geeignete Mechanik kann mittels des Bowdenzuges 219 und der Verstelleinrichtung 218 die Lateral stellung des linearen Arrays 225 einjustiert werden.
In der Symmetrieachse I des Applikators sind am Gehäuseboden zwei konzentrische Hohlwellen 213 bzw. 214 eingebracht. An das äußere Rohr 214 ist der Ausleger 215 in Wirkverbindung befestigt. Letzterer ist über einen Zahnriemenantrieb mit einem Gleichstrommotor 231 zur Durchführung einer azimutalen Winkeldrehung um + 1800 verbunden, so daß insgesamt eine vollständige Kreisdrehung ausgeführt werden kann. Dem Gleichstrommotor 231 ist ein Getriebe 232 vorgeschaltet und ein Winkelgeber 233 zugeordnet. Am Getriebe 232 befindet sich ein Zahnrad 236, welches mit einem Zahnrad 237 der Hohlwelle 214 über einen Zahnriemen 238 verbunden ist.
Die innenliegende Hohlwelle 213 ist mittels einer Halterung 227 mit dem Bowdenzug 219 verbunden. Sie führt durch das Zahnradriemengetriebe 236 bis 238 und endet in einem zweiten Zahnradriemengetriebe 246 bis 248. Im einzelnen bedeutet 246 ein Zahnrad, das mit der Hohlwelle 213 verbunden ist, von dem ein Zahnriemen 248 auf das exzentrisch gelagerte Zahnrad 246 führt. Mit dem zweiten Zahnrad 246 ist ein Rändelrad 250 gekoppelt, welches derart in die Gehäuseteile 210 bzw. 211 eingefügt ist, daß es umfangsseitig von außen betätigt werden kann.
Während also mittels des Gleichstrommotors 231 die Rotation des Wandlersystems um die Symmetrieachse I erreicht wird, ist nun mittels des Handrädelrades 250 eine exakte Justierung des Wandler-Arrays 225 zur Lateralachse durchführbar. Es kann so von der Untersuchungsperson eine Scan-Richtung eingestellt und während der Untersuchung verändert werden.
Die Winkelstellung des Wandlersystems in Bezug auf die Applikatoröffnung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel manuell veränderbar;#gleiches gilt in bezug auf die Verschiebung des Arrays 225 auf dem Bügel 220 und bezüglich der Auslegerteile 215 und 216. Natürlich können für derartige Bewegungen ebenfalls mechanische bzw. elektromechanische Antriebsmittel vorhanden sein, mit denen eine Positionierung des Wandler-Arrays 225 automatisch erfolgen kann.
Besonders vorteilhaft ist bei der beschriebenen Vorrichtung der vergleichsweise einfache mechanische Aufbau. Es kann hiermit in jeder azimutalen Richtung ein Parallel-Scan erzeugt werden. #Gleichermaßen kann aber die Scan-Richtung von außerhalb des Applikators 200 durch Lateralverstellung des Arrays verändert werden.
Weiterhin ist zumindest per Hand auch der Abstand des Arrays vom untersuchten Brustvolumen bzw. die Einfallrichtung des Parallel-Scans in das Brustvolumen veränderbar. Eine solche Justage kann bei einer Untersuchung vom Arzt durch die Ankoppelfolie hindurch durchgeführt werden.
Mit einem Winkelgeber zur Erfassung der Azimutalbewegung kann die genaue Position des Wandler-Arrays jederzeit genau verifiziert werden. Durch Verwendung entsprechender digitaler Zähler mit Vor- und Rückwärtszähleingang ist die Wandler-Array-Stellung als Information auch am Sichtschirm des Bildsignalverarbeitungs gerätes darstellbar. Durch Umsetzung in eine entsprechende visuelle Information kann dort die Array-Stellung beispielsweise als Zeiger in einem Uhrzeigerdiagramm dargestellt werden.
2 Figuren 11 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Untersuchung der weiblichen Brust mit Ultraschall, mit einem Ultraschall-Applikator und einem darin beweglich und wenigstens um die Symmetrieachse des Applikators rotierbar angeordneten Sende-/ Empfangs-System für Ultraschall sowie einer Wasservorlaufstrecke, wobei der Ultraschall-Applikator eine mit einer Folie abgeschlossene Öffnung zur Aufnahme und zum Ankoppeln der Brust an die Wasservorlaufstrecke aufweist und wobei als Sende-/Empfangs-System ein lineares Wandler-Array verwendet wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das um die Symmetrieachse (I) des Applikators (1, 200) rotierbare Wandler-Array (225) speziell auch um seine Lateralachse (III) verschwenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Verschwenkung des Wandler-Arrays (225) für Justierzwecke manuell durchführbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß mechanische Mittel vorhanden sind, um die Lateralverschwenkung des Wandler-Arrays (225) von außerhalb des Applikators (1, 200) zu ermöglichen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Verschwenkung über einen Seil- oder Bowdenzug (219) erfolgt, welcher von außen durch ein Handrädelrad (250) am Applikator (1, 200) betätigbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Wandler-Array (z5) ein feingeteiltes Array ist, dessen Länge auf den Radius des Applikators (1, 225) abgestimmt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß Mittel zur Änderung des Abstandes des Wandler-Arrays (225) von der Applikatoröffnung (203) vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Wandler-Array (225) an einem exzentrisch zur Symmetrieachse (I) des Applikators auskragenden Auslegers (215, 216) mittels eines abgekröpften Bügels (220) angelenkt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Bügel samt Wandler-Array (225) um eine Achse (II) verschwenkbar ist die nahe der Applikatoröffnung (203) verläuft.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Wandler-Array (225) am Bügel (220) längsverschiebbar und damit radial im Applikatorgehäuse (1, 200) verschiebbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Drehung des Wandler-Arrays (225) ein Gleichstrom-bzw, Schrittmotor (231) vorhanden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Motor (231) ein Winkelsignalgeber (233) mit Vor- und Rückwärtszähler zu- geordnet ist, dessen Signale als Winkelinformation auf dem Sichtschirm eines zugehörigen Bildsignalverarbeitungsgerätes darstellbar sind.