DE3854570T2 - Ultraschallmessfühler. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschallsonden und insbesondere Ultraschallsonden zur Verwendung bei intrakavitären Untersuchungen im menschlichen Körper.
• Eine der mehreren zur Zeit verfügbaren nicht-invasiven Techniken zur Untersuchung von Menschen sowie anderer lebender und nicht lebender Untersuchungsobjekte umfaßt die Verwendung von Ultraschall zur Erzeugung von Ultraschallbildern von Teilen des menschlichen Körpergewebes, die ansonsten nur durch chirurgische Techniken zugänglich wären. Ultraschallvorrichtungen erfordern im allgemeinen die Verwendung von Sonden, die bezogen auf den Körper entweder äußerlich oder innerlich angelegt werden können, um das entsprechende Bild zu erzeugen. Natürlich ist es bei Sonden, die innerlich angelegt werden müssen, wichtig, daß die Sonde so klein wie möglich ausgeführt ist, damit sie im Hohlraum untergebracht werden kann, gleichgültig, ob es sich um einen Hohlraum im Körper eines Kleinkinds oder eines voll ausgewachsenen Erwachsenen handelt.
• Eine Ultraschallabtastsonde kann Daten ermitteln, sodaß ein Bild einer Scheibe oder Ebene im Querschnitt durch den Körper erzeugt werden kann. Vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind als längliche Sonden konstruiert worden, die in der Lage sind, ein Bild zu machen, das entweder eine Scheibe entlang der Länge der Sonde oder quer zur Länge der Sonde darstellt. Das Bild wird hergestellt, indem ein Ultraschall- Meßwandler in der Ebene des Bildes vorwärts in rückwärts abtastet. Es gibt auch Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die durch die Verwendung eines feststehenden Ultraschall-Meßwandlers Bilder machen können, der an der Spitze der Sonde angeordnet ist. Außerdem umfassen biplanare Vorrichtungen sowohl einen Abtast-Ultraschall-Meßwandler, um ein Bild zu machen, das quer zur Sonde liegt, als auch einen feststehenden Ultraschall-Meßwandler, um ein Bild entlang einer axialen oder longitudinalen Ebene zu machen.
• Der Nachteil der ersten diversen Sonden, die nur die Erzeugung eines Bildes in einer Ebene ermöglichen, besteht darin, daß es oft erforderlich ist, ein Bild in einer anderen Ebene zu erzeugen, die entweder senkrecht zur ersten Ebene oder in einem schiefen Winkel zur ersten Ebene verläuft. Daher sind, um diese Aufgabe zu erfüllen, mehrere Sonden erforderlich. Im Fall der biplanaren Sonde werden nur zwei senkrechte Ansichten abgebildet, und es sind keine schrägen Ansichten möglich. Weiters ist zu bedenken, daß die beiden Ultraschall-Meßwandler in der biplanaren Sonde nicht an der gleichen Stelle auf der Sonde angeordnet sind. Daher muß, um Bilder in zwei Richtungen in derselben Position im menschlichen Körper zu machen, die Sonde so bewegt werden, daß zuerst der eine und dann der zweite Sensor richtig angeordnet ist.
• Weitere Beispiele für Ultraschallanlagen werden in der DE-A-3224290 (Siemens AG) und der EP-A-0234951 (Cardiovascular Imaging Systems Inc) geoffenbart.
• Die DE-A-3224290 offenbart ein Mammographiegerät, bei dem Ultraschall eingesetzt wird. Das Gerät umfaßt eine Anlegevorrichtung, die eine Brust aufnimmt, sowie einen Ultraschall-Meßwandler, der sich entweder kontinuierlich oder schrittweise bezogen auf die Öffnung der Anlegevorrichtung dreht, um die Brust abzuscannen. Ein sich entsprechend kontinuierlich oder schrittweise veränderndes Bild wird auf einem Betrachtungsmonitor einer Videobearbeitungsvorrichtung dargestellt. Durch Neigen des Meßwandlersystems kann der Abbildungswinkel für jede azimutale Position des Ultraschall-Meßwandlersystems geändert werden.
• Die EP-A-0234951 betrifft wiederum eine Kathetervorrichtung, die intravaskuläre Abbildungen mit hoher Auflösung liefert, um bei indovaskulären Verletzungen Hilfestellung zu bieten und die Ergebnisse der Behandlungstheraphie zu überwachen. Ein Ultraschall-Meßwandler wird vom distalen Ende eines Katheters getragen, der zum Einführen in ein Gefäß ausgebildet ist. Entweder der Meßwandler oder ein anderes Element wird bezogen auf den Katheter gedreht und/oder in Längsrichtung bewegt, um verschiedene Abschnitte des Gefäßes abzubilden.
• Es wäre jedoch wünschenswert, eine alternative Ultraschallsonde bereitzustellen, die kompakt ist und mehrfache Abbildungen an jeder gewünschten Stelle ermöglicht.
• Bei Sonden und insbesondere bei Ultraschallsonden ist zwischen der Ultraschallsonde und dem abgebildeten Element im allgemeinen ein Fluidmedium vorgesehen, um ein qualitativ hochwertiges Signal auszusenden und zu empfangen. Beispielsweise wird, wenn eine Ultraschallsonde äußerlich an einem Patienten verwendet wird, um Gewebe im Körper des Patienten abzubilden, ein gelartiges Material auf die Haut des Patienten aufgetragen, wobei der Abschnitt der Sonde, in dem sich der Ultraschallmeßwandler befindet, dem Gewebe zugewandt und vollständig in das Gel eingetaucht ist.
• Um menschliches Gewebe mit einer innerlich angelegten Ultraschallsonde abzubilden, ist üblicherweise eine flexible Hülle um die Sonde vorgesehen, die selektiv mit ultraschallübertragendem Fluid gefüllt werden kann. Daher kann die Hülle dort, wo eine Sonde in einen Hohlraum im menschlichen Körper eingebracht ist, mit Fluid so ausgedehnt werden, daß die Hülle sich an diesen Hohlraum anpaßt, wodurch ein Fluidkontinuum vom Ultraschall-Meßwandler in der Sonde zum menschlichen Gewebe bereitgestellt wird. Wenn ein solches Kontinuum nicht vorliegt, wie beispielsweise, wenn die Hülle sich aus irgendeinem Grund nicht richtig ausdehnt oder wenn in der Hülle Luft eingeschlossen ist, wird das Ultraschallsignal verzerrt, da es nicht nur durch das Fluidmedium sondern auch durch Luft gehen muß.
• Bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die innerlich angelegt werden, mit einer sie umgebenden ausdehnbaren Hülle, ist festgestellt worden, daß Muskeln im Inneren des Körpers, wie beispielsweise der Schließmuskel, sich zusammenziehen und verhindern können, daß Fluid richtig durch die Hülle fließt, um die Hülle vollständig auszudehnen, damit sie sich dem Körperhohlraum anpaßt. Wenn das auftritt, muß die Sonde anders angeordnet oder entfernt und wieder angeordnet werden, damit die richtige Fluidmenge die Hülle ausdehnen kann und so der gesamte interne Hohlraum gefüllt wird.
• Nachdem ein Bild erhalten worden ist, muß das Fluid aus der aufblasbaren Hülle abgelassen werden, damit die Sonde bequem aus dem internen Hohlraum entfernt werden kann. Häufig wird auch dieser Ablaßvorgang beispielsweise durch einen Schließmuskel behindert, der sich um die Hülle klemmt und das Entfernen von Fluid aus der Hülle verhindert. Außerdem kann die Hülle selbst in die Fluidablaßmündungslöcher gezogen werden, durch die das in der Hülle enthaltene Fluid ablaufen kann. Wenn die Hülle in derartige Ablaßmündungslöcher gezogen wird, oder wenn sich der Schließmuskel oder ein ähnlicher Muskel an der Hülle festklemmt, kann die Hülle nicht entleert werden. Daher muß die Sonde gewaltsam aus dem Hohlraum herausgezogen werden, was dazu führt, daß die Hülle beim Herausziehen der Sonde reißt.
• Im allgemeinen befinden sich Muskeln wie die Schließmuskeln am Eingang zu den Hohlräumen, und sobald dieser Muskel passiert ist, kann sich die Hülle frei ohne Einschränkung durch den Muskel ausdehnen. Daher ist es wünschenswert, die Fluidauslaßmündungslöcher so nahe wie möglich am Ultraschallmeßwandler anzuordnen, der in der Mitte des Hohlraums angeordnet ist.
• Bei einem schwenkbaren oder Wobbler-Meßwandler muß der Meßwandler selbst im allgemeinen in einem in der Sonde definierten, mit Fluid gefüllten Hohlraum gelagert sein, der es ermöglicht, daß der Meßwandler und alle zugeordneten Mechanismen, wie beispielsweise Verbindungmechan ismen, sich entsprechend bewegen, um das Wobbeln des Meßwandlers zu bewirken. Der Meßwandler wobbelt nahe einem im Gehäuse der Sonde vorgesehenen Fenster, das für Ultraschallsignale durchlässig ist. Obwohl es wünschenswert ist, das Fluidauslaßmündungsloch so nahe wie möglich am Meßwandler anzuordnen, verhindert daher der Hohlraum, in dem der Meßwandler montiert ist, die gewünschte Anordnung. Dieser Hohlraum macht es unumgänglich, daß das Mündungsloch dort angeordnet ist, wo der Muskel sich möglicherweise festklemmen und das Strömen von Fluid durch das Mündungsloch zum Abschnitt der Hülle, der ausgedehnt werden muß, um den internen Hohlraum zu füllen, einschränken kann.
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, gegenüber dem Stand der Technik eine Verbesserung zu erzielen.
• Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsonde bereit, wie in beiliegendem Anspruch 1 dargelegt.
• Vorzugsweise umfaßt die Fluidummantelung eine durch eine Kante definierte Öffnung, welche Kante zumindest teilweise eine Begrenzung um das Fenster definiert. Die Fluidummantelung umfaßt eine Ausnehmung, welche das Fluidmündungsloch mit der Kante der Öffnung in Verbindung bringen kann, um dem Fenster direkt Fluid zuzuführen.
• Vorzugsweise hat die Ausnehmung eine im wesentlichen zylindrische Gestalt, sodaß Fluid einem beträchtlichen Abschnitt der das Fenster umgebenden Kante der Öffnung zugeführt werden kann.
• Vorzugsweise ist die Fluidummantelung röhrenförmig und paßt über eine zylindrische Sonde.
• Vorzugsweise ist ein Mündungsloch durch die Fluidummantelung vorgesehen, um das Auslassen von Fluids vom Bereich zwischen einer Hülle, die um die Sonde angeordnet sein kann, und der Sonde selbst zu unterstützen. Das Mündungsloch durch die Außenummantelung ist vom Fluidmündungsloch durch die Sonde beabstandet und nicht mit diesem ausgerichtet, sodaß, wenn Wasser durch die Fluidmündungslöcher ausgelassen wird, die Hülle nicht in beide Fluidmündungslöcher gezogen werden und daher vollständiges Auslassen des Fluids verhindern kann.
• Den obigen Ausführungen ist zu entnehmen, daß die vorliegende Erfindung eine Fluidummantelung bereitstellt, die eine Sonde umgibt, um Fluid durch ein für Ultraschall durchlässiges Fenster zu lenken. Bei einer solchen Anordnung sorgt die Wasserummantelung, sollte die Sonde in einen interen Hohlraum eingeführt werden, auch wenn ein Hohlraummuskel, wie ein Schließmuskel, die Sonde möglicherweise einklemmt, dafür, daß Fluid zwischen einem Fluidmündungsloch in der Sonde und einer Öffnung in der Ummantelung, die dem Fenster, durch das die Ultraschallsignale hindurchgehen, benachbart ist, geleitet wird. Daher würde eine um die Sonde und die Fluidummantelung vorgesehene Hülle richtig ausgedehnt, sodaß sie den gesamten internen Hohlraum füllt, da ein Muskel ein solches Strömen nicht einschränken könnte. Auch während des Ablassens des Fluids kann der Muskel den Fluß nicht einschränken.
• Wie oben angegeben, wird das Mündungsloch durch den Sondenkörper auch verwendet, um Fluid aus dem Raum zwischen der Hülle und der Sonde abzulassen. Während des Entleerens wird die Hülle nicht in dieses Mündungsloch gezogen, wodurch das Ablassen des Fluids verhindert würde, da die Fluidummantelung dieses Mündungsloch abdeckte. Die Fluidummantelung weist ein weiteres Mündungsloch auf, das vom Mündungsloch der Sonde beabstandet und nicht mit diesem ausgerichtet ist. So wird Fluid durch dieses Fluidummantelungsmündungsloch und auch entlang der Kante am Fenster ausgetragen. Da dies der Fall ist, wird die Hülle nicht durch die verschiedenen Mündungslöcher hineingezogen, und es wird richtiges Ablassen des Fluids erreicht, sodaß die Sonde bequem aus dem Hohlraum im Körper entfernt werden kann, ohne die Hülle zu zerreißen.
• Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen umfaßt die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsonde, die fähig ist, ein Ultraschallsignal zu senden und zu empfangen. Die Sonde umfaßt einen Ultraschall-Meßwandler und einen Mechanismus zum schwenkbaren und drehbaren Lagern des Ultraschall-Meßwandlers an einem Gehäuse. Die Sonde umfaßt weiters einen Motor zum Schwenken des Meßwandlers sowie eine Vorrichtung zum betriebsmäßigen Verbinden des Motors mit dem Lagermechanismus. Weiters umfaßt die Sonde einen Mechanismus zum Drehen des Meßwandlers, während der Motor den Meßwandler schwenkt.
• Die Sonde gemäß dieser Ausführungsformen stellt folglich einen Meßwandler bereit, der Daten sammeln kann, um eine Bildebene zu beschreiben, welche Bildebene auf geeigneten Bilderzeugungsmechanismen, wie beispielsweise einem Videomonitor, dargestellt werden kann. Wie obigen Ausführungen zu entnehmen ist, umfaßt die Erfindung Mittel zum Drehen der Bildebene, sodaß Bilder von einer Stelle auf jeder gewünschten Ebene für das gewählte untersuchte Gewebe erhalten werden können.
• Die vorliegende Erfindung kann einen Linearmotor mit einem weiteren Meßwandler oder Sensor umfassen, um die Position des Motors abzutasten. Zwischen dem Linearmotor und dem anderen Meßwandler ist eine Verbindung vorgesehen. Die Position des Motors und damit des Ultraschallmeßwandlers wird durch den Positionsmeßwandler präzise gemessen. Während der Ultraschall-Meßwandler gedreht wird, wird die relative Beziehung zwischen dem Motor und der Position des Ultraschall- Meßwandlers nicht geändert und daher liefert der Positionsmeßwandler unabhängig davon, in welchem Winkel der Ultraschall-Meßwandler eingestellt ist, um ein Bild zu erhalten, weiterhin eine präzise Messung der Position des Ultraschall-Meßwandlers.
• Demgemäß stellen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine kompakte Ultraschallsonde bereit, die eine mehrfache Abbildung von menschlichem Gewebe liefern kann, während die Sonde in einer Position bezogen auf den Körper angeordnet ist. In dieser Position kann in jedem beliebigem Winkel ein Bild erhalten werden, das eine Scheibe oder Ebene durch das Gewebe darstellt. Diese Bilder können mit einem geeigneten Computermechanismus kombiniert werden, um ein dreidimensionales Bild des gewünschten Gewebes zu liefern.
• Demgemäß ist es wünschenswert, eine kompakte Sonde zur intrakavitären Untersuchung bereitzustellen.
• Weiters ist es wünschenswert, eine solche Sonde bereitzustellen, daß ein einzelner Meßwandler, der an einer Position auf der Sonde angeordnet ist, verwendet werden kann, um Bilder zu machen, die Scheiben oder Ebenen durch das Gewebe in jedem gewünschten Winkel darstellen, ohne dar die Sonde bewegt werden muß und ohne daß eine weitere Sonde eingesetzt werden muß die einen Meßwandler aufweist, der es erlaubt, daß ein Bild an der nächsten gewünschten Stelle gemacht wird.
• Es ist auch erwünscht, es zuzulassen, daß der Meßwandler die Position ändert, während die Sonde in den Hohlraum im Körper eingeführt ist.
• Es ist weiters wünschenswert, die Bilderzeugung über 360º an einer Stelle zu ermöglichen, sodaß ein wirklich dreidimensionales Schallbild des entsprechenden Gewebes rekonstruiert werden kann.
• Weiters ist es wünschenswert, eine Sonde mit einem Ultraschall-Meßwandler bereitzustellen, der in jedem gewünschten Winkel angeordnet werden kann und die einen weiteren Meßwandler umfaßt, um die Position des Ultraschall-Meßwandlers anzugeben, gleichgültig, in welcher Position der Ultraschall-Meßwandler zur Zeit ein Bild erzeugt.
• Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ultraschall-Sonde, die zeigt, daß die Sonde fähig ist, an einer Stelle in jedem gewünschten Winkel Bilder zu machen.
• Die Fig. 2, 2A und 2B sind seitliche Teilschnittansichten in Längsrichtung entlang der Sonde von Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine Draufsicht teilweise im Schnitt, die im wesentlichen senkrecht zur Ansicht in Fig. 2 entlang einer Längsachse ist.
• Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Ultraschallsonde und einer Fluidummantelung gemäß vorliegender Erfindung.
• Fig. 4A ist eine Querschnittsansicht von Fig. 4.
• Fig. 5 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Fluidummantelung gemäß vorliegender Erfindung in Fig. 4.
• Zunächst auf die Fig. 4, 4A und 5 Bezug nehmend umfaßt eine Ultraschall-Sonde 10' ein(en) längliches/-en Gehäuse oder Körper 12', das/der eine zylindrische Seitenfläche 14' aufweist. Die Sonde umfaßt ein Rändelrad 16', um einen Ultraschall- Meßwandlersensor durch Drehen anzuordnen. Die Sonde 10' umfaßt weiters Eingangs- und Ausgangsmündungslöcher wie die Mündungslöcher 18', 20', um Fluid einzubringen und zu enffernen.
• Die Sonde 10' umfaßt weiters ein inneres Wassermündungsloch 22', das zu einem Fenster 24' benachbart angeordnet ist.
• Das Fenster 24' der Sonde 10' ist als Teil des länglichen Gehäuses oder Körpers 12' ausgebildet. Ein Ultraschall-Meßwandler 226 zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen ist in der Sonde unmittelbar angrenzend an das Fenster 24' angeordnet. Die Sonde umfaßt weiters ein distales Ende 28' und einen Griff 30'. Ein (nicht gezeigter) Mehrfachstecker kann in das Ende 31' des Griffs 30' eingesteckt werden, um die Sonde mit der geeigneten Stromzufuhr und einer geeigneten Computervorrichtung zu verbinden. Die Computervorrichtung liefert dem Ultraschall- Meßwandler ein elektrisches Signal und empfängt vom Ultraschall-Meßwandler eine entsprechende Antwort, sowie von der Sonde ein Positionssignal. Mit dem Signal vom Meßwandler und dem Positionssignal kann die Computervorrichtung ein Ultraschallbild des abgetasteten Gewebes erzeugen.
• Der Ultraschall-Meßwandler 226 der dem Fenster 24' benachbart angeordnet ist, ist in einer mit Fluid gefüllten Kammer 34' enthalten. Die Kammer bietet dem Meßwandler 226 ausreichend Raum, damit er sich in alle gewünschten Richtungen bewegen kann und nimmt außerdem die Halterungen 136 auf, die den Meßwandler 226 halten, sowie eine Verbindungsanordnung 138, die bewirkt, dar der Ultraschall-Meßwandler 226 sich wie gewünscht bewegt.
• Die innere Fluidmündungsöffnung 22' ist so nahe wie möglich an der Kammer 34' und dem Fenster 24' um, wie oben angeführt, das Fluid nahe am Meßwandler 226 zuzuführen, um eine Hülle 142 mit Fluid zu füllen. Richtig gefüllt kann die Hülle einen Hohlraum im Körperinneren füllen, wodurch ein Kontinuum für das Ultraschallsignal bereitgestellt wird. Die Hülle 142 besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Latexgummi. Die Hülle wird von Bändern 144 und 146 in Position gehalten, die bewirken, daß die Hülle 142 in Rillen 148 und 150 in der Sonde 10' gezwängt wird.
• Eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Fluidummantelung 160, die einen röhrenförmigen zylindrischen Körper 162 umfaßt, der um das Fenster 24' und die zylindrische Seitenfläche 14' der Sonde 10' angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Ummantelung aus rostfreiem Stahl. jedoch können auch andere Materialien verwendet werden und fallen in den Schutzumfang der Erfindung
• Der zylindrische Körper 162 der Wasserummantelung 160 umfaßt eine Öffnung 164, die bei einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen elliptisch ausgebildet ist. Es können andere Öffnungskonfigurationen verwendet werden, solange die Öffnung den vollen Bereich der Bewegungen des Meßwandlers aufnimmt. Mit anderen Worten, die Öffnung muß groß genug sein, damit das vom Meßwandler ausgesandte oder von diesem empfangene Signal nicht blockiert oder auf eine andere Weise von der Fluidummantelung 160 beeinträchtigt wird.
• Die Fluidummantelung 160 umfaßt ein erstes und ein zweites Ende 166 und 168. Der Innendurchmesser eines jeden dieser Enden ist etwas größer als der Außendurchmesser der zylindrischen Seitenfläche 14' der Sonde 10'. Daher kann die Wasserummantelung 160 über die zylindrische Seitenfläche 14' auf der Sonde 10' in Position geschoben werden. Eine Vielzahl von Stellschrauben 170 ist dem zweiten Ende 168 benachbart angeordnet, um die Wasserummantelung 160 am Gehäuse 12' der Sonde 10' zu befestigen.
• Wie in Fig. 5 zu sehen, umfaßt die Fluidummantelung 160 einen Ausnehmungsabschnitt 172 dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Innendurchmesser der Fluidummantelung, wie am ersten und am zweiten Ende 166, 168 angeordnet. Dieser Ausnehmungsabschnitt 172 ist so angeordnet, daß er angrenzend an das und über dem inneren Sondenmündungsloch 22' angeordnet ist. Weiters erstreckt sich de Ausnehmungsabschnitt zumindest bis zu einem Teil der Öffnung 164. Wie in Fig. 5 zu sehen, ist der Ausnehmungsabschnitt 172 zylindrisch und erstreckt sich vollständig um die innere zylindrische Oberfläche 174 der Fluidummantelung 160. Es versteht sich, dar der Ausnehmungsabschnitt 172 sich so erstrecken kann, daß er einen größeren Abschnitt der Kante 165 der Öffnung 164 berühren kann. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist etwa ein Viertel der Kante 165 der Öffnung 164 direkt mit dem Ausnehmungsabschnitt 172 in Verbindung. So kann aus dem Sondenausgangsmündungsloch 22' austretendes Fluid durch den Ausnehmungsabschnitt 172 direkt mit jenem Abschnitt der Kante 165 kommunizieren, der mit dem Ausnehmungsabschnitt 172 kommuniziert.
• Die Fluidummantelung 160 umfaßt ein Mündungsloch 176, das durch den zylindrischen Körper 162 an einer Stelle vorgesehen ist, die dem inneren Mündungsloch 22' der Sonde 10' benachbart, aber davon versetzt ist, sodaß das innere Mündungsloch 22' und das Fluidummantelungsmündungsloch 176 nicht ausgerichtet sind. Weiters ist das Mündungsloch 176 der Wasserummantelung 160 an einer Stelle vorgesehen, die mit dem Ausnehmungsabschnitt 172 kommuniziert.
• Eine Rückhalteband 178 ist in einer Position vorgesehen, die von der zweiten Rille 150 beabstandet ist, um die richtige Positionierung des Bandes 146 zu erleichtern, das die Hülle 142 hält.
• Die Arbeitsweise der Fluidummantelung 160 der Erfindung ist wie folgt.
• Wenn die Fluidummantelung 160 richtig über der Sonde 10' positioniert ist und die Hülle 142 und die Bänder 144 und 146 entsprechend positioniert sind, kann ultraschallübertragendes Fluid wie Wasser durch die Mündungslöcher wie Mündungsloch 18' eingebracht werden, um einen Raum zwischen der Hülle 142 und dem Gehäuse 12' zu füllen. Nachdem eine Anfangsfluidmenge unter die Hülle 142 eingebracht wurde, wird die Sonde neu ausgerichtet, sodaß jegliche verbleibende Luft und etwas Fluid unter der Hülle 142 abgezogen wird, sodaß nur Wasser zwischen der Hülle 142 und der Sonde 10' verbleibt. Dieses Abziehen von Fluid und Luft erfolgt durch das Mündungsloch 176 und schließlich durch das Mündungsloch 22'. Sobald das erreicht wurde, werden die Sonde 10' und die Hülle 142 beispielsweise in einen Hohlraum im Körper eingeführt. Daraufhin wird weiteres Fluid durch das Mündungsloch 22' zugeführt, sodaß die Hülle 142 vollständig ausgedehnt werden kann, sodaß sie dem Hohlraum im Inneren des Körpers angepaßt ist, wobei das Ultraschallfluid den Raum zwischen der Sonde 10' und dem Körperhohlraum vollständig füllt, um ein Kontinuum für das Ultraschallsignal bereitzustellen. Es versteht sich, daß es, da das Fluid dem Fenster 24' benachbart vorgesehen ist, aufgrund der Fluidummantelung 160 nicht möglich ist, daß ein Körpermuskel das innere Mündungsloch 22' einklemmen kann, wodurch das angemessene Füllen der Hülle verhindert würde.
• Wenn der Vorgang der Bilderzeugung durch Ultraschall abgeschlossen ist, ermöglicht es die Fluidummantelung 160, daß das Wasser aus dem Raum zwischen der Sonde 10' und der Hülle 142 ausgelassen wird, sodaß die Sonde 10' bequem aus dem Hohlraum im Körper entfernt werden kann. Da die Wasserummantelung 160 das innere Mündungsloch 22' abschirmt, wird die Hülle 142 nicht in das Mündungsloch 22' gezogen, wodurch sie das Mündungsloch 22' blockierte und weiteres Ablassen von Fluid verhinderte. Weiters steht, da Entleerung entlang der Kante 165 der Öffnung 164 auftreten kann, die mit dem Ausnehmungsabschnitt 172 kommuniziert, mehr Fläche zur Entleerung zur Verfügung, und somit kann die Hülle 142 diese Entleerung nicht verhindern. Weitere Entleerung erfolgt durch das Mündungsloch 176 der Fluidummantelung 160. Da Fluid nicht nur durch das Mündungsloch 176, sondern auch unter dem Mündungsloch 176 in dem durch den Ausnehmungsabschnitt 172 und die Sonde 10' definierten Raum strömt, sind die Fluiddruckwerte so, daß dieses Mündungsloch 176 nicht dadurch geschlossen wird, daß die Hülle in das Mündungsloch 176 gezogen wird. Daher kann das Fluid auf geeignete Weise vom Bereich zwischen der Sonde 10' und der Hülle 142 ausgelassen werden, sodaß die Sonde und die Hülle aus dem Hohlraum im Körper entfernt werden können, ohne daß die Hülle birst oder reißt und Fluid daraus ausläuft, wenn die Sonde herausgezogen wird.
• Nun auf die Fig. 1 bis 3 Bezug nehmend veranschaulichen diese detaillierter, wie ein Meßwandler entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung in einer Sonde montiert werden kann.
• Bezogen auf diese Figuren und im speziellen auf Fig. 1 wird eine Ultraschallsonde dargestellt und mit der Zahl 10 bezeichnet. Wie am besten in Fig. 1 zu erkennen, umfaßt die Sonde 10 ein(en) längliches/-en Gehäuse oder Körper 12, das/der eine zylindrische Seitenfläche 14 umfaßt. Die Sonde 10 umfaßt ein Rändelrad 16, um einen Ultraschall-Meßwandler oder Sensor durch Drehen anzuordnen, wie nachstehend beschrieben. Die Sonde 10 umfaßt weiters ein erstes und ein zweites äußeres Mündungsloch 18, 20 sowie zwei innere Mündungslöcher, wie das innere Mündungsloch 22, um Fluid wie nachstehend beschrieben einzubringen.
• Die Ultraschallsonde 10 umfaßt ein Fenster 24, das als Teil des länglichen Gehäuses oder Körpers 12 ausgebildet ist. Wie nachstehend beschrieben, ist ein Ultraschall- Meßwandler in der Sonde unmittelbar unter dem Fenster 24 angeordnet, um Ultraschal(signale auszusenden und zu empfangen&sub1; wie bei 26 in Phantomdarstellung gezeigt. Die Sonde umfaßt ein distales Ende 28 und einen Griff 30. Ein (nicht gezeigter) Mehrfachstecker kann in das Ende 32 des Griffs 30 eingesteckt werden, um die Sonde mit der entsprechenden Stromzufuhr und einer entsprechenden Computervorrichtung zu verbinden. Die Computervorrichtung liefert dem Ultraschall-Meßwandler ein elektrisches Signal und empfängt vom Ultraschall-Meßwandler eine entsprechende Antwort und von der Sonde ein Positionssignal. Mit dem Signal vom Meßwandler und dem Positionssignal kann die Computervorrichtung ein Ultraschallbild des abgetasteten Gewebes erzeugen.
• In den Fig. 2, 2A und 2B wird ein Ultraschall-Meßwandler 32 dargestellt. Der Meßwandler 32 ist durch eine Leitung 34 mit der oben angeführten Computervorrichtung verbunden. Der Ultraschall-Meßwandler 32 kann abwechselnd Ultraschallsignale senden und empfangen und diese zu und aus elektrischen Impulsen umwandeln, die über die Leitung 34 gesendet werden. Der Meßwandler 32 ist auf einer ersten Plattform 36 montiert. Die erste Plattform 36 ist schwenkbar auf einer zweiten Plattform 38 gelagert und kann um eine Längsschwenkachse 40 schwenken.
• Die zweite Plattform 38 ist drehbar im Ultraschall-Meßwandlergehäuse 42 montiert, sodaß die zweite Plattform 38 um eine Achse rotieren kann, die senkrecht zur Ebene von Fig. 3 steht. Das Gehäuse 42 ist starr am länglichen Körper oder Gehäuse 12 befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Gehäuse 12 aus einem geeignet beständigen und reinigbaren Kunststoffmaterial, das in medizinischen Anwendungen verwendet wird, und das Fenster 23 besteht aus einem geeigneten klaren Kunststoffmaterial.
• Auf halbem Weg durch das längliche Gehäuse 12 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Linearmotor 44 angeordnet. Ebenfalls bei einer bevorzugten Ausführungsform oszilliert der Linearmotor 44 mit einer Rate von 20 Hz. An der Welle 46 des Linearmotors ist eine Verbindungsanordnung 48 befestigt, die die Welle 46 des Linearmotors mit der ersten Plattform 36 verbindet, auf der der Meßwandler 32 gelagert ist. Unmittelbar angrenzend an den Linearmotor 44 ist eine Balgdichtung 50 angeordnet, die zwischen der Welle 46 und dem Gehäuse 12 angeschlossen ist. Die Balgdichtung 50, das zylindrische Fenster 24 und das distale Ende 28 definieren einen Hohlraum 52, worin die Verbindungsanordnung 48, die erste und die zweite Plattform 36, 38 und der Ultraschall-Meßwandler 32 angeordnet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist dieser Hohlraum 52 mit einem Fluidmedium, vorzugsweise einem Öl, gefüllt, um die Übertragung von Ultraschallsignalen zum und vom Meßwandler 32 zu verbessern.
• Die Verbindungsanordnung 48 umfaßt einen Verbindungsarm 54, einen Kurbelarm 56 und eine Verbindungsstange 58. Der Verbindungsarm 54 ist am Drehpunkt 60 schwenkbar an der Welle 46 des Linearmotors 44 befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Edelstein-Schwenklagerung an dieser Stelle und auch an den anderen Drehpunkten in der Verbindungsanordnung 48 vorgesehen, um einen im hohen Maße zuverlässigen und wiederholbaren präzisen Mechanismus zur Anordnung des Meßwandlers 32 als Reaktion auf die Position der Welle 46 des Linearmotors 44 zu schaffen. Der Verbindungsarm 54 ist am Drehpunkt 62 schwenkbar am Kurbelarm 56 befestigt. Der Kurbelarm 56 ist an einem Mittelpunkt 64 schwenkbar am Meßwandlergehäuse 42 befestigt. Das distale Ende des Kurbelarms 56 ist durch eine Kugelzapfenanordnung 66 an der Verbindungsstange 58 befestigt. Die Verbindungsstange 58 ist wiederum an einer Kugelzapfenanordnung 68 befestigt, die selbst schwenkbar entlang Schwenkachse 70 an der ersten Plattform 36 montiert ist.
• Die zweite Plattform 38 wird durch einen Draht 72 zum Drehen gebracht, der in einer äußeren Umfangsrille 74 befestigt ist und sich zu einem Kabelrad 76 erstreckt und daran befestigt ist. Das Kabelrad 76 wird durch das Rändelrad 16 dazu gebracht, sich zu drehen. Es versteht sich, daß das Rändelrad 16 durch einen geeigneten Motor ersetzt werden könnte, um die Drehung der zweiten Plattform 38 zu motorisieren. Das Rändelrad 16 kann bewirken, daR sich die zweite Plattform 38 um 180º dreht, sodaß der Meßwandler 32, während er vorwärts und rückwärts abtastet, über eine Drehung von 360º ein Bild machen kann.
• Um die Position der Welle 46 des Linearmotors 44 und so die Position des Meßwandlers 32 abzufühlen, ist ein Positionssensor oder Meßwandler 78 am gegenüberliegenden Ende der Welle 46 des Linearmotors 44 befestigt. Der Positionssensor umfaßt eine Toroidmagnetanordnung 80, die bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Eisenzusammensetzung und einem Encoder-Grat 82 besteht, der durch eine passende Schraube 84 und eine Druckfeder 86 an der Welle 46 befestigt ist, um die genaue Positionierung des Grats 82 bezogen auf die Welle 46 zu gewährleisten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Grat 82 aus Aluminium. Während sich die Welle 46 hin- und herbewegt, bewegt sich der Grat 82 bezogen auf die Toroidanordnung 80 vorwärts und rückwärts. Wenn der Encoder-Grat 82 sich bezogen auf die Toroidanordnung 80 bewegt, ändert sich die Induktanz des Positionssensors 78, und diese Änderung wird von einer Leitung 88 abgefühlt, der mit der (nicht gezeigten) Computervorrichtung kommuniziert. Eine geeignete Abfühlvorrichtung, wie ein Potentiometer, könnte am Rändelrad 16 befestigt werden, um, wenn gewünscht, der Computervorrichtung die Position des Rändelrads zu übermitteln.
• Eine (nicht gezeigte) sterile Umhüllung, vorzugsweise ein biegbares kautschukartiges Material, kann über dem Gehäuse 12 befestigt werden, bevor das Gehäuse im Hohlraum im Körper angeordnet wird. Die Umhüllung ist zwischen dem inneren Mündungsloch 22 und den äußeren Mündungslöchern 18 und 20 befestigt. Durch die äußeren Mündungslöcher kann Fluid zwischen der Umhüllung und dem Gehäuse 12 eingebracht werden, um die Übertragung von Ultraschallsignalen zum und vom Meßwandler 32 zu verbessern.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform bewirkt wie zuvor angegeben, der Linearmotor 44, daß der Meßwandler 32 sich durch die Verbindungsanordnung 48 mit etwa 20Hz um die Schwenkachse 40 schwenkt. Das Schwenken kann über eine vollständige Drehung des Meßwandlers 32 beibehalten werden, wie zuvor erklärt. Der Positionssensor 78 kann die Position des Meßwandlers 32 präzise abfühlen, wenn der Meßwandler 32 geschwenkt wird. Diese Position steht in proportionaler Beziehung zur Änderung der lnduktanz des Positionssensors 78. Diese Proportionalität ändert sich nicht, wenn der Meßwandler 32 durch das Rändelrad 16 gedreht wird, und so kann die Position des Meßwandlers 32 jederzeit präzise ermittelt werden.
• Weiters kann der Meßwandler bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Auflösung zwischen 200 und 400 Linien pro 2,5 cm (1 Inch) bieten und ein gewünschtes Bild machen, das etwa 1/40 000 Inch dick durch das entsprechende Gewebe geht.
• Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß die vorliegende Erfindung den Vorteil hat, daß ein Ultraschall-Meßwandler damit präzise und wiederholt positioniert werden kann. Es können Mehrfachbilder gemacht werden, sodaß eine dreidimensionale Darstellung des Gewebes auf einem Computerbildschirm gezeigt werden kann. Weiters ist die vorliegende Erfindung, wie den obigen Ausführungen zu entnehmen ist, kompakt, da sie nur einen Ultraschall-Meßwandler aufweist, der über jegliche Bewegungsfreiheit verfügt, die erforderlich ist, um das/die geeignete(n) Bild oder Bilder auszuwählen, wie zur richtigen Untersuchung des Gewebes erforderlich.
• Es versteht sich, daß, obwohl Bezug darauf genommen wurde, die Sonde 10 für menschliches Gewebe zu verwenden, die Sonde 10 gleichermaßen gut mit anderen lebenden oder nicht lebenden Gewebetypen arbeiten kann, die mit Ultraschall untersucht werden können.

Claims (17)

1. Sonde bzw. (Meß-)Fühler (10'), umfassend:

einen Körper (12') mit einem Hohlraum,

einen im Hohlraum angeordneten Meßwandler bzw. Transducer (226),

ein im Körper (12') so dem Meßwandler bzw. Transducer (226) benachbart angeordnetes Fenster (24'), daß ein Signal durch das Fenster (24') hindurch vom Meßwandler bzw. Transducer (226) zumindest entweder ausgesandt oder empfangen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dar ein erstes Mündungsloch (22') dem Hohlraum im Körper (12') benachbart vorgesehen ist und daß Fluidummantelungsmittel (160) dem Körper (12') benachbart vorgesehen sind, um Fluid vom ersten Mündungsloch (22') zum Fenster (24') zu lenken. (Fig. 4).

2. Sonde nach Anspruch 1, worin das Fluidummantelungsmittel (160) eine Öffnung umfaßt, die von einer Kante (165) definiert ist, die zumindest teilweise an das Fenster (24') angrenzt, sowie eine Einrichtung, um Fluid vom ersten Mündungsloch 822') zur Kante (165) zu leiten.

3. Sonde nach Anspruch 2, worin die Einrichtung zum Leiten von Fluid eine im Fluidummantelungsmittel (160) vorgesehene Ausnehmung (172) umfaßt, die sich zwischen dem erste Fluidmündungsloch (22') und der Kante (165) erstreckt.

4. Sonde nach Anspruch 2, worin der Körper (12') länglich und zylindrisch ist und worin das Fluidummantelungsmittel (160) einen röhrenförmigen Körper (162) umfaßt, der so um den länglichen Körper (12') angeordnet ist, daR er das erste Fluidmündungsloch (22') abdeckt, und worin eine Öffnung (164) im Ummantelungsmittel (160) dem im länglichen Körper (12') ausgebildeten Fenster (24') benachbart angeordnet ist, wobei die Kante (165) der Öffnung (164) das im länglichen Körper (12') ausgebildete Fenster (24') zumindest teilweise umreißt.

5. Sonde nach Anspruch 4, worin der röhrenförmige Körper (162) eng am länglichen Körper (12') anliegt und worin die Einrichtung zum Leiten von Fluid eine Ausnehmung (172) im röhrenförmigen Körper (162) umfaßt die einen Durchgang zwischen dem länglichen Körper (12') und dem röhrenförmigen Körper (162) umreißt.

6. Sonde nach Anspruch 5, worin die Ausnehmung (172) sich im wesentlich zylindrisch im röhrenförmigen Körper (162) und um den länglichen Körper (12') erstreckt.

7. Sonde nach Anspruch 6, worin die Öffnung (164) und die Kante (165) im wesentlichen elliptische Gestalt aufweisen und worin die Ausnehmung (172) mit einem Abschnitt der elliptischen Kante (165) kommuniziert.

8. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fluidummantelung (160) ein durch diese hindurch vorgesehenes zweites Fluidmündungsloch (176) umfaßt.

9. Sonde nach Anspruch 8, worin das zweite Fluidmündungsloch (176) in einer Position im Abstand vom ersten Fluidmündungsloch (22') angeordnet und nicht mit diesem ausgerichtet ist.

10. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fluidummantelungsmittel starr ist.

11. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sondengehäuse (12) und Mitteln (36, 38) zur, bezogen auf das Gehäuse (12), schwenkbaren und drehbaren Lagerung eines Meßwandlers bzw. Transducers (32);

Motormittel (44) zum Schwenken des Meßwandlers bzw. Transducers (32), sodaß das Signal des Meßwandlers bzw. Transducers (32) eine Signalebene beschreibt, während der Meßwandler bzw. Transducer (32) geschwenkt wird;

Mittel (48), die Motormittel (44) mit den Mitteln (36) zur schwenkbaren Lagerung verbindet; und

Mittel (16) zum Drehen der drehbaren Lagerungsmittel (38)' während das Motormittel (44) den Meßwandler bzw. Transducer (32) schwenkt, sodaß bewirkt werden kann, daß die Signalebene sich dreht. (Fig. 2).

12. Sonde nach Anspruch 11, bei der das Sondengehäuse (12) länglich ist und eine längliche Seitenfläche (14) aufweist und die Einrichtung (36) zur schwenkbaren Lagerung des Meßwandlers bzw. Transducers (32) bezogen auf das Gehäuse (12) der länglichen Seitenfläche (14) entlang angeordnet ist, sodaß die Signale in eine Ebene gerichtet werden können, die im wesentlichen senkrecht zur länglichen Seitenfläche (14) ist.

13. Sonde nach Anspruch 11 oder 12, worin die Mittel zur schwenkbaren und drehbaren Lagerung umfassen:

ein Meßwandler- bzw. Transducergehäuse (42), das innerhalb des Sondengehäuses (12) befestigt ist;

eine erste Plattform (38), die drehbar im Meßwandler- bzw. Transducergehäuse (42) gelagert ist, sowie eine zweite Plattform (36), die schwenkbar zur ersten Plattform gelagert ist; und

worin der Meßwandler bzw. Transducer (32) an der zweiten Plattform (36) befestigt ist.

14. Sonde bzw. (Meß-)Fühler nach Anspruch 13, worin die Verbindungsmittel (48) umfassen:

einen Verbindungsarm (54), der schwenkbar am Motormittel (44') montiert ist;

einen Kurbelarm (56), der schwenkbar am Verbindungsarm (54) befestigt ist und schwenkbar am Meßwandler- bzw. Transducergehäuse (42) befestigt ist;

ein Wellenmittel (58)' um den Kurbelarm (56) operabel mit der zweiten Plattform (36) zu verbinden;

Mittel zum Befestigen des Wellenmittels (58) am Kurbelarm (56), sodaß die Welle (58) sich entlang jeder Kombination aus drei senkrechten Richtungen bewegen kann;

Mittel, um das Wellenmittel (58) an einer Stelle an der zweiten Plattform (36) zu befestigen, die von jener versetzt ist, wo die zweite Plattform schwenkbar an der ersten Plattform (38) befestigt ist, sodaß die Welle (58) sich entlang jeder Kombination aus drei senkrechten Richtungen bewegen kann.

15. Sonde (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin das Sondengehäuse (12) einen distal vom Meßwandler bzw. Transducer (32) angeordneten Griff (30) umfaßt und worin die Rotationseinrichtung (16) eine im Griff (30) montierte Riemenscheibe (76) und ein Kabel (72) umfaßt, das an der ersten Plattform (38) und an der Riemenscheibe (76) befestigt ist, um die erste Plattform (38) als Reaktion auf die Drehung der Riemenscheibe (76) relativ zum Meßwandler- bzw. Transducergehäuse (42) zu drehen.

16. Sonde nach einem der Ansprüche 11 bis 1 5, die ein Sensormittel (78) zum Abfühlen der Position des Motors (44) umfaßt, um die Position des Meßwandlers bzw. Transducers (32) zu ermitteln.

17. Sonde nach Anspruch 16, worin das Sensormittel (78) einen Toroidmagneten (80), einen Grat (82) und eine Einrichtung (84,86) zum Befestigen des Grats (82) am Motormittel (44) umfaßt um den Grat (82) relativ zum Toroidmagneten (80) zu positionieren.