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Verfahren zur Markierung einer Ultraschall-Lokalisation
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insbesondere in der Medizin und dazu dienende Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG Als nichtinvasive Methode gewinnt die Ultraschalldiagnostik
in der Medizin zunehmend an Bedeutung. Besonders die Fachgebiete Radiologie, Gynäkologie
und Geburtshilfe, Pädiatrie, Urologie, Neurologie, Augenheilkunde und Innere Medizin
bedienen sich heute dieses Verfahrens. Der Ultraschall ermöglicht hierbei z.B. mit
dem B-Bild-Verfahren (die gebräuchlichste Anwendung) die zweidimensionale Bilddarstellung
von Körperquerschnitten. Dabei können Organstrukturen sichtbar gemacht werden. Das
Prinzip dieser Darstellung liegt in der unterschiedlichen Reflexion der Ultraschallwellen
an den Gewebeinhomogenitäten des menschlichen Körpers.
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In den letzten Jahren wurde die Möglichkeit der Ultraschalldarstellung
bei diagnostischen Eingriffen wie z.B. Punktionen erkannt. So wird der Ultraschall
zur Lokalisation der Punktionsstelle oder zur Kontrolle der Punktionsnadelführung
benutzt. Besonders sollen hier erwähnt werden: für die Innere Medizin: die perkutane
Leberpunktion, für die Urologie; die perkutane Nephrostomie und für die Geburtshilfe:
die perkutane Fruchtwasserpunktion zur pränatalen Diagnostik.
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Bei der bekannten ultraschallkontrollierten Nadelpunktion besteht
die Schwierigkeit der Darstellung der Nadel im Ultraschallbild. Es wurden daher
spezielle Kanülen für diese Verfahren entwickelt, z.B. die JONATfiA-Nadel, welche
sich zwar im Ultraschallbild gut darstellt, aber wegen ihres relativ großen Durchmessers
und der aufgebrachten Riffelung schwierig zu handhaben ist. Viele Untersucher sind
deshalb dazu übergegangen, blind zu punktieren, d.h. die Punktionsstelle wird im
Ultraschallschnittbild festgelegt und danach wird nach Entfernen des Schallkopfes
ohne Bildkontrolle punktiert. Die Blindpunktion weist in statistisch nachgewiesenes
höheres Risiko auf. Bei beiden Punktionsarten muß zuvor die Punktionsstelle auf
der Haut markiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Markierung einer Ultraschallokalisation,
insbesondere in der Medizin zu erleichtern und sicherer zu gestalten. Diese Aufgabe
wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß zunächst ein Ultraschallbild
durch Ultraschall erzeugt und in seinem für die Beobachtung oder Untersuchung interessierenden
Teil lokalisiert und dann durch die Veränderung der Schallbedingungen in der Umgebung
dieser lokalisierten Stelle diese Stelle markiert und die Markierung hierauf auf
den zu untersuchenden Gegenstand oder Körper durch Farbauftrag markiert wird.
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Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die gezielte Punktation
in der Medizin bei der die Erfindung vorteilhaft in der Weise verwirklicht wird,
daß mittels Ultraschall-B-Bild zunächst eine geeignete Punktionsstelle ausgesucht
und dann durch eine Veränderung des Schallwiderstandes in der Umgebung dieser Stelle
die Stelle markiert und die Markierung hierauf auf die Haut übertragen wird.
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Im einzelnen kann die Erfindung vorteilhaft in der Weise durchgeführt
werden, daß die Veränderung des Schallwiderstandes in der Umgebung der lokalisierten
Stelle mit Hilfe einer Maske
erfolgt, welche in ihrem Aufbau derart
gestaltet ist, daß sie durch Schallwellen unterschiedliche Wiedergaben auf dem Ultraschallbild
im Vergleich zu den übrigen Darstellungen dieses Bildes erzeugt.
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Bei der Anwendung der Erfindung auf die Lokalisierung von Punk -tionsstellen
in der Medizin wird die Erfindung zweckmäßig in der Weise durchgeführt, daß nach
Lokalisierung der geeigneten Punktionsstellen durch Ultraschalluntersuchung vor
den Schallkopf des Untersuchungsgerätes ein den Schallwiderstand in der Umgebung
oder in einem Teil der Umgebung der Punktionsstelle verändernde Maske (Markierungshilfe)
gebracht und hierdurch auf dem Ultraschallbild eine Markierung der Punktionsstelle
erzeugt und nach Entfernung des Schallkopfes durch die Maske hindurch die Hautmarkierung
vorgenommen wird.
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Allgemein besitzt die gemäß der Erfindung angewendete Maske eine geringe
Wandstärke und eine Aussparung durch welche die Hautmarkierung erfolgen kann und
welche darüberhinaus in ihren Wandungen derart gestaltet ist, daß durch diese Wandungen
Reflexionen und Brechungen der Ultraschallwellen entstehen,welche zu einer bildlichen
Darstellung der Markierung führen.
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Weitere vorteilhafte Vorschläge und Einzelheiten der Erfindung sind
Gegenstand der Patentansprüche und aus diesen ersichtlich.
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Allgemein sei hervorgehoben, daß das Verfahren nach der Erfindung
mit besonderem Vorteil mit Hilfe einer Maske oder Markierungshilfe durchgeführt
wird, welche eine Aussparung mit konischen Wandungen zur Veränderung der Schallwellenausbreitung
aufweist.
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Bei der Vorbereitung einer Punk-tion ist dabei das Vorgehen gemäß
der Erfindung wie folgt.
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Zunächst wird im Ultr#schall-B-Bild eine geeignete Punktionsstelle
an dem zu punktierenden Organ gesucht. Dann wird die mit einem sogenannten Kontakgel
bestrichene Markierungshilfe
zwischen Applikatormembran des Ultraschallkopfes
und die Haut des Patienten geschoben. Die konische Aussparung der N?rkierungshilfC
wird dabei im Ultraschall-Scnnlttbild als dreieckiges (pfeilförmiges) Echo sichtbar.
Dieser Pfeil wird über das geplante Punktionsgebiet geführt und dort festgehalten.
Danach wird der Ultraschallkopf abgehoben und die Punktionsstelle mit einem Hautmarkierungsstift
durch die konische Aussparung hindurch auf der Haut des Patienten markiert. Es kann
dann die Markierungshilfe entfernt werden, und nach Desinfektion des die Markierung
einschließenden Hautareal erfolgt die Punktion.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung
ersichtlich und werden anhand der Zeichnung erläutorr, in welcher eine Vorrichtung
nach der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist.
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Es zeigt: Figur 1 eine Maske und Markierungshilfe gemäß der Erfindung
in Draufsicht; Figur 2 in Seitenansicht; Figur 3 die Vorderansciht; Figur 4 die
Rückseite und Figur 5 einen Ausschnitt der konischen Aussparung.
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Während die Figuren 1-4 ein Ausführungsbeispiel einer Markierungshilfe
nach der Erfindung im Maßstab 1:1 veranschaulichen, wie es zur Durchführung der
Markierung von Punktionsstellen geeignet ist, besitzt die Darstellung der Figur
5 einen Maßstab 3:1. In allen zeichnerischen Darstellungen sind dabei zur besseren
Veranschaulichung und Erläuterung der Erfindung die Maßangaben für die einzelnen
Teile enthalten und eingezcichnet.
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Tp der zeichnerischen Darstellung ist mit 1 ein plattenförmiger Rechteckkörper,vorzugsweise
aus Polyesterharz bezeichnet, welcher mit einem Metallgiff 2 und ei rundes Metallgriff
2 und eine/ konischen Aussparung 3 versehen ist.
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Das technische Prinzip der Erfindung gemäß dem dargestellten runde
Ausführungsbeispiel liegt darin, daß die/konische Aussparung im Ultraschall-B-Bild
als dreieckiger Pfeil sichtbar gemacht werden kann. Dies geschieht wie auch die
Ultraschall-B-Bild-Darstellung von Gewebsinhomogenitäten im Körper durch die Reflexion
der Ultraschallwellen. Diese gehorchen den Gesetzen der Wellenphysik. Die Ultraschallwellen
sind Longitudinalwellen.
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In der medizinischen Diagnostik wird dabei meist im Frequenzbcreich
zwischen 2 und 3,5 Hz gearbeitet. Treffen Ultraschallwellen von einem Medium auf
ein anderes, so kommt es zu den in der Wellenphysik bekannten Erscheinungen von
Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz. Was im Monitorbild des Ultraschall-B-Bildverfahren
sichtbar wird, ist die sogenannte Grenzflächenreflexion, die vom Unterschied der
Schallwiderstände der beiden Medien abhängt. Als Schallwiderstand ist das Produkt
aus der Dichte des Mediums und der Schallgeschwindigkeit in diesem definiert (W
= s ~ C1). Je mehr die Schallwiderstände zwischen zwei Medien differieren, desto
stärker ist die Grenzflächenreflexion. Die größte Reflexion findet sich an den Grenzflächen
fester oder flüssiger Medien gegen gasförmige (wie Luft), da die gasförmigen in
diesem Fall mit dem leeren Raum gleichgesetzt werden können.
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Im Falle der Erfindung treten folgende Grenzflächen auf: Wasser-Polyester-Wasser,
da die Markierungshilf9/ein wasserähnliches (bezüglich Schallwiderstand) Kontaktgel
eingehüllt ist.
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Dazu die jeweiligen wellenphysikalischen Größen: WASSER
Dichte
(#) : 1>0 (10³ kg m Schallgeschwindigkeit (c1) : 1,5 (103 s) 5 Schallwiderstand
(W) : 1,5 (106 kg 2 ms POLYESTER (Mittelwerte) Dichte ( 3) : 1,2 (10³ kg) m³ Schallgeschwindigkeit
(c1) : 2,5 (103 m) 5 Schallwiderstand (W) : 3,0 (106 kg ms Das in einem praktischen
Anwendungsfall der Erfindung für die Ultraschall-Diagnostik benutzte Gerät (VIDOSON
735 der Firma Siemens) arbeitet mit der Frequenz 2,4 MHz. Daraus ergeben sich die
Wellenlängen von 0,62 (10 3m) in Wasser und 1,0 (10 3m) in Polyester.
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Eine Markierungshilfe gemäß der Erfindung erfüllt für den praktischen
Gebrauch folgende Forderungen: 1. Deutliche Sichtbarmachung einer Markierung im
Ultraschall-B-Bild (Real-Time-Scanner); 2. möglichst geringe Einschränkung der Beeinflussung
des Gesamtbildes; 3. Möglichkeit der Hautmarkierung nach erfolgter Ultraschall-Lokalisierung;
4. gute praktische Handhabung.
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Zu 1 Der Unterschied der Schallwiderstände muß ausreichend groß sein.
Dies wird bei der Erfindung bewußt erstrebt und auch erreicht. Für den Durchgang
der Ultraschallwellen durch die Markierungshilfe finden die Gesetzte für Reflexion
und Durchlässigkeit von Platten Anwendung. Nach BERGMANN gilt beim senkrechten Auftreffen
der Ultraschallwellen auf Platten:
m ist die Abkürzung für das Verhältnis der Schallwiderstände
d ist die Plattendicke (9 mm) A ist die Wellenlänge in Polyester.
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Nach den aufgeführten Formeln ergeben sich für die Markierungshilfe:
R = 0,28 D = 0>72 Es werden 28 % des Schalldruckes reflektiert und 72 % durchgelassen.
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Für das gute Sichtbarwerden des konischen Einschnittes im Kunststoffkörper
kommt jetzt hinzu, daß die Ultraschallwellen auf die im Querschnitt abgewinkelt
verlaufenden Kanten und Seiten der Aussparung schräg auftreffen, so daß hier Winkelreflexionen
(Refelxionswinkel = Einfallswinkel) und Brechung auftreten (es soll unberücksichtigt
bleiben, daß beim schrägen Einfall von Ultraschallwellen auf feste Stoffe
auch
Tranzversalwellen entstehen).
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Für die Brechung gilt:
E: E:Einfallswinkel OCE: D Brechungswinkel Durch die kleinen Maße der konischen
Aussparung werden die reflektierten Wellen auch zur Gegenseite reflektiert, wodurch
es zu Mehrfachrefelxionen kommt. Zusätzlich führt die gewollte Oberflächenunebenheit
innerhalb der konischen Aussparung, die durch gekörnte Keramikfräsköpfe hergestellt
wurde, zu Mehrfachreflexionen.
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Die deutliche Sichtbarmachung der Markierung im B-Bild setzt sich
also aus Platten, Winkel- und Mehrfachreflexion zusammen. Die Größe der konischen
Aussparung bewirkt zum einen die Mehrfachreflexion, zum anderen ist sie so gewählt,
daß sie auch bei Ultraschallgeräten mit relativer Verkleinerung eine klare Darstellung
erlaubt.
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Zu 2 Durch die starken Reflexionen wird hinter dem dreieckigen Pfeil
ein echofreier Bezirk erzeugt. Dadurch wird bzw. bleibt der Pfeil gegenüber der
Umgebung sichtbar. Um diesen Bezirk andererseits möglichst klein zu halten, beträgt
die Gesamtbreite der Markierungshilfe nur 3 mm mehr als der größte Durchmesser der
Aussparung (d.h. auf jeder Seite 1,5 mm Rand).
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Zu 3 Höhen und Durchmesser der einzelnen Etagen der konischen Aussparung
erlauben das Einführen eines handelsüblichen Faserstiftes (Fettstift) für die Hautmarkierung.
Insbesondere läßt der unterste Durchmesser von 5 mm eine sichere und deutliche
Illarkierung
auf der Haut zu.
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Zu 4 Für die praktische Handhabung der Markierungshilfe sind wie U
rprobun2 mehrerer Prototypen ergab - Mindestmaße gesetzt, um das Gerät noch handlich
und stabil zwischen Ultraschallapplikator und Patient führen zu können. Dabei war
wichtig, daß fie Möglichkeit der Verkippung oder Verkantung bei der Anwendung im
Interesse der Genauigkeit der Lokalisierung und damit auch der Markierung möglichst
gering gehalten werden mußte. Ein Lokalisierungsfehler wird bereits dadurch ausgeschlossen,
daß der dreieckige Pfeil als Abbildung des Querschnittes der konischen Aussparung
nur dann im B-Bild sichtbar ist, wenn die Schnittebene senkrecht steht und das Zentrum
der Aussparung abbildet. Auf Grund dieser Tatsache erübrigt sich ein Lokalisieren
in zwei Ebenen. Die Breite des Kunststoffkörpers mit vorzugsweise 16 mm und sein
Länge mit z.B. 45 mm lassen eine sichere Stabilisierung der Markierungshilfe zu.
Die konische Aussparung ist auf die Länge des Kunststoffkörpers so angeordnet, daß
sie bei stabiler Führung der Markierungshilfe ohne Störecho im Ultraschall-Schnittbild
erscheint. Der hintere Anteil des Kunststoffkörpers ist außerdem noch lang genug,
um eine störungsfreie Befestigung des Metallführungsgriffes zuzulassen.
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Der Metallführungsgriff ist in seinen Maßen so gewählt, daß er zur
Vermeidung möglicher Störechos möglichst klein gestaltet wurde, zum anderen erlaubt
die Länge ein bequemes und sicheres Führen des Kunststoffkörpers unter dem Ultraschallapplikator.
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Sämtliche in der Beschreibung und in den Zeichnungen erwähnten technischen
Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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Die Erfindung kann auch für technische Ultraschalluntersuchungen zur
Anwendung gelangen.
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