DE3009482C2 - Endoskop mit einem Ultraschallwandler - Google Patents
Endoskop mit einem UltraschallwandlerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einem in diesem verstellbaren Ultraschall-Sende-Empfangswandler
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
Bei einem bekannten derartigen endoskopartigen Diagnosegerät (DE-OS 23 05 501) wird in eine Speiseröhre
eines Patienten zur Gewinnung von Herzschnitt-
Widern eine Ultraschall-Sonde eingeführt, die ein Sondenrohr aufweist, das ein Ultraschall-Sende-Empfangssystem
zur flächenweisen Abtastung körperinterner Organe mittels eines im wesentlichen senkrecht zur
Längsachse des Rohres abgestrahlten Uitraschall-Sende-Strahls
sowie elektrische Verbindungsleitungen für den Anschluß des Systems an ehie körperexterne
Ultraschall-Schnittbild-Anzeigevorrichtung enthält Der Ultraschallwandler des Sende/Empfangssystems ist
in Richtung der Längsachse des starr ausgebildeten Sondenrohres verschieblich. Ein solches Gerät versucht
im Gegensatz zu bekannten flexiblen Endoskopen für Ultraschall-Beobachtung des Problem der genauen
Lokalisierung der Beobachtung dadurch -u lösen, daß der Ultraschall-Wandler mit einem speziellen Längstrieb
und Stellungsgeber ausgestattet ist. Dieses Gerät läßt sich jedoch nicht überall hin, insbesondere nicht in
den Magen oder Darm einführen. Außerdem ließen sich wegen des unbestimmten Abstandes zwischen dem
Ultraschallwandler und der Magen- ode- Darmwand bestimmte Teile nicht oder nur sehr unbestimmt
beobachten.
Bei bekannten Ultraschall-Endoskopen ist eine Anordnung bekannt, bei der ein Ultraschall-Wandler in
das Rektum eingesetzt und innerhalb eines Wasser enthaltenden Balges zur Prostata-Untersuchung gedreht
wird. Es ist auch ein Endoskop bekannt, das im distalen Ende eines Katheters zum Einsatz in die
Hauptarterie bzw. das Herz angeordnet ist. Bei einer anderen Anordnung sind mehrere Ultraschall-Wandler
in einer Reihe an der Seite eines Sondenrohres in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung angeordnet, um den
Beobachtungsbereich zu vergrößern. Sie dienen zur linearen Abtastung, wozu sie nacheinander elektrisch
angesteuert werden.
Diese Diagnosegeräte oder Endoskope ermöglichen aber keine optische Beobachtung der Bauchhöhle
od. dgl, so daß, wenn diese in die Bauhhöhle eingesetzt werden, der Nachteil bestehen bleibt, daß die Stelle, an
der sich der Ultraschallwandler in der Bauchhöhle w befindet oder die Richtung, in der er orientiert ist, nicht
erkennbar ist Wenn das Gerät in die Bauchhöhle eingesetzt wird, führt die Unmöglichkeit, das Innere der
Bauchhöhle beobachten zu können, zu einer Gefährdung des Patienten. Obwohl die Anordnung des Gerätes
in einer relativ flachen Körperhöhle einfacher Form, wie dem Rektum oder der Speiseröhre, möglich ist, ist es
doch sehr schwer, es in eine Körperhöhle einzubringen, die eine kompliziertere Form und ein beträchtliche
Tiefe hat, wie z. B. den Magen, den Zwölffinger- oder
den Dünndarm, wofür eine sehr hohe Geschicklichkeit des Arztes erforderlich ist. Diese Probleme lassen sich
allein durch die Verwendung eines Endoskops gegenüber anderen Geräten nicht lösen. Ein medizinisches
Endoskop, das keine erheblichen Schmerzen und keine Verletzung des Patienten bewirkt, ist in seiner Dicke
begrenzt Ein Endoskop, daß durch die Speiseröhre zur Magen- oder Zwölffingerdarm-Beobachtung eingeführt
wird, darf keinen größeren Durchmesser als etwa 13 bis
14 mm aufweisen. Dies bedingt, daß ein Ultraschallwandler sehr geringer Größe zu verwenden ist, um in
das Endoskop einbaubar zu sein. Ein derzeitig verfügbarer Ultraschallwandler, der zur elektronischen
Sektorabtastung Verwendet wird und mehrere Elemente hat, hat Abmessungen von etwa 10x13x16 mm3 und
kann daher nicht in ein Endoskop eingebaut werden. Es kann somit nur ein mit einem einzigen Element
versehener Ultraschallwandler verwendet werden, der naturgemäß nur einen sehr beschränkten Beobachtungsbereich
hat
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die Beobachtungsmöglichkeit des eingangs genannten
Endoskops mit Ultraschallabtastung vom Körperinneren aus dahingehend zu verbessern, daß eine
leistungsfähigere Beobachtung und eine Erweiterung des Beobachtungsbereiches im Körper erreicht wird.
Ein diese Aufgabe lösendes Endoskop ist im Anspruch 1 und mehrere AusgestaUungen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet
Dadurch, daß die öffnung der den Ultraschall-Wandler
aufnehmenden Kammer mit einer hochelastischen Membran verschlossen ist, die durch in die Kammer
eingepumpte Ultraschall-Kopjlungsflüssigkeit nach
außen erweiterbar ist, wird eine bessere Auflösung wegen des Wegfalls von Reflexionsflächen zwischen
Ultraschallwandler und Körperwand erzielt Außerdem läßt sich der Bereich der Ultraschallbeobachtung mit
dem Auge verfolgen, so daß genau jene Stellen beobachtet werden, die für den Arzt von besonderer
Bedeutung sind. Es muß nicht indirekt auf den Ort der Beobachtung geschlossen werden. Die erfindungsgemäße
Ausbildung ermöglicht eine mechanische B-Sektorabtastung im distalen Ende eines sehr dünnen Endoskops,
das sich aufgrund seiner Kleinheit auch an schwer zugänglichen Stellen einsetzen läßt. Die Schwenkbewegung
des Ultraschallwandlers kann von außen oder von innen her durch die Verstelleinrichtung erzeugt werden.
Durch eine Beobachtung des beleuchteten Bereiches und eine B-Sektorabtastung mit entsprechender Abtastwinkelrückmeldung
und die dadurch bedingte Kompaktheit des Abtast- und Beobachtungsteils ist die Erfassung eines innenliegenden Organteils möglich, auf
das ein in einer Sonde fest eingebauter, ein ausreichend großes Bildfeld erfassender Wandler in der Regel nicht
hätte ausgerichtet werden können. Die Verstelleinrichtung für den Ultraschallwandler kann im am distalen
Ende des Schlauches vorgesehenen Gehäuse oder auch an der körperexternen Anzeigevorrichtung vorgesehen
sein. Die Verbindung zum Ultraschallwandler erfolgt dann zweckmäßigerweise über ein Seil oder eine
flexible Welle. Zusätzlich zum Antriebsmotor kann ein weiterer Detektormotor vorgesehen sein, der von einer
gemeinsamen oder gesonderten synchronisierten Energiequelle gespeist wird und aus dessen Winkeldrehung
der Abtastwinkel des Ultraschallwandlers abgeleitet wird.
Zusätzlich kann ein Magnetkreis vorgesehen sein, der in einer Trennwand zwischen dem Gehäuse des
Ultraschallwandlers und einem Gehäuse für den Antriebsmotor angeordnet und mit einem magnetischen
Fluid gefüllt ist, so daß der Motor von der Ultraschall-Kopplungsflüssigkeit (Ultraschall-Überiragungsmedium)
im Gehäuse durch das magnetische Fluid abgedichtet ist. Der mit einem magnetischen Fluid
gefüllte Magnetkreis in der Trennwand zwischen dein Wandler- und dem Antriebsmotorgehäuse verringert
den mechanischen Verlust an Ausgangsleistung und verschließt das Gehäuse wasserdicht.
Mit dem distalen Ende des Endoskops kann der Ultraschall-Wandler tief in einen Körperhohlraum
eingeführt werden, so daß der Abstand des Wandlers von einem Körperorgan, von dem eine tomographische
Ultraschall-Abbildung erstellt werden soll, gering ist und die Ultraschallenergie aus geringer Entfernung
emittiert werden kann. Dadurch wird der Einfluß benachbarter Körpergewebe durch Absorption von
■ Ultraschallenergie vermindert. Es kann somit Ultraschallenergie
mit hoher Frequenz von etwa 5 bis 10 MHz verwendet werden. Die kleinere Ultraschall-Wellenlänge
verbessert die Auflösung des in der Anzeigevorrichtung erzeugten Bildes beträchtlich.
Ein Organ wie die Bauchspeicheldrüse, die für eine Ultraschall-Abbildung von der Körperoberfläche aus
anatomisch ungünstig liegt, kann durch die Magenwand leicht abgebildet werden.
Die gleichzeitige Verwendung eines optischen Beobachtungssystems
ermöglicht es, eine unmittelbar Abbildung der Innenwand eines Körperhohlraums und die
tomographische Ultraschall-Abbildung von hinter der Wand gelegenen Organteilen zur Diagnose gleichzeitig
zu beobachten. Dies ermöglicht es auch, die Ultraschallenergie exakt auf die Stelle zu richten, die zu
beobachten ist.
Durch die Vermeidung von Reflexion und einer Dämpfung der Ultraschallenergie mittels der den
gesamten Raum zwischen Wandler-Sendefläche und Oberfläche des zu beobachtenden Körperteils ist auch
das Signal-Rausch-Verhältnis der tomographischen Abbildung verbessert.
Auch durch die erhebliche Schwenkbarkeit des Ultraschall-Wandlers wird die Auflösung der Abbildung
erhöht.
Der Abtastwinkelgeber kann gesondert vom Antriebsmotor vorgesehen sein, um synchron mit diesem
zu arbeiten. Ist er mit einem Abtastwinkelgeber verbunden, so können Größe und Gewicht des distalen
Endes des Endoskops, in dem die mechanische Abtastung erfolgt, verringert werden.
Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 11 ist ein gesonderter Abtastwinkelgeber nicht erforderlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt
Fig. 1 eine Ansicht eines Endoskops mit einem schwenkbaren Ultraschall-Wandler im Gehäuse des
distalen Endes des Endoskopschlauches,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch das distale Ende des ohne Membran dargestellten Endoskops nach F i g. 1,
Fig.3 einen Querschnitt durch einen Ultraschall-Wandler
für das Endoskop nach F i g. 2,
Fig.4 und 5 Querschnitte durch weitere Ausführungsformen
des Ultraschall-Wandlers,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch das distale Ende einer weiteren Ausführungsform der mechanischen
B-Sektorabtastung des Endoskops nach F i g. 2, wobei die Membran nicht dargestellt ist,
Fig. 7 und 8 Seitenansichten weiterer Ausführungsformen
einer Verstelleinrichtung für den Ultraschall-Wandler des Endoskops nach den F i g. 2 und 6,
Fig. 9 und iO perspektivische Ansichten von
Abtastwinkelgebern,
F i g. 11 einen Längsschnitt durch das distale Ende einer weiteren Ausführungsform mit mechanischer
B-Sektorabtastung,
Fig. 12 ein Blockschaltbild, aus dem die Anordnung
der Pumpe zum Zu- und Abführen einer Ultraschall-Kopplungsflüssigkeit in das Gehäuse mit dem Ultraschallwandler
nach F i g. 11 hervorgeht,
F i g. 13 ein Blockschaltbild der elektrischen Teile des Endoskops,
Fig. 14 den Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, der eine mit dem Gerät nach Fig. 13 rekonstruierte
tomographische Ultraschallabbildung darstellt,
Fig. 15 bis 18 Blockschaltbilder weiterer Ausführungsformen
des Endoskops,
Fig. 19 einen Längsschnitt durch das distale Ende eines Endoskops nach F i g. 11 mit abgewandeltei
Membran,
F i g. 20 einen Längsschnitt durch das distale Ende einer weiteren Ausführungsform des Endoskops mi
mechanischer B-Sektorabtastung nach F i g. 11,
Fig. 21 eine perspektivische Darstellung des teilwei
se geschnitten dargestellten Magnetkreises nacf F ig. 20,
F i g. 22 eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungs
form des Magnetkreises,
F i g. 23A und 23B Querschnitte des distalen Ende; eines Endoskops mit mechanischer B-Sektorabtastung
wobei F i g. 23A das Endoskop im Betrieb und F i g. 23E das Endoskop außer Betrieb zeigt,
F i g. 24 eine Stirnansicht eines Endoskops nacl Fig.23Aur.d23B,
F i g. 25 eine Darstellung der Richtcharakteristik de; Ultraschall-Strahls in Abhängigkeit vom Durchmessei
des Ultraschall-Wandlers,
Fig.26 und 27 Querschnitte des Ultraschall-Wand
lers des Endoskops der F i g. 23A und 23B,
F i g. 28 einen Querschnitt einer Ausführungsform dei
Antriebseinrichtung für den Ultraschall-Wandler dei F i g. 26 und 27,
Fig. 29 und 30 Querschnitte einer weiteren Ausfüh
rungsform der Verstelleinrichtung,
Fig. 31 eine Darstellung zur Erläuterung dei
Ermittlung des Abtastwinkels des Wandlers der F i g. 2i und 30,
F i g. 32 und 33 Querschnitte einer Verstelleinrichtung
zum Antrieb des in den F i g. 29 und 30 dargestellter Ultraschall-Wandlers,
Fig.34 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh
rungsform einer Verstelleinrichtung für den Ultraschall
Wandler, wobei die Membran nicht dargestellt ist,
F i g. 35 einen Querschnitt einer abgewandelter Ausführungsform des Endoskops der F i g. 29 und 3(
und der Membran,
F i g. 36 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh rungsform der Verstelleinrichtung für den Ultraschall
Wandler,
F i g. 37 eine Einzelheit der Versteileinrichtung nach
F i g. 36 und
F i g. 38 und 39 Querschnitte weiterer Verstelleinrich
tungen für den Ultraschall-Wandler des Endoskop: nach Fig. 37.
Das Endoskop nach F i g. 1 ist ein flexibles Endoskop 1 für seitliche Beobachtung und hat eine körperexterns
Ultraschall-Auswerte-Anzeigevorrichtung 2 bzw. eir Bedienungsteil 2, um verschiedene Bedienungsvorgänge
durchführen zu können, und ein in einen Körpei einzuführendes Einsatztei! 6, das mit dem Bedienungs
teil verbunden ist, und einen flexiblen Schlauch 1 geringen Durchmessers, einen biegsamen Teil 4 und eir
distales Ende 5 aufweist Der flexible Schlauch 3, dei biegsame Teil 4 und das distale Ende 5 bilden zusammer
das Einsatzteil 6, das in eine Bauchhöhle eines Patienter einführbar ist. Beim Einsetzen des Endoskops 1 wird das
distale Ende 5 mit einem Gehäuse 12 für einer Uitraschall-Sende- und -Empfangswandler 11 (in
folgenden als Ultraschallwandler oder kurz als US Wandler bezeichnet) zunächst in die Bauchhöhle
eingeführt
Wie F i g. 2 zeigt, hat das Gehäuse 12 eine Öffnunj 12a, hinter der der Ultraschallwandler 11 angeordnet ist
ferner ein Beleuchtungsfenster 15 mit einer Glasplatte 14, die vor der einen Stirnfläche eines als Lichtleitei
dienenden optischen Faserbündels 13 angeordnet ist, und ein Beobachtungsfenster 19 mit einer Glasplatte 18,
hinter der ein optisches Abbildungssystem vor der Stirnfläche eines als Abbildungsleiter dienenden optischen
Faserbündels 16 angeordnet ist. Die öffnung 12a und die Fenster 15 und 19 sind in axialem Abstand und
auf einer Mantellinie des distalen Endes 5 abstandsgleich angeordnet Das Abbildungsfaserbündel 16
verläuft durch den biegsamen Teil 4 und den flexiblen Schlauch 3 zum proximalen Bedienungsteil 2, dessen
andere Stirnfläche hinter einem Okular 7 liegt. Das BeleuchtungsfaserbUndel 13 verläuft ebenfalls durch
den biegsamen Teil 4 und den flexiblen Schlauch 3 zum Bedienungsteil 2 und ist über ein Verbindungsrohr 8 vor
eine nicht dargestellte Lichtquelle geführt. Dadurch kann durch das Okular die Innenwand einer Bauchhöhle
beobachtet werden, während sie durch die Lichtquelle beleuchtet wird. Mit einem Betätigungshebel 9 läßt sich
die Biegung des biegsamen Teils 4 verändern.
Wie F i g. 3 zeigt,jhat der Ultraschallwandler 11 einen
Vibrator 21, der aus piezoelektrischem Material wie Pb(ZrXi)O3, LiNbO3, mit zwei Elektrodenschichten 22,
23 an der oberen und unteren Oberfläche besteht. Eine Isolierschicht 24 aus Epoxyharz ist auf die obere
Oberfläche der Elektrodenschicht 22 aufgebracht, die eine Ultraschallenergieemissionsfläche darstellt, ebenso
wie auf die Seitenflächen des US-Wandlers 11, um eine
Anpassung der akustischen Impedanz an ein Ultraschallübertragungsmedium wie entlüftetem Wasser und
eine elektrische Isolierung zu bewirken. Eine Ultraschalldämpfungsschicht 25, z. B. aus Epoxywolfram oder
Wolframat, dem ein organisches Epoxyharz zugemischt ist, ist an der unteren Oberfläche der Elektrodenschicht
23 befestigt Die Dämpfungsschicht 25 dient zur Absorption der Ultraschallenergie, die von der unterern
Oberfläche der Elektrodenschicht 23 emittiert werden kann, die der Ultraschallenergieemissionsfläche des
US-Wandlers 11 gegenüberliegt Wie F i g. 2 zeigt, ist an
der unteren Oberfläche der Dämpfungsschicht 25 das obere Ende einer Halterung 26 befestigt die auf einem
Lagerstift 27 schwenkbar ist Ein Antriebsdraht 28 ist mit seinem einen Ende mit dem unteren Ende der
Halterung 26 verbunden und kann gezogen oder entspannt werden, um die Halterung 26 um den Stift 27
zu schwenken. Diese Schwenkbewegung der Halterung 26 bewirkt, daß der Wandler 11 in einer axialen Ebene
des distalen Endes 5 schwenkt so daß eine mechanische B-Sektorabtastung durchgeführt wird. Das distale Ende
des Antriebsdrahtes 28 verläuft durch ein flexibles Führungsrohr 31, das mit einer Trennwand 29a fest
verbunden ist, die das Gehäuse 12 begrenzt; sein anderes Ende erstreckt sich zum proximalen Bedienungsteil
2, der mit einer Antriebseinheit (nicht gezeigt) wie einem Motor verbunden ist um ihn wahlweise zu
entspannen.
Ein lineares Potentiometer 32 hat eine Betätigungswelle 32a, die sich durch eine Trennwand 296 erstreckt
die ebenfalls das Gehäuse 12 begrenzt, und die an der linken Seite in Fig. 2 der Halterung 26 anliegt, um den
Abtastwinkel des US-Wandlers 11 zu erfassen. Die Welle 32a ist mit dem beweglichen Kontakt des
Potentiometers 32 verbunden und ist durch eine Feder so beaufschlagt, daß sie nach vorne vorsteht und eine
Lage einnimmt, die der Winkellage des US-Wandlers 11
entspricht Die Lage der Welle 32a wird somit vom Potentiometer 32 als Potentialdifferenz erfaßt, die den
Abtastwinkel des US-Wandlers 11 darstellt
Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform des
Ultraschallwandlers im Querschnitt. Der Ultraschallwandler 11/4 besteht aus einem Ultraschallvibrator 21A
dessen obere Oberfläche, die die Ultraschallenergieemissionsfläche darstellt, konkav ausgebildet ist; zwei
Elektrodenschichten 22A 23Λ sind auf die beiden Hauptflächen des Vibrators aufgebracht. Der Ultraschallstrahl
dieses Wandlers konvergiert dadurch in einem Brennpunkt und wird somit an einer Stelle
innerhalb des Körpers fokussiert, der untersucht werden
ίο soll. Dadurch wird die azimuthale Auflösung der
tomographischen Abbildung verbessert. Eine Isolierschicht 24Λ ist auf die Emissionsfläche des US-Wandlers
11Λ aufgebracht.
Bei der Ausführungsform der F i g. 5 wird eine ähnliche Wirkung dadurch erreicht daß eine akustische Linse 33, z. B. aus Epoxyharz, mit konkaver Oberfläche auf die Emissionsfläche des flachen US-Wandlers 11 aufgeklebt ist siehe F i g. 3.
Bei der Ausführungsform der F i g. 5 wird eine ähnliche Wirkung dadurch erreicht daß eine akustische Linse 33, z. B. aus Epoxyharz, mit konkaver Oberfläche auf die Emissionsfläche des flachen US-Wandlers 11 aufgeklebt ist siehe F i g. 3.
Im Gegensatz zu der Anordnung der F i g. 2, bei der ein axiale Hin- und Herbewegungen ausführender
Antriebsdraht 28 zum Antrieb des US-Wandlers 11 verwendet ist, besteht die Antriebseinrichtung der
F i g. 6 aus einer flexiblen Welle 41 aus einem Draht mit relativ geringer Verdrehung und ist mit dem einen Ende
einer Tragwelle 44 durch ein Halteglied 42 verbunden. Die Welle 44 ist mit einem Halteglied 43 fest verbunden,
das mit dem Wandler 11 verbunden ist und ist in Trennwänden 29a, 296 drehbar gelagert. Die Welle 44
ist mit der Welle eines Drehpotentiometers 45 einstückig ausgebildet, das den Abtastwinkelgeber des
US-Wandlers 11 darstellt. Die Welle 41 verläuft durch ein flexibles Führungsrohr 46 zum Bedienungsteil 2, wo
ihr anderes Ende zur Drehung mit einem nicht gezeigten Antrieb verbunden ist.
Wenn die Antriebseinrichtung des US-Wandlers 11 auf diese Weise aufgebaut ist ist die Emissionsfläche des
US-Wandlers 11 normal zur axialen Richtung des distalen Endes 5 des Endoskops 1 gerichtet, so daß der
US-Wandler 11 in radialer Richtung des distalen Endes
5 abtasten kann.
Die F i g. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform der Antriebseinrichtung des US-Wandlers 11 mit einem
dynamoelektrischen Schwingspulenbetätigungsglied 51 mit einer Ausgangswelle 52, an der ein Stift 52a befestigt
ist der in einen Längsschlitz 53a eines Haltegliedes 53 des US-Wandlers 11 eingreift Der US-Wandler 11 ist
auf einem Stift 54 schwenkbar und wird durch zwei Schraubenzugfedern 55a, 556 in entgegengesetzten
Richtungen gezogen, die an gegenüberliegenden Seiten
so einer Ultraschalldämpfungsschicht 25 befestigt sind; das andere Ende dieser Federn ist an einem stationären Teil
befestigt, so daß der Wandler normalerweise in einer Gleichgewichtslage der Federn 55a, 556 verbleibt Die
Antriebseinrichtung der F i g. 8 hat zwei Elektromagnete 62a, 626, die einander gegenüberliegend an
gegenüberliegenden Seiten eines Haltegliedes 61 befestigt sind, das aus einem magnetisch weichen
Material besteht Wie in F i g. 7 wird der US-Wandler 11
durch zwei Schraubeüzugfedern 63a, 636 in entgegengesetzte
Richtungen gezogen. Wenn den Magneten 62a oder 626 ein Erregungsstrom zugeführt wird, wird das
Halteglied 61 von diesem angezogen, so daß der US-Wandler 11 eine Abtastbewegung um den Stift 64
ausführt, um den er schwenkbar ist Der Abtastwinkel des US-Wandlers 11 kann aus dem Antriebsstrom des
Betätigungsgliedes 61 oder dem Erregerstrom der Elektromagneten 62a, 626 ermittelt werden. Es kann
jedoch auch ein gesondertes Abtastwinkelgeberpoten-
tiometer oder ein anderer Geber vorgesehen werden.
F i g. 9 zeigt eine weitere Form eines Abtastwinkelgebers des Ultraschallwandlers. Eine Lichtabschirmplatte
71 ist mit einem Tragstift 27 (44, 54, 64) eines Haltegliedes 26 (43, 53, 61) verbunden, an dem der
US-Wandler 11 befestigt ist. Ein Licht-Emissionselement 72 wie eine Lichtemissionsdiode und ein
Lichtempfangselement 73 wie eine Fotodiode sind an gegenüberliegenden Seiten der Platte 21 gegenüberliegend
angeordnet und bilden den Abtastwinkelgeber. Die Welle, an der die Abschirmplatte 71 befestigt ist, ist
nicht auf die Stifte 27, 44, 54, 64 beschränkt, sondern kann irgendeine Welle sein, die mit diesen Stiften über
ein Untersetzungsgetriebe verbunden ist.
Wenn der Abtastwinkelgeber in dieser Weise aufgebaut ist, bewegt sich die Abschirmungsplatte 71,
wenn der US-Wandler 11 schwenkt, so daß die Menge des auf das Empfangselement 73 auffallenden Lichtes
dadurch geändert wird. In entsprechender Weise erzeugt das Element 73 ein sich änderndes Fotostromausgangssignal,
aus dem der Abtastwinkel des US-Wandlers 11 abgeleitet werden kann. Bei dem gezeigten
Beispiel hat die Abschirmungsplatte 71 eine geradlinige Oberkante 71a, die jedoch auch eine gekrümmte Form
haben kann, so daß das Element 73 ein Fotostromausgangssignal erzeugt, das dem Sinus θ oder dem
Cosinus θ proportional ist, wobei θ den Abtastwinkel des US-Wandlers 11 darstellt. Dadurch kann der
Funktionsgenerator einer später zu beschreibenden Abbildungsvorrichtung vereinfacht werden.
Fig. 10 zeigt einen Abtastwinkelgeber für den Ultraschallwandler in Form eines Drehcodierers 81.
Dieser hat eine transparente Scheibe 83, die auf dem Stift 27, 44, 54, 64 befestigt ist, und raidale
undurchlässige Linien längs des Umfangs, sowie ein Lichtemissionselement 84 und ein Lichtempfangselement
85, die aufeinander ausgerichtet und am Umfang der Scheibe 83 gegenüberliegend angeordnet sind. Bei
dieser Anordnung erzeugt das Element 85 ein Impulssignal proportional dem Schwenkwinkel des
US-Wandlers 11, so daß aus dem Impulssignal dessen Abtastwinkel θ abgeleitet werden kann. Die Genauigkeit
der Ermittlung des Abtastwinkels θ kann dadurch verbessert werden, daß die Scheibe 83 an einer Welle
befestigt wird, die mit einem der Stifte 27,44,54,64 über
ein Getriebe verbunden ist. Das Impulssignal des Elements 85, das den Abtastwinkel θ angibt, kann zur
Triggerung eines Triggerkreises verwendet werden, der einen Ultraschallimpuls erzeugt, so daß eine tomographische
Abbildung erhalten werden kann, die eine Sektorabtastform mit einer Abtastlinie für jeden
Winkelschritt hat. Weiterhin kann das linerare Potentiometer 32 der F i g. 2 durch einen linearen Codierer zur
Bildung der Abtastwinkeldetektoreinrichtung ersetzt werden.
F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Antriebseinrichtung für den US-Wandler 11. Bei diesem
Beispiel besteht die Antriebseinrichtung im wesentlichen aus einem Miniaturantriebsmotor 90, der in dem
zuvor erwähnten Teil des distalen Endes 5 untergebracht ist, und einem Wandler 91, der die Drehbewegung
der Ausgangswelle des Antriebsmotors 90 mit einer Drehzahluntersetzung in eine Schwenkbewegung
zur Übertragung auf eine Welle 92 umwandelt Der Wandler 91 kann aus einem Untersetzungsgetriebe
bestehen. Die Welle 92 erstreckt sich in das Gehäuse 12 durch eine Trennwand Täd, die das Gehäuse 12
begrenzt, und eine Dichtung 93, die einen Kupplungsflüssigkeitsaustritt
verhindert. Ein Halteglied 94 ist am freien Ende der Welle 92 ausgebildet und trägt den
US-Wandler 11. Wenn der Motor 90 ein Impulsmotor ist, der sich pro Impuls um 60° dreht, kann der Wandler
91 so ausgebildet sein, daß er diesen Winkelschritt in eine Winkelbewegung von 12', d. h., mit einer Untersetzung
von 1/300 umwandelt.
Bei dem beschriebenen Endoskop hat das Gehäuse 12 eine öffnung 12Λ, die durch eine Membran 95 aus einem
sehr elastischen Material wie einer Gummimembran geschlossen ist. Ein Flüssigkeitszufuhr- und -auslaßrohr
97 erstreckt sich vom proximalen Bedienungsteil 2 in das Gehäuse 12, wobei es eine Trennwand 29a und eine
Dichtung 96 durchläuft, um das Gehäuse 12 mit einer Ultraschallkopplungsflüssigkeit TM wie entlüftetem
Wasser zu füllen. Die Membran 95 kann sich somit entsprechend der Menge der Flüssigkeit TM, das dem
Gehäuse 12 zugeführt wird, expandieren oder kontrahieren. Die Membran 95 stellt damit einen Behälter für
die Kopplungsflüssigkeit TM dar, das die Absorption von Ultraschallenergie durch eine Gaskomponente
verhindert, die innerhalb einer Bauchhöhle vorhanden ist, und die die Ultraschallenergie wirksam zum Gewebe
eines lebenden Körpers überträgt. Wenn daher eine Ultraschalldiagnose durchgeführt werden soll, wird die
Membran expandiert, bis sie an der Innenwand 8 einer Bauchhöhle anliegt Außer Betrieb kann die Membran
sich kontrahieren, um jede Störung beim Einsetzen des Endoskops in die Bauchhöhle oder bei deren Beobachtung
zu verhindern. In F i g. 11 bezeichnet 98 Anschlußleitungen,
die ein Antriebssignal zum Antriebsmotor 90 übertragen, und 99 Anschlußleitungen, die ein Signal
zum US-Wandler 11 oder von diesem übertragen. Obwohl bei dem gezeigten Beispiel die Membran 95 aus
einem elastischen Material wie einer Gummimembran hergestellt ist, kann sie selbstverständlich auch zusammenlegbar
in Form eines Balges ausgebildet sein, der in bestimmter Form aufbewahrt werden kann.
Fig. 12 zeigt eine Einrichtung, die für die Zufuhr und
Verdrängung des Ultraschallübertragungsmediums TM im Gehäuse 12 verwendet werden kann, das durch die
Membran 95 verschlossen ist. Die Einrichtung besteht aus einer kombinierten Förder- und Verdrängungspumpe
101, einem dieser zugeordneten Bedienungsteil 102, einer Energiequelle 103, einem Behälter 104, der eine
Menge des Übertragungsmediums TM speichert, und einem Zuführ- und Auslaßrohr 105, das mit dem Zuführ-
und Auslaßrohr 97 über ein Verbindungsrohr 108 verbunden ist. Der Bedienungsteil 112 kann betätigt
werden, um der Pumpe 101 von der Energiequelle 103 einen Antriebsstrom zuzuführen. Die Pumpe arbeitet
dann und fördert das Medium TM aus dem Behälter 104 in das Gehäuse 12 oder verdrängt es umgekehrt aus dem
Gehäuse 12 in den Behälter iO4.
Ein Durchfluß- oder Druckmesser kann in einem Kanal angeordnet sein, um das Medium TM der
Membran 95 zuzuführen und die Menge des dem Gehäuse 12 zugeführten Mediums TM zu kontrollieren
bzw. einen Bruch der Membran 95 zu verhindern. Der der Pumpe 101 zugeordnete Betätigungsteil 102 kann
am proximalen Betätigungsteil 2 des Endoskops 1 angeordnet sein oder kann zur Betätigung einen
Fußschalter aufweisen. Statt der kombinierten Förderund Verdrängungspumpe 101 können eine Förderpumpe
und eine Saugpumpe gesondert vorgesehen sein, um die Zufuhr und Verdrängung des Mediums TM in der
Membran 95 über zwei unabhängige Leitungen zu bewirken.
Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung
im Endoskop. Die Abbildungsvorrichtung hat einen Antriebsmotor M, der eine Antriebseinrichtung
für einen Wandler T bildet, der aus dem Ultraschallwandler 11 besteht, einen Antriebskreis
MDC, der dem Motor M zugeordnet ist, einen Abtastwinkelgeber AD für den Wandler T, einen
Sinusfunktionsgenerator SPG und einen Cosinusfunktionsgenerator CPG, der einen Sinus -und einen
Cosinusfunktionswert des Abtastwinkels θ in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Detektors AD erzeugt,
einen Triggerimpulsgenerator TPG, der auf das Ausgangssignal des Detektors AD anspricht, um einen
Triggerimpuls bei einem bestimmten Wert des Abtastwinkels θ zu erzeugen, der einer der Abtastlinien
entspricht, einen HF-Impulsgenerator HPG zur Erzeugung eines Antriebssignals, das den Wandler T zur
Schwenkbewegung in Abhängigkeit von einem Triggerimpuls des Generators TPG erregt, einen Leistungsverstärker
RPA zur Verstärkung des Antriebssignals des Impulsgenerators RPG, einen Sende/Empfangs-Schaltkreis
TRS, der den Verstärker RPA mit dem Wandler T zur Schwenkbewegung bei Vorhandensein eines Ausgangssignals
des Leistungsverstärkers RPA verbindet und ein Ausgangssignal vom Wandler T, das in
Abhängigkeit von einem von diesen empfangenen Echo erzeugt wird, zu einem Helligkeitsmodulator bei
Vorhandensein eines Ausgangssignals des Leistungsverstärkers RPA überträgt, einen Sägezahngenerator
SWG, der auf einen Triggerimpuls des Generators TPG anspricht, um ein Sägezahnsignal At zu erzeugen, wobei
A eine Konstante und t die Zeit, beginnend mit dem Anfang des Triggerimpulseingangssignals, darstellt,
einen Analogvervielfacher AM, der das Sägezahnsignal A t um Ablenkungssignal sin θ und cos θ vervielfacht,
die von den Funktionsgeneratoren SPG und CPG erzeugt werden, einen X- und Y-Achsenverstärker
XYA, der die Ausgangssignale At%\nB und Λί cos θ
des Analogvervielfachers AM verstärkt, einen HF-Verstärker
RFA, der eine Ausgangsstufe des zuvor beschriebenen Helligkeitsmodulators bildet und das
Echoausgangssigna! des Wandlers T verstärkt, einen Detektor RQ der ein Signal der Schwenkbewegungsbzw.
Schwingungsfrequenz / des Wandlers T aus dem Ausgangssignal des H F-Verstärkers RFA extrahiert,
einen Z-Achsenverstärker ZA, der das Ausgangssignal des Detektors WC verstärkt und es als Helligkeitsmodulationssignal
abgibt, und eine Kathodenstrahlröhre CRT, die eine tomographische Ultraschallabbildung auf
der Grundlage der Abtastsignale der X- und V-Achsenverstärker
XYA und des Helligkeitsmodulationssignals des Z-Achsenverstärkers ZA wiederbildet und sie als
sichtbare Abbildung darstellt
Der Antriebsmotor M und der Wandler T sind im distalen Ende 5 des Endoskops 1 angeordnet und mit der
Abbildungsvorrichtung außerhalb des Endoskops über die zuvor erwähnte Anschlußleitung verbunden.
Die Arbeitsweise des Endoskops wird nun anhand der Abbildungsvorrichtung der F i g. 13 und der Anordnung
der F i g. 12 erläutert
Zunächst wird das Endoskop 1 in Fig. 12 in eine
Bauchhöhle mit dem distalen Ende 5 eingesetzt Wenn es eine gewünschte Stelle in der Bauchhöhle erreicht
hat, wird der Bedienungsieil 102 betätigt, um das
Übertragungsmedium TM in das Gehäuse 12 in F i g. 11 zu fördern, damit sich die Membran 95 expandiert und
am gewünschten Bereich der Innenwand 5 der Bauchhöhle anlegt Der Motorantriebskreis MDC in
F i g. 13 wird dann eingeschaltet, um den Antriebsmotor M mit Antriebsstrom zu versorgen, so daß er arbeitet.
Danach wird die Drehbewegung der Ausgangswelle des Motors M zu dem Wandler 91 übertragen, der sie mit
einer Geschwindigkeitsuntersetzung in eine Schwenkbewegung umwandelt, die auf das an der Tragwelle 92
befestigte Halteglied 94 übertragen wird. In Abhängigkeit davon schwenkt der Wandler 11 um die Achse der
Welle 92 in der radialen Ebene des distalen Endes 5, um die Abtastung des Körpergewebes durchzuführen. Der
Winkel, den der Wandler 11 oder der Wandler Γ der Fig. 13 während seiner Schwenkbewegung einnimmt,
wird als Abtastwinkel θ vom Abtastwinkelgeber AD ermittelt und dem Sinus- und dem Cosinusfunktionsgenerator
SFG und CFG zugeführt Bei ausgewählten Werten des Abtastwinkels Θ, die den einzelnen
Abtastlinien entsprechen, erzeugt der Geber AD ein Signal, das dem Triggerimpulsgenerator TPG zugeführt
wird, um einen Triggerimpuls zu erzeugen. Der Triggerimpuls wird dem HF-Impulsgenerator RFG und
dem Sägezahngenerator SWG zugeführt. In Abhängigkeit davon erzeugt der HF-Impulsgenerator RPG ein
Schwingungsantriebssignal für den Wandler T mit der Schwingungsfrequenz /für eine Dauer τ. Die Schwingungsfrequenz
/wird in der Größenordnung von 1 bis
10 MHz gewählt. Da der Wandler 11 in die Bauchhöhle
11 eingeführt wird, um eine Abbildung des inneren Gewebes von einer relativ nahen Stelle aus zu
ermöglichen, wird die Absorption der Ultraschallenergie durch dieses Gewebe verringert, so daß eine hohe
Frequenz in der Größenordnung von 5 bis 10 MHz verwendet und dadurch die Auflösung der Abbildung
verbessert werden kann. Die Schwingungsdauer wird in der Größenordnung von 1 μβ gewählt, so daß sie
ausreichend kleiner als das Zeitintervall ist, das notwendig ist, um aufgrund der Impedanzfehlanpassung
von dem inneren Gewebe zum Wandler Γ reflektiert zu werden.
Das Schwingungsantriebssignal des HF-Impulsgenerators RPG wird von dem Leistungsverstärker RPA
verstärkt, bevor es über den Schaltkreis PRS auf den Wandler Tgegeben wird. Dadurch wird der Wandler T
zu einer Schwingung mit der Frequenz /und der Dauer τ veranlaßt und gibt über das Übertragungsmedium TM
in Fig. 11 einen Ultraschallimpuls an das Innere des lebenden Körpers ab.
Der an das Innere des lebenden Körpers abgegebene Impuls trifft auf verschiedene Gewebe, die eine
akustische Impedanz Z=gCab, wobei ρ die Dichte eines Gewebes und C die Schallgeschwindigkeit im Gewebe
ist Aufgrund der Impedanzfehlanpassung wird der Impuls an einer Gewebegrenze reflektiert und kehrt
zum Wandler T zurück; dieser wird zur Resonanz veranlaßt und erzeugt ein Echosignal über den
Elektrodenschichten. Zwischen benachbarten Geweben können mehrere Grenzschichten vorhanden sein, wenn
man in Richtung des Gewebes T fortschreitet so daß der an jeder Grenzschicht reflektierte Impuls reflektiert
wird, und eine Zeitfolge von Echoimpulsen vom Wandler T in einer dem Abstand zu den jeweiligen
Grenzschichten entsprechenden Weise reflektiert wird. Diese Impulse werden dem HF-Verstärker RFA über
den Schaltkreis TRS zugeführt Der Detektor RC siebt ein Signal der gleichen Frequenz wie die Schwingungsfrequenz des Wandlers T nach der Verstärkung des
Signals durch den Verstärker RFA aus und führt es dem Z-Achsenverstärker ZA zu. Danach «ird eb auf die
Kathodenstrahlröhre CRT als
signal Zgegel εη.
Der Sägezahngenerator SWG erzeugt in Abhängigkeit von dem Triggerimpuls des Generators G ein
Sägezahnsignal At in zeitlicher Übereinstimmung mit dem Triggerimpuls. Das Sägezahnsignal Af wird mit
einem Sinuswert β und einem Cosinuswert θ des Abtastwinkels Θ, die vom jeweiligen Funk;ionsgenerator
FSG und CPG erzeugt werden, in dem Analogvervielfacher AM multipliziert, und die sich ergebenden
Produkte werden in dem X- und K-Achsenverstärker XYA als horizontale und vertikale Signale für den
Eingang der Kathodenstrahlröhre CÄTals Signale X, Y
verstärkt die die Abtastlinien bestimmen. Es entsteht somit eine Abtastlinie 1 zeitlich auf dem Bildschirm der
Röhre CRT, wie F i g. 14 zeigt Die Linie /schneidet sich mit einer Abtastlinie 10 für den Abtastwinkel θ = 0, die
gestrichelt gezeigt ist, im Ursprung O und bildet mit
diesem einen Neigungswinkel Θ. Die auf dem Bildschirm der Röhre CRT erzeugte Darstellung ist jedoch nicht
die Abtastlinie / selbst in Form einer einzigen Helligkeitslinie, sondern bildet Helligkeitspunkte m 1,
m 2, die seitlich mit dem Auftreten des Helligkeitsmodulationssignals Zübereinstimmen.
Wenn auf diese Weise eine einzelne Abtastung längs einer einzelnen Abtastlinie vervollständigt ist, bewegt
die Drehung des Antriebsmotors Mden Wandler Tan
eine Stelle, die einen Abtastwinkel hat, der der nächsten Abtastlinie entspricht Wenn z. B. die Abtastlinien einen
Abstand von 12' haben, entspricht die nächste Lage einem Abtastwinkel von Θ + 12'. Der Vorgang wird
dann wiederholt, und es wird der Ort der Lage der Gewebegrenzschichten auf dem Schirm der Röhre CRT
in Abhängigkeit von den Helligkeitslinien dargestellt, die einer gewünschten rekonstruierten Gewebeabbildung
des Körpers entsprechend dem Polarkoordinatensystem darstellen. Das Endoskop erzeugt somit durch
Ultraschallsektorabtastung eine tomographische Körpergewebeabbildung I.
F i g. 15 zeigt eine Ausführungsform, die zusätzlich zu
einem Motor M1 im distalen Ende 5 zum Antrieb des Wandlers T einen weiteren Motor M 2 hat, der im
proximalen Bedienungsteil 2 angeordnet ist und synchron mit dem Motor Ml zur Erfassung eines
Abtastwinkels arbeitet. Der Zweck des zweiten Motors M 2 am proximalen Ende ist es, den Abtastwinkelgeber
AD in der Abbildungsvorrichtung statt im distalen Ende 5 anordnen zu können. Diese Anordnung ist an die
Schwierigkeit angepaßt, den Abtastwinkelgeber im distalen Ende 5 anzuordnen, da das Diagnosegerät in
einem sehr begrenzten Raum des distalen Endes 5 des Endoskops untergebracht werden muß, obwohl dit.se
Schwierigkeit bei einem üblichen Endoskop nicht auftritt, das einen Ultraschallstrahl an die äußere
Körperoberfläche abgibt und daher hinsichtlich Größe oder Form nicht begrenzt ist. Der zweite Motor M 2,
der zur Ermittlung des Abtastwinkels verwendet wird, ist mit dem Detektor AD verbunden. Da der Motor M 2
synchron mit dem Antriebsmotor M1 arbeitet, ermöglicht die Kenntnis der Winkelbewegung der Abtriebswelle des Motors M 2 die indirekte Ermittlung des
Abtastwinkels θ des Wandlers T. Beide Motoren M1
und M 2 sind in der gleichen Weise hergestellt und werden von einem synchronisierten Signal des gemeinsamen
Motorantriebskreises MDCangetrieben.
Das wesentliche Merkmal dieser Ausführungsform liegt darin, daß die Bewegung des Wandlers 11 im
distalen Ende 5 indirekt außerhalb von diesem erkannt werden kann; es ist ersichtlich, daß zahlreiche
Abwandlungen dieser Anordnung mOglicn sind. Wenn
z.B. dem Antriebsmotor Ml (90) der Wandler 91 in Fig. 11 zugeordnet wird, wird in ähnlicher Weise dem
Abtastwinkelgebermotor M 2 ein Wandler zugeordnet Da es nur notwendig ist, daß die Abtriebswelle des
Motors M 2, die mit einer Detektorstange des Abtastwinkelgebers AD verbunden ist, mit der
Schwenkbewegung des US-Wandlers 11 synchronisiert
ist, ist es wesentlich, dab beide Motoren M1 und M2 in
ίο gleicher Weise hergestellt sind. Durch geeignete Wahl
der Beziehung zwischen dem Motor M 2 und dem Geber AD können die Sinus Θ- und Cosinus Θ-Ausgangssignale
direkt vom Geber AD ohne Verwendung des Sinus- und des Cosinus Funktionsgenerators SFG
und CFG erhalten werden.
Die Abbildungsvorrichtung nach Fig. 16 hat einen
Taktimpulsgenerator CG, der ein Taktimpulssignal erzeugt um den Antriebsmotor M zu betreiben. Das
Taktimpulssignal wird von einem Adressenzähler AC gezählt, der ein Adressensignal liefert, das zum Auslesen
eines Sinus- und eines Cosinusfunktionswertes verwendet wird, die in Speicherkreisen MCl und MC2
gespeichert sind, so daß Ablenksignale abgeleitet werden. Ein Taktimpulssignal des Generators CG wird
einem Motorregelverstärker MCA, einem Adressenzähler ACund eil em Verzögerungsglied DCzugeführt Der
Verstärker MCA spricht auf das Taktsignal durch Drehen des Antriebsmotors mit konstanter Geschwindigkeit
an. Der Zähler AC zählt das Taktimpulssignal, und sein Zählerstand wird den Speicherkreisen MCl
und MC 2 als Adressensignal zugeführt. Die Speicherkreise MC 1, MC2 sind als Festspeicher ausgebildet und
speichern Sinus- und Cosinusfunktionswerte (sin Θ, cos Θ) des Abtastwinkels Θ, der durch das Adressensignal
dargestellt wird. Diese Funktionswerte sin θ und cos θ werden in Abhängigkeit von dem Adressensignal
ausgelesen. Die Funktionswerte werden in Form digitaler Werte ausgelesen, die dann in entsprechende
Anaiogwerte durch D/A-Wandler DACl, DAC2 umgewandelt und dem einen Eingang von Analogvervielfachern
AMl, AM2 zugeführt werden. Das dem Verzögerungsglied DC zugeführte Impulssignal wird
um ein bestimmtes Zeitintervall verzögert, das eine zeitliche Nacheilung des Betriebes des Antriebsmotors
M kompensiert, bevor es dem Triggerimpulsgenerator TPG zugeführt wird. In Abhängigkeit von dem
verzögerten Taktimpulssignal erzeugt der Generator 7"PC einen Triggerimpuls, der auf einen Sender TMl
gegeben wird, der aus einem HF-Impulsgenerator und einem Leistungsverstärker besteht, so «vie aus einem
Sägezahngenerator SWG. Der Sender TMTerzeugt ein
Schwingungsantriebssignal, das dem Wandler T über einen Sende/Empfangs-Schaltkreis TRS gegeben wird
so daß er zu einer Ultraschallschwingung angelegt wird Ein von den Körpergeweben reflektiertes Echo wird
vom Wandler T empfangen und über den Schaltkreis TRS einem Empfänger R V zugeführt, der aus einem
HF-Verstärker und einem Detektor besteht und ein Helligkeitsmodulationssignal abgibt. In Abhängigkeil
von dem Triggerimpuls erzeugt der Sägezahngenerator SWG ein Sägezahnsignal Ai als Ablenksignal, das durch
Ablenksignale bzw. Funktionswerte sin Θ, cos θ in dem Analogvervielfachern AMl, AM2 multipliziert wird
um Eingangssignale für den A"-Achsenverstärker XA
und den y-Achsenverstärker YA zu erzeugen, die wiederum Ausgangssignal X, Y erzeugen, die eine
darzustellende Abtastlinie bestimmen.
Wenn die Abbildungsvorrichtung in dieser Weise
aufgebaut ist, ermöglicht die Zählung der Taktsignale
die Kenntnis der Winkellage des Antriebsmotors M bzw. des Abtastwinkels θ des Wandlers T, so daß kein
gesonderter Abtastwinkelgeber erforderlich ist Dadurch kann das distale End; 5 des Endoskops nach
Größe und Gewicht verringert werden.
Fig. 17 zeigt eine Abwandlung des Antriebs der
Fig. 16 insoweit, als der übliche Gleichstrom-Antriebsmotor
M durch einen Impulsmotor M 3 ersetzt ist. Dieser kann durch den Motorantriebskreis MDC
umgeschaltet werden, der auf ein Taktimpulssignal des Generators CG anspricht, so daß der Wandler 91 nicht
verwendet werden muß, um die Drehung des Motors Λ/3 in eine Schwenkbewegung des US-Wandlers 11
umzuwandeln, wodurch die dem US-Wandler 11 zugeordnete Antriebseinrichtung weiter vereinfacht
wird. Da das Ausmaß der Schwenkbewegung bzw. Abtastung des US-Wandlers 11 mechanisch nicht
bestimmt ist, kann eine Information, die das Abtastausmaß
bestimmt, dem Motorantriebskreis MDC und dem Adressenzähler AC zugeführt werden, um das Abtastausmaß
in der gewünschten Weise zu wählen. Die Wahl erfolgt in einfacher Weise.
Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform, die eine externe
Anzeige der Abtastrichtung des Wandlers liefert. Die Vorrichtung hat zusätzlich zu der Abbildungsvorrichtung
in F i g. 17 einen Speicherkreis MC3, der aus einem
leistungslosen Speicher wie einem Magnet- oder einem Magnetblasenspeicher besteht und den im Adressenzähler
ACenthaltenen Zählerstand speichert, eine Anzeigeeinheit DP, die den Speicherinhalt des Speichers MC3
als Information speichert, die die Richtung angibt, in der
der US-Wandler 11 abtastet, sowie einen Lese/Schreib-Steuerkreis
RWC, der den Informationsfluß zwischen dem Speicher MC3 und dem Adressenzähler AC
steuert
Mit dieser Anordnung wird die Richtung, in der der Wandler 11 abtastet, von der Anzeigeeinheit DP dem
Benutzer extern angezeigt. Bei einem Energieausfall während der Abtastung wird der Inhalt des Advessenzählers
£Cim Speicher MC3 gespeichert, so daß, wenn
die Abtastung wieder begonnen wird, der gespeicherte Inhalt des Speichers MC3 in den Adressenzähler EC
mittels des Steuerkreises RWC ausgelesen und die Abtastung von der Unterbrechungsstelle aus fortgesetzt
werden kann. Da die Abtastrichtung des US-Wandlers 11 stets erkennbar ist, kann das Abtastausmaß in
gewünschter Weise eingestellt und ein bestimmter Körperbereich mit hoher Genauigkeit erneut abgetastet
weiden.
Fig. 19 zeigt eine Abwandlung der beim Endoskop
nach F i g. 11 verwendeten Membran. Die Membran 111
besteht aus einem Balg, der den US-Wandler 11 und seine Halterung 94 hermetisch abdichtend umgibt. Ein
Teil der Membran 111 ist um die Abtastöffnung 12Λ, das
freie Ende des Rohres 97 und den mittleren Teil der Welle 92 wasserdicht befestigt. Dadurch wird die
Notwendigkeit von Trennwänden beseitigt, die das Gehäuse des Wandlers 11 bilden. Ein Bruch des
Gehäuses 111 an der Verbindungsstelle mit der Welle 92
kann nicht auftreten, da letztere nur eine begrenzte Schwenkbewegung durchführt.
Die Verwendung solch einer Membran ohne Trennwände zur Bildung des Gehäuses führt zu einer weiteren
Vereinfachung des Diagnosegerätes.
F i g. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform der mechanischen Abtasteinrichtung. Bei üen Geräten der
Fig. 11 und 19 ist der Antriebsmotor 90 nahe dem Wandler ti im distalen Ende 5 des Endoskops 1
angeordnet, um den US-Wandler 11 zu schwenken und
so eine mechanische Sektorabtastung innerer Gewebe zu erreichen. Wenn ein Impulsmotor mit Außenabmessungen
von etwa 5 mm 0x7 mm für den Antriebsmotor
90 verwendet wird, beträgt sein maximales Drehmoment etwa 1 mm g. Wenn ein Untersetzungsgetriebe
mit einem Übersetzungsverhältnis von 200 :1 und einem Übertragungswirkungsgrad von 50% für den
Wandler 91 verwendet wird, beträgt sein Ausgangsdrehmoment nur 0,1 mm g. Der zur Diagnose verwendete
Ultraschallstrahl kann über Gas nicht ausreichend übertragen werden, und daher muß der US-Wandler 11
in eine Kopplungsflüssigkeit bzw. ein Übertragungsmedium TM wie z. B. entlüftetes Wasser eingetaucht
werden. Bei Benutzung des Mediums TM muß eine Flüssigkeitsdichtung für dieses Medium verwendet
werden. Eine übliche Flüssigkeitsdichtung besteht aus einem elastischen Teil wie einem Ring oder einer
Gummifolie. Bei Verwendung solch einer Dichtung ergibt sich der Nachteil eines erhöhten mechanischen
Verlustes aufgrund der Reibung durch den direkten Kontakt der Dichtung 93 (F i g. 11) mit der Welle 92, die
die Abtriebswelle des Antriebsmotors 90 bzw. des Wandlers 91 darstellt
Zur Beseitigung dieses Nachteils ist die vorliegende Ausführungsform so aufgebaut daß das Medium 7Mim
Gehäuse 12 in einer den mechanischen Verlust verringernden Weise abgedichtet wird. Fig.21 zeigt
einen Magnetkreis um die Schwenkwelle 92, um einen Magnetfluß durch diese zu erzeugen. Ein magnetisches
Fluid 112 wird im Magnetkreis magnetisch gehalten, um
als Dichtung zu wirken. Der Magnetkreis besteht aus einem axial magnetisierten Ringpermanentmagneten
113 und zwei ringförmigen Jochen 114a, 114fc aus einem
magnetisch weichen Material, zwischen dener der Magnet 113 gehalten ist Die Welle 92 ist vorzugsweise
aus einem magnetisch weichen Material hergestellt. Der Magnet 113 ist vorzugsweise ein starker Permanentmagnet,
z. B. ein Samariumkobaltmagnet Zwischen dem Innenumfang der Joche 114a, 1146 und der Welle
92 ist ein Magnetspalt gebildet, der mit dem magnetischen Fluid 112 gefüllt ist. Der Innenumfang der
Joche 114a, 1140 verjüngt sich, um die Flußdichte im
Magnetspalt zu erhöhen. Das magnetische Fluid 112 kann aus einci Dispersion eines feinen Pulvers aus
magnetisierbarem Material wie FeA mit einer Größe
von etwa 10 nm in einem Lösungsmittel wie Diester in einer Weise bestehen, daß dessen Kondensation
verhindert wird. Wenn Wasser als Übertragungsmedium TM verhindert wird, sollte das Lösungsmittel für das
magnetische Fluid 112 hydrophob sein. Der Außenumfang der Joche 114a, 1 146 ist an der inneren Oberfläche
einer zylindrischen Auskleidung befestigt, die wasserdicht das distale Ende 5 begrenzt
Bei dieser Anordnung wird das magnetische Fluid 112
in dem Magnetspalt zwischen dem inneren Umfang der Joche 114a, 1146 und der Welle 92 magnetisch gehalten,
so daß der Antriebsmotor 90 und der Wandler 91 wirksam gegen das Übertragungsmedium TM abgedichtet
werden können, das das Gehäuse 12 füllt. Ein direkter Kontakt der Dichtung 93 mit der Welle 92, der
auftritt, wenn eine übliche Gummidichtung wie in F i g. 11 verwendet wird, wird vermieden; der einzige
Widerstand gegen eine Drehung der Weile 92 ist derjenige, der durch die Viskosität des magnetischen
Fluids 112 hervorgerufen wird. Die mechanischen Verluste des Ausgangsdrehmoments werden somit auf
einen Minimalwert verringert, so daß der Antrieb auf
den US-Wandler 11 wirksam übertragen werden kann.
Dies führt zu einem größeren Vorteil, wenn ein Miniaturmotor mit einem geringen Ausgangsdrehmoment
als Antriebsmotor 90 verwendet wird. Wenn ein τ Impulsmotor als Antriebsmotor 90 verwendet wird,
ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß eine Fehlfunktion infolge eines erhöhten Lastdrehmoments verhindert
werden kann.
Bei der Anordnung der F i g. 20 ist die Welle 92 direkt ι η
an der Dämpfungsschicht 25 des US-Wandlers 11 ohne
einen Zwischenträger befestigt. Der Zweck dieser Anordnung ist es, die Mitte der Schwenkbewegung des
US-Wandlers 11 so nahe wie möglich zur Ultraschallenergieemissionsfläche
anzuordnen, so daß ein US- r> Wandler 11 größerer Abmessung in dem begrenzten
Raum des distalen Endes 5 angeordnet werden kann. Die übrigen, nicht besonders erwähnten Teile sind
denen des Diagnosegerätes der F i g. 11 ähnlich.
F i g. 22 zeigt eine Dichtung, die anstelle der der ;i
F i g. 20 und 21 verwendbar ist Die Dichtung besteht aus zwei Permanentmagneten 115a, 1156, die einander
gegenüberliegend vertikal über und unter der Welle 92 angeordnet sind und schmale Spalte begrenzen. Eine
ringförmige Trennwand 116 aus nicht magnetischem Material wie Kunststoff ist um die Magnete 115a, 115Z?
geformt, um diese festzulegen, und läßt einen Zwischenraum um die Welle 92. Ein magnetisches Fluid 112 füllt
die Spalte zwischen der Welle 92 und den Magneten 115a, 115Λ im zentralen Bereich der Trennwand 116. :o
Beide Magnete 115a, 1156 haben halbkreisförmige Ausnehmungen zentral an ihren gegenüberliegenden
Ecken, die zusammen eine etwa kreisförmige öffnung bilden, durch die die Welle 92 verläuft Die Magnete
115a, 11S£>
sind so angeordnet, daß die entgegengesetz- s > ten Pole einander gegenüberliegen und ein starkes
Magnetfeld in den Spalten bilden, die das magnetische Fluid 112 darin magnetisch halten.
Bei dieser Dichtung wird die Abdichtung in ähnlicher Weise wie bei der der Fig.20 und 21 erreicht. 4n
Zusätzlich können die Joche 114a, 114ft weggelassen
werden, so daß eine Verringerung der axialen Dicke der Dichtung ermöglicht wird.
Die Fig.23A und 23B sind Querschnitte, die eine
mechanische Abtasteinrichtung in einer weiteren *~> Ausführungsform zeigen. Das Endoskop ermöglicht
eine direkte Beobachtung. Mit Ausnahme der Konstruktion des distalen Endes 5 ist das Endoskop etwa in der
gleichen Weise wie das der F i g. 1 aufgebaut.
Das Endoskop hat ein distales Ende 5/4, in dessen Stirnfläche Beleuchtungsfenster 121a, 1216, ein Beobachtungsfenster
122 und eine Kammer 124 ausgebildet sind, in der ein Ultraschallwandler 123 angeordnet ist,
wie Fig.24 zeigt Die Beleuchtungsfenster 121a, 121 b
sind durch Glasplatten gebildet, die vor der Stirnfläche =>?
eines nicht gezeigten optischen Faserbündels angeordnet sind, das einen Lichtleiter bildet, der Licht emittiert.
Das Beobachtungsfenster 122 ist durch ein Objektiv 126 gebildet, das gegenüber der Stirnfläche eines optischen
Faserbündels 125 (Fig.23A und 23B) angeordnet ist, wi
das einen Abbildungsleiter bildet, und die auch als Glasplatte wirkt.
Die Kammer 124 ist durch ein elliptisches Gehäuse 128 gebildet, dessen oberes Ende in eine Ausnehmung
127 im distalen Ende 5/4 eingesetzt und darin befestigt ·">
ist. Das Gehäuse 128 hat eine Neben- und eine Hauptachse, deren Längen d und w in Abhängigkeit
vom Außendurchmesser des distalen Endes 5/4 gewählt sind. Wenn z. B. das distale Ende 5a einen Außendurchmesser
von 14 mm hat, kann d=l mm und w=9 mm
gewählt werden. Für einen Außendurchmesser von 12 mm des distalen Endes 5A können d=6mm und
w= 9 mm gewählt werden. Der elliptische Querschnitt des Gehäuses 128 ist zur Erzielung einer maximalen
Ausnutzung des verfügbaren Raumes nur beispielsweise. Es können auch andere Formen wie ein länglicher
Gehäusequerschnitt verwendet werden.
Wenn das Diagnosegerät in eine Bauchhöhle eingesetzt wird, wird das Übertragungsmedium TM aus
der Kammer 124 durch das Flüssigkeitszufuhr- und -auslaßrohr 129 verdrängt, um die Membran 130 zu
kontrahieren und das Einsetzen nicht zu stören. Das Einsetzen erfolgt während der optischen Beobachtung
des Inneren der Bauchhöhle durch das Objektiv und den Abbildungsleiter 125. Wenn das distale Ende SA des
Endoskops gegenüber einem gewünschten Bereich der Bauchhöhle liegt, wird das Medium TM durch das Rohr
129 in die Kammer 124 geleitet, wie Fig.23A zeigt, so
daß die Membran 130 expandiert, bis sie an der Innenwand S der Bauchhöhle anliegt Danach wird der
US-Wandler 123 über Anschlußleitungen 120 erregt, die
mit einem Sender und Empfänger verbunden sind, und durch eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung geschwenkt
Die Auflösung der Abbildung erfordert eine Zeitauflösung (Auflösung in der Richtung, in der der
Ultraschallstrahl fortschreitet) und eine azimutale Auflösung (Auflösung in Richtung senkrecht zu der
Richtung, in der der Strahl fortschreitet). Um eine tomographische Ultraschallabbildung hoher Auflösung
zu erreichen, müssen diese beiden Auflösungen verbessert werden. Die zeitliche Auflösung wird durch
die Breite des Ultraschallimpulses und dessen Frequenz bestimmt, während die azimuthale Auflösung durch die
Richtwirkung und geometrische Form des Ultraschallstrahls bestimmt wird. Wenn der Ultraschallwandler 123
scheibenförmig ist, wird die Richtwirkung des Ultraschallstrahls durch die Frequenz und den Durchmesser
der Scheibe bestimmt Wenn daher die Frequenz konstant ist, ist die Richtwirkung um so schärfer, je
größer der Durchmesser ist. Wenn dagegen der Durchmesser konstant ist, ist die Richtwirkung mit
Zunahme der Frequenz um so schärfer. F i g. 25 zeigt schematisch den keulenförmigen Verlauf des Ultraschallstrahls
relativ zum Durchmesser des US-Wandlers 123. Die durchgehende Linie B 1 stellt den Verlauf bei
erhöhtem Durchmesser dar, während die unterbrochene Linie B 2 den Verlauf bei verringertem Durchmesser
darstellt. Die Absorption des Ultraschallstrahls durch Körpergewebe erhöht sich, wenn die Frequenz
zunimmt, so daß es schwierig ist, eine Abbildung tief innerhalb des Körpers durchzuführen. Somit besteht
eine Grenze der Frequenz, die im Diagnosegerät benutzt werden kann, so daß der Durchmesser des
US-Wandlers 123 so groß wie möglich gemacht werden sollte, um die Richtwirkung (azimuthale Auflösung) zu
verbessern. Der Ultraschallwandler 123 muß in das distale Ende SA des Endoskops eingebaut werden, so
daß die Größe des US-Wandlers 123 begrenzt ist. Der US-Wandler 123 muß außerdem schwenkbar befestigt
sein und auch geschwenkt und nicht nur in das distale Ende 5/4 eingebaut werden können. Es ist daher sehr
schwer, den Durchmesser des US-Wandlers 123 zu erhöhen.
Zur Beseitung dieses Problems bei der vorliegenden Ausführungsform des Endoskops ist der Radius der
Winkelbewegung des US-Wandlers 123, der durch den Zwischenraum zwischen der Ultraschallenergieemissionsfläche
und der Achse der Schwenkbewegung bestimmt ist, verringert, so daß der Wandler einen
erhöhten Durchmesser haben kann, wie F i,%. 26 zeigt
Der US-Wandler 123 hat einen scheibenförmigen Ultraschallvibrator 131 und zwei Elektrodenschichten
132, 133 auf der oberen und unteren Oberfläche. Die untere Oberfläche der Elektrodenschicht 133, die die
Ultraschallenergieemissionsfläche darstel.t, und die Seitenfläche r. des Wandlers i23 sind mit einer
Isolierschicht 134 versehen. Eine Ultraschalldämpfungsschicht 135 ist an der oberen Oberfläche der
Elektrodenschicht 132 befestigt Zwei Tragstifte 135a,
135ft sind einstückig mit der Dämpfungsschicht 135 ausgebildet und stehen über die gegenüberliegenden
Seiten entgegengesetzt vor. Die Stifte 135a, 1356 sind in
zwei Lageröffnungen 128a, 128£> eingesetzt, die im
Gehäuse 128 parallel zu dessen Nebenachse ausgebildet sind, so daß der US-Wandler 123 um ein- Achse, die
durch die Stifte 135a, 1356 verläuft, in einer Ebene
schwenkbar ist die die Hauptachse des Gehäuses 128 umfaßt Die obere Oberfläche der Dämpfungsschicht
135 ist mit einem Vorsprung 135c versehen, der von einer nicht gezeigten Einrichtung angetrieben wird, um
den Wandler 135 zu schwenken.
Fig.27 zeigt eine weitere Ausführungsform des Befestigungsmechanismus des US-Wandlers. Der
Wandler 123.4 hat zwei konische Lageröffnungen 135c/, 135e an gegenüberliegenden Seiten seiner Dämpfungsschicht 135, die miteinander fluchten, und konische
Köpfe von Stiften 136a, 136b, die in das Gehäuse i28 eingebettet sind, greifen in die öffnungen 135c/, 135e, auf
diese Weise ist der US-Wandler 123 um eine Achse schwenkbar, die durch die öffnungen 135c/, 135e
bestimmt wird. Der US-Wandler 123/4 kann in der gleichen Weise wie der US-Wandler 123 in Fig.26
betrieben werden.
F i g. 28 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebseinrichtung für den US-Wandler 123. Der
Vorsprung 135c, der an der oberen Oberfläche der Dämpfungsschicht 135 ausgebildet ist, erstreckt sich
durch eine öffnung 128a in der oberen Wand des Gehäuses 128 und in das distale Ende 5A Eine
wasserdichte Membran 136 aus flexiblem Material wie eine Gummimembran ist um den Vorsprung 135c
angeordnet, um die Wasserdichtheit aufrecht zu erhalten und eine Bewegung des Vorsprungs 135c zu
ermöglichen. Ein Antriebsdraht 137 ist mit der Oberfläche des Vorsprungs 135c verbunden. Ein Ende
des Drahts 137 ist mit einem stationären Teil 5a an einer zylindrischen Auskleidung, die das distale Ende 5A
begrenzt, über eine Spiralzugrückholfeder 138 verbunden. Das andere Ende des Drahts 137 erstreckt sich zu
einer nicht gezeigten Antriebseinheit, die im proximalen Beditnungsteil 2 angeordnet ist. Durch Spannen und
Entspannen des Drahtes 137 kann der US-Wandler 123 geschwenkt werden. Mit 139a, 1396 sind Scheiben
bezeichnet, die an den Bahnbiegungen des Drahtes 137 angeordnet sind.
Die Antriebseinrichtung nach den Fig. 29 und 30 besteht aus einer Antriebsscheibe 141, die mit einer
nicht gezeigten Antriebseinheit verbunden ist, die aus einem Motor oder dergleichen bestehen kann, einem
Antriebsdraht 142, der an der Scheibe 141 befestigt ist
und dessen gegenüberliegendes Ende am US-Wandler 123 befestigt ist, einem Tragrahmen 143, der die Scheibe
141 drehbar trägt, einer Kornpressionsschraubenfeder 144, die auf den Rahmen 143 drückt um ihn in einer
Richtung zu bewegen, in der der Draht 142 gespannt bleibt einem Gehäuserahmen 145, das am proximalen
Bedienungsteil 2 des Endoskops befestigt ist und die Feder 144 aufnimmt und drei Scheibenpaaren 146a,
1466, 147a, 1476, 148a, 1486, die die Bahn des Drahtes
142 bestimmen.
Der Draht 142 besteht aus einem flexiblen Werkstoff geringer Dehnung wie Stahl. Auf seiner Länge ist der
Draht 142 an der Scheibe 141 befestigt während die gegenüberliegenden Enden durch einen Führungsschlitz
149 verlaufen, der vom proximalen Bedienungsteil 2 in das distale Ende 5A des Endoskops zur oberen
Oberfläche der Dämpfungsschicht 135 des Wandlers 123 führt
Die Stellen, an denen die gegenüberliegenden Enden des Drahtes 142 an der Dämpfungsschicht 135 befestigt
sind, sind so gewählt, daß sie in einer Ebene senkrecht zu den Stiften 135a, 1356 an der Dämpfungsschicht 135
abstandsgleich von diesen liegen.
Bei dieser Konstruktion der Antriebseinrichtung kann der Wandler 123 über den Draht 142 durch Drehen
der Scheibe 141 mittels der Antriebseinheit geschwenkt werden. Wie Fig.31 zeigt führt der US-Wandler 123
eine Winkelbewegung von θ=—Φ aus, wobei r der
Radius der Scheibe 141, R der Abstand von der Achse, die durch die Stifte 135a, 1356 des Wandlers 123
bestimmt wird, zu der Befestigungsstelle der gegenüberliegenden Enden des Drahtes 142 und Φ der Winkel ist,
um den die Scheibe 141 aus ihrer zentralen Lage gedreht wird. Der Abtastwinkel θ des Wandlers 135 ist
somit dem Schwenkwinkel Φ der Scheibe 141 bei konstanter Proportionalität r/R proportional. Durch
Befestigung eines Schwenkwinkelgebers 3 wie eines Potentiometers an der Welle 141a der Scheibe 141 kann
der Abtastwinkel θ des Wandlers 123 ermittelt werden.
Die mit der Scheibe 141 verbundene Antriebseinrichtung kann wie in Fig.32 konstruiert sein. Die Scheibe
141 ist direkt mit einer Welle 141a verbunden, die die Ausgangswelle eines Impulsmotors 152 ist, der mit einer
Kupplung und einem Untersetzungsgetriebe 151 versehen ist, das der Wandler, d. h. eine Antriebsumwandlungs-
und Übertragungseinrichtung darstellt. Die Scheibe 141 kann auch an einer Welle 141a befestigt
sein, an der ein Zwischenzahnrad 153 befestigt ist, das mit einem weiteren Zwischenzahnrad 154 kämmt, das
wiederum an der Ausgangswelle 151a eines Impulsmotors 152 befestigt ist, der eine Kupplung und ein
Untersetzungsgetriebe 151 aufweist wie Fig.33 zeigt.
Wenn ein Impulsmotor 152 als Antriebseinrichtung verwendet wird, können die Antriebsimpulse des
Motors 152 gezählt werden, um ein Signal abzuleiten, das den Abtastwinkel θ des US-Wandlers 123 angibt, so
daß auf einen gesonderten Abtastwinkelgeber verzichtet werden kann.
Fig.34 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebseinrichtung des US-Wandlers 123, die so
aufgebaut ist, daß der Wandler automatisch in eine Startposition der Sektorabtastung zurückkehrt Die
Antriebseinrichtung hat eine Antriebsscheibe 161, die mit einer nicht gezeigten Antriebseinheit verbunden ist
die ein Motor sein kann, einen Antriebsdraht 162, der mit .-!em einen Ende mit der Scheibe 161 und mit dem
anderen Ende mit dem US-Wandler 123 verbunden ist, einen Rahmen 163, an dem die Scheibe 161 drehbar
gelagert ist, eine Schraubenkompressionsfeder 164, um den Rahmen 163 in einer Richtung vorzuspannen, in der
der Draht 162 gespannt bleibt, einen Gehäuserahmen
165, der die Feder 164 aufnimmt, eine Umlenkscheibe
166, ein leitendes Teil 167 auf der oberen Oberfläche der Dämpfungsschicht 135, eine leitende Schraubenzugfeder
168, die zwischen dem leitenden Teil 167 und dem Gehäuse 128 angeordnet ist, und einen Anschlag 169 für
den Wandler 123, der fest am Gehäuse 128 angeordnet ist und auch als Elektrode dient. Die leitende Feder 168
und der Anschlag 169 sind mit einer Anzeigeeinheit 171 über Anschlußleitungen 170a, 170£>
verbunden.
Bei dieser Anordnung ermöglicht es die Anzeigeeinheit, eine Verbindung des Anschlags 169 mit dem
leitenden Teil 167 zu erkennen, so daß eine entsprechende Lage des US-Wandlers 123 als Bezugslage bzw.
Startlage für die Sektorabtastung gewählt werden kann. Die Scheibe 161 wird entgegen der Kraft der Feder 168
aus dieser Stellung gedreht, so daß die Abtastung des US-Wandlers 123 veranlaßt wird.
Ein Drehpotentiometer bzw. ein Potentiometer, das sin θ und cos Θ-Funktionen erzeugt, kann mit der Welle
161a der Scheibe 161 als Winkeldetektoreinrichtung verbunden sein, um den Abtastwinkel θ des US-Wandlers
123 ableiten zu können.
Fig.35 zeigt eine Abwandlung der mechanischen Abtastanordnung der F i g. 29 und 30 in Verbindung mit
einer Membran 173. Der Führungsschlitz 149, durch den sich der Draht 142 erstreckt, verläuft zwischen der
Kammer 124, die den US-Wandler 123 aufnimmt, und dem proximalen Bedienungsteil 2 des Endoskops, so
daß, wenn die Membran 172, die die Kammer 124 schließt, vorgesehen ist, auch ein Flüssigkeitszufuhr- und
Auslaßrohr 129 vorhanden sein muß, das ein Ultraschallübertragungsmedium TM der Kammer 124 zuführt
oder aus dieser verdrängt. Außerdem muß der Führungsschlitz 149 von der Kammer 124 wasserdicht
isoliert sein. Im vorliegenden Falle ist derSchlitz 149 von
der Kammer 124 durch eine rohrförmige wasserdichte Membran 173 isoliert, deren eines Ende auf die Öffnung
des Schlitzes 149 aufgebracht und deren anderes Ende auf der Dämpfungsschicht 135 derart aufgebracht ist,
daß eine Störung beim Spannen oder Entspannen des Drahtes 142 vermieden wird; weiterhin ist eine konische
Schraubenfeder 174 innerhalb der Membran 173 angeordnet, um sie in einer bestimmten Form zu haken.
Bei dieser Anordnung verläuft der Draht 142 durch den Schlitz 149 innerhalb der Feder 174, so daß der
Betrieb des US-Wandlers 123 ermöglicht und der Schlitz 149 gegen die Kammer 124 wasserdicht isoliert
wird.
Fig.36 zeigt eine Ausführungsform der mechanischen Abtasteinrichtung, bei der der US-Wandler 123
im distalen Ende SA eines Endoskops mit Vorwärtsbeobachtung angeordnet ist und dort durch einen
Miniaturantriebsmotor 175 angetrieben wird. Wie Fig.37 zeigt, ist der Motor 175 im oberen Teil des
Gehäuses 128 zusammen mit einem Untersetzungsgetriebe 176 angeordnet, das einen Wandler darstellt. Das
Getriebe 176 hat eine Ausgangswelle 176a, die sich wasserdicht durch eine Trennwand 177 in das Gehäuse
124 erstreckt. Eine Reibscheibe 178 ist am freien Ende der Abtriebswelle 176a befestigt; ihre Umfangsfläche
liegt an der Seitenfläche eines Vorsprungs 135/ an, der .an der oberen Endfläche der Dämpfungsschicht 135 am
linken Ende vorsteht. Wenn der Motor 175 erregt wird, wird die Reibscheibe 178 über das Untersetzungsgetriebe
176 gedreht, um den US-Wandler 123 zu schwenken, der daran anliegt. Mit 129 sind Versorgungsleitungen
des Motors 175 bezeichnet.
Die Fi g. 38 und 39 zeigen eine weitere Ausführungsform der mechanischen Abtasteinrichtung des Diagnosegeräts.
Der US-Wandler 123 wird zur Abtastung mittels eines Miniaturantriebsmotors 181 geschwenkt,
der im distalen Ende 5A in der gleichen Weise wie bei dem Endoskop der F i g. 36 und 37 angeordnet ist. Dem
Motor 181 ist ein Untersetzungsgetriebe 182 zugeordnet, das einen Wandler darstellt. Das Untersetzungsgetriebe
182 hat eine Abtriebswelle 182a, die sich nach dessen einer Seite oder nach dessen beiden Seiten
erstreckt. Der obere Teil der Dämpfungsschicht 135 ist mit zwei Halterungen XZSg, 135Λ oder einer einzigen
Halterung 135/ einstückig ausgebildet, die die Welle 182a trägt Der Motor 181 kann somit betrieben werden,
um den US-Wandler 123 über das Getriebe 182 zu schwenken.
Wenn die mechanische Abtasteinrichtung der F i g. 36 bis 39 im Endoskop verwendet wird, arbeitet es in der
gleichen Weise und mit der gleichen Wirkung wie bei Verwendung des Antriebsdrahtes der F i g. 29 bis 34.
Die Abbildungsvorrichtung der Fig. 13 bis 18 kann
direkt für die Ausführungsformen verwendet werden, bei denen der US-Wandler in Endoskope mit direkter
Vorwärts-Beobachtung eingebaut wird, wie die F i g. 23 bis 39 zeigen.
Hierzu 17 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Endoskop mit einem rohrförmigen Körper, einem in diesem verstellbaren Ultraschall-Sende-Empfangswandler,
der mit elektrischen Verbindungsleitungen an eine körperexterne Ultraschall-Auswerte-Anzeigevorrichtung
angeschlossen iit, sowie mit einer Verstelleinrichtung und einem
Stellungsgeber für den Wandler, dadurch gekennzeichnet,
daß der Körper ein flexibler Schlauch (3) ist,
daß nahe dem distalen Ende des Schlauches ein Beleuchtungsfenster (15, 121a) und daneben ein Beobachtungsfenster(19,121 /^vorgesehen sind, die mit einer am proximalen Ende des Schlauches vorgesehenen Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtung^) verbunden sind,
daß nahe dem distalen Ende des Schlauches ein Beleuchtungsfenster (15, 121a) und daneben ein Beobachtungsfenster(19,121 /^vorgesehen sind, die mit einer am proximalen Ende des Schlauches vorgesehenen Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtung^) verbunden sind,
daß nahe dem distalen Ende (5, 5A) des Schlauches eine Kammer (12; 124) mit einer Öffnung (\2a) nahe
dem Beobachtungsfenster (15; 122) ausgebildet ist,
daß in der Kammer hinter dem Beobachtungsfenster der Ultraschallwandler (11, IM; 123, \23Α)Ιΰτ eine B-Sektorabtastung schwenkbar gelagert ist,
daß die Verstelleinrichtung für eine Sektorabtastung ausgebildet ist,
daß in der Kammer hinter dem Beobachtungsfenster der Ultraschallwandler (11, IM; 123, \23Α)Ιΰτ eine B-Sektorabtastung schwenkbar gelagert ist,
daß die Verstelleinrichtung für eine Sektorabtastung ausgebildet ist,
daß der Stellungsgeber ein elektronischer oder photoelektrischer Abtastwinkelgeber (32) ist und
daß die Öffnung der Kammer mit einer hochelastischen Membran (95,111, 130, 172) verschlossen ist, die durch eine in die Kammer einpumpbare Ultraschall-Kopplungsflüssigkeit (TM) nach außen erweiterbar ist
daß die Öffnung der Kammer mit einer hochelastischen Membran (95,111, 130, 172) verschlossen ist, die durch eine in die Kammer einpumpbare Ultraschall-Kopplungsflüssigkeit (TM) nach außen erweiterbar ist
2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop ein Endoskop (1) mit
seitlicher Beobachtung und die Kammer (12) so ausgebildet ist, daß sich ihre Öffnung (i2a) in den
Umfang des distalen Endes (5) dieses Teils des Endoskops öffnet und in der gleichen seitlichen
Richtung verläuft, wie das Beleuchtungsfenster (15) und das Beobachtungsfenster (19).
3. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop ein Endoskop (1) mit
Vorwärtsbeobachtung und die Kammer (124) so ausgebildet ist, daß sich ihre Öffnung in die vordere
Endfläche des distalen Endes (5A) dieses Teils des Endoskops öffnet und in der gleichen nach vorn
verlaufenden Richtung wie das Beleuchtungsfenster (121a, 121Z^ und das Beobachtungsfenster (122)
gerichtet ist.
4. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Membran (95,
11,130,172) aus der Öffnung (12a,) heraus erstreckt.
5. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung
in der proximalen Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtung (2) des Endoskops (1) einen Antriebsmotor
mit Untersetzungsgetriebe und einen eine Drehung in eine Drehschwingung (Schwenkbewegung)
umwandelnden Wandler aufweist, der über ein Antriebsübertragungsglied, insbesondere in Form
eines flexiblen Drahtes (28) oder einer flexiblen Welle (41) den Ultraschallwandler (11) verstellt
(Fig. 2,6,28bis35).
6. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung
einen Antriebsmotor (90, 175, 181) im distalen Ende (5, 5A) des Endoskops (1) aufweist, dem ein
dessen Drehung in eine langsamere Drehschwingung umwandelnden Wandler (11, 91, 176, 182)
nachgeschaltet ist und dessen Ausgangswelle (92, 176a, i»2a) auch als Tragwelle des Ultraschall-Sende-Empfangswandlers
(Ii, 123) dient
7. Endoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (11) von der Ultraichall-Kopplungsflüssigkeit
(TM) durch ein magnetisches Fluid (112) abgedichtet ist das einen Permanentmagnetkreis
(114a, 113, 1146; 115a, M5b) füllt, der an
der Trennwand (116) zwischen dem Wandler (11) und der Kammer (12) gebildet ist und sich durch die
bzw. längs der Ausgangswelle (92) erstreckt
8. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Abtastwinkelgeber als Drehpotentiometer
(45) im distalen Ende (5) des Endoskops (1) ausgebildet ist dessen Achse mit der Tragwelle (44)
des Wandlers (IS) gekuppelt ist
9. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekenn-2<
> zeichnet daß der Abtastwinkelgeber als Drehkodierer (81) ausgebildet ist (F i g. 10).
10. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abtastwinkelgeber (AD)m\t einem Sinus- und einem Cosinus-Funktionsgenerator
(SFG CFG) verbunden ist der entsprechend einem Abtastwinkelsignal (Θ) Sinus- und Cosinuswerte
erzeugt
11. Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dauurch gekennzeichnet daß die Ultraschall-Auswerte-Anzeigevorrichtung
(2) einen Taktimpulsgenerator (CG) zur Erzeugung eines Taktimpulssignals aufweist, das als Antriebssignal der als
Impulsmotor (M3) ausgebildeten Verstelleinrichtung
zuführbar ist, einen Adressenzähler (AC) zum Zählen des Taktimpulssignals, um eine den Abtastwinkel
(Θ) angebende Information abzuleiten, sowie einen Speicherkreis (MCi, MC2), der Sinus- und
Cosinuswerte entsprechend den Abtastwinkeln (Θ) speichert und das Auslesen gewählter Sinus- und
Cosinuswerte in Abhängigkeit von einem Adressensignal des Adressenzählers ermöglicht
12. Endoskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicherkreis (MCi, MC2) ein Festspeicher ist, dem ein DA-Wandler (DACi,
DAC2) zugeordnet ist, der ein aus dem Speicher ausgelesenes digitales Signal in ein entsprechendes
Analogsignal umwandelt
13. Endoskop nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Adressenzähler (AC) ein leistungsloser Speicher (MCi), der eine vom Zähler
zugeführte, einen Abtastwinkel angebende Information speichert, ein Abtastwinkelgeber (DP), der eine
externe Anzeige des vom leistungslosen gespeicherten Inhalts bewirkt, und ein Lese/Schreib-Steuerkreis
(RWC) zugeordnet ist, der den Informationsfluß zwischen dem Adressenzähler und dem
leistungslosen Speicher steuert.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |