DE2204474A1

DE2204474A1 - ULTRASONIC DOPPLER APPLICATOR

Info

Publication number: DE2204474A1
Application number: DE2204474A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Naefe; Richard Soldner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1972-01-31
Publication date: 1973-08-16
Also published as: GB1409201A; SE388353B; SE7602152L; US3824988A; FR2170007B1; FR2170007A1; CH547627A; AT318129B; DE2204474B2

Description

Ultrasonic doppler applicator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Doppler-Applikator zum Erfassen der Bewegung von körperinternen Objekten, deren Lage relativ zum Applikator veränderbar ist, insbesondere der fetalen Herzbewegung . -. "The invention relates to an ultrasonic Doppler applicator for detecting the movement of internal body objects, the position of which can be changed relative to the applicator, in particular the fetal heart movement. -. "

Bekannte Applikatoren dieser Art dienen zum Erfassen der fetalen Herzbewegungen. Der einfachste Applikator besteht dabei aus zwei dicht benachbarten Schwingern, von denen der eine als Sender und der andere als Empfänger arbeitet. Ein solcher Applikator besitzt eine relativ scharfe Sende-Empfangs-Richtcharakteristik und ist deshalb für eine Dauerüberwachung der fetalen Herzbewegung weniger gut geeignet, weil durch Bewegungen des Fetusses dessen Herz leicht den Bereich der Schallkeule verläßt. Die Signalausbeute ist außerdem relativ gering, weil vom Empfangsschwinger praktisch nur Echosignale aus zur Einstrahlrichtung des Schalles senkrechten Reflexionsflächen erfaßt werden.Known applicators of this type are used to capture the fetal Heart movements. The simplest applicator consists of two closely spaced transducers, one of which is used as a Sender and the other works as a receiver. Such an applicator has a relatively sharp transmit-receive directional characteristic and is therefore less suitable for continuous monitoring of the fetal heart movement because it is caused by movements of the fetus whose heart easily leaves the area of the sound cone. The signal yield is also relatively low, because practically only echo signals are sent from the receiving transducer Direction of incidence of the sound perpendicular reflection surfaces can be detected.

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Bei einem weiteren bekannten Applikator sind auf einer flachen Scheibe als Träger in einem konzentrischen Kreis um einen zentralen Sendeschwinger mehrere Empfangsschwinger angeordnet. Mit einem solchen Applikator läßt sich zwar praktisch der gesamte mögliche Bewegungsbereich des Fetusses erfassen und es ergibt sich auch eine erhöhte Signalausbeute, weil die um den Sendeschwinger gruppierten Empfangsschwinger nunmehr auch bereits Echosignale von Flächen mit einer gewissen Neigung registrieren, Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei der Ankopplung der einzelnen Schwinger an die Körperoberfläche der Kreißenden, weil sich die flache, verhältnismäßig großflächige und starre Scheibe nur schwierig an die unterschiedlich gekrümmte Körperoberfläche anpassen läßt.In a further known applicator are on a flat disk as a carrier in a concentric circle around a central one Transmitting transducer arranged several receiving transducers. With such an applicator can be practically the entire record possible range of motion of the fetus and there is also an increased signal yield, because the one around the transducer grouped receiving transducers now also register echo signals from surfaces with a certain inclination, However, difficulties arise when coupling the individual Vibrator on the body surface of the tearing person, because the flat, relatively large and rigid disc can only be adapted with difficulty to the differently curved body surface.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Applikator anzugeben, welcher ebenso wie der letztgenannte bekannte Applikator den gesamten möglichen Bewegungsbereich des Fetusses erfaßt, im Gegensatz zu diesem jedoch bei gleichzeitiger weiterer Steigerung der Signalausbeute sehr viel einfacher und sicherer auch an stark gekrümmte Körperflächen ankoppelbar ist.The object of the invention is to provide an applicator which, like the last-mentioned known applicator, covers the entire possible range of motion of the fetus, but in contrast to this, with a simultaneous further increase in the signal yield, can be coupled much more easily and safely even to strongly curved body surfaces.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Mehrzahl von Ultraschall-Sende- und eine Mehrzahl von Ultraschall-Empfangsschwingern, die von einem Ring getragen und über den gesamten Ring verteilt sind. The object is achieved according to the invention by a plurality of ultrasonic transmitting transducers and a plurality of ultrasonic receiving transducers which are carried by a ring and distributed over the entire ring.

j Ein Ring läßt sich sehr viel besser an gekrümmte (weiche) Flä-j It is much easier to attach a ring to curved (soft) surfaces

' chen anpassen als eine Scheibe. Durch die erhöhte Anschmiegsam-' keit des Schwingerträgers wird somit auch eine bessere, weniger ■ kritische Ankopplung der einzelnen Schwinger an die gekrümmte '. Körperfläche gewährleistet. Eine Mehrzahl außerhalb des Appli- katorzentrums liegender Ultraschall-Sendeschwinger bewirkt außerdem eine stark verbesserte räumliche Anstrahlung des unter suchten Objektes (Fetusherzen), wodurch auch die Signalausbeute in nicht unerhebliche in Maß weiter erhöht wird. 'adapt as a disc. The increased conformability of the transducer carrier thus also results in a better, less critical coupling of the individual transducers to the curved one . Body area guaranteed. A plurality of ultrasonic transmitter transducers located outside of the applicator center also causes a greatly improved spatial irradiation of the examined object (fetus heart), whereby the signal yield is further increased to a not inconsiderable extent.

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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die einzelnen Sende- und Empfangsschwinger am Ring auf einem zum Ringmittelpunkt konzentrischen Kreis in abwechselnder Reihenfolge angeordnet. Die gegenseitigen Abstände zwischen den Schwingern sind dabei jeweils gleich groß gewählt.In an advantageous embodiment of the invention, the individual Transmitting and receiving transducers on the ring on a circle concentric to the center of the ring in alternating order arranged. The mutual distances between the transducers are chosen to be the same in each case.

In einer besonders günstigen Ausführung sind insgesamt drei Sende- und drei Empfangsschwinger von jeweils ca. 8 mm Durchmesser an einem Ring mit einem mittleren Durchmesser von ca. 50 mm angeordnet. Bei einem derartigen Applikator ergeben sich optimale Empfangsverhältnisse für Echosignale aus einen Tiefenbereich von ca. 6 bis 12 cm, d.h. insbesondere für vom Herz des Fetusses stammende Echosignale (mittlerer Abstand des Fetusses von der Körperoberfläche ca. 8 cm).In a particularly favorable embodiment, a total of three transmitting and three receiving transducers, each approx. 8 mm in diameter, are arranged on a ring with a mean diameter of approx. 50 mm. With such an applicator, optimal reception conditions for echo signals from a depth range of approx. 6 to 12 cm result, ie in particular for echo signals originating from the heart of the fetus (mean distance of the fetus from the body surface approx. 8 cm).

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem ein zum Ringinnern passender Druckwandler, z.B. Druckballon, für die gleichzeitige Abnahme des Tokogramms der Kreißenden vorgesehen. Der.Ring kann dabei den Aufnahmekörper für den Druckwandler bilden oder als Bestandteil des Druckwandlergehäuses selbst ausgebildet sein.In an advantageous development of the invention, a pressure transducer suitable for the inside of the ring, e.g. pressure balloon, intended for the simultaneous taking of the tokogram of those who are in circulation. Der.Ring can be the receiving body Form for the pressure transducer or be designed as part of the pressure transducer housing itself.

Anhand von zwei Figuren wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und seine Wirkungsweise näher ,erläutert:An exemplary embodiment of the invention and its mode of operation will be described below with the aid of two figures , explains:

Die Fig. 1 zeigt in der Draufsicht (Applikationsseite) sowie in einem Querschnitt A-A einen Ultraschall-Doppler-Applikator zum Erfassen der fetalen Herzbewegungen, bestehend aus insgesamt drei Ultraschall-Sendeschwingern 1, 2, 3 sowie drei Empfangsschwingern 4, 5, 6 (piezoelektrische Kristallplätt.-chen mit einem Durchmesser von ca. 8 mm), welche in abwechselnder Reihenfolge an einem aus einem Hohlräume 7¹ für die Aufnahme der Schwinger aufweisenden Schwingerträgerteil 7 mitFig. 1 shows in plan view (application side) and in a cross section AA an ultrasonic Doppler applicator for detecting the fetal heart movements, consisting of a total of three ultrasonic transmitting transducers 1, 2, 3 and three receiving transducers 4, 5, 6 (piezoelectric Crystal platelets with a diameter of approx. 8 mm), which in alternating order are attached to an oscillator support part 7 ^{comprising cavities 7 1} for receiving the oscillators

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der Applikationsfläche 8 und einer (anschraubbaren) Abdeckplatte 9 bestehenden Kreisring 10 aus Polystyrol angebracht sind. Der mittlere Durchmesser des Kreisringes 10 beträgt 50 mm, seine Breite 9 nun und seine Gesamtdicke 10 mm.the application surface 8 and a (screw-on) cover plate 9 existing circular ring 10 made of polystyrene are attached. The mean diameter of the circular ring 10 is 50 mm, its width 9 now and its total thickness 10 mm.

Die einzelnen Sende- bzw. Empfangsschwinger 1 bis 6 sind jeweils elektrisch parallelgeschaltet und arbeiten im Dauerstrichoder Impulsbetrieb. Die elektrischen Leitungen 11, 12 stellen die Verbindungsleitungen der einzelnen Sendeschwinger bzw. Empfangsschwinger zum (nicht dargestellten) Sende-Hochfrequenzgenerator bzw. Dopplergerät für die Anzeige der Dopplersignale dar.The individual transmitting and receiving transducers 1 to 6 are each electrically connected in parallel and work in continuous wave or pulse mode. Set the electrical lines 11, 12 the connecting lines of the individual transmitter transducers or receiver transducers to the (not shown) transmitter high-frequency generator or Doppler device for displaying the Doppler signals.

Die Fig. 2 zeigt wiederum in der Draufsicht (Applikationsseite) und in einem Querschnitt B-B einen Applikator gemäß Fig. 1 in Baueinheit mit einem Tokogrammabnehmer 13.Fig. 2 again shows in plan view (application side) and in a cross section B-B an applicator according to FIG. 1 in a structural unit with a tokogram pickup 13.

Der Tokogrammabnehmer 13 besteht dabei aus einem in das Kreisiiinere des Scheibenringes 10 einsetzbaren Druckballon 14 mit dem starren Gehäuseteil 15 und einer Ballonmembran 16. Der Druckballon 14 kann mittels einer an der Druckleitung 17 angeschlossenen (nicht dargestellten) Pumpe auf einen gewünschten Volumen- bzw. Druckwert aufgeblasen werden. An der Druckleitung 17 ist ferner ein (ebenfalls nicht dargestellter) mechanisch-elektrischer Druckwandler angeschlossen für die Umwandlung der Druckschwankungen im Ballon 14 in entsprechende elektrische Signale (Tokogramm).The tokogram pickup 13 consists of a circular interior of the disk ring 10 insertable pressure balloon 14 with the rigid housing part 15 and a balloon membrane 16. The Pressure balloon 14 can be adjusted to a desired one by means of a pump (not shown) connected to pressure line 17 Volume or pressure value are inflated. On the pressure line 17 is also a (also not shown) mechanical-electrical Pressure transducers connected for converting the pressure fluctuations in the balloon 14 into corresponding electrical ones Signals (tokogram).

Die Wirkungsweise des Ultraschall-Doppler-Applikators gemäß Fig. 1 und 2 ergibt sich wie folgt:The mode of operation of the ultrasonic Doppler applicator according to FIGS. 1 and 2 results as follows:

Der Scheibenring 10 wird z.B. mittels eines Heftpflasters am Bauch der Kreißenden befestigt so, daß die einzelnen Sende- und Empfangsschwinger akustisch gut mit der Haut kontaktieren.The disk ring 10 is, for example, by means of an adhesive plaster on the The belly of the patient is attached in such a way that the individual transmitting and receiving transducers make good acoustic contact with the skin.

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Die von den Sendern 1 bis 3 eingestrahlten Ultraschallwellen werden unter anderem am Fetus-Herzen reflektiert und die reflektierten Wellen in den Empfangsschwingern 4 bis 6 in entsprechende elektrische Signale umgesetzt. Die aufgrund der Herzbewegungen auftretenden Frequenzverwerfungen zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Ultraschall ergeben Doppler-Signale, welche ein Maß für die Herzbewegungen des Fetusses darstellen. Aus der Folgefrequenz der anfallenden Dopplersignale kann unmittelbar die Herzfrequenz des Fetusses ermittelt werden.The ultrasound waves emitted by the transmitters 1 to 3 are reflected, among other things, on the fetal heart and the reflected ones Waves in the receiving transducers 4 to 6 in corresponding electrical signals implemented. The frequency distortions between the The transmitted ultrasound and the received ultrasound result in Doppler signals, which are a measure of the heart movements of the fetus represent. The heart rate of the fetus can be determined directly from the repetition frequency of the Doppler signals will.

In Fig. 2 wird zusätzlich zu den Herzbewegungen des Fetusses auch noch das Tokogramm, d.h. das Wehensignal, der Kreißenden erfaßt. Zu diesem Zweck wird der auf einen bestimmten Volumen- bzw. Druckwert aufgeblasene Druckballon 14 in das Kreisinnere eingeschoben so, daß die Membran 16 auf den Bauch der Schwangeren drückt.In Fig. 2, in addition to the heart movements of the fetus, the tokogram, i.e. the contractions signal, of the lissing person is also shown recorded. For this purpose, the pressure balloon 14, which has been inflated to a certain volume or pressure value, is inserted into the Inside the circle inserted so that the membrane 16 presses on the belly of the pregnant woman.

Treten Uteruskontraktionen (Wehen) auf, so werden diese als Druckschwankungen im Ballon 14 erfaßt und über die Druckleitung 17 auf den mechanisch-elektrischen Druckwandler übertragen. If uterine contractions (labor pains) occur, these are recorded as pressure fluctuations in the balloon 14 and transmitted via the pressure line 17 to the mechanical-electrical pressure transducer.

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Claims

λJ Ultrasonic Doppler applicator for detecting the movement of internal body objects, the position of which can be changed relative to the applicator, in particular the fetal heart movement, characterized by a plurality of ultrasonic transmitting and a plurality of ultrasonic receiving transducers (1 to 3 ; 4 to 6) carried by a ring (10) and distributed over the entire ring.

2. Applicator according to claim 1, characterized in that the individual transmitting and receiving transducers (1 to 6) on the ring (10) are arranged in alternating order on a circle concentric to the center of the ring.

3. Applicator according to claim 2, characterized in that the distances between the oscillators (1 to 6) are each equal are great.

4. Applicator according to claim 3, characterized in that a total of three transmitting and three receiving transducers of each approx. 8 mm in diameter are arranged on a ring (10) with an average diameter of approx. 50 mm.

5. Applicator according to claim 4, characterized in that the width of the ring (10) is of the order of 10 mm.

6. Applicator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ring (10) has cavities (7 ^f ) for receiving the oscillator (1 to 6).

7. Applicator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the individual transmitting and receiving oscillators are each electrically connected in parallel.

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8. Applicator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ring (10) made of plastic, preferably Polystyrene.

9. Applicator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the ring is designed as a disk ring.

10. Applicator according to one of claims 1 to 9, characterized by a pressure transducer (13) that matches the inside of the ring » E.g. pressure balloon, for taking the tokogram of a circle end.

11. Applicator according to claim 10, characterized in that the ring (10) is the receiving body for the pressure transducer (13) forms.

12. Applicator according to claim 10, characterized in that the ring (10) as part of the pressure transducer housing (15) is trained.

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