DE2204474B2

DE2204474B2 - ULTRASONIC DOPPLER APPLICATOR FOR DETECTING THE MOVEMENT OF OBJECTS INTERNAL IN THE BODY

Info

Publication number: DE2204474B2
Application number: DE19722204474
Authority: DE
Inventors: Richard; Naefe Gerhard; 8520 Erlangen Soldner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1972-01-31
Publication date: 1976-10-21
Also published as: GB1409201A; DE2204474A1; SE388353B; SE7602152L; US3824988A; FR2170007B1; FR2170007A1; CH547627A; AT318129B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Doppler-Applikator zum Erfassen der Bewegung von körperinternen Objekten, deren Lage sich relativ zum Applikator verändert, insbesondere der fetalen Herzbewegung, mit Ultraschall-Sendeschwinger und einer Mehrzahl von UUraschall-Empfangsschwingern, die an einem gemeinsamen Trägerteil gehaltert sind.The invention relates to an ultrasonic Doppler applicator to detect the movement of internal objects whose position is relative to the Applicator changed, especially the fetal heart movement, with ultrasonic transducer and one A plurality of ultrasonic receiving transducers, which are mounted on a common support part.

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 [Elektronik 20 (1971, 2), 56]. Ein solcher Applikator besitzt eine relativ scharfe Sende-Empfangs-Richtcharakteristik und ist deshalb für eine Dauerüberwachung der fetalen Herzbeucpung weniger gut geeignet, weil durch Bewegungen des Fetus dessen Herz leicht den Bereich der Schallkeule verläßt. Die- Signalausbeute ist außerdem relativ gering, weil vom Empfangsschwinger praktisch nur Echosignale aus zur Einstrahiriehtung des Schalles senkrechten Reflexionsflächen erfaßt werden.Known applicators of this type are used to record the fetal heart movements. The easiest The applicator consists of two closely spaced transducers, one of which is a transmitter and the other others work as receivers [Elektronik 20 (1971, 2), 56]. Such an applicator has a relatively sharp one Transmit / receive directional characteristic and is therefore used for permanent monitoring of the fetal heart muscle less suitable, because movements of the fetus cause the heart to easily leave the area of the sound cone. The signal yield is also relatively low because from the receiving transducer practically only echo signals from reflection surfaces perpendicular to the direction of radiation of the sound can be detected.

Bei einem weiteren bekannten Applikator sind auf einer fischen Scheibe als Träger in einem konzentrischen Kreis um einen zentralen Sendeschwinger mehrere Empfangsschwinger angeordnet (DT-OS 20 23 929). Mit einem solchen Applikator läßt sich zwar praktisch der gesamte mögliche Bewegungsbereich des Fetus erfassen, und es ergibt sich auch eine erhöhte Signalausbeute, weU 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 another known applicator, several receiving transducers are arranged on a fish disk as a carrier in a concentric circle around a central transmitting transducer (DT-OS 20 23 929). With such an applicator it is true that practically the entire possible range of motion of the fetus can be detected, and there is also an increased signal yield because the receiving oscillators grouped around the transmitting oscillator are now already registering echo signals from surfaces with a certain inclination. Difficulties arise, however, when coupling the individual oscillators to the body surface of the tearing end, because the flat, relatively large-area and rigid disk 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 Applikatorden gesamten möglichen Btwegungsbereich des Fetus 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 specify an applicator which, like the last-mentioned In contrast to this, however, the applicator covers the entire possible range of motion of the fetus Simultaneous further increase in the signal yield is much easier and safer, even at strong curved body surfaces can be coupled.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ultraschall- Empfangsschwinger zusammen mit einer Mehrzahl von Ultraschall-Sendeschwingern in an sich bekannter kreisförmiger Anordnung speziell von einem solchen ebenen Ring als Trägerteil getragen und über den gesamten Ring verteilt sind, welcher einen lichten Durchmesser aufweist der ein Mehrfaches der Abmessungen der einzelnen Schwinger beträgt.The object is achieved in that the ultrasonic receiving transducer together with a plurality of ultrasonic transducers in a known circular arrangement especially from such a flat ring are worn as a support part and distributed over the entire ring, which one has a clear diameter that is a multiple of the dimensions of the individual transducers.

Ein ebener Ring mit den genannten Abmessungen läßt sich sehr viel besser an gekrümmte (weiche) Flächen anpassen als eine Scheibe. Durch die erhöhte Anschmiegsamkeit des Schwingerträgers wird somit auch eine bessere, weniger kritische Ankopplung der einzelnen Schwinger an die gekrümmte Körperfläche gewährleistet. Eine Mehrzahl außerhalb des Applikatorzentrums liegender Ultraschall-Sendeschwinger bewirkt außerdem eine stark verbesserte räumliche Anstrahlung des untersuchten Objektes (Fetusherzen), wodurch auch die Signalausbeute in nicht unerheblichem Maß weiter erhöht wird.A flat ring with the dimensions mentioned can be compared much better to curved (soft) Fit surfaces as a disk. Due to the increased The suppleness of the oscillating beam is therefore also a better, less critical coupling of the guaranteed single transducer to the curved body surface. A majority outside the applicator center A horizontal ultrasonic transducer also produces a greatly improved spatial effect Illumination of the examined object (fetal heart), whereby the signal yield is not insignificant Degree is further increased.

Eine kreisförmige Anordnung einer Mehrzahl von Sende- und Empfangsschwingern ist an sich durch die US-PS 32 37 623 vorbekannt. Bei diesem Applikator handelt es sich jedoch einerseits nur um einen einfachen Ultraschallkopf zur Abtötung von menschlichen oder tierischen Zellen, z. B. Krebszellen, und nicht, wie im vorliegenden Fall, um einen Doppler-Applikator speziell zum Erfassen von Körperbewegungen, insbesondere Herzschlagbewegungen des Herzens eines Fetus. Andererseits umfaßt dieser Schallkopf auch nur insgesamt zwei Sende- und Empfangsschwinger, die sich paarweise diametral gegenüberliegen. Diese Schwinger werden nicht durch einen ebenen Ring getragen, der entsprechend den Merkmalen vorliegender Erfindung dimensioniert ist. Durch die FR-PS 15 99 527 ist darüber hinaus eine Schwingeranordnung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsende- und Empfangsschwingern vorbekannt, die zur Dopplerblutdruckmessung beispielsweise ringförmig an einem flexiblen Haltegurt (Druckman-A circular arrangement of a plurality of transmitting and receiving transducers is inherent in the US-PS 32 37 623 previously known. However, on the one hand, this applicator is only a simple one Ultrasonic head for killing human or animal cells, e.g. B. cancer cells, and not, as in present case to a Doppler applicator specifically for detecting body movements, in particular Heartbeat movements of the heart of a fetus. On the other hand, this transducer also only includes a total of two transmitting and receiving transducers, which are diametrically opposed to each other in pairs. These vibrators are not carried by a planar ring made in accordance with the features of the present invention is dimensioned. Through the FR-PS 15 99 527 is about it In addition, a transducer arrangement with a plurality of ultrasonic transmitting and receiving transducers is previously known, for Doppler blood pressure measurement, for example, ring-shaped on a flexible tether (pressure man-

scheue) um den Arm eines Patienten geschlungen werden können. Die ringförmige Anordnung dieser Schwingerelemente ist damit so, daß ihre Abstrahlung radial in Richtung des Ringmittelpunktes erfolgt und nicht wie bei vorliegender Erfindung, senkrecht zur Ringfläche.shy) can be wrapped around a patient's arm. The annular arrangement of these Oscillator elements are so that their radiation takes place radially in the direction of the center of the ring and not as in the present invention, perpendicular to the ring surface.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die einzelnen Sende- und Empfangsschwinge ^ am Ring auf einem zum Ringmittelpunkt konzentrischen Kreis in abwechselnder Reihenfolge angeordnet Die gegenseitigen Abstände zwischen den Schwingern sind dabei jeweils gleich groß'gewähltIn an advantageous embodiment of the invention are the individual transmitting and receiving rocker arms ^ on the ring on a circle concentric to the center of the ring in arranged in alternating order The mutual distances between the transducers are included the same size 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 ;s mittlerea Durchmesser von ca. 50 mm angeordnet. Bei einem derartigen Applikator ergeben sich optimale Empfangsverhältnisse für Echosignal", 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 approximately 8 mm in diameter, are arranged on a ring with a mean diameter of approximately 50 mm. With such an applicator, optimal reception conditions for echo signals result from a depth range of approx. 6 to 12 cm, 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 is also a pressure transducer suitable for the inside of the ring, e.g. B. pressure balloon, for the simultaneous decrease of the Tokogramms provided for the circulating. The ring can be the receiving body for the pressure transducer form 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 is described below with the aid of two figures its mode of action explained in more detail:

Die F i g. 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 t, 2, 3 sowie drei Empfangsschwingern 4, 5, 6 (piezoelektrische Kristallplättchen mit einem Durchmesser von ca. 8 mm), welche in abwechselnder Reihenfolge an einem aus einem Hohlräume 7' für die Aufnahme der Schwinger aufweisenden Schwingerträgerteil 7 mit der Applikationsfläche 8 und einer (anschraubbaren) Abdeckplatte 9 bestehenden Kreisring 10 aus Polystyrol angebracht sind. Der mittlere Durchmesser des Kreisnnges 10 beträgt 50 mm, seine Breite 9 mm und seine Gesamtdicke 10 mm.The F i g. 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 transmitter transducers t, 2, 3 and three receiving transducers 4, 5, 6 (piezoelectric crystal plates with a Diameter of approx. 8 mm), which are attached in alternating order to a circular ring 10 made of polystyrene consisting of cavities 7 'for receiving the transducers with the application surface 8 and a (screw-on) cover plate 9. The mean diameter of the circle 10 is 50 mm, its width 9 mm and its total thickness 10 mm.

Die einzelnen Sende- bzw. Empfangsschwinger 1 bis 6 sind jeweils elektrisch parallelgeschaltet und arbeiten im Dauerstrich- oder 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 Doppelsignale dar.The individual transmitting and receiving oscillators 1 to 6 are each electrically connected in parallel and work in continuous wave or pulse operation. The electrical lines 11, 12 represent the connecting lines of the individual transmitter oscillator or receiver oscillator to the (not shown) high-frequency generator or Doppler device for displaying the double signals.

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

Der Tokogrammabnehmer 13 besteht dabei aus einem in das Kreisinnere des Ringes 10 einsetzbaren Druckballon 14 mit dem starren Gehäuseteil 15 und einer Balloranembran 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 device that can be inserted into the inner circle of the ring 10 Pressure balloon 14 with the rigid housing part 15 and a Ballora membrane 16. The pressure balloon 14 can by means of a pump (not shown) connected to the pressure line 17 to a desired one Volume or pressure value are inflated. On the pressure line 17 is also a (also not shown) mechanical-electrical pressure transducer connected for converting the pressure fluctuations in the Balloon 14 in corresponding electrical signals (tokogram).

Die Wirkungsweise des Ultraschall-Doppler-AppJikators gemäß F i g. 1 und 2 ergibt sich wie folgt:How the Ultrasonic Doppler Applicator works according to FIG. 1 and 2 result as follows:

Der Ring 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 ring 10 is z. B. by means of an adhesive plaster on The belly of the patient is attached in such a way that the individual transmitting and receiving transducers acoustically well with the Contact skin.

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 Dopplersignale, 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 transmitted to the heart of the fetus, among other things reflected and the reflected waves in the receiving transducers 4 to 6 in corresponding electrical Signals implemented. The frequency distortions between the transmitted and received ultrasound result in Doppler signals, which are a measure of the Represent heart movements of the fetus. From the repetition frequency of the occurring Doppler signals can the heart rate of the fetus can be determined immediately.

In F i g. 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 is in addition to the heart movements of the Fetus also the tokogram, d. H. the contractions signal that seizes those who are in pain. For this purpose, the Pressure balloon 14 inflated to a certain volume or pressure value into the interior of 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 Transferred via the pressure line 17 to the mechanical-electrical pressure transducer.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ultrasonic Doppler applicator for detecting the movement of internal body objects, the days of which change relative to the applicator, in particular the fetal heart movement, with ultrasonic transmitting transducers and a plurality of ultrasonic receiving transducers, which are held on a common carrier part * thereby f It indicates that the ultrasound reception waves (4i to 6) together, with a plurality of vai ^ itraschaJI-Sendeschwihgerri (t to S) , in a known circular arrangement especially carried by such a flat ring (10) as a support and over are distributed throughout the ring, which has a clear diameter that is a multiple of the dimensions of the individual transducers (t to {^

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

3. Applicator according to claim 1 or 2, characterized in that a total of three transmission and three Receiving transducers each approx. 8 mm in diameter on a ring (10) with a central one Diameter of about 50 mm are arranged

4. Applicator according to spoke 3, characterized in that the width of the ring (10) in the Of the order of 10 mm.

5. Applicator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ring (10) has cavities (7 ') for receiving the oscillator (1 to 6).

6. Applicator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ring is a disk ring is trained.

7. Applicator according to one of claims 1 to 6 in combination with a pressure transducer, e.g. B. pressure balloon, for the decrease of the tokogram of a tearing end, characterized in that the ring (10) the receptacle for the pressure transducer (13) forms.

8. Applicator according to claim 7, characterized in that the ring (10) as part of the Pressure transducer housing (15) is formed.