DE4238176A1

DE4238176A1 - Intra-luminal ultrasonic probe for clinical echography of body cavities - has transducer mounted on rocker subject to variable tilt by opposite movements of jointed plungers at end of catheter

Info

Publication number: DE4238176A1
Application number: DE19924238176
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Nagel; Helmut Prof Dr Ing Ermert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1994-05-19

Abstract

Pulse-echo imaging is performed with a catheter or endoscope (11) in which a separate coaxial line (24) serves as both a driving plunger and a current supply wire. Two plungers (8,9) are mfd. of metallic or metallised wire, tape, leaf spring or rod. The ultrasonic transducer (3) surrounded by an acoustically transparent membrane radiates into transmission fluid with translatory pivotal movement effected by pushing and pulling of the plungers in opposite directions at opposite sides of the rocker (21). USE/ADVANTAGE - For high-resolution ophthalmology or dermatology. Catheter assembled from few simple miniaturised components can operate over significantly wider range of pivot angles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde hauptsächlich für Anwendungen in der Medizin, insbesondere in der Gefäßdiagnostik und in der Endoskopie. Die Sonde ist sehr stark miniaturisierbar und eignet sich für den Einsatz in spe ziellen Ultraschallkathetern für die endoluminale Ultraschallabbildung (Herstellung von Ultraschallbildern mittels der im Gefäß befindlichen Sonde, wobei Teile des Inneren des Gefäßes, Teile der Gefäßwand und Bereiche au ßerhalb des Gefäßes abgebildet werden). Diagnostisches Ziel ist dabei die Ab bildung der Geometrie und der Struktur des Gefäßes sowie der Erkennung krankhafter Veränderungen. Außerdem eignet sich die Sonde für Anwendun gen in der Endoskopie. Bei der Endoskopie handelt es sich um eine Untersu chungstechnik (die auch mit therapeutischen Maßnahmen kombiniert sein kann), bei der über eine Körperöffnung ein Endoskop in eine Körperhöhle ein geführt wird. Über einen bestimmten Kanal innerhalb des Endoskopes kann die hier beschriebene miniaturisierte Sonde zum Zwecke der Ultraschallabbildung und/oder Ultraschallgewebscharakterisierung in die jeweilige Körperhöhle ein geführt werden.The invention relates to an ultrasound probe mainly for applications in in medicine, especially in vascular diagnostics and endoscopy. The The probe can be miniaturized to a great extent and is suitable for use in spe ultrasound catheters for endoluminal ultrasound imaging (Production of ultrasound images using the probe in the vessel, parts of the interior of the vessel, parts of the vessel wall and areas au mapped outside the vessel). The diagnostic goal is Ab formation of the geometry and structure of the vessel and the recognition pathological changes. The probe is also suitable for applications gene in endoscopy. Endoscopy is an examination technique (which can also be combined with therapeutic measures can) in which an endoscope is inserted into a body cavity via a body opening to be led. Via a specific channel within the endoscope miniaturized probe described here for the purpose of ultrasound imaging and / or ultrasound tissue characterization into the respective body cavity be performed.

Da die miniaturisierte Ultraschallsonde vorzugsweise bei relativ hohen Ultra schallfrequenzen arbeitet (im Vergleich zur konventionellen Ultraschalldiagno stik) und dieser Sachverhalt eine relativ hohe Detailerkennbarkeit sicherstellt, ist die Sonde auch für nicht-endoskopische und nicht-endoluminale Anwendun gen vorteilhaft anwendbar, bei denen die hohe Detailerkennbarkeit gefordert ist (Ophthalmologie, Dermatologie). Hier ist die mechanische Flexibilität und die Möglichkeit der Applikation an für größere Ultraschallapplikationen schwer zugänglichen Stellen von Vorteil.Since the miniaturized ultrasound probe is preferably used at relatively high ultra sound frequencies works (compared to conventional ultrasound diagnostics stik) and this fact ensures a relatively high level of detail recognition, is the probe for non-endoscopic and non-endoluminal applications gen advantageously applicable, where the high level of detail is required is (ophthalmology, dermatology). Here is the mechanical flexibility and the possibility of application for larger ultrasound applications difficult to access places an advantage.

State of the art

In der Praxis gibt es bisher zwei Arten von mechanisch betriebenen Ultra schallkathetern. Eine technische Lösung besteht darin, daß über eine rotie rende Welle im Katheter ein Ultraschallwandler oder ein Ultraschall-Umlenk spiegel in eine permanente Rotationsbewegung versetzt wird. Ein dabei er zeugtes Puls-Echo-Bild ist vergleichbar mit einer Radaranlage. Der rotierende Schallstrahl ist dabei entweder radial nach außen gerichtet, wobei eine ebene Querschnittsfläche als radiales Rundsichtbild dargestellt wird, oder der rotie rende Schallstrahl ist ein wenig nach vorn geneigt, wobei das Ultraschallbild der Mantelfläche eines stumpfen Kegels entspricht. Vorteile sind hier der ein fache, mechanisch unkomplizierte Entwurf als minimalisiertes Einmalprodukt; und die Systeme arbeiten mit Umdrehungszahlen, die eine Echtzeitdarstellung der Bilder möglich machen. Der Nachteil dieser Sonden besteht nun aber darin, daß in den Ultraschallbildern laterale Querschnitte des Gefäßes nur an solchen Stellen erfaßt und dargestellt werden, die die Katheterspitze während eines Untersuchungsvorganges bereits passiert hat. Die Anordnung ist unfähig, nach vorn in Richtung der Katheterachse abzubilden. Die vor dem Katheter liegenden Gefäßbereiche mit dort eventuell vorhandenen Krümmungen, Ver engungen und Verschlüssen kann das System nicht erfassen. Darin liegt eine bestimmte Gefahr bzw. Einschränkung bei der Anwendung, und es besteht ein Bedarf an solchen Sonden, die vor der Katheterspitze liegende Gefäßbereiche abbilden können ("Vorausbild"). In practice, there are two types of mechanically operated Ultra sound catheters. A technical solution is that a rotie wave in the catheter, an ultrasound transducer or an ultrasound deflector mirror is set in a permanent rotational movement. One of them witnessed pulse-echo image is comparable to a radar system. The rotating one The sound beam is either directed radially outwards, with a plane Cross-sectional area is shown as a radial panoramic view, or the rotie The sound beam is tilted a little forward, taking the ultrasound image corresponds to the outer surface of a blunt cone. Advantages are the one here simple, mechanically uncomplicated design as a minimalized disposable product; and the systems work with revolutions that represent a real time make the pictures possible. The disadvantage of these probes is now in that in the ultrasound images lateral cross-sections of the vessel only appear such locations are detected and displayed, which the catheter tip during of an examination process has already happened. The arrangement is unable imaging forward in the direction of the catheter axis. The one in front of the catheter lying vessel areas with any curvatures there, Ver The system cannot record any gaps or closures. There is one in it certain danger or limitation in use, and there is a Need for such probes, the vascular areas lying in front of the catheter tip can map ("preliminary image").

Eine weitere, bisher in der Praxis weniger angewandte technische Lösung be rücksichtigt diese Problematik, und es wird eine mechanische Konstruktion vorgestellt, mit der es durch Schwenken des Ultraschallwandlers möglich ist, ein axial nach vorn ausgerichtetes sektorförmiges Bild zu erzeugen. Hierbei wird allerdings die rein translatorische Schwenkbewegung des Ultraschall wandlers über eine sich permanent drehende flexible Welle im Katheter und eine Schwenkhebelkonstruktion am vorderen Katheterende (Katheterspitze) er reicht (Getriebe für die direkte Umwandlung von Rotation in Schwenkbewe gung). Das dabei erzeugte axial nach vorn ausgerichtete flächenhafte Puls- Echo-Bild ist sektorförmig (2D-Sektorscan). Die nach vorn verlängerte Achse des Katheters liegt im Zentrum der fächerförmigen Bildfläche. Durch manuelle Drehung des Katheters läßt sich die Bildebene drehen (horizontal, vertikal, jede beliebige Winkelorientierung, Fig. 1).A further technical solution that has hitherto been used less in practice takes this problem into account, and a mechanical construction is presented with which it is possible to generate an axially forward-oriented sector-shaped image by pivoting the ultrasonic transducer. Here, however, the purely translatory swivel movement of the ultrasound transducer is achieved via a permanently rotating flexible shaft in the catheter and a swivel lever construction at the front end of the catheter (catheter tip) (gearbox for the direct conversion of rotation into swivel movement). The areal pulse-echo image that is generated axially towards the front is sector-shaped (2D sector scan). The catheter's elongated axis lies in the center of the fan-shaped image area. By manually rotating the catheter, the image plane can be rotated (horizontally, vertically, any angular orientation, FIG. 1).

Ein automatisiertes und kontrolliertes Drehen des Katheters im Gefäß in defi nierten, reproduzierbaren Winkelschritten im Gefäß zur Erfassung eines 3-di mensionalen Volumenbereiches mit der Möglichkeit der Datenspeicherung und rechnerischen Rekonstruktion von Schnittebenen mit anderen Orientierungen (z. B. laterale Schnittbilder) ist nur schwer möglich. Weiterhin ist mit Schwenkhebelgetriebe-konstruktionen dieser Art und deren peripheren Details vom Prinzip her nur ein ziemlich begrenzter Schwenkwinkelbereich möglich. Zudem hält sich bisher die Miniaturisierbarkeit solcher mechanisch aufwendi gen Gebilde in Grenzen. Die Herstellung als Einmal-Produkt wäre zu teuer. Dies sind wesentliche Nachteile.An automated and controlled turning of the catheter in the vessel in defi ned, reproducible angular steps in the vessel to record a 3-di dimensional volume range with the possibility of data storage and mathematical reconstruction of cutting planes with other orientations (e.g. lateral sectional images) is difficult. Furthermore, with Swivel lever gearbox constructions of this type and their peripheral details in principle only a fairly limited swivel angle range is possible. In addition, the miniaturization of such mechanically complex has so far been maintained limits in structures. Manufacturing as a single-use product would be too expensive. These are major drawbacks.

Aim of this invention

Ziel der Erfindung ist die Realisierung einer Ultraschallsonde mit wesentlich größerem Schwenkwinkelbereich als im Falle der bekannten Schwenkhebelge triebekonstruktionen. Weiterhin soll eine Kathetersonde realisiert werden, die im Bereich des Ultraschallwandlers aus wenigen, einfach herzustellenden, un komplizierten und leicht zu miniaturisierenden Teilen besteht. Kompliziertere mechanische Mechanismen sollen wegen der Grenzen der Miniatursierbarkeit außerhalb des Katheters in der Nähe des Antriebs angebracht werden. Die Antriebseinheit soll möglichst komplett und eventuell aufsteckbar immer wie der verwendet werden können. Die eigentliche Kathetersonde, die aus human hygienischen Gründen nur einmal verwendet werden kann, sollte mechanisch sehr einfach und damit preiswert aufgebaut sein. Die Notwendigkeit der Mi niaturisierung vieler und relativ komplizierter Einzelelemente ist zu vermei den. Die Erzeugung von verschiedenen Schnittbildern (2D) durch manuelles Drehen des Katheters im Gefäß nsoll wie bisher, aber vereinfacht und verbes sert, möglich sein. Die automatisierte Erzeugung von nebeneinanderliegenden Schnittbildern soll ebenfalls möglich sein. Sie erlaubt nach geeigneter Aus wertung der Signale auch die Darstellung von lateral orientierten Schnittbildern (sogenannte C-Scans, Orientierung senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung) so wie mittels Speicherung aller so gewonnenen Daten die Erfassung und Dar stellung 3-dimensionaler Volumenbereiche im Bereich vor der Katheterspitze, je nach Verarbeitungsgeschwindigkeit auch in Echtzeit.The aim of the invention is to implement an ultrasonic probe with essential larger swivel angle range than in the case of the known swivel lever drive constructions. Furthermore, a catheter probe is to be realized that in the area of the ultrasonic transducer from a few, easy to manufacture, un complicated and easy to miniaturize parts. More complicated mechanical mechanisms are said to be limited due to the limits of miniaturizability outside the catheter near the actuator. The Drive unit should be as complete as possible and possibly plugged in as always that can be used. The actual catheter probe, which is made of human hygienic reasons can only be used once, should be mechanical be very simple and therefore inexpensive. The need for Wed. niaturization of many and relatively complicated individual elements should be avoided the. The generation of different sectional images (2D) by manual The catheter should be turned in the vessel as before, but simplified and better sert, be possible. The automated generation of side by side Cross-sectional images should also be possible. It allows after a suitable end Evaluation of the signals also the representation of laterally oriented sectional images (so-called C-scans, orientation perpendicular to the direction of sound propagation) as well as by storing all the data obtained in this way, capturing and displaying position of 3-dimensional volume areas in the area in front of the catheter tip, depending on the processing speed, also in real time.

Erforderliche mechanische Präzisionsarbeiten, die den nicht wiederverwendba ren Sondenteil betreffen, sollen möglichst vermieden werden, wenn dies durch geeignete Maßnahmen und angemessenen Mehraufwand beim Betrieb (Betriebsart, Systemsteuerung, Signalverarbeitung, Software) des Systems, an dem die Ultraschallsonde betrieben wird, möglich ist und zu vergleichbaren Ergebnissen (in bezug auf Bildqualität, Bildfolgefrequenz etc.) führt.Required mechanical precision work that the non-reusable re probe part should be avoided if possible, if by appropriate measures and reasonable additional effort during operation (Operating mode, system control, signal processing, software) of the system to which the ultrasound probe is operated is possible and comparable Results (in terms of image quality, frame rate, etc.).

the solution of the problem

Die Erfindung löst die oben dargestellten Probleme und verfolgt die oben dar gestellten Ziele erfolgreich in folgender Weise:The invention solves the problems outlined above and pursues the above set goals successfully in the following ways:

Über ein, zwei oder mehrere im Katheter befindliche und sich axial hin und her bewegende, nicht drehende, abgeschirmte Drähte, Flachfedern oder Lei tungen (auch Koaxialleitung(en)), im weiteren allgemein auch als Stößel be zeichnet (damit seien hier immer sogenannte "Stoß-Zieh-Elemente" gemeint), wird ein Miniaturscharnier, ein Folienscharnier, ein Kugelscharnier, eine Folie oder eine Wippe angetrieben. Auf dem Miniaturscharnier, dem Folienschar nier, dem Kugelscharnier, der Folie oder der Wippe befindet sich der Ultra schallwandler (Fig. 5). Er ist in seiner Ruhelage in Richtung der Katheter achse nach vorn orientiert. Im Betrieb schwenkt die Strahlachse um die Vor wärtsrichtung, der Wandler rotiert dabei nicht. Diese Mechanik läßt sich be sonders gut in miniaturisierter Form ausführen und z. B. vorteilhaft in einer Ultraschall-Kathetersonde für angio-sonographische Zwecke applizieren. Ver schiedene mögliche technische Ausführungen sind in den Figuren darge stellt.Via one, two or more axially reciprocating, non-rotating, shielded wires, flat springs or lines (also coaxial line (s)) located in the catheter, generally also referred to below as plungers (so-called " Push-pull elements "meant), a miniature hinge, a film hinge, a ball hinge, a film or a rocker is driven. The ultra sound transducer is located on the miniature hinge, the foil hinge, the ball hinge, the foil or the rocker ( Fig. 5). In its rest position, it is oriented forwards in the direction of the catheter axis. In operation, the beam axis swivels around the forward direction, the converter does not rotate. This mechanism can be particularly good in miniaturized form and z. B. advantageous to apply in an ultrasound catheter probe for angio-sonographic purposes. Ver various possible technical designs are shown in the figures.

Es wird ein axial nach vorn ausgerichtetes Bild erzeugt, das mechanisch nach dem sog. Sector-Scan-Prinzip aufgenommen wird. Die nach vorn verlängerte Achse des Katheters liegt im Zentrum der fächerförmigen Bildfläche. Durch Drehung des Katheters läßt sich die Bildebene drehen (horizontal, vertikal, jede beliebige Winkelorientierung, Fig. 1 und Fig. 2).An axially forward-oriented image is generated, which is recorded mechanically according to the so-called sector scan principle. The catheter's elongated axis lies in the center of the fan-shaped image area. By rotation of the catheter to the image plane (any angular orientation, Fig. 1 and Fig horizontally, vertically. 2) can be rotated.

In einigen Betriebsarten kann die Sonde für multidirektionale Schnittbildauf nahmen (einschließlich tomographischer Konzepte) eingesetzt werden. Beim "Antrieb mit drei(vier) Stößeln" gemäß Fig. 3a und Fig. 4 rotiert die Strahlachse elektronisch gesteuert um die Vorwärtsrichtung des Katheters. Der Wandler rotiert dabei nicht. Die Ultraschallsonde kann automatisch Flächen beliebiger Orientierung und Krümmung abtasten und bildhaft darstellen (Fig. 3). Damit können alle vor der Katheterspitze liegenden Objektbereiche im Rahmen der sogenannten B-Scan-Technik erfaßt werden. Die Rekonstruktion flächenhafter Schnitte mit einer Orientierung senkrecht zur Richtung des Ka theters (und zur Richtung der Schallausbreitung) ist ebenfalls möglich (sogenannte C-Scan-Technik). Schließlich erlaubt die Sonde nach Abtasten dreidimensionaler Volumenbereiche eine dreidimensionale Abbildung (3D-Ab bildung). Dabei können parallel verschobene Schnittebenen gemäß Fig. 3b, azimutal versetzte Schnittebenen gemäß Fig. 3c oder spiralförmig aufgewickelte Kegelmäntel gemäß Fig. 3a, Fig. 4b und Fig. 4c zur Abtastung der 3D-Bereiche verwendet werden. Nicht-ebene Schnittflächen (z. B. Kegelmän tel) können auch zur zweidimensionalen Abbildung dienen, wobei diese Flä chen entweder auf Ebenen abgewickelt oder in ursprünglicher Geometrie per spektivisch dargestellt werden. Von besonderem Interesse ist außerdem die Möglichkeit, einen 3D-Objektbereich dadurch zu erfassen und abzubilden, daß sich die Achse des Ultraschallstrahles kontinuierlich auf einer sich abwech selnd öffnenden und schließenden Spiralbahn gemäß Fig. 4a bewegt. Diese Form der 3D-Abbildung erfolgt durch Abtastung des darzustellenden Volu mens mittels einer endlosen, in sich geschlossenen Fläche (sog. "Kegel-Scan") und hat gegenüber den Verfahren gemäß Fig. 3a, 3b und 3c den Vorteil, daß die Sonde eine kontinuierliche Bewegung durchführen muß und daß damit im Rahmen des Abtastvorgangs zeitraubende Anhalte- und Umkehrvorgänge bei der Sondenbewegung entfallen.In some operating modes, the probe can be used for multi-directional sectional imaging (including tomographic concepts). In the "drive with three (four) tappets" according to FIG. 3a and FIG. 4 rotates the beam axis controlled electronically by the forward direction of the catheter. The converter does not rotate. The ultrasound probe can automatically scan and display surfaces of any orientation and curvature ( FIG. 3). This means that all object areas lying in front of the catheter tip can be scanned using the so-called B-scan technique. The reconstruction of flat sections with an orientation perpendicular to the direction of the catheter (and to the direction of sound propagation) is also possible (so-called C-scan technique). Finally, after scanning three-dimensional volume areas, the probe allows three-dimensional imaging (3D imaging). In this parallel-displaced azimuthally offset cutting planes, according to Fig. 3b, sectional planes shown in Fig. 3c or spirally wound conical shells according to Fig. 3a, Fig. 4b and Fig. 4c are used to sample the 3D regions. Non-flat cut surfaces (e.g. cone jackets) can also be used for two-dimensional imaging, whereby these surfaces are either developed on planes or shown in their original geometry by spotting. Of particular interest is also the possibility of capturing and imaging a 3D object area in that the axis of the ultrasound beam moves continuously on an alternating opening and closing spiral path according to FIG. 4a. This form of 3D imaging takes place by scanning the volume to be displayed by means of an endless, self-contained area (so-called "cone scan") and has the advantage over the methods according to FIGS . 3a, 3b and 3c that the probe has a must perform continuous movement and that time-consuming stopping and reversing processes during probe movement are thus eliminated as part of the scanning process.

Remarks

Für alle folgenden Erläuterungen zu den verschiedenen Antrieben gelten grundsätzlich die Absätze I oder II sowie die Absätze III, IV und V.The following applies to all of the following explanations for the various drives in principle paragraphs I or II as well as paragraphs III, IV and V.

I. For the electr. Lead wires are provided in the catheter body, a separate coaxial line 24 , such as. B. in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 14, Fig. 15.
II. The coaxial line is at the same time drive plunger and electrical guide wire 8 ( 24 ), such as. B. outlined in Fig. 7.
III. The plungers are metallic or metallized non-metallic wires, strips, flat springs or rods of any cross-section, which at the same time drove to and can be part of the electrical supply wires. Because of the relatively high operating frequency (ultrasonic frequency) of the arrangement, a shield 10 must be present ( FIG. 10, FIG. 11). In connection with the water either an artificial coaxial line or a shielded two-wire or multi-wire line such as. B. outlined in Fig. 11 No. 14.
IV. The supply lines 5 and 6 located on the ultrasonic transducer 3 (see, for. Example, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 11, Fig. 14, Fig. 15) are drive arrangements described in all here available, but mostly not shown.
V. For reasons of simplicity, not all are always complete Functional details outlined. Usually only the parts outlined, whose special features are just described.

Der Wippen-Antrieb kann mit einem oder mehreren Antriebsstößeln versehen sein (Fig. 6, Fig. 7: ein Stößel 8, Fig. 8: zwei Stößel 8, 9), je nach Größe des zu realisierenden Schwenkwinkelbereiches. Bei entsprechenden mechanischen Eigenschaften kann auch eine Koaxialleitung als Stößel eingesetzt werden, und zwar mit der Doppelfunktion" Antrieb u. Spannungsversorgung" und mit dem Vorteil, daß die dünnen Anschlußdrähte 5 und 6 direkt am Wandler bei dynamischem Betrieb der Anordnung mechanisch unbelastet bleiben. Biegeansprucht wird dann nur die Koaxialleitung 8 (24) (Fig. 6, Fig. 7). Die Halterung des Stößels (oder der Stößel) an der Wippe kann fest sein oder mit einem Gelenk versehen sein. Es sich auch Ausführungen möglich (wie in Fig. 5i, j dargestellt) bei denen eine Sicht nach hinten möglich ist. Die Fig. 6 und Fig. 7 zeigen eine Besonderheit. Hier kann bei Bedarf die Wippe 21 im Stillstand soweit weggeklappt werden, daß ein Instrumentierkanal 27 für therapeutische Maßnahmen frei wird.The rocker drive can be provided with one or more drive tappets ( FIG. 6, FIG. 7: one tappet 8 , FIG. 8: two tappets 8, 9 ), depending on the size of the swivel angle range to be realized. With corresponding mechanical properties, a coaxial line can also be used as a plunger, with the double function "drive and power supply" and with the advantage that the thin connecting wires 5 and 6 remain mechanically unloaded directly on the converter during dynamic operation of the arrangement. Then only the coaxial line 8 ( 24 ) is stressed ( FIG. 6, FIG. 7). The mounting of the tappet (or the tappets) on the rocker can be fixed or can be provided with a joint. There are also possible designs (as shown in FIGS . 5i, j) in which a rear view is possible. FIGS. 6 and FIG. 7 illustrate a special feature. If necessary, the rocker 21 can be folded away so far at a standstill that an instrumentation channel 27 is free for therapeutic measures.

Der Folien-Antrieb kann freischwenkend gemäß Fig. 9, oder geführt ge staltet sein gemäß Fig. 10. Bei freischwenkender Anordnung fehlen die Füh rungsstege 17. Dies kann zur Folge haben, daß die Präzision der Schwenkung um einen fixen Punkt herum geringer ist. Eine dadurch bei der Bildverarbei tung eventuell auftretende Verzerrung kann durch eine Kalibrierung und mehr Signalverarbeitungsmaßnahmen gegebenenfalls korrigiert werden.The film drive can freely pivot according to FIG. 9, or be guided according to FIG. 10. In the freely pivoting arrangement, the guide bars 17 are missing. This can have the consequence that the precision of the pivoting around a fixed point is lower. Any distortion that may occur during image processing can be corrected by calibration and more signal processing measures.

Der Folienscharnier-Antrieb ist in Fig. 11, Fig. 12 und Fig. 13 dargestellt. Fig. 11 zeigt die Anordnung etwas ausgelenkt zur Hauptstrahlrichtung. Die Stößel 8 und 9, hier dargestellt durch metallische Drähte, die an das Folienscharnier angebracht sind, bewirken bei gegenläufigem Antrieb die Auslenkung des Ultraschallwandlers 3. Andererseits bilden die Stößel 8 und 9 mit den sehr dünnen flexibel angebrachten Leitungen 5 und 6, den vorderen Teil für die elektrische Spannungsversorgung des Ultraschall-Wandlers 3. Dazu gehören noch die Abschirmung 10 mit der zum Körper hin isolierenden Hygieneschicht 12, und dem zwischen ca. 20 cm und 100 cm langen extruierten thermoplastischen Kunststoffrohr 11, das sprachgebräuchlich allgemein im medizinischen Bereich als Katheter bezeichnet wird. Dieser Katheter wird bei Gefäßuntersuchungen verwendet, er ist aber in modifizierter Ausführung im Instrumentierkanal eines Endoskopes für Untersuchungen in Körperhöhlen einsetzbar. Die Kombination der Elemente 8, 9, 10, 11, 12 hat also drei Funktionen:The film hinge is driving in Fig. 11, Fig. 12 and Fig. 13. Fig. 11 shows the arrangement slightly deflected to the main beam direction. The plungers 8 and 9 , shown here by metallic wires attached to the film hinge, cause the ultrasonic transducer 3 to deflect when the drive is in opposite directions. On the other hand, the plungers 8 and 9 with the very thin flexibly attached lines 5 and 6 form the front part for the electrical voltage supply of the ultrasound transducer 3 . This also includes the shield 10 with the hygiene layer 12 which isolates itself from the body, and the extruded thermoplastic tube 11 , which is between about 20 cm and 100 cm long and is commonly used in the medical field as a catheter. This catheter is used for vascular examinations, but it can be used in a modified version in the instrument channel of an endoscope for examinations in body cavities. The combination of elements 8, 9, 10, 11, 12 has three functions:

1. Power supply (transmit pulses and receive echoes)
2. mechanical tappets working in opposite directions
3. Shielding against interference

Die Abschirmung 10 kann aus einer Metallschicht oder aus einem Drahtge flecht bestehen. Fig. 13 zeigt skizziert ein Folienscharnier.The shield 10 can consist of a metal layer or of a wire braid. Fig. 13 shows outlines a film hinge.

Beim Flachfeder-Antrieb gemäß Fig. 14 und Fig. 15 mit zwei oder mehr am Ende fest zusammengefügten Flachfedern 30 (Querschnittsabmessungen meist 0,2 mm×2 mm oder kleiner) z. B. aus Federstahl oder aus anderem metallischem oder nichtmetallischem federndem Material ist ein Ultraschall- Wandler 3 montiert. Je kleiner der Abstand a zwischen den Stößeln (Flachfedern 30) ist, desto geringer kann der Hub der Stößel sein. Die Auslenkung (Schwenkwinkel) des Wandlers wird mit kleinerem Abstand a größer. Die aufzuwendende Bewegungskraft an den Stößeln muß dann allerdings auch größer sein. In Fig. 15 an Punkt d kann auch ein Instrumentierkanal angeordnet werden.When flat spring drive 15 in accordance with two or more end fixedly joined flat springs Fig. 14 and Fig. 30 (cross-sectional dimensions usually 0.2 mm x 2 mm or smaller) z. B. made of spring steel or other metallic or non-metallic resilient material, an ultrasonic transducer 3 is mounted. The smaller the distance a between the tappets (flat springs 30 ), the smaller the stroke of the tappets. The deflection (swivel angle) of the transducer increases with a smaller distance a. The movement force to be exerted on the tappets must then also be greater. An instrument channel can also be arranged at point d in FIG. 15.

Der Antrieb mit drei (vier) Stößeln ist schematisch skizziert in Fig. 5k und Fig. 5l. Die Schwenkebene kann um die Vorwärtsrichtung des Katheters ro tieren, und zwar durch gleichzeitige Steuerung der drei (vier) Stößel. Je nach Aufwand der Steuerung sind nahezu alle denkbaren Schwenkebenen aufeinan derfolgend einstellbar, ohne daß die Katheterröhre von Hand gedreht werden muß, und ohne Rotation des Wandlers (Fig. 3, Fig. 4). Dieses ermöglicht die automatische Vermessung von dreidimensionalen Bereichen, die vor der Sonde liegen. Rekonstruktionen und Darstellungen von 3D-Bildern und Schnittbildern quer zur Vorwärtsrichtung des Katheters (C-Scan) sind somit möglich. Wenn die Stößel eine hohe Elastizität haben, kann der darstellbare 3D-Bereich nahezu die gesamte vordere Hemisphäre des Katheters umfassen. Die Befestigung der Stößel kann starr sein, es sind aber auch z. B. Kugelge lenke verwendbar. The drive with three (four) plungers is schematically sketched in Fig. 5k and Fig. 5l. The pivot plane can rotate about the forward direction of the catheter by controlling the three (four) plungers simultaneously. Depending on the complexity of the control, almost all conceivable swivel planes can be adjusted one after the other without the catheter tube having to be rotated by hand and without rotation of the transducer ( FIG. 3, FIG. 4). This enables the automatic measurement of three-dimensional areas that lie in front of the probe. Reconstructions and representations of 3D images and sectional images transverse to the forward direction of the catheter (C-scan) are thus possible. If the plungers have a high degree of elasticity, the 3D region that can be represented can encompass almost the entire anterior hemisphere of the catheter. The attachment of the plunger can be rigid, but there are also z. B. Kugelge joints can be used.

Design advantages of this invention

Das axial nach vorn ausgerichtete erzeugte Bild, das mechanisch nach dem so genannten Sector-Scan-Prinzip aufgenommen wird, überdeckt einen wesentlich größeren Sektor als das bei den wenigen bisherigen Erfindungen der Fall ist. Der Schwenkwinkelbereich dieser Erfindung kann 180° sein. Bei besonderer Gestaltung der Sonde ist sogar eine beschränkte Sicht nach hinten möglich. Weiterhin ist bei geeignetem Antrieb eine veränderliche Schwenkbereichsam plitude realisierbar. Es ist sogar möglich, die Hauptschwenkrichtung über den Antrieb zu ändern, was bei allen bisher veröffentlichten Konstruktionen nicht möglich ist. Dieses wird erreicht durch die Anordnung der Mechanik für die Transformation "Drehbewegung-Schwenkbewegung" (konventionelles Kur belwellen- oder Nockenwellengetriebe) außerhalb des Katheters (Fig. 16). Die Transformation "Drehbewegung-Schwenkbewegung" wird aufgeteilt und räumlich getrennt in die Transformationen "Drehbewegung-Stoßbewegung" und die "Stoßbewegung-Schwenkbewegung". Dadurch ist als Ziel der große Schwenkbereich realisierbar. Die Transformation "Stoßbewegung-Schwenk bewegung" ist besonders trival und läßt sich preiswert und leicht innerhalb der Katheterspitze applizieren. Die Transformation "Drehbewegung-Stoßbewe gung" befindet sich außerhalb des Katheters in Höhe der Antriebseinheit. Da mit sind nur noch einfache, leicht herzustellende und unkomplizierte Bauteile innerhalb des Katheters notwendig. Die schwierig miniaturisierbaren Elemente befinden sich außerhalb des Katheters. Die äußeren Abmessungen der An triebseinheit können problemlos im handlichen Bereich liegen, so daß hier nicht miniaturisiert werden muß. Es genügt, die Bauform klein zu halten. Der jetzt ausgelagerte Transformationsmechanismus darf etwas aufwendiger sein. Der Transformationshub ist dadurch frei wählbar. Es kommt noch hinzu, daß der Schwenkwinkel und sogar die Schwenkrichtung auch noch über die Form und die Abmessungen des Folienscharniers oder der Folie beeinflußt werden kann (Fig. 5a bis Fig. 5l). Damit ergibt sich eine mögliche Konstruktions vielfalt, die sehr einfach den verschiedenen medizinischen Applikationen ange paßt werden kann.The generated axially forward-oriented image, which is recorded mechanically according to the so-called sector scan principle, covers a much larger sector than is the case with the few previous inventions. The swivel angle range of this invention can be 180 °. With a special design of the probe, a limited rear view is even possible. Furthermore, a variable swiveling range sam plitude can be realized with a suitable drive. It is even possible to change the main pivoting direction via the drive, which is not possible with all previously published designs. This is achieved by arranging the mechanics for the transformation "rotary motion-pivoting motion" (conventional cure belwelle- or camshaft gear) outside the catheter ( Fig. 16). The transformation "rotary motion-swivel motion" is split and spatially separated into the transformations "rotary motion-push motion" and the "push motion-swivel motion". As a result, the large swivel range can be achieved as a goal. The transformation "push-swivel movement" is particularly trival and can be applied inexpensively and easily within the catheter tip. The transformation "rotary motion-shock movement" is located outside the catheter at the level of the drive unit. This means that only simple, easy-to-manufacture and uncomplicated components within the catheter are necessary. The elements, which are difficult to miniaturize, are located outside the catheter. The outer dimensions of the drive unit can easily be in the handy area, so that it does not have to be miniaturized here. It is sufficient to keep the design small. The now outsourced transformation mechanism can be a bit more complex. The transformation stroke can thus be freely selected. (Fig. 5A through Fig. 5l), there is also the fact that the pivot angle and even the pivoting direction can be affected also on the form and the dimensions of the film hinge or film. This results in a possible design variety that can be easily adapted to the various medical applications.

Zusammenstellung der Details in den FigurenCompilation of the details in the figures

1 akustisch transparente Membran
2 Übertragungsflüssigkeit
3 Ultraschallwandler
4 Backing
5 Leitung 1
6 Leitung 2
7 Folienscharnier
8 Antriebsleitung 1 (Stößel)
9 Antriebsleitung 2 (Stößel)
8a Antriebsleitung 3 (Stößel)
9a Antriebsleitung 4 (Stößel)
10 Metallisierung (Abschirmung)
11 Katheter bzw. Endoskop
12 Hygieneschicht
13 keilförmiger Einschnitt
14 abgeschirmte Zweidrahtleitung
15 rechteckige Katheteröffnung
16 runde Katheteröffnung
17 Führungssteg
18 Freifräsung
19 Metallisierung
20 Klebung z. B. Epoxy
21 Wippe
22 Flachfeder
23 unbesetzt
24 Koaxialleitung
25 Achse
26 Support
27 Vertiefung
28 unbesetzt
29 Folie
30 Flachfeder
31 Untersuchungskopf
a Stößelabstand
b thin wall
d evtl. Position eines zusätzlichen Kanals
NE neutrale Ebene 1 acoustically transparent membrane
2 transmission fluid
3 ultrasonic transducers
4 backing
5 Line 1
6 Line 2
7 foil hinge
8 drive line 1 (plunger)
9 drive line 2 (plunger)
8a drive line 3 (plunger)
9a drive line 4 (plunger)
10 metallization (shielding)
11 catheter or endoscope
12 hygiene layer
13 wedge-shaped incision
14 shielded two-wire cable
15 rectangular catheter opening
16 round catheter opening
17 management bridge
18 Free milling
19 metallization
20 adhesive z. B. epoxy
21 seesaw
22 flat spring
23 vacant
24 coaxial line
25 axis
26 support
27 deepening
28 vacant
29 slide
30 flat spring
31 examination head
a Ram distance
b thin wall
d possible position of an additional channel
NE neutral level

Claims

1. Intraluminal ultrasound probe (ultrasound catheter) for medical echosonography (ultrasound imaging, tissue examination of pathological changes in body cavities or vessels and for technical applications) by sending and receiving high-frequency ultrasound pulses, with an examination head ( 31 ) in which one of an acoustically transparent Diaphragm ( 1 ) surrounded, in a transmission fluid ( 2 ) located ultrasonic transducer ( 3 ) is arranged, which during ultrasonic scanning passes through a sector-shaped swivel surface directed axially forward from the catheter tip, characterized in that the translational swivel movement of the ultrasonic transducer ( 3 ) About one or two longitudinally guided "push-pull elements" of any cross-section he follows ( 8, 9 ), which are hereinafter only called plungers, with two plungers these mutually opposing one another via a mechanical drive direction coupled, or as described in the following claim 2, each computer-controlled deflection.

2. Ultrasonic probe according to claim 1 for the two- and three-dimensional echo sonography, characterized in that three or four plungers ( 8, 9, 8 a, 9 a) independently of one another but with a defined mutual temporal position via a computer-controlled or via a suitable mechanical coupled drive unit are moved, which determines the exact degree of deflection of each individual plunger at any time during the ultrasound sector scanning, the volume in front of the catheter tip can be represented in the form of cut surfaces of any spatial position and geometry as well as three-dimensionally.

3. Ultrasonic probe according to claim 1 and 2, characterized in that the plunger inside a catheter ( 11 ) are guided, which can have other channels for other applications in addition to the channels for the plunger.

4. Ultrasonic probe according to claim 1 to 3, characterized in that the plunger in conjunction with a shield ( 10 ) can not only act as a drive son either as a coaxial radio frequency line, or as a shielded two-wire line ( 14 ), namely for and derivation of the transmission pulses and reception echoes in connection with the thin ultrasonic transducer connecting lines ( 5, 6 ).

5. Ultrasonic probe according to claim 1 to 4, characterized in that the plunger or push a symmetrically or asymmetrically or aside rocker ( 21 ) on which the ultrasonic transducer ( 3 ) is attached, the type of rocker bearing and the plunger attachment fixed or agile, that is, it can be of different types.

6. Ultrasonic probe according to claim 1 to 5, characterized in that the plunger or drives a two-leg, one-joint or a three-leg, two-joint miniature hinge to which the ultrasonic transducer ( 3 ) is attached.

7. Ultrasonic probe according to claim 1 to 6, characterized in that the plunger or the drive either a freely pivoting or a guide webs ( 17 ) running film ( 29 ) or a belt on which / the ultrasonic transducer ( 3 ) is attached.

8. Ultrasonic probe according to claim 1 to 7, characterized in that the plunger or the plunger a film hinge ( 7 ) which is realized from articulated joints ( 13 ), on which the ultrasonic transducer ( 3 ) is attached.

9. Ultrasonic probe according to claim 1 to 8, characterized in that the plunger (s) drive a single or multi-joint ball hinge to which the ultrasonic transducer ( 3 ) is attached.

10. Ultrasonic probe according to claim 1 to 9, characterized in that the plunger or drives two or more at the end assembled flat springs ( 30 ) to which the ultrasonic transducer ( 3 ) is attached.

11. Ultrasonic probe according to claim 1 to 10, characterized in that in addition and independently of the plunger-like ultrasonic transducer drive liquids required for the examination (z. B. contrast medium) can be injected through a separate channel ( 27 ) in the examination head ( 31 ), or that mechanical components for further diagnostic or therapeutic measures can be placed and applied through such a channel.

12. Ultrasonic probe according to claim 1 to 11, characterized in that the drive unit is detachable and attachable, with the advantage that the more complex and expensive reusable unit does not remain miniaturized must be, the mechanically simple, inexpensive to manufacture, mi niaturizable ultrasound probe can be exchanged as a disposable product.

13. Ultrasonic probe according to claim 1 to 12, characterized in that not only one, but two ultrasonic transducers ( 3 and 3 ' ), the main beam directions of which differ from one another, are installed and simultaneously illuminate two different areas which, when the areas adjoin one another or overlap, enlarge the total (swivel) imaging area while maintaining the tappet stroke.

14. Ultrasonic probe according to claim 1 to 13, characterized in that one or more thin coaxial connecting line (s) for the transmission pulses and the receiving echoes are simultaneously drive plunger ( 8 ( 24 )) with the part before that the thin connecting wires of the ultrasonic transducer the swivel movement is not or only slightly bend stressed.