DE69231456T2

DE69231456T2 - Ultraschallwandleranordnung

Info

Publication number: DE69231456T2
Application number: DE69231456T
Authority: DE
Inventors: Vladimir W. Osipov
Original assignee: Hologic Inc
Current assignee: Hologic Inc
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2012-05-23
Also published as: EP0870468A2; JP2821466B2; DE69231456D1; EP0516353B1; US5134999A; JPH05237101A; EP0516353A1; EP0870468A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschall-Knochenprüfgerät. Die Erfindung kann zum Ein- und Auskoppeln von Ultraschallenergie in und aus dem Fuß eines Patienten verwendet werden, wobei es nicht erforderlich ist, den Fuß des Patienten in eine Flüssigkeit zu tauchen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, dadurch Reihenuntersuchungen auf Osteoporose und andere degenerative Knochenerkrankungen durchzuführen, daß Ultraschallenergie mit verschiedenen Frequenzen durch das Fersenbein des Fußes eines Patienten geleitet und die selektive Abschwächung der Energie im Knochen gemessen wird. Ein Gerät zum Durchführen eines solchen Tests ist in der US-Patentschrift Nr. 4 774 959 beschrieben, die am 4. Oktober 1988 an Stuart B. Palmer und Christian M. Langton ausgegeben wurde und die den Titel "Narrow Band Ultrasonic Frequency Attenuation Bone Measurement System" trägt. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Gerät wird der Fuß des Patienten in einen Behälter mit einer Flüssigkeit eingetaucht und dabei das Fersenbein zwischen zwei gegenüberliegenden Wandlern angeordnet. Wie der Fachmann weiß, stellt das Eintauchen in eine Flüssigkeit, insbesondere wenn diese ein Benetzungsmittel enthält, eine effektive Art des Ein- und Auskoppelns von Ultraschallenergie in und aus einem unregelmäßig geformten Objekt mit einer ungleichmäßigen Oberfläche wie dem menschlichen Fuß dar. Für allgemeine Reihenuntersuchungen ist jedoch ein solches Eintauchen zu zeitaufwendig und unsauber. Andererseits stört das Vorhandensein von Luft oder einem anderen Gas zwischen einem Ultraschallwandler und dem zu untersuchenden Gegenstand das Einkoppeln der Ultraschallenergie und führt zu ungenauen Messungen.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0341969 beschreibt ein Ultraschall- Densitometer mit einem Handgriff 11 mit einem Betätigungsknopf 12. Aus dem Handgriff erstreckt sich ein Verbindungsstab 13. Am Ende 17 des Verbindungsstabes 13 ist ein fester Arm 15 ausgebildet. Zwischen dem Handgriff 11 und einer Anzeige 18 ist am Verbindungsstab 13 ein einstellbarer Arm 16 angebracht. Mit den Enden der Arme 15 und 16 sind offensichtlich Wandler 21 verbunden, an denen Koppler angebracht sind.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0312847 beschreibt ein Ultraschall- Lokalisierungsgerät, das von einer Quelle Schockwellen aussendet und an einem Ultraschallwandler Echosignale aufnimmt. Das Gerät befindet sich in einem Gehäuse, das sowohl die Quelle als auch das Empfangselement enthält. An dem Gehäuse ist offensichtlich ein flexibler Beutel 24 befestigt, mit dem die Schockwellen auf die Hautoberfläche des Patienten überragen werden. Der Beutel "hat die Form eines Akkordeonbalges" und weist eine ebene Anlagefläche auf, die parallel zur Mittelachse ausgerichtet ist (siehe das entsprechende US-Patent Nr. 5 025 789, Spalte 2, Zeilen 58-66).
Die US-A-4 932 414 beschreibt ein System zur therapeutischen Ultraschallbehandlung und zur Echtzeit-Ultraschallabtastung. Das System umfaßt eine Ultraschall- Wandleranordnung mit Wandlern für die Aussendung von sowohl therapeutischen als auch diagnostischen Ultraschallstrahlen. Die Wandler befinden sich in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, das an einem Ende eine konische Ummantelung aufweist, die dafür vorgesehen ist, in der Nähe der Wandler ein Fluid aufzunehmen. Die konische Ummantelung besitzt eine vordere Öffnung, die mit einer ebenen Gummimembran abgedeckt ist.
Erfindungsgemäß wird ein Ultraschall-Knochenprüfgerät geschaffen mit einer Aufnahmeeinrichtung, um ein Körperteil in Position zu halten; einer Ultraschall- Wandleranordnung und einer Einrichtung zum Anlegen der Wandleranordnung in Kontakt mit einem in der Aufnahmeeinrichtung befindlichen Körperteil, wobei die Anlegeeinrichtung bewegbar ist, um einen Körperteil in der Aufnahmeeinrichtung anordnen zu können, wobei die Wandleranordnung einen Wandler und einen Wellenleiter aufweist, der zwischen dem Wandler und dem in der Aufnahmeeinrichtung angeordneten Körperteil liegt und der eine mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllte Blase enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das mit dem Körperteil in Kontakt stehende Ende der Blase die Form eines seitlich vorspringenden, abgerundeten Kegels hat, wobei die Länge des Vorsprungs etwa gleich dem Durchmesser der Kegelgrundfläche ist, so daß dann, wenn die Wandleranordnung in Kontakt mit einem Körperteil gebracht wird, zunehmend Luft aus einem sich erweiternden Berührungsbereich mit dem in der Aufnahmeeinrichtung befindlichen Körperteil verdrängt wird.
Von den verschiedenen Vorteilen der vorliegenden Erfindung ist zu erwähnen, daß das Vorsehen eines Ultraschall-Knochenprüfgeräts, mit dem Ultraschallenergie wirkungsvoll in und aus einem geeigneten Teil des Körpers eines Patienten ein- und ausgekoppelt werden kann, das Ankoppeln von Ultraschallenergie erleichtert, ohne daß ein Eintauchen erforderlich ist, außerdem ist ein solches Gerät gut für Reihenuntersuchungen zu gebrauchen, leicht zu bedienen, relativ tolerant gegenüber der Positionierung des Patienten, erlaubt das schnelle Ausführen von Untersuchungen, ergibt reproduzierbare Messungen, ist hoch zuverlässig und von einem relativ einfachen und nicht teuren Aufbau. Andere Vorteile sind offensichtlich, und es wird zum Teil in der Folge noch darauf hingewiesen.
Kurz gesagt umfaßt das erfindungsgemäße Ultraschall-Knochenprüfgerät eine Fußstütze und zwei Ultraschall-Wandleranordnungen. Auf jeder Seite eines Fußes in der Fußstütze befindet sich eine der beiden Wandleranordnungen, wobei wenigstens eine der Wandleranordnungen seitlich vom Fuß beweglich ist, damit der Fuß zuerst in der Fußstütze plaziert werden kann. Jede der Wandleranordnungen umfaßt einen Wandler und einen akustischen Wellenleiter in der Form einer mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllten Blase. Das am Fuß anliegende Ende jeder Blase hat die Form eines seitlich vorspringenden, abgerundeten Kegels. Entsprechend kann die Luft progressiv aus einem sich vergrößernden Kontaktbereich an dem Fuß in der Fußstütze ausgeschlossen werden, wenn die Wandleranordnungen mit den gegenüberliegenden Seiten des Fußes in Kontakt gebracht werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschall- Knochenprüfgeräts;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Geräts der Fig. 1 von hinten;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Geräts der Fig. 1, die eine dabei verwendete motorbetriebene Wandlerabtastanordnung zeigt;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Abtastanordnung von hinten; und
Fig. 5 eine Schnittansicht der Abtastanordnung längs der Linie A-A in der Fig. 4.
In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen zeigen einander entsprechende Bezugszeichen einander entsprechende Bauteile an.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt das dargestellte Gerät eine Fußstütze, die generell mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist und die eine Sohlenstützfläche 13 und eine Rückenstütze 15 enthält. Die Fußstütze 11 kann zusammen mit der Basis der Maschine, generell mit den Bezugszeichen 21 bezeichnet, aus einem thermoplastischen Plattenmaterial hergestellt sein, das in die entsprechende Form gebracht und zum Beispiel durch Kleben zusammengesetzt wird.
Auf jeder Seite der Fußstütze ist eine Wandleranordnung vorgesehen, die generell mit dem Bezugszeichen 25 bzw. 27 bezeichnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Wandleranordnungen jeweils an einem Schlitten 31 bzw. 33 befestigt, der auf Schienen 35 bzw. 37 gleiten kann, so daß die Wandleranordnungen mit dem Fuß eines Patienten, der auf der Fußstütze 11 ruht, in Kontakt gebracht bzw. davon weg bewegt werden können. Vorzugsweise sind zur Steuerung der Bewegung der Wandleranordnungen längs der jeweiligen Schienen Kniehebelgelenke 34, 36 mit jeweils einem Handgriff 38 bzw. 40 vorgesehen, so daß bei der Durchführung der Ultraschalluntersuchung die Anordnungen immer den gleichen Abstand zueinander aufweisen.
Die Wandleranordnung 25 umfaßt eine Sendewandler 41 und, zum Einkoppeln der akustischen Energie in den Fuß eines Patienten, einen akustischen Wellenleiter oder Koppler in der Form einer mit Flüssigkeit gefüllten Blase 43, von der Teil in einem entsprechenden Blasengehäuse 45 gehalten wird. Die Wandleranordnung 27 umfaßt einen Empfangswandler 51 und zum Ankoppeln der akustischen Energie aus dem Fuß des Patienten einen akustischen Wellenleiter oder Koppler in der Form einer mit Flüssigkeit gefüllten Blase 53, von der ein Teil in einem entsprechenden Gehäuse 55 gehalten wird. Die Bezeichnung Flüssigkeit wird hier so verwendet, daß sie Gele mit umfaßt.
Das am Fuß anliegende Ende jeder Blase hat die Form eines seitlich vorspringenden, abgerundeten Konusses, wobei diese Teile jeweils mit dem Bezugszeichen 47 bzw. 49 bezeichnet sind. Die vorspringenden Teile erstrecken sich durch entsprechende Öffnungen in den Enden der Gehäuse 45 und 55. Diese vorspringenden Teile haben in einem gewissen Sinn die Form eines Endes eines Footballes, wobei die Länge jedes Vorsprungs in etwa gleich dem Durchmesser der Basis des Kegels ist.
Wenn die Wandleranordnungen fortschreitend mit den gegenüberliegenden Seiten des Fußes eines Patienten, der sich in der Fußstütze 11 befindet, in Kontakt gebracht werden, zum Beispiel durch Verschieben des jeweiligen Schlittens entlang der entsprechenden Schienen aufeinander zu, kommen die konisch geformten, vorspringenden Teile der flüssigkeitsgefüllten Blasen zuerst nur mit einem relativ kleinen Bereich des Fußes in Kontakt. Beim Weiterschieben der Wandleranordnungen bildet sich jedoch fortschreitend ein größerer Kontaktbereich aus, und es wird durch diese fortschreitende Vergrößerung die Luft immer mehr aus dem Kontaktbereich ausgeschlossen. Auf diese Weise wird ein Kontaktbereich ausgebildet, in dem an der Übergangsstelle keine Luft eingeschlossen ist, die das Ankoppeln der Ultraschallenergie stören und ungenaue Messungen verursachen würde.
Gemäß einem wahlweisen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind einer oder beide der Wandler mechanisch über einen kleinen Bereich abtastend bewegbar, so daß die Übertragungsstrecke in einem entsprechend kleinen Bereich des Fußes des Patienten variiert. Es hat sich gezeigt, daß eine einfache, kreisförmige Abtastbewegung ausreicht, um innerhalb des Fußes des Patienten eine zufriedenstellende Probe für eine genaue Messung zu erhalten und festzulegen.
Um eine kleine kreisförmige Abtastbewegung des Sendewandlers 41 zu bewirken, ist dieser an einer Platte 61 angebracht, deren Position von zwei Exzentern 65 und 67 kontrolliert wird. Der Exzenter 65 wird direkt von einen Getriebemotor 71 angetrieben. Der Motor 71 treibt darüberhinaus eine Zahnrolle 73 an, deren Bewegung über einen Zahnriemen 75 auf eine Zahnrolle 77 übertragen wird, die den unteren Exzenter 67 antreibt. Durch selektives Einschalten des Motors 71 bewegt sich der Sendewandler 41 somit in einem Kreis, der sich in einer Ebene befindet, die im wesentlichen senkrecht zu der akustischen Übertragungsstrecke durch den Fuß des Patienten liegt, so daß der Mittelpunkt dieser Linie auch entsprechend abgetastet werden kann. Der Durchmesser des Bewegungskreises des Wandlers liegt typischerweise im Bereich von 0,127 bis 1,27 cm (0,050 bis 0,500 Zoll). Auch wenn beispielhaft nur die Abtastbewegung des Sendewandlers beschrieben wurde, ist anzumerken, daß auch der Empfangswandler entweder allein oder zusammen mit einer Abtastbewegung des Sendewandlers abtastend bewegt werden kann.
Daraus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Gerät einige Vorteile aufweist. Die beschriebene Ausführungsform stellt nur ein Beispiel dar, und die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, sondern durch den Umfang der folgenden Ansprüche festgelegt.

Claims

1. Ultraschall-Knochenprüfgerät mit

einer Aufnahmeeinrichtung (13, 15), um ein Körperteil in Position zu halten;

einer Ultraschall-Wandleranordnung (25, 27); und

einer Einrichtung (31, 33) zum Anlegen der Wandleranordnung (25, 27) in Kontakt mit einem in der Aufnahmeeinrichtung (15, 16) befindlichen Körperteil, wobei die Anlegeeinrichtung (31, 33) bewegbar ist, um einen Körperteil in der Aufnahmeeinrichtung (15, 16) anordnen zu können;

wobei die Wandleranordnung (25) einen Wandler (41) und einen zwischen diesem und einem Körperteil in der Aufnahmeeinrichtung angeordneten akustischen Wellenleiter aufweist, der eine mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllte Blase (53) enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Körperteil in Kontakt stehende Ende der Blase (53) die Form eines seitlich vorspringenden, abgerundeten Kegels hat, wobei die Länge des Vorsprungs etwa gleich dem Durchmesser der Kegelgrundfläche ist, so daß dann, wenn die Wandleranordnung in Kontakt mit einem Körperteil gebracht wird, zunehmend Luft aus einem sich erweiternden Berührungsbereich mit dem in der Aufnahmeeinrichtung befindlichen Körperteil verdrängt wird.

2. Elektronisches Knochenprüfgerät nach Anspruch 1, wobei die Wandleranordnung ein Paar von Wandlern und ein Paar von entsprechenden, zwischen dem jeweiligen Wandler und dem Körperteil angeordneten akustischen Wellenleitern umfaßt.

3. Ultraschall-Prüfgerät nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum Anlegen der Wandleranordnung jeden der beiden Wandler derart hält, daß mindestens einer von ihnen relativ zum anderen seitlich bewegbar ist.

4. Ultraschall-Knochenprüfgerät nach Anspruch 2 mit ferner einer Einrichtung für eine mechanische Abtastbewegung eines der Wandler in einer kreisförmigen Bewegung in einer Ebene, die zu der Linie zwischen den beiden Wandlern im wesentlichen senkrecht liegt.

5. Ultraschall-Knochenprüfgerät nach Anspruch 1, wobei die Aufnahmeeinrichtung eine Fußstütze ist.

6. Ultraschall-Knochenprüfgerät nach Anspruch 5, wobei die Wandleranordnung ein Paar von Wandlern und ein entsprechendes Paar von akustischen Wellenleitern umfaßt, die zwischen jeweils einem der beiden Wandler und einem auf der Fußstütze befindlichen Fuß angeordnet sind.

7. Ultraschall-Knochenprüfgerät nach Anspruch 6, wobei die beiden Wandler und die entsprechenden beiden akustischen Wellenleiter einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Einrichtung zum Anlegen der Wandleranordnung jeden der beiden Wandler derart hält, daß mindestens einer von ihnen mit dem entsprechenden akustischen Wellenleiter relativ zu dem anderen seitlich so bewegbar ist, daß das Fersenbein des Fußes zwischen den akustischen Wellenleitern liegt.