DE3501355A1

DE3501355A1 - Verfahren und einrichtung zum eichen eines biopsievorsatzes fuer ultraschallabbildungseinrichtungen

Info

Publication number: DE3501355A1
Application number: DE19853501355
Authority: DE
Inventors: Daniel Tel Aviv Barnea; Moshe Broocline Mass. Epstein
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1985-01-17
Publication date: 1985-07-25
Also published as: JPH0753160B2; FR2696923B1; FR2558367A1; US4567896A; IL74036A; NL8500128A; FR2558367B1; IL74036A0; JPS60185538A; FR2696923A1

Description

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Dipl.-Ing. A.Wasmeier

• (>■ Dipl.-Ing. H. Graf

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E/p 11.760 Tag Date

14. Januar 1985 W/He

Anmelder: ELSCINT LTD.

Advanced Technology Center Post Office Box 5258 Haifa 31051, Israel

Titel: "Verfahren und Einrichtung zum Eichen eines Biopsievorsatzes für Ultraschallabbildungseinrichtungen. "

Priorität: USA - SN 572.441 vom 20. Januar 1984

Erfinder: 1. Daniel Barnea - Wissenschaftler 2. Moshe Epstein - Wissenschaftler

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 20073) 5 839300 Postscheck München (BLZ 700100 80) 89369-801 Gerichtsstand Regensburg

Verfahren und Einrichtung zum Eichen eines Biopsievorsatzes für ültraschallabbildungseinrichtungen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Eichen eines Biopsievorsatzes für Ultraschal labbildungseinrichtungen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

ültraschallabbildungstechniken verwenden ein Impulsechoverfahren, bei dem kurze Impulse von Ultraschallenergie, die durch einen piezoelektrischen Wandler erzeugt werden, zu einem schmalen Strahl fokussiert und durch ein entsprechendes stromleitendes Medium, üblicherweise Wasser, hindurch in den Körper eines Patienten übertragen werden. Ein Teil der Ultraschallenergie wird gegen den Wandler an Gewebegrenzflächen zwischen verschiedenen unterschiedlichen Körperstrukturen aufgrund mechanischer Impedanz-Diskontinuitäten an den Grenzflächen reflektiert. Der Wandler nimmt die reflektierte Energie auf und wandelt sie in elektrische Signale um. Die Zeitdauer bis zur Ankunft der zurückkehrenden reflektierten Signale gibt die relativen Positionen der Grenzflächen innerhalb des Körpers an. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der zeitliche Abstand zwischen den reflektierten Signalen oder Echos proportional dem räumlichen Abstand der entsprechenden reflektierenden Grenzflächen innerhalb des Körpers ist, und daß die Amplitude des Echos eine Funktion der charakteristischen Eigenschaften der die Grenzfläche bildenden Strukturen ist.

Die das Bild darstellenden elektrischen Signale, die den charakteristischen Eigenschaften der reflektierten mechanischen Energie entsprechen, werden dann sichtbar dargestellt, im allgemeinen auf einer "B-Abtastungs"-Sichtanzeige. Eine derartige Sichtanzeige ist vergleichbar mit einer herkömmlichen Fernseh-Sichtanzeige. Bei einem solchen System modulieren die reflektierten Echosignale die Helligkeit der Sichtanzeige an jeder abgetasteten Stelle. Stark reflektierende

innere Strukturen, z.B. harte Arterienwandungen, erscheinen auf der Sichtanzeige heller als schwach reflektierende Strukturen. Diese Grauskala ergibt ein nützliches diagnostisches Hilfsmittel.

Eine Vielzahl von Abtastlinien können durch Abtastung des UltraschallStrahles erzeugt werden, der von dem Wandler mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und in einer vorbestimmten Richtung über die Oberfläche des Patienten erzeugt wird. Die Vielzahl von Abtastlinien, die auf diese Weise erzeugt werden, kann verwendet werden, um eine sektorformige Sichtanzeige eines Querschnittsbildes in der Ebene der Abtastung, die von dem Reflektor-Abtaster, der mechanisch über einen gewünschten Winkel abtastet, erzeugt wird, zu erreichen.

Eine typische Sektorabtastsonde ist in US-PS 4.151.83 4 dargestellt, die ein Gehäuse zeigt, das einen GS-Servomotor enthält, der einen Mechanismus zum Oszillieren eines Wandlerkristalls antreibt. Der Wandler wird periodisch mit elektrischen Signalen gepulst, wodurch ein Ultraschallstrahl periodisch emittiert wird, wenn der Wandler zwischen seinen Winkelgrenzwerten oszilliert. Die Geschwindigkeit, mit der der Wandler gepulst wird, ist um ein Mehrfaches größer als die Geschwindigkeit der Winkelbewegung des Wandlers; aus diesem Grunde läßt sich sagen, daß der Strahl einen Sektor abtastet.

Einige medizinische Vorgänge werden vereinfacht, wenn eine Biopsienadel in Verbindung mit der Ultraschallsonde verwendet wird; um diesen Zweck zu erreichen, sind spezielle Ultraschallsonden entwickelt worden. So zeigt die US-PS 4.108.165 eine Ultraschallsonde mit einem ringförmigen Wandler, der periodisch von einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung von Ultraschallstrahlen angetrieben wird, die in den Körper eines zu untersuchenden Patienten gerichtet werden können. Bei der diesem Patent zugrundeliegenden Einrichtung ist nicht vorgesehen, daß der Strahl abtastet, und der Wandler ist in einem zylindrischen Gehäuse befestigt, das eine axiale Bohrung besitzt, die konzentrisch zum ringförmigen Wandler

ausgebildet ist. Die Biopsienadel ist konzentrisch innerhalb der Sonde so angeordnet, daß sie mit einem Biopsietarget im zu prüfenden Körper ausgerichtet wird.

Im allgemeinen kann eine Biopsie hoher Genauigkeit unter Verwendung eines Biopsievorsatzes erzielt werden, der auf einer abtastenden Ultraschallsonde befestigt ist; der Vorsatz ist dabei so aufgebaut, daß er eine Nadelführung besitzt, um die Biopsienadel exakt in bezug auf ein Biopsietarget in folgender Weise zu orientieren.

Zuerst wird der Patient mit Ultraschall abgetastet und das Biopsietarget auf dem Schirm der Sichtanzeige angeordnet. Die Sichtanzeige besitzt ferner eine vorbestimmte, überlagerte, elektronische Darstellung der Position der Nadellinie relativ zu dem Sondenabtastkopf, wobei die Nadellinie als die Linie definiert ist, längs der die Biopsienadel wandern würde, wenn sie in die Nadelführung eingesetzt ist. Um die Nadellinie mit dem Biopsietarget auszurichten, wird die Ultraschallsonde gegenüber dem zu prüfenden Körper so weit bewegt, bis die angezeigte Nadellinie durch das Bild des Biopsietargets auf dem Sichtanzeigeschirm läuft. Um den Abstand zum Biopsietarget festzustellen, kann ein beweglicher Zeiger oder Cursor, der der Sichtanzeigeeinrichtung zugeordnet ist, zum dargestellten Biopsietarget verschoben werden. Durch Eichen der Position des Cursors kann der Abstand zum Target bestimmt werden.

Die vorbeschriebene Technik ist in der US-PS 4.346.717 dargestellt und beschrieben, die eine Ultraschallsonde zeigt, die so ausgebildet ist, daß die Verwendung einer Biopsienadel erleichtert wird. Diese Einrichtung erzeugt und überlagert elektronisch auf einem Sichtanzeigeschxrmbild des zu prüfenden Körpers einen Führungsbildstrahl, der der Orientierung einer Nadelführung für eine durchstechende Biopsienadel entspricht. Die Koordinaten des Führungsbildstrahles auf dem Sichtanzeigeschirm werden unter Verwendung des Wertes des Winkels O berechnet, der die Winkelbeziehung zwischen der Nadelführung und der Ultraschallsonde definiert. Ein Winkel-

detektor dient zur exakten Anzeige des Winkels der Führungshülse relativ zu der Ultraschallsonde. Wenn die Führungshülse in einem festen Winkel O angeordnet ist, wird das Zielen der durchstechenden Nadel relativ zur Targetfläche durch räumliche Verschiebung der Ultraschallsonde auf der Oberfläche des Körpers und durch Einstellung der Lage der Sonde erzielt, bis der Führungsstrahl, der auf dem dargestellten Bild überlagert wird, durch die zu durchdringende Biopsietargetflache läuft. Wenn die Position der Führungshülse in bezug auf die Sonde einstellbar ist, bewirkt eine Einstellung der Führungshülse, daß der Führungsbildstrahl in entsprechender Weise über Positioniersignale eingestellt wird, die als Funktion eines Winkeleinstellelementes erhalten werden, das in der Weise arbeitet, daß die Führungshülse neu positioniert wird; auf diese Weise wird die Führungshülse bewegt, bis der Führungsbildstrahl durch das Biopsietarget gelaufen ist, das auf dem Sichtanzeigeschirm gezeigt ist.

Sowohl der vorbeschriebene allgemeine Ultraschallbiopsievorgang wie auch der in US-PS 4.346.717 beschriebene Vorgang machen die Erzeugung eines Führungsbildstrahles erforderlich, der elektronisch die Biopsie-Nadellinie auf dem Sichtanzeigeschirm repräsentiert und der auf dem dargestellten Ultraschallbild des abgetasteten Körperabschnittes, welcher das Biopsietarget enthält, überlagert wird. Bei bisher bekannten Systemen muß zur Darstellung der Nadellinie auf der Sichtanzeige das System die Geometrie der Nadelführung und damit die der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem feststellen, das die Sektorablenkung des Ultraschallkopfes definiert, der der Ultraschallabbildungseinrichtung zugeordnet ist. Dieses Koordinatensystem kann zweckmäßigerweise in Polarkoordinaten ausgedrückt werden, die den Abtastwinkel und den Bereich r verwenden.

Bei den meisten Ultraschallsondensystemen mit Biopsievorsätzen ist, obgleich die räumliche Beziehung zwischen der Nadelführung und dem Gehäuse bekannt ist, weil der Biopsievorsatz auf dem Sondengehäuse befestigt ist, die räumliche Beziehung zwischen dem Abtastkopf und dem Sondengehäuse im

allgemeinen nicht genau definiert, weil das Abbildungssystem dies nicht erforderlich macht. Damit ist die Geometrie der Nadelführung in dem Abtastkopf-Koordinatensystem ebenfalls nicht exakt definiert. Das System nach US-PS 4.346.717 löst dieses Problem dadurch, daß ein Nadelführungsvorsatz vorgesehen ist, der im Unterschied zu den meisten Ultraschallsondensystemen exakt in einem bekannten Winkel O gegenüber der Ultraschallabtastsonde angeordnet ist. Dies hat den Nachteil, daß ein hohes Maß an Herstellgenauigkeit in bezug auf die Toleranzen zwischen dem Biopsievorsatz, dem Sondengehäuse und dem Abtastkopf erforderlich ist, was zu hohen Kosten führt. Auch wird damit eine Eichung in der Fabrik erforderlich. Andererseits verwendet, wie oben erwähnt, das System nach US-PS 4.346.717 einen Winkeldetektor zur Bestimmung dieses Winkels, was den Aufwand und die Kosten ebenfalls erhöht.

Es wäre von Vorteil, die Notwendigkeit der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung zwischen dem Abtastkopf und der Nadellinie zu eliminieren, um den Biopsievorsatz mit dem Abtastkopf-Koordinatensystem zu eichen, so daß die Nadellinie dem Sichtanzeigeschirm überlagert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Eichen eines Biopsievorsatzes für eine Ultraschallabbildungseinrichtung anzugeben, um die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beseitigen und diese Überlagerung zu ermöglichen.

Mit vorliegender Erfindung wird bei einer Ultraschalleinrichtung mit einem Gehäuse, einer Speichervorrichtung, einem im Gehäuse befestigten Abtastkopf, einer Bildsichtanzeigevorrichtung zur Darstellung eines Bildes des von dem Abtastkopf abgetasteten Bereiches, einem beweglichen Cursor, und einem Biopsievorsatz, der am Gehäuse befestigt ist, um eine Biopsienadel so zu positionieren, daß ihre Nadellinie eine bestimmte räumliche Beziehung in der Betriebsposition relativ zum Abtastkopf hat, ein Verfahren zum Ausrichten der Nadellinie mit einem Biopsietarget sowie zum Eichen eines Biopsievorsatzes vorgeschlagen. Das Verfahren besteht darin, den Biopsievorsatz mit einem Abtastkopf-Koordinatensystem zu

eichen, das eine Sektorablenkung des Abtastkopfes dadurch definiert, daß die Koordinaten der Nadellinie in dem Abtastkopf -Koordinatensystem unabhängig von der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung der Arbeitsposition der Nadellinie in bezug auf den Abtastkopf festgestellt wird. Nach diesem Verfahren kann ein Eichbauteil auf dem Biopsievorsatz so befestigt sein, daß das Eichbauteil eine vorbestimmte räumliche Beziehung zu dem Gehäuse hat und innerhalb der Sektorablenkung des Abtastkopfes angeordnet ist; das befestigte Eichbauteil kann mit dem Abtastkopf abgetastet werden. Das Eichbauteil kann mindestens zwei Reflexionsbereiche aufweisen. Diese Reflexionsbereiche können im wesentlichen kugelförmige Reflexionsbauteile sein. Das Verfahren kann ferner die Bestimmung der Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles im Abtastkopf-Koordinatensystem, das Speichern der Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles in der Speichervorrichtung, das Berechnen der Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem aus den gespeicherten Eichbauteil-Koordinaten, und das Speichern der Koordinaten der Nadellinie in der Speichervorrichtung umfassen. Die Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles im Abtastkopf-Koordinatensystem können durch Sichtanzeige des abgetasteten Eichbauteiles auf der Bildsichtanzeigevorrichtung, durch Verschieben des Cursors auf mindestens zwei Punkte auf der Sichtanzeige des Eichbauteiles, durch Bestimmen der Koordinaten des Cursors an den mindestens zwei Stellen im Abtastkopf-Koordinatensystem, und durch Speichern der Cursor-Koordinaten in der Speichervorrichtung festgelegt werden. Die Abtastung des gespeicherten Eichbauteiles mit dem Abtastkopf wird vorzugsweise nach Eintauchen des befestigten Eichbauteiles in ein Fluid durchgeführt.

Das Verfahren nach der Erfindung schließt ferner die Einstellung der räumlichen Beziehung der Nadellinie relativ zu dem Abtastkopf zwischen mindestens zwei Arbeitspositionen, die Bestimmung der Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles für jede der mindestens zwei Arbeitspositionen im Abtastkopf-Koordinatensystem, die Speicherung der Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles für jede Arbeitsposition in der

Speichervorrichtung, das Eichen der Koordinaten der Nadellinie für jede Arbeitsposition im Abtastkopf-Koordinatensystem aus den gespeicherten Koordinaten, und das Speichern der Koordinaten der Nadellinie für jede Arbeitsposition in der Speichervorrichtung mit ein. Nach vorliegender Erfindung werden, wenn ein mindestens zwei Reflexionsbauteile aufweisendes Eichbauteil verwendet wird, die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile für jede der mindestens zwei Arbeitspositionen im Abtastkopf-Koordinatensystem bestimmt, die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile für jede Arbeitsposition werden in der Speichervorrichtung gespeichert, die Koordinaten der Nadellinie für jede Arbeitsposition im Abtastkopf-Koordinatensystem werden aus den gespeicherten Koordinaten berechnet, und die Nadellinien-Koordinaten für jede Arbeitsposition werden in der Speichervorrichtung gespeichert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Ultraschallabbildungseinrichtung mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse befestigten Abtastkopf, einem Biopsievorsatz, der am Gehäuse befestigt ist, um eine Biopsienadel so zu positionieren, daß ihre Nadellinie eine bestimmte räumliche Beziehung in der Arbeitsposition relativ zum Abtastkopf hat, und ein Eichbauteil, das an dem Biopsievorsatz befestigt werden kann, um die Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem zu bestimmen, das eine Sektorablenkung des Abtastkopfes unabhängig von der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung der Nadellinie in Arbeitsposition relativ zum Abtastkopf befestigt ist, vorgeschlagen. Das Eichbauteil kann mindestens zwei Reflexionsbereiche aufweisen, die in der Sektorablenkung angeordnet sind, das Eichbauteil ist dabei in einer vorbestimmten geometrischen Beziehung zu dem Gehäuse angeordnet, wenn das Eichbauteil auf dem Biopsievorsatz befestigt ist. Die Reflexionsbereiche können kugelförmige Reflexionsbauteile sein. Das Eichbauteil kann einen im wesentlichen geradlinigen Stab aufweisen, der die mindestens zwei Reflexionsbauteile enthält. Der Biopsievorsatz kann Nadelführungsvorrichtungen enthalten, die auf dem Gehäuse befestigt sind, um eine Biopsienadel gegen ein Biopsietarget

zu orientieren. Die Nadelführung kann einen Muffenhalter und das Eichbauteil eine Muffe zum Einsetzen in den Muffenhalter aufweisen, wobei der Stab mit der Muffe verbunden wird.

Mit der Erfindung wird ferner eine Einstellvorrichtung vorgeschlagen, mit der die räumliche Beziehung der Nadellinie relativ zum Abtastkopf zwischen mindestens zwei Arbeitspositionen eingestellt werden kann. Das Eichbauteil kann zur Bestimmung der Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem für jede der Arbeitspositionen unabhängig von der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung der Nadellinie in einer Arbeitsposition relativ zu dem Abtastkopf verwendet werden. Ferner ist eine Speichervorrichtung vorgesehen, um die Koordinaten der Nadellinie für jede der Arbeitspositionen zu speichern.

Des weiteren wird ein Anschlag vorgeschlagen, um das Einsetzen der Biopsienadel in die Nadelführung in einem Bereich zu begrenzen, der der Position entspricht, an der das Biopsietarget angeordnet ist. Der Anschlag kann eine Hülse mit einstellbarer Länge sein.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht durch eine Ultraschallabbildungseinrichtung, die einen Biopsievorsatz mit einem befestigten Eichbauteil nach der Erfindung aufweist,

Fig. 2 ein Eichbauteil nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Schritt eines Verfahrens nach der Erfindung zur Eichung eines Biopsievorsatzes mit einem Abtastkopf-Koordinatenssystem,

Fig. 4 einen weiteren Schritt eines Verfahrens nach der Erfindung zur Eichung eines Biopsievorsatzes mit einem Abtastkopf-Koordinatensystem, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Biopsievorsatzes nach der Erfindung, dessen Teile in Explosivdarstellung gezeigt sind; dieses Bild zeigt einen Anschlag

zur Begrenzung des Einsatzes einer Biopsienadel in einer Nadelführung in einem Bereich, der der Position entspricht, an der ein Biopsietarget angeordnet ist.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Biopsievorsatz nach der Erfindung bezeichnet, der mit einer Sektorabtast-Ultraschallabbildungseinrichtung 12 verbunden ist. Einzelheiten der Abbildungseinrichtung 12 sind für vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung, und es ist nur der Wandlerabtastkopf 14 im einzelnen dargestellt. Dieser Wandlerabtastkopf 14 ist auf einem Schwenklager 16 befestigt, das von Befestigungsplatten 18 aufgenommen ist, die starr mit der Abbildungseinrichtung 12 in der Nähe eines offenen Endes 20 des Gehäuses 22 verbunden sind, welches die Abbildungseinrichtung aufnimmt. Durch einen entsprechenden (nicht dargestellten) Mechanismus wird der Wandlerabtastkopf 14 zwischen zwei Grenzwerten, die mit Ll und L2 in Fig. 1 bezeichnet sind und die eine Sektorablenkung definieren, in Schwingungen versetzt bzw. abgetastet.

Das offene Ende 20 des Gehäuses 22 ist durch eine Kunststoffabschirmung 2 4 geschlossen, die für Schallstrahlung durchlässig ist, welche von einem Wandlerabtastkopf 14 erzeugt wird oder zum Wandler 14 von einem ein Echo erzeugenden Gegenstand zurückreflektiert wird. Die strichpunktierte Linie 16 legt die geometrische Mittenlinie des Wandlers fest; der (nicht dargestellte) Mechanismus, der im Gehäuse 22 aufgenommen ist, bewirkt, daß der Wandler um die Achse 26 schwingt, wobei ein Strahl erzeugt wird, dessen Äzimuthwinkel sich von der durch die Linie Ll gezeigten Winkelposition in die durch die Linie L2 gezeigte Winkelposition ändert. Diese Bewegung tritt bei etwa 30-70 Schwingungen pro Sekunde auf, während der Wandler mit einer um ein Vielfaches höheren Geschwindigkeit gepulst wird. Dies hat zur Folge, daß viele Ultraschallstrahlen innerhalb der Sektorablenkung, die durch die Linien Ll und L2 definiert ist, lokalisiert werden.

Die Mittenlinie des Strahles, die durch die unterbrochene Linie 2 8 bezeichnet wird, wird aus der geometrischen Mittenlinie um den Winkel versetzt. Dieser Winkel ist verhältnismäßig klein und ergibt einen Fehler, dessen Größe von der Präzision abhängt, mit der die elektronische Schaltung, die den Wandler und die Wandlerbefestigung selbst antreibt, ausgelegt ist. Wie oben erwähnt, weist eine Sektorabtastsonde einen servogesteuerten Gleichstrommotor und einen (nicht dargestellten) Positionssensor auf, der den eigentlichen Winkel des Wandlers ergibt und der diese Information zur Steuerung seines Betriebes in den Motor zurückspeist. Durch entsprechende Auslegung kann der Winkel sehr klein gehalten werden.

Der Biopsievorsatz 10 weist ein rohrförmiges Gehäuse 3 0 auf, das aus einem verhältnismäßig dünnen Kunststoffmaterial besteht und das so dimensioniert ist, daß es eng um die Abbildungseinrichtung 12 herum paßt, wie in Fig. 1 gezeigt. Das freie Ende 32 des rohrförmigen Gehäuses 30 ist offen und ermöglicht, daß die Kunststoffabschirmung 24 hindurchgeführt wird. Das entgegengesetzte axiale Ende des Gehäuses 3 0 ist ebenfalls offen und mit Schraubgewinde versehen. Weil die sektorförmige Abbildungseinrichtung verjüngt ist, wie in Fig. 1 gezeigt, wird das rohrförmige Gehäuse 30 über eine Schraubkappe 36, die lösbar mit dem rohrförmigen Gehäuse 30 über Schraubgewinde 34 verbunden ist (Fig. 5), mit der Abbildungseinrichtung 12 festgelegt. Auf diese Weise wird durch Festziehen der Kappe 36 das Gehäuse 30 in engem Eingriff mit der Abbildungseinrichtung 12 gehalten.

Zusätzlich zu dem rohrförmigen Gehäuse 30 weist der Biopsievorsatz 10 eine Nadelführungsvorrichtung 4 0 auf, die auf dem rohrförmigen Sondengehäuse 30 befestigt ist, um eine Biopsienadel gegen ein Biopsietarget zu orientieren. Die Nadelführungsvorrichtung 40 kann ein Muffenhalter oder Ansatz (wie in den Figuren 1 und 5 gezeigt) zur Aufnahme einer Muffe 8 7 eines Eichbauteiles 6 0 (Fig. 1) oder einer Nadelführungsmuffe

52 (Fig. 5) sein, in der eine Biopsienadel 61 festgelegt wird, wie z.B. in der US-Patentanmeldung 529.624 vom 6.9.1983 dargestellt.

Nach vorliegender Erfindung ist das Eichbauteil 60 auf dem Biopsievorsatz 10 mit Hilfe einer Nadelführungsvorrichtung befestigt, die bei der Ausführungsform nach Fig. 5 vorzugsweise einen Muffenhalter oder Ansatz 40 besitzt, der im Abstand voneinander angeordnete Schenkel 42, 44 aufweist, die eine Aussparung 3 8 bilden.

Fig. 2 zeigt ein Eichbauteil 60 in einer Ausführungsform, die einen im wesentlichen geradlinigen Stab 8 5 aufweist, auf welchem im wesentlichen kugelförmige Ultraschallreflektoren 81 und eine Muffe 87 vorzugsweise einstückig mit oder fest verbunden mit einem Ende des Stabes 85 befestigt sind. Der Stab 8 5 ist vorzugsweise ein Stab oder Draht mit kleinem Durchmesser. Die Muffe 87 kann innerhalb der Nadelführungsvorrichtung 40 des Biopsievorsatzes 10 befestigt sein. Wenn ein Eichbauteil 6 0 innerhalb der Führungsvorrichtung 40 befestigt ist, sind Reflexionsbauteile 81 so angeordnet, daß sie innerhalb des Bereiches der Sektorablenkung des Abtastkopfes 14 liegen und damit einen übertragenen Ultraschallstrahl während eines Abtastvorganges zurück in den Wandler reflektieren. Während eines Eichabtastvorganges wird somit die Lage der Reflexionsbauteile 81 auf der Bildanzeigevorrichtung 9 0 zur Anzeige gebracht, die der Ultraschallabbildungseinrichtung zugeordnet ist. Unter Verwendung dieser Sichtanzeige, können die Koordinaten der Bauteile 81 innerhalb eines Abtastkopf-Koordinatensystems, das zur Definition einer Sektorablenkung des Abtastkopfes 14 verwendet wird, bestimmt und in der Speichereinheit 100 gespeichert werden. Die gespeicherten Koordinaten werden dann zur Berechnung der Koordinaten der Biopsie-Nadellinie in diesem gleichen Koordinatensystem verwendet. Diese Biopsie-Nadellinien-Koordinaten werden anschließend in der Speichereinheit 100 gespeichert, wo sie verwendet werden, um eine vorbestimmte,

überlagerte, elektronische Darstellung der gesamten Biopsie-Nadellinie auf der Bildsichtanzeigevorrichtung 9 0 zu erzielen.

Eine Technik zur Bestimmung der Koordinaten der Reflexionsbauteile 81 umfaßt, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, das Positionieren eines beweglichen Cursors 91, der als "Kreuz" dargestellt ist, das der Bilddarstellvorrichtung über einen (nicht dargestellten) Steuergriff oder eine Positioniervorrichtung zugeordnet ist, auf die zur Anzeige gebrachten Positionen A und B der Reflexionsbauteile 81; diese dargestellten Positionen werden erhalten, nachdem das Eichbauteil 60, das die Reflexionsbauteile 81 aufnimmt, in ein Fluid eingetaucht worden ist, das in einem kleinen Behälter 130 z.B. aus Styroporschaum aufgenommen ist. Die Koordinaten im Abtastkopf-Koordinatensystem des Cursors 91 werden an diesen Stellen festgestellt und in der Speichereinheit 100 gespeichert, um die Koordinaten der Biopsie-Nadellinie zu bestimmen. Wie vorher werden die Biopsie-Nadellinien-Koordinaten gespeichert und im Anschluß daran z.B. verwendet, um eine elektronische Darstellung der Nadellinie auf der Sichtanzeigevorrichtung zu erzielen.

Die Einstellvorrichtung 110 nach Fig. 1 ergibt eine Einstellung der räumlichen Beziehung der Nadelführungsvorrichtung 4 relativ zum Sondengehäuse 22 und zum Wandlerabtastkopf 14, derart, daß die Biopsie-Nadellinie eine Vielzahl von Arbeitspositionen relativ zum Abtastkopf 14 hat. Bei jeder Einstellung der Einstellvorrichtung 110 hat die Biopsie-Nadellinie eine bestimmte räumliche Beziehung in der Arbeitsposition relativ zum Abtastkopf. Für jede solche Arbeitsposition ist eine gesonderte Eichung der Nadellinie innerhalb des Abtastkopf-Koordinatensystems erforderlich. Die Speichereinheit wird verwendet, um die Biopsie-Nadellinien-Koordinaten für jede Arbeitssposition zu speichern. Die jeweiligen Koordinaten, die in der Speichereinheit 100 gespeichert sind und die verwendet werden, um die überlagerte Nadellinien-Sichtanzeige auf der Bildanzeigevorrichtung 9 0 zu erzielen, werden durch Einstellung der Einstellvorrichtung 110 bestimmt. In Fig. 1

ist die Einstellvorrichtung 110 in einer Ausführungsform gezeigt, die eine Platte 111 aufweist, welche mit dem rohrförmigen Gehäuse 30 fest verbunden und auf der Nadelführungsvorrichtung 4 0 beweglich befestigt ist.

Fig. 5 zeigt einen Anschlag 120 zum Begrenzen des Einsetzens einer Biopsienadel 61 in die Nadelführungsvorrichtung 40 in einem Bereich, der der Position entspricht, an der ein Biopsietarget angeordnet ist. Der Anschlag 120 kann bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Hülse 121 einstellbarer Länge sein. Die Hülsenlänge kann entsprechend dem gewünschten Bereich für die spezifische Nadellänge gewählt oder geschnitten und auf der Biopsienadel befestigt sein.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung werden die Koordinaten der Biopsie-Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem unabhängig von der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung der Nadellinie in einer bestimmten Arbeitsposition relativ zum Abtastkopf festgelegt. Dies ergibt eine einfachere, billigere Vorrichtung als herkömmliche Vorrichtungen, beseitigt die Notwendigkeit hoher mechanischer Toleranzen bei der Herstellung des Ultraschallsondengehäuses , des Wandlerabtastkopfes und des Biopsievorsatzes als Voraussetzung zur Bestimmung der Nadellinien-Koordinaten im Abtastkopf-Koordinatensystem zur Überlagerung der Nadellinie auf der Sondensichtanzeige.

Das Eichbauteil 60 ist nicht auf die spezielle Ausgestaltung nach Fig. 2 begrenzt; vielmehr kann alternativ der Stab 85 mit unterschiedlichen Formen vorgesehen sein. Ferner können der Stab 85, die Muffe 87 und die Reflexionsbauteile 81 als eine einzige integrale Einheit oder Anordnung ausgebildet sein. Des weiteren können die Reflexionsbauteile 81 kugelförmige oder andere Gestalt haben, wobei die einzige Notwendigkeit die ist, daß die Bauteile 81 den übertragenen Ultraschallstrahl in den Wandler 14 zurückreflektieren müssen. So können als weitere Alternative die Reflexionsbauteile 81 auch als "Löcher" in einem für Ultraschall transparenten Material ausgebildet sein.

Wenn das Eichbauteil 60 in der Führungsvorrichtung 40 befestigt ist, ist vorzugsweise ein im wesentlichen geradliniges Stabelement 8 5 längs der Linie angeordnet, längs der eine Biopsienadel angeordnet wäre, wenn die Biopsienadel an dem Biopsievorsatz befestigt wäre. Damit erübrigen sich zusätzliche Berechnungen, die sonst erforderlich würden und die auf einer bekannten vorbestimmten geometrischen Beziehung zwischen der Orientierung des Stabes 85 und dem Sondengehäuse 2 2 basieren, um die Koordinaten der Biopsie-Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem zu erhalten, wenn das Eichbauteil 6 0 durch die Sonde während des Eichvorganges abgetastet worden ist. Solange jedoch die Orientierung des Stabes 85 eine bekannte geometrische Beziehung in bezug auf das Sondengehäuse 82 und damit in bezug auf die Biopsie-Nadellinie hat, können die gewünschten Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem durch einfach abgeleitete mathematische Methoden erhalten werden. Mit anderen Worten heißt dies, daß, obgleich das Eichbauteil 60 vorzugsweise die Form einer Nadel, d.h. eines im wesentlichen geraden Stabes 85 mit kleinem Durchmesser hat, das Bauteil 60 nicht notwendigerweise diese Form haben muß. Jedes Eichbauteil, das mit dem Sondengehäuse mit einer bekannten, definierten Geometrie befestigt ist, und das Ultraschallreflexionsbereiche besitzt, die in der Lage sind, einen übertragenen Ultraschallstrahl in den Wandler zuruckzureflektieren, und infolgedessen in der Lage sind, geometrisch exakt die Orientierung des Biopsienadel-Führungsloches zu definieren, kann als Eichbauteil verwendet werden. Deshalb kann für vorliegende Erfindung als Eichbauteil ein "Phantom" mit einer Anordnung von Ultraschall-Reflexionsbauteilen verwendet werden, an denen eine geometrisch definierte Anordnung vorgesehen oder verbunden wird und die mit dem Sondengehäuse in einer geometrisch definierten Weise befestigt oder verbunden sind, um die Möglichkeit zu schaffen, die Orientierung des Nadelführungsloches im Abtastkopf-Koordinatensystem festzulegen.

Nach der Erfindung kann die vorbeschriebene Eichung entweder vom Hersteller in der Fabrik oder vom Benutzer selbst vorgenommen werden. Die Nadellinien-Koordinaten werden im Idealfall in den permanenten Speicher des Rechners der Ultraschallabbildungseinrichtung eingeführt. Der Benutzer braucht nur die Eichung der Sondennadellinie gelegentlich zu prüfen und den Computerspeicher erforderlxchenfalls auf den neuesten Stand zu bringen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Eichen eines Biopsievorsatzes für Ultraschallabbildungseinrichtungen mit einem in einem Gehäuse befestigten Abtastkopf, einer Speichervorrichtung zum Speichern einer Abbildung des von dem Abtastkopf abgetasteten Bereiches, einer Bildsichtanzeigevorrichtung zur Darstellung der in der Speichervorrichtung gespeicherten Bilder und zur Sichtanzeige eines wählbar positionierbaren Cursors, und mit einem am Gehäuse festgelegten Biopsievorsatz, um eine Biopsienadel so zu positionieren, daß ihre Nadellinie eine bestimmte räumliche Beziehung hat, wenn die Nadel relativ zum Abtastkopf ihre Arbeitsposition einnimmt, wobei die Nadellinie mit einem Biopsietarget ausgerichtet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Biopsievorsatz mit einem Abtastkopf-Koordinatensystem dadurch geeicht wird, daß

die Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinaten- _yf

system unabhängig von der Bestimmung der speziellen '"

räumlichen Beziehung der Nadellinie festgestellt werden, wenn die Nadel ihre Arbeitsposition relativ zum Abtastkopf einnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eichen des Biopsievorsatzes mit dem Abtastkopf-Koordinatensystem ein Eichbauteil an dem Biopsievorsatz so befestigt wird, daß das Eichbauteil eine vorbestimmte räumliche Beziehung zu dem Gehäuse hat, und daß das befestigte Eichbauteil mit dem Abtastkopf abgetastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichbauteil an dem Biopsievorsatz so befestigt wird, daß das Eichbauteil die gleiche vorbestimmte räumliche Beziehung zu dem Gehäuse wie die Nadel hat, wenn die Nadel ihre Arbeitsposition einnimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichbauteil mindestens zwei Ultraschallreflexionsbereiche aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsbereiche im wesentlichen kugelförmige Reflexionsbauteile aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles im Abtastkopf-Koordinatensystem festgelegt werden, daß die Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles in der Speichervorrichtung gespeichert werden, daß aus den gespeicherten Koordinaten die Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem berechnet werden, und daß die Koordinaten der Nadellinie in der Speichervorrichtung gespeichert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles im Abtastkopf-Koordinatensystem dadurch bestimmt werden, daß das abgetastete Eichbauteil auf der Bildsichtanzeigevorrichtung bestimmt wird, daß der Cursor auf mindestens zwei Punkte auf der Sichtanzeige des Eichbauteiles bewegt wird, daß die Koordinaten des Cursors an diesen mindestens zwei Stellen im Abtastkopf-Koordinatensystem bestimmt werden, und daß die Cursor-Koordinaten in der Speichervorrichtung gespeichert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile im Abtastkopf-Koordinatensystem bestimmt werden, daß die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile in der Speichervorrichtung gespeichert werden, daß aus diesen gespeicherten Koordinaten die Koordinaten der Nadellinie im Abtastkopf-Koordinatensystem berechnet werden, und daß die Koordinaten der Nadellinie in der Speichervorrichtung gespeichert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile dadurch bestimmt werden, daß die mindestens zwei Reflexionsbauteile auf der Bildsichtanzeigevorrichtung zur Anzeige gebracht werden, daß nacheinander der Cursor auf die mindestens zwei Reflexionsbauteile auf der Sichtanzeige bewegt wird, daß die Koordinaten des Cursors an jedem der mindestens zwei Reflexionsbauteile im Abtastkopf-Koordinatensystem festgestellt werden, und daß die Cursor-Koordinaten in der Speichervorrichtung gespeichert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Beziehung der Nadellinie relativ zum Abtastkopf zwischen mindestens zwei Arbeitspositionen eingestellt wird, daß die Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles für jede der mindestens zwei Arbeitspositionen im Abtastkopf-Koordinatensystem festgestellt werden, daß die Koordinaten des abgetasteten Eichbauteiles für jede der Arbeitspositionen in der Speichervorrichtung gespeichert werden, daß aus den gespeicherten Koordinaten die Koordinaten der Nadellinie für jede der Arbeitspositionen im Abtastkopf-Koordinatensystem berechnet werden, und daß die Koordinaten der Nadellinie für jede der Arbeitpositionen in der Speichervorrichtung gespeichert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Beziehung der Nadellinie relativ zum Abtastkopf zwischen mindestens zwei Arbeitspositionen eingestellt wird, daß die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile für jede der mindestens zwei Arbeitspositionen im Abtastkopf-Koordinatensystem bestimmt werden, daß die Koordinaten der mindestens zwei Reflexionsbauteile für jede Arbeitsposition in der Speichervorrichtung gespeichert werden, daß aus diesen gespeicherten Koordinaten die Koordinaten der Nadellinie für jede der Arbeitspositionen im Abtastkopf-Koordinatensystem

berechnet werden, und daß die Koordinaten der Nadellinie für jede der Arbeitspositionen in der Speichervorrichtung gespeichert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastvorgang nach einem Eintauchen des befestigten Eichbauteiles in ein Fluid durchgeführt wird.

13. Einrichtung zum Eichen eines Biopsievorsatzes für

Ultraschallabbildungseinrichtungen mit einem in einem Gehäuse befestigten Abtastkopf, einer Speichervorrichtung zum Speichern einer Abbildung des von dem Abtastkopf abgetasteten Bereiches, einer Bildsichtanzeigevorrichtung zur Anzeige von in der Speichervorrichtung gespeicherten Bildern sowie eines wählbar positionierbaren Cursors, und mit einem an dem Gehäuse festgelegten Biopsievorsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Biopsievorsatz (10) am Gehäuse (22) zur Positionierung einer Biopsienadel (61) so befestigt ist, daß die Nadellinie der Biopsienadel (61) eine bestimmte räumliche Beziehung in Arbeitsposition relativ zu dem im Gehäuse (22) zur Abtastung eines Sektors befestigten Abtastkopf (14) hat, und daß ein Eichbauteil (60) vorgesehen ist, das mit dem Biopsievorsatz (10) so befestigbar ist, daß die Koordinaten der Nadellinie in einem Abtastkopf-Koordinatensystem unabhängig von der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung der Nadellinie in Arbeitsposition relativ zum Abtastkopf (14) bestimmt werden.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichbauteil (60) mindestens zwei Reflexionsbereiche aufweist, die in der Sektorablenkung angeordnet sind, und daß das Eichbauteil (60) in einer vorbestimmten geometrischen Beziehung zum Gehäuse (22) angeordnet ist, wenn das Eichbauteil (60) auf dem Biopsievorsatz (10) befestigt ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichbauteil (60) in der gleichen vorbestimmten geometrischen Beziehung relativ zum Gehäuse (22) in dessen Betriebsposition angeordnet ist, wenn das Eichbauteil an dem Biopsievorsatz befestigt ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsbereiche im wesentlichen kugelförmige Reflexionsbauteile (81) aufweisen.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichbauteil (60) einen im wesentlichen geradlinigen Stab (85) aufweist, der die mindestens zwei Reflexionsbauteile (81) besitzt.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Biopsievorsatz (10) eine Nadelführungsvorrichtung (40) aufweist, die auf dem Gehäuse (22) zur Orientierung einer Biopsienadel (61) gegen ein Biopsietarget befestigt ist, daß die Nadelführung (40) einen Muffenhalter (40, 42, 44) aufweist, und daß das Eichbauteil (60) eine Muffe (87) zum Einsetzen in den Muffenhalter (40, 42, 44) besitzt, wobei der Stab (85) mit der Muffe (87) verbunden ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (110) vorgesehen ist, um die räumliche Beziehung der Nadellinie relativ zum Abtastkopf (14) zwischen mindestens zwei Arbeitspositionen einzustellen, daß das Eichbauteil (60) so ausgelegt ist, daß die Koordinaten der Nadellinie in dem Abtastkopf-Koordinatensystem für jede der mindestens zwei Arbeitspositionen unabhängig von der Bestimmung der jeweiligen räumlichen Beziehung der Nadellinie in der Betriebsposition relativ zum Abtastkopf festlegbar ist, und daß eine Speichervorrichtung (100) vorgesehen ist, um die Koordinaten der Nadellinie für jede Arbeitsposition zu speichern.