DE4302537C1 - Therapiegerät zur Ortung und Behandlung einer Zone im Körper eines Lebewesens mit akustischen Wellen - Google Patents
Therapiegerät zur Ortung und Behandlung einer Zone im Körper eines Lebewesens mit akustischen WellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Therapiegerät zur Ortung und Be
handlung einer Zone im Körper eines Lebewesens mit akusti
schen Wellen, aufweisend eine Quelle akustischer Wellen,
welche auf eine Wirkzone fokussierte therapeutische akusti
sche Wellen einer ersten Frequenz erzeugt und eine
gleichzeitig mit der Quelle betreibbare an sich bekannte akusti
sche Ortungseinrichtung, welche diagnostische akustische
Wellen einer zweiten Frequenz aussendet, im Körper des Le
bewesens reflektierte Anteile der diagnostischen akusti
schen Wellen empfängt, in elektrische Signale
wandelt und anhand dieser Bild-Information bezüglich der zu
behandelnden Zone bereitstellt.
Derartige Therapiegeräte, die als therapeutische akustische
Wellen fokussiert Ultraschallwellen und als diagnostische
akustische Wellen diagnostischen Ultraschall aussenden,
werden beispielsweise zur Behandlung von pathologischem Ge
webe verwendet (siehe z. B. EP-A-0 339 693 und "Ultrasound
Intracavity System for Imaging, Therapy Planing and Treat
ment of Focal Decease", Sanghvi et al., Reprint from 1992,
IEEE Ultrasonic, Ferroelectrics, and Frequency Control Sym
posium). Dabei wird das pathologische Gewebe durch die fo
kussierten Ultraschallwellen erwärmt. Sofern die auftre
tenden Temperaturen unterhalb von 45°C liegen, wird der
Zellstoffwechsel mit der Folge gestört, daß im Falle von
Tumoren eine Verlangsamung des Wachstums oder sogar ein
Rückgang des Tumors eintritt. Diese Behandlungsart ist als
lokale Hyperthermie bekannt. Werden Temperaturen jenseits
von 45°C erreicht, koaguliert das Zelleiweiß mit der Folge
der Nekrotisierung des Gewebes. Letztere Behandlungsart
wird als Thermotherapie bezeichnet.
Unterschiedliche Frequenzen für die therapeutischen und die
diagnostischen Ultraschallwellen werden deshalb verwendet,
um eine optimale Anpassung an die jeweilige Aufgabe, Thera
pie oder Diagnostik, zu ermöglichen. In der Regel wird man
im Interesse einer geringen Dämpfung die Frequenz der the
rapeutischen Ultraschallwellen relativ niedrig wählen, wäh
rend man die der diagnostischen Ultraschallwellen relativ
hoch wählen wird, um eine gute Ortsauflösung zu erreichen.
Bei bekannten Therapiegeräten der eingangs genannten Art
können die therapeutische Ultraschallquelle und die Ultra
schall-Ortungseinrichtung in der Regel nicht gleichzeitig
betrieben werden, da der Betrieb der therapeutischen Ultra
schallquelle zu Bildstörungen der Ultraschall-Ortungsein
richtung führt, so daß eine ordnungsgemäße Ortung der zu
behandelnden Zone nicht möglich ist. Es wird daher außer in
Ausnahmefällen, wo wie z. B. im Falle der DE 42 05 030 A1
zum Zwecke der gleichzeitigen Therapie und Ortung
Echosignale der therapeutischen akustischen Wellen ausge
wertet werden sollen, in der Regel so vorgegangen, (siehe
EP 0 339 693 A2) daß die therapeutische Ultraschallquelle
und die Ultraschall-Ortungseinrichtung abwechselnd betrie
ben werden, und zwar derart, daß relativ lange Behandlungs
intervalle und relativ kurz Ortungsintervalle abwechselnd
aufeinanderfolgen. Dies führt dazu, daß eine kontinuier
liche Ortung der zu behandelnden Zone nicht möglich ist.
Aus der US 4 584 880 ist eine Ultraschall-Abbildungsgerät
bekannt, bei dem empfangsseitig eine Filtereinrichtung mit
bandpaßartiger Filtercharakteristik vorgesehen ist. Diese
Filtereinrichtung ist vorgesehen, um tief innerhalb des
jeweils abzubildenden Objektes liegend Bereiche mit
verbesserter Bildqualität abbilden zu können. Da das
Frequenzspektrum der empfangenen Echosignale im Vergleich
zu dem der abgestrahlten Ultraschallimpulse um so nieder
frequenter ist, je größer die Tiefe ist, aus der die Echo
signale stammen, wird jeweils im Anschluß an die Aussendung
eines Ultraschallimpulses der Durchlaßbereich der Filter
einrichtung zu tieferen Frequenzen verschoben (und gleich
zeitig die Verstärkung vergrößert). Durch Anwendung dieser
Maßnahmen bei einem Therapiegerät der eingangs genannten
Art würde eine kontinuierliche Ortung und Überwachung der
zu behandelnden Zone nicht ermöglicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Thera
piegerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ei
ne kontinuierliche Ortung und Überwachung der zu behandeln
den Zone möglich ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein The
rapiegerät zur Ortung und Behandlung einer Zone im Körper
eines Lebewesens mit akustischen Wellen, Ultraschall,
- a) eine Quelle akustischer Wellen, welche auf eine Wirkzone fokussierte therapeutische akustische Wellen einer er sten Frequenz erzeugt, und
- b) eine gleichzeitig mit der Quelle betreibbare an sich bekannte akustische Ortungseinrichtung, welche diagnostische akustische Wel len einer zweiten Frequenz aussendet, im Körper des Lebewesens reflektierte Anteile der diagnostischen akustischen Wellen empfängt, in elektrische Signale wan delt und Bild-Information bezüglich der zu behandelnden Zone bereitstellt, und welche Ortungseinrichtung zusätzlich ein Filter zur Unterdrückung zumindest der Grundwelle der fokussierten therapeutischen akustischen Wellen auf weist, dessen Übertragungsfunktion einen Sperrbereich, in dem die erste Frequenz liegt, und einen Durchlaß bereich aufweist, in dem die zweite Frequenz liegt.
Die Erfindung macht sich also den Umstand zunutze, daß die
Quelle akustischer Wellen und die Ortungseinrichtung aku
stische Wellen unterschiedlicher Frequenz aussendet und
blendet mittels des einen geeignete Übertragungsfunktion
aufweisenden Filters diejenigen Signalanteile der elektri
schen Signale aus, die nicht im Körper des Lebewesens re
flektierten Anteilen der diagnostischen akustischen Wellen,
sondern der therapeutischen akustischen Wellen entsprechen.
Die Quelle therapeutischer akustischer Wellen und die Or
tungseinrichtung können also gleichzeitig betrieben werden,
ohne daß nennenswerte Störungen der Ortungseinrichtung
durch die therapeutischen akustischen Wellen auftreten.
Vorzugsweise bezieht sich die von der Ortungseinrichtung
gelieferte Bild-Information bezüglich der zu behandelnden
Zone auf die Lage der Wirkzone der therapeutischen akusti
schen Wellen relativ zu der zu behandelnden Zone. Bei der
Bild-Information handelt es sich vorzugsweise um Echtzeit-
Information.
Obwohl es grundsätzlich möglich ist, einen Teil der Quelle
akustischer Wellen bzw. der therapeutischen Ultraschall
quelle auch zur Abstrahlung des diagnostischen Ultraschalls
zu verwenden, insoweit wäre dann die Quelle akustischer
Wellen bzw. die therapeutische Ultraschallquelle Bestand
teil der Ultraschall-Ortungseinrichtung, sieht eine Ausfüh
rungsform der Erfindung vor, daß die Ultraschall-Ortungs
einrichtung wenigstens einen diagnostischen Ultraschall
wandler enthält, welcher den diagnostischen Ultraschall er
zeugt und im Körper reflektierte Anteile des diagnostischen
Ultraschalls empfängt und in elektrische Signale wandelt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß
die Ultraschall-Ortungseinrichtung eine Bilderzeugungselek
tronik zur Erzeugung von Ultraschallbildern aufweist, der
die elektrischen Signale zugeführt sind und die das Filter
enthält.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er
findung stellt die Ultraschall-Ortungseinrichtung Bild-In
formation in Form von Echtzeit-Ultraschallbildern, vorzugs
weise Ultraschall-B-Bildern, bereit. Derartige Ultraschall-
Bilder lassen eine sehr genaue Überwachung der zu behan
delnden Zone, insbesondere von deren Lage zu der Wirkzone,
zu.
Aus den eingangs bereits erläuterten Gründen ist gemäß ei
ner Variante der Erfindung vorgesehen, daß die erste Fre
quenz niedriger als die zweite ist.
In vielen Fällen reicht es aus, wenn das Filter als Hoch
paßfilter ausgebildet ist. Dessen Grenzfrequenz stimmt im
wesentlichen mit der zweiten Frequenz überein bzw. liegt
wenig unterhalb derselben. Auf diese Weise ist gewährlei
stet, daß die Einflüsse der therapeutischen akustischen
Wellen sehr gering sind, da bei ausreichender Flankensteil
heit des Filters und ausreichend weit unterhalb der Grenz
frequenz des Filters liegender erster Frequenz nur reflek
tierte Anteile von Oberwellen der therapeutischen akusti
schen Wellen in dem Ausgangssignal des Filters enthalten
sind. Gemäß Varianten der Erfindung besteht jedoch auch die
Möglichkeit, das Filter als Bandsperre oder Bandpaßfilter
auszubilden, wobei die Mittelfrequenz der Bandsperre mit
der ersten Frequenz bzw. die Mittelfrequenz des Bandpaßfil
ters mit der zweiten Frequenz übereinstimmt. Die Verwendung
einer Bandsperre kann insbesondere dann zweckmäßig sein,
wenn zur Anpassung der Betriebsparameter der Ortungsein
richtung an den jeweiligen Behandlungsfall die zweite Fre
quenz gemäß einer Variante der Erfindung einstellbar ist.
Wenn das Therapiegerät, beispielsweise zur Behandlung der
benignen Prostata-Hyperplasie, zur rektalen Applikation
vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, wenigstens die therapeu
tische Ultraschallquelle oder den diagnostischen Ultra
schallwandler als phased array auszubilden. In diesem Falle
ist es in aus der US 4 526 168 an sich bekannter Weise ohne
Mechanik, und damit auf platzsparende Weise möglich, die
Wirkzone zu verlagern bzw. das zu behandelnde Lebewesen
mittels der diagnostischen Ultraschallwellen in der zur
Erzeugung von Ultraschall-B-Bildern erforderlichen Weise
abzutasten. Vorteilhafterweise ist das phased array als
linear array ausgebildet, da es dann möglich ist, die
Wirkzone in einer Ebene zu verlagern bzw. die Mittelachse
des diagnostischen Ultraschalls nach Art eines linearen
Scans oder Sektor-Scans zu verlagern. Um eine mechanische
Vorfokussierung der therapeutischen Ultraschallwellen bzw.
des diagnostischen Ultraschalls zu erzielen, kann gemäß ei
ner Variante vorgesehen sein, daß das linear array in aus
der US 4 159 462 im Zusammenhang mit diagnostischen
Ultraschallwandlern an sich bekannter Weise um seine
Längsachse gekrümmt ist.
Um Ultraschall-Bilder von Körperschichten eines zu behan
delnden Lebewesens anfertigen zu können, die eine unter
schiedliche Lage bezüglich der Quelle akustischer Wellen
aufweisen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen, daß der diagnostische Ultraschall
wandler relativ zu der Quelle akustischer Wellen verdrehbar
ist. Ein drehbarer diagnostischer Ultraschallwandler ist
aus der US 5 176 142 an sich bekannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 in grob schematischer Darstellung ein erfindungsge
mäßes Therapiegerät,
Fig. 2 in ebenfalls grob schematischer, teilweise perspek
tivischer Darstellung ein weiteres erfindungsge
mäßes Therapiegerät,
Fig. 3 bis 7 in unterschiedlichen Schnitten und, Betriebs
arten ein erfindungsgemäßes Therapiegerät,
das zur rektalen Applikation vorgesehen ist,
und
Fig. 8 und 9 Varianten der in dem Therapiegerät gemäß den
Fig. 3 bis 6 enthaltenen therapeutischen Ul
traschallquelle im Querschnitt.
Das in Fig. 1 gezeigte Therapiegerät enthält als Quelle
akustischer Wellen eine therapeutische Ultraschallquelle,
die insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Diese enthält einen
ebenen, piezoelektrischen Ultraschallwandler 2, der an der
einen Stirnfläche eines schallharten oder schallweichen
Tragkörpers 3 angebracht ist. Mit der von dem Tragkörper 3
abgewandten Stirnfläche des Ultraschallwandlers 2 ist eine
plankonkave akustische Sammellinse 4 verbunden, die eine
Fokussierung der von dem Ultraschallwandler 2 ausgehenden
Ultraschallwellen auf einer Wirkzone bewirkt, deren Zentrum
in Fig. 1 mit F bezeichnet ist. Die Ultraschallquelle 1 ist
in einem mit einem flüssigen akustischen Ausbreitungsmedi
um, beispielsweise Wasser gefüllten Gehäuse 5 aufgenommen,
das an seinem Applikationsende mit einem nachgiebigen Kop
pelkissen 6 verschlossen ist. Das Koppelkissen 6 dient der
akustischen Koppelung an die Körperoberfläche eines zu be
handelnden Lebewesens, beispielsweise eines Patienten P,
und wird an dessen Körperoberfläche angepreßt.
Der Ultraschallwandler 2, der als einstückiges Teil aus
Piezokeramik ausgeführt oder aus einer Vielzahl von kleinen
piezokeramischen Elementen mosaikartig zusammengesetzt sein
kann, ist an seinen Stirnflächen in nicht dargestellter, an
sich bekannter Weise mit Elektroden versehen und steht, so
wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, über eine
Leitung 7 mit einem elektrischen Oszillator 8 in Verbin
dung. Dieser treibt die Ultraschallquelle 1 zur Erzeugung
von fokussierten therapeutischen akustischen Wellen, näm
lich fokussierten therapeutischen Ultraschallwellen, einer
ersten Frequenz f1 an. Es versteht sich, daß die Dicke des
Ultraschallwandlers 2 und des Tragkörpers 3 in an sich be
kannter Weise der ersten Frequenz f1 entsprechend dimensio
niert sind.
Das Therapiegerät gemäß Fig. 1 weist außerdem eine insge
samt mit 9 bezeichnete akustische Ortungseinrichtung auf.
Bei, dieser handelt es sich um eine Ultraschall-Ortungsein
richtung, die zum einen einen Ultraschallkopf 10 enthält,
der beispielsweise als mechanischer Sektor-Scanner ausge
führt ist. Dies ist in Fig. 1 dadurch veranschaulicht, daß
ein mit 11 bezeichneter Ultraschall-Transducer dargestellt
ist, der eine oszillatorische Schwenkbewegung in Richtung
des Doppelpfeiles α um eine rechtwinklig zur Zeichenebene
verlaufende Achse ausführt. Der Ultraschallkopf 10 ist in
einer zentralen Bohrung der Ultraschallquelle 1 flüssig
keitsdicht aufgenommen und kann in nicht dargestellter
Weise relativ zu der Ultraschallquelle 1 verstellbar sein,
um eine für den jeweiligen Behandlungsfall günstige Aus
richtung relativ zu dem Patienten P wählen zu können.
Der Ultraschall-Transducer 11 des Ultraschallkopfes 10
steht über eine schematisch angedeutete Leitung mit einer
Bilderzeugungselektronik 12 in Verbindung. Die Bilder
zeugungselektronik 12 ist von einem noch zu erläuternden
Unterschied abgesehen in an sich bekannter Weise ausgebil
det. Sie enthält demnach eine Steuereinheit 13, die einer
seits die mechanische Schwenkbewegung des Ultraschall-
Transducers 11 und andererseits die Stellung eines Schal
ters 14 steuert. Über den Schalter 14 wird der Ultraschall-
Transducer 11 je nach Schalterstellung entweder mit einem
elektrischen Oszillator 15 oder einer insgesamt mit 16 be
zeichneten Bildaufbauschaltung verbunden. Die Steuerung
mittels der Steuereinheit 13 erfolgt in der Weise, daß wäh
rend einer Schwenkbewegung des Ultraschall-Transducers von
der einen in die andere Endlage für eine definierte Anzahl,
beispielsweise 256, von Winkelstellungen des Ultraschall-
Transducers 11 der Ultraschall-Transducer 11 mittels des
Schalters 14 zunächst mit dem Oszillator 15 verbunden ist
und von diesem zur Abgabe diagnostischer akustischer Wel
len, nämlich eines an sich bekannten impulsartigen diagno
stischen Ultraschallsignals, angetrieben wird, und an
schließend über den Schalter 14 mit der Bildaufbauschaltung
16 verbunden ist, der somit diejenigen elektrischen Signale
zugeführt sind, die dadurch entstehen, daß im Körper des
Patienten P reflektierte Anteile des diagnostischen Ultra
schalls mittels des Ultraschall-Transducers 11 empfangen
und in elektrische Signale gewandelt werden. Die Frequenz
des Oszillators 15 ist derart gewählt, daß der diagnosti
sche Ultraschall eine zweite Frequenz f2 aufweist, die von
der ersten Frequenz f1 verschieden ist und diese vorzugs
weise übersteigt.
In der Bildaufbauschaltung 16 gelangen die elektrischen Si
gnale des Ultraschall-Transducers 11 zunächst zu einem Vor
verstärker 17. Dessen Ausgang ist mit dem Eingang einer
Filterschaltung 18 verbunden, deren Ausgang wiederum mit
dem Eingang eines Signalprozessors 19 verbunden ist, der
als Ausgangssignal ein dem erzeugten Ultraschall-Bild ent
sprechendes Videosignal liefert, das einem Monitor 20 zur
visuellen Darstellung zugeführt ist.
Die Filterschaltung 18 weist eine derartige Übertragungs
funktion auf, daß sich ein Amplituden-Frequenzgang mit ei
nem Sperrbereich ergibt, in dem die erste Frequenz f1
liegt. Der Amplituden-Frequenzgang ist weiter derart ge
wählt, daß Signale der zweiten Frequenz f2 die Filterschal
tung 18 wenigstens im wesentlichen ungeschwächt passieren
können.
Es wird also deutlich, daß mittels des Ultraschall-Trans
ducers 11 empfangene Anteile der therapeutischen Ultra
schallweilen, es kann sich hierbei um reflektierte oder di
rekt von der therapeutischen Ultraschallquelle 1 abge
strahlte Anteile handeln, keine Bildstörungen der Ultra
schall-Ortungseinrichtung 9 zur Folge haben, da die ent
sprechenden Anteile der elektrischen Signale des Ultra
schall-Transducers 11 durch die Filterschaltung 18 ausge
filtert werden. Die therapeutische Ultraschallquelle 1 und
die Ultraschall-Ortungseinrichtung 9 können also problemlos
gleichzeitig betrieben werden, so daß eine kontinuierliche
Überwachung und Ortung der jeweils zu behandelnden Zone,
beispielsweise eines Tumors T, gewährleistet ist.
Die Art der Übertragungsfunktion der Filterschaltung 18 ist
umschaltbar, was durch einen mit der Filterschaltung 18
verbundenen Schalter 21 schematisch angedeutet ist. In ei
ner ersten Stellung des Schalters 21 weist die Filterschal
tung 18 die Übertragungsfunktion eines Hochpasses auf. Um
für eine gegebene Ordnung des Übertragungsverhaltens der
Filterschaltung 18 eine maximale Filterwirkung zu erzielen,
ist es dann zweckmäßig, die Übergangsfrequenz der Übertra
gungsfunktion so zu wählen, daß sie höchstens gleich der
zweiten Frequenz f2 ist.
In einer zweiten Stellung des Schalters 21 weist die Fil
terschaltung 18 die Übertragungsfunktion einer Bandsperre
auf. In diesem Falle entspricht die Mittelfrequenz der
Übertragungsfunktion, d. h. diejenige Frequenz, bei der die
stärkste Schwächung des Ausgangssignals der Filterschaltung
18 auftritt, der Frequenz der therapeutischen Ultraschall
wellen, d. h. der ersten Frequenz f1.
In einer dritten Stellung des Schalters 21 weist die Fil
terschaltung 18 die Übertragungsfunktion eines Bandpasses
auf. In diesem Falle entspricht die Mittelfrequenz der
Übertragungsfunktion der Frequenz des diagnostischen Ultra
schalls, d. h. der zweiten Frequenz f2.
Um die Frequenz des diagnostischen Ultraschalls den Erfor
dernissen des jeweiligen Therapiefalls individuell hin
sichtlich der erforderlichen Eindringtiefe bzw. der ge
wünschten Ortsauflösung anpassen zu können, ist vorgesehen,
daß die zweite Frequenz f2 einstellbar ist. Dies ist in
Fig. 1 durch Stellmittel 22 schematisch angedeutet. Die
Stellmittel 22 wirken nicht nur auf den Oszillator 15, son
dern außerdem auch auf die Filterschaltung 18 ein und pas
sen die Übertragungsfunktion der Filterschaltung 18 der je
weils eingestellten zweiten Frequenz f2 an, sofern mittels
des Schalters 21 als Übertragungsfunktion Hochpaß- oder
Bandpaßverhalten gewählt ist.
Anstelle der Fokussierung der therapeutischen Ultraschall
wellen mittels einer Sammellinse 4 kann übrigens in an sich
bekannter Weise auch vorgesehen sein, daß der Ultraschall
wandler 2 eine derart, vorzugsweise sphärisch gekrümmte Ab
strahlfläche aufweist, daß die erzeugten therapeutischen
Ultraschallwellen auf eine Fokuszone konzentriert sind.
Das in Fig. 2 schematisch veranschaulichte Therapiegerät
unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß
sowohl die Fokussierung der therapeutischen Ultraschallwel
len als auch die zur Erzeugung eines Ultraschallbildes er
forderliche Abtastung des Körpers des Patienten mit diagno
stischem Ultraschall auf elektronischem Wege erfolgt, so
wie dies beispielsweise in der DE-OS 31 19 295 beschrieben
ist.
Zu diesem Zwecke sind sowohl die zur Erzeugung der thera
peutischen Ultraschallwellen dienende Ultraschallquelle 25
als auch der zu der Ultraschall-Ortungseinrichtung 26 gehö
rige Ultraschall-Transducer 27 matrixartig aus einer Viel
zahl von piezoelektrischen Ultraschall-Wandlerelementen 28
bzw. 29 zusammengesetzt, wobei in Fig. 2 der Übersichtlich
keit halber jeweils nur einige Ultraschall-Wandlerelemente
die entsprechenden Bezugsziffern tragen.
Die Ultraschall-Wandlerelemente 29 des Ultraschall-Trans
ducers 27 stehen mit der Bilderzeugungselektronik 30 der
Ultraschall-Ortungseinrichtung 26 in Verbindung, so wie
dies in Fig. 2 für drei Ultraschall-Wandlerelemente 29 bei
spielhaft veranschaulicht ist. Die Bilderzeugungselektronik
30 enthält für jedes der Ultraschall-Wandlerelemente 29 ein
Verzögerungsglied 31, dessen jeweilige Verzögerungszeit
über eine Leitung 32 von einer Steuer- und Bildaufbauschal
tung 33 individuell einstellbar ist. Mit ihrem anderen An
schluß sind die Verzögerungsglieder 31 jeweils mit einem
Schalter 34 verbunden, über den sie wahlweise mit einem dem
jeweiligen Ultraschall-Wandlerelement 29 zugeordneten Aus
gang A oder Eingang E der Steuer- und Bildaufbauschaltung
33 verbunden sind. Die Schalter 34 werden von der Steuer-
und Bildaufbauschaltung 33 über Leitungen 35 betätigt.
Nehmen die Schalter 34 jeweils ihre in Fig. 2 gezeigte
Stellung ein, sind die Ultraschall-Wandlerelemente 29 über
die Ausgänge A mit einem in der Steuer- und Bildaufbau
schaltung 33 enthaltenen elektrischen Oszillator verbunden,
der sie impulsartig zur Erzeugung von diagnostischem Ultra
schall der zweiten Frequenz f2 ansteuert. Um diejenigen
elektrischen Signale, die die Ultraschall-Wandlerelemente
29 im Anschluß an ihre Ansteuerung durch Empfang von re
flektierten Anteilen des diagnostischen Ultraschalls abge
ben, den Eingängen E der Steuer- und Bildaufbauschaltung 33
zuführen zu können, werden die Schalter 34 in ihre andere,
in Fig. 2 nicht dargestellte Stellung gebracht. In dieser
Stellung gelangen die Ausgangssignale der Ultraschall-Wand
lerelemente 29 über jeweils eine Filterschaltung 36 zu dem
entsprechenden Eingang der Steuer- und Bildaufbauschaltung
33. Diese stellt die Verzögerungszeiten der Verzögerungs
glieder 31 derart ein, daß eine Abtastung des Körpers des
Patienten mit diagnostischem Ultraschall in der jeweils ge
wünschten Weise erfolgt. Die Abtastung kann beispielsweise,
wie in Fig. 2 angedeutet, in Form eines Sektorscans, der
entsprechende Sektor S ist in Fig. 2 angedeutet, oder in
Form eines Parallelscans erfolgen, wobei die abgetastete
Körperschicht bezüglich der Mittelachse M der Anordnung der
Ultraschall-Wandlerelemente 28, 29 im Rahmen der Verstell
barkeit der Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder 31
nahezu beliebige Winkelstellungen einnehmen kann.
Das jeweils erhaltene Ultraschallbild wird auf einem an die
Steuer- und Bildaufbereitungsschaltung 33 angeschlossenen
Monitor 37 dargestellt.
Auch jedem der Ultraschall-Wandlerelemente 28 der therapeu
tischen Ultraschallquelle 25 ist ein Verzögerungsglied zu
geordnet. Diese Verzögerungsglieder tragen das Bezugszei
chen 39. Über die Verzögerungsglieder 39 sind die Ultra
schall-Wandlerelemente 28 mit einem elektrischen Oszillator
40 verbunden, der die Ultraschall-Wandlerelemente 28, und
damit die therapeutische Ultraschallquelle 25 zur Abgabe
von therapeutischen Ultraschallwellen der ersten Frequenz
f1 antreibt. Die Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder
39 werden über Leitungen 41 von einer Steuerschaltung 42
derart eingestellt, daß die therapeutischen Ultraschallwel
len auf einer Wirkzone fokussiert sind. Dabei stellt die
Steuerschaltung 42 die Verzögerungszeiten zum einen derart
ein, daß die Wirkzone innerhalb der mittels des diagnosti
schen Ultraschalls abgetasteten Körperschicht des Patienten
liegt. Informationen über die jeweilige Lage der mittels
des diagnostischen Ultraschalls abgetasteten Schicht sind
der Steuerschaltung 42 von der Steuer- und Bildaufbauschal
tung 33 über eine Leitung 43 zugeführt. Zum anderen stellt
die Steuerschaltung 42 die Verzögerungszeiten derart ein,
daß die Wirkzone in der mittels des diagnostischen Ultra
schalls abgetasteten Schicht eine mittels eines Joysticks
38 eingestellte Position einnimmt. Der Joystick 38 ist zum
einen mit der Steuereinheit 42 und zum anderen mit der
Steuer- und Bildaufbauschaltung 33 verbunden, wobei letzte
re in das auf dem Monitor 37 dargestellte Ultraschallbild
eine der jeweiligen Stellung des Joysticks 38 entsprechende
Marke F′ einblendet. Es ist also möglich, mittels des Joy
sticks 38 und der in das Ultraschallbild eingeblendeten
Marke F′ das in Fig. 2 mit F bezeichnete Zentrum der Wirk
zone der therapeutischen Ultraschallwellen auf den jeweils
gewünschten Punkt des dargestellten Ultraschallbildes ein
zustellen.
Die Filterschaltungen 36 weisen jeweils die gleiche Über
tragungsfunktion auf, die einen Sperrbereich, in dem die
erste Frequenz f1 liegt, und einen Durchlaßbereich auf
weist, in dem die zweite Frequenz f2 liegt. Auch im Falle
des Therapiegerätes gemäß Fig. 2 ist also sichergestellt,
daß bei gleichzeitigem Betrieb der therapeutischen Ultra
schallquelle 25 und der Ultraschall-Ortungseinrichtung 26
die von der therapeutischen Ultraschallquelle 1 ausgehenden
fokussierten Ultraschallwellen keine Bildstörungen der Ul
traschall-Ortungseinrichtung 26 verursachen.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Therapiegerät ist in den
Fig. 3 bis 7 veranschaulicht. Es handelt sich hierbei um
ein Gerät der benignen Prostatahyperplasie. Die therapeuti
sche Ultraschallquelle 45 und der diagnostischen Ultra
schallwandler der Ultraschall-Ortungseinrichtung sind in
einem mit einem akustischen Ausbreitungsmedium, beispiels
weise Wasser, gefüllten Handstück 47 etwa löffelförmiger
Gestalt aufgenommen. An seinem verdickten Ende weist das
Handstück 47 eine Breite b von etwa 30 mm und eine Dicke d
von etwa 15 mm auf. Der etwa zylindrische Handgriff 48
weist einen Durchmesser von etwa 12 mm auf. Das Handstück
47 kann also in das Rektum eines männlichen Patienten ein
geführt werden, wobei das die therapeutische Ultraschall
quelle 45 und den diagnostischen Ultraschallwandler 46 ent
halt ende verdickte Endteil 58 vollständig im Rektum aufge
nommen ist. Mit den elektrischen Komponenten des Therapie
gerätes steht das Handstück 47 über eine Verbindungsleitung
49 in Verbindung.
Die therapeutische Ultraschallquelle 45 und der Ultra
schall-Ortungswandler 46 sind als lineare Anordnung zeilen
förmiger Ultraschall-Wandlerelemente 50, 51 ausgeführt
(sog. linear array), von denen in Fig. 4 je eines die ent
sprechende Bezugsziffer 50 bzw. 51 trägt.
Die Ansteuerung der Ultraschall-Wandlerelemente 51 des Ul
traschall-Ortungswandlers 46 erfolgt in zu der Fig. 2 ana
loger Weise, wobei jedoch infolge der nicht matrixartigen,
sondern lediglich linearen Anordnung der Ultraschall-Wand
lerelemente 51 nur eine Körperschicht abtastbar ist, deren
Mittelebene bezogen auf die Darstellung der Fig. 2 der Zei
chenebene entspricht. In Fig. 2 ist der Sektor S einge
zeichnet, der mittels des Ultraschall-Ortungswandlers 46
abtastbar ist, wenn dessen Ultraschall-Wandlerelemente 51
in der zur Durchführung eines Sektor-Scans erforderlichen
Weise zeitverzögert angesteuert werden. Es wird also deut
lich, daß die Ultraschall-Wandlerelemente 51 des Ultra
schall-Ortungswandlers 46 nach Art eines sogenannten phased
arrays zeit- bzw. phasenverzögert angesteuert werden.
Auch die Ultraschallquelle 45 arbeitet nach Art eines pha
sed arrays, wobei die Ansteuerung der Ultraschall-Wandler
elemente 50 analog zur Ansteuerung der Ultraschall-Wandler
elemente 28 im Falle der Fig. 2 erfolgt. Da auch im Falle
der Ultraschallquelle 45 im Gegensatz zur Fig. 2 keine ma
trixartige, sondern eine lediglich lineare Anordnung vor
liegt, kann zwar durch geeignete Wahl der Ansteuerzeitpunk
te der Ultraschall-Wandlerelemente 50 eine Fokussierung der
therapeutischen Ultraschallwellen bewirkt werden, jedoch
kann das Zentrum F der Wirkzone bezogen auf die Darstellung
der Fig. 3 lediglich in der Zeichenebene verlagert werden.
In Fig. 3 sind beispielhaft drei mögliche Positionen des
Zentrums F der Wirkzone dargestellt.
Sieht man von den Einschränkungen ab, die sich dadurch er
geben, daß im Falle des Therapiegerätes gemäß den Fig. 3
bis 7 anstelle einer matrixartigen Anordnung nur eine li
neare Anordnung der Ultraschall-Wandlerelemente 50, 51 der
Ultraschallquelle 45 und des Ultraschall-Ortungswandlers 46
vorgesehen ist, stimmt für die in den Fig. 3 und 4 veran
schaulichte Betriebsart die Funktionsweise voll mit der des
Therapiegerätes gemäß Fig. 2 überein. Demnach weist das
Therapiegerät gemäß den Fig. 3 bis 7 eine Bilderzeugungs
elektronik und eine Ansteuerung der Ultraschallquelle 45
auf, die analog zur Fig. 2 (siehe Positionen 30 bis 42)
ausgebildet ist.
Die Fokussierung der Ultraschallquelle 45 kann übrigens ge
genüber einer ebenen Ausführung dadurch verbessert werden,
daß die Ultraschallquelle 45 gemäß Fig. 8 um eine parallel
zu ihrer Längsachse verlaufende Achse A zylindrisch ge
krümmt ist. Alternativ kann eine ebene Ultraschallquelle 45
verwendet werden, der gemäß Fig. 9 eine plankonkave akusti
sche Sammellinse 52 vorgesetzt wird werden. In beiden Fäl
len erfolgt eine Fokussierung auf eine parallel zur Längs
achse der Ultraschallquelle 45 verlaufenden Brennlinie FL,
welche in den Fig. 8 und 9 rechtwinklig zur Zeichenebene
verläuft.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, kann durch Betä
tigen eines Drehknopfes 53 (Fig. 7) der Ultraschall-Or
tungswandler 46 um 90° derart gedreht werden, daß seine
Längsachse nicht mehr wie in der in den Fig. 3 und 4 ge
zeigten Betriebsart parallel, sondern rechtwinklig zu der
Längsachse der Ultraschallquelle 45 verläuft. Dies erfolgt
über einen mit dem Drehknopf 53 verbundenen Seilzug 54, der
einen in der Ultraschallquelle 45 drehbar gelagerten Trag
körper 55 verdreht. Die mittels der Ultraschall-Ortungsein
richtung abtastbare Schicht verläuft dann nicht mehr in der
Zeichenebene, sondern so, wie dies in Fig. 4 in perspekti
vischer Darstellung nicht ganz korrekt angedeutet ist, in
einer rechtwinklig zur Zeichenebene stehenden Ebene.
Den im Falle des Therapiegerätes gemäß den Fig. 3 bis 7 der
Steuer- und Bildaufbauschaltung 33 und der Steuerschaltung
42 entsprechenden Schaltungen ist ein die Stellung des
Drehknopfes 53 anzeigendes Signal zugeführt. Wenn dieses
Signal anzeigt, daß der Ultraschall-Ortungswandler 46 seine
in den Fig. 5 und 6 gezeigte Position einnimmt, wird in das
Ultraschallbild 56 in der in Fig. 5 angedeuteten Weise eine
Linie L eingeblendet, die derjenigen Linie entspricht, in
der die Mittelebene der mittels des diagnostischen Ultra
schalls abgetasteten Körperschicht diejenige Ebene schnei
det, in der das Zentrum der Fokuszone der diagnostischen
Ultraschallwellen verlagerbar ist. Die Bewegung der Marke
F′ ist dann auf Bewegungen längs der Linie L eingeschränkt
und auch die Verlagerung des Zentrums der Wirkzone der the
rapeutischen Ultraschallwellen ist auf eine entsprechende
Verlagerung längs der genannten Geraden eingeschränkt.
Es wird also deutlich, daß wahlweise Longitudinalebenen
(Fig. 3 und 4) oder Transversalebenen (Fig. 5 und 6) mit
tels der Ultraschall-Ortungseinrichtung darstellbar sind,
wobei im ersteren Falle das Zentrum F der Wirkzone der the
rapeutischen Ultraschallwellen auf beliebige Punkte inner
halb der dargestellten Transversalschicht eingestellt wer
den kann, während im ersteren Falle die Verlagerung des
Zentrums F der Wirkzone nur längs einer in der Longitudi
nalschicht enthaltenen Geraden erfolgen kann. Die Anwendung
des Therapiegerätes gemäß den Fig. 3 bis 7 erfolgt in der
Weise, daß zunächst das Handstück 47 in das Rektum des zu
behandelnden Patienten eingeführt wird. Dann wird das Hand
stück 47, ohne daß eine Ausstrahlung von therapeutischen
Ultraschallwellen erfolgt, derart ausgerichtet, daß die
Prostata in dem Ultraschallbild erscheint. Nun wird in dem
Ultraschallbild die die Lage des Zentrums F der Wirkzone
der therapeutischen Ultraschallwellen kennzeichnende Marke
F′ auf den gewünschten Bereich der Prostata eingestellt.
Dann wird ein im Bereich des Handgriffes 48 vorgesehener
Taster 56 betätigt, der dem Schalter 43 im Falle der Fig. 2
entspricht und dessen Betätigung dazu führt, daß zusätzlich
zu dem diagnostischen Ultraschall die therapeutischen Ul
traschallwellen abgestrahlt werden, die auf den mittels des
Joysticks markierten Punkt fokussiert sind.
Als erste Frequenz, d. h. als Frequenz für die therapeuti
schen Ultraschallwellen, eignet sich eine Frequenz in der
Größenordnung von zwei MHz. Als zweite Frequenz, d. h. als
Frequenz des diagnostischen Ultraschalls eignet sich eine
Frequenz in der Größenordnung von sieben MHz, die, falls
eine Verstellung der zweiten Frequenz vorgesehen ist, bei
spielsweise um ± 3,5 MHz nach oben bzw. unten verschoben
werden kann.
Bezüglich der Abmessungen der Ultraschall-Wandlerelemente
28, 29 bzw. 50, 51 ist zu sagen, daß diese zur Vermeidung
einer gerichteten Abstrahlung der therapeutischen Ultra
schallwellen bzw. diagnostischen Ultraschalls so gewählt
sein müssen, daß die in Abstrahlrichtung betrachtet klein
ste Erstreckung des jeweiligen Ultraschall-Wandlerelementes
kleiner als eine halbe Wellenlänge der abgestrahlten thera
peutischen Ultraschallwellen bzw. des diagnostischen Ultra
schalls ist. Dabei ist die Wellenlänge in dem akustischen
Ausbreitungsmedium maßgebend.
Für den Fall der therapeutischen Ultraschallquelle 45 des
Therapiegerätes gemäß den Fig. 3 bis 7 bedeutet dies, daß
bei Befüllung des Handstückes 47 mit Wasser als akustisches
Ausbreitungsmedium und für eine Frequenz der therapeuti
schen Ultraschallwellen von zwei MHz die in Fig. 4 mit w
bezeichnete Breite der Ultraschall-Wandlerelemente 50 nicht
größer als 0,375 mm sein darf, da die Schallausbreitungsge
schwindigkeit in Wasser in der Größenordnung von 1500 m/s
liegt.
Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel eines Therapiegerä
tes beschrieben, das zur Behandlung der benignen Prosta
tahyperplasie dient. Es können jedoch auch andere Therapie
geräte, beispielsweise solche, die der Behandlung von Tumo
ren oder sonstigen pathologischen Gewebeveränderungen die
nen, erfindungsgemäß ausgebildet werden.
Unter einem phased array ist übrigens eine durch zeitlich
verzögerte Ansteuerung elektronisch fokussierbare Anordnung
einer Vielzahl von Ultraschall-Wandlerelementen zu
verstehen. Ein linear array ist eine lineare Anordnung
einer Vielzahl von Ultraschall-Wandlerelementen. Unter
einem Scan ist eine beispielsweise lineare oder
sektorförmige Abtastung mittels eines Ultraschallstrahles
zu verstehen.
Claims (15)
1. Therapiegerät zur Ortung und Behandlung einer Zone im
Körper eines Lebewesens mit akustischen Wellen, aufweisend
- a) eine Quelle (1, 25, 45) akustischer Wellen, welche auf eine Wirkzone fokussierte therapeutische akustische Wellen einer ersten Frequenz (f1) erzeugt, und
- b) eine gleichzeitig mit der Quelle (1, 25, 45) betreibbare an sich bekannte akustische Ortungseinrichtung (9, 26), welche diagnostische akustische Wellen einer zweiten Frequenz (f2) aussendet, im Körper des Lebewesens reflektierte Anteile der diagnostischen akustischen Wellen empfängt, in elektrische Signale wandelt und Bild-Information bezüglich der zu behandelnden Zone bereitstellt, und welche Ortungseinrichtung (9, 26) zusätzlich ein Filter (18, 36) zur Unterdrückung zumindest der Grundwelle der fokussierten therapeutischen akustischen Wellen aufweist, dessen Übertragungsfunktion einen Sperrbereich, in dem die erste Frequenz (f1) liegt, und einen Durchlaßbereich aufweist, in dem die zweite Frequenz (f2) liegt.
2. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß als Filter (18, 36)
eine Filterschaltung vorgesehen ist und daß die elektri
schen Signale die Filterschaltung durchlaufen.
3. Therapiegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Quelle (1, 25, 45)
akustischer Wellen eine therapeutische Ultraschallquelle
vorgesehen ist, welche fokussierte therapeutische
Ultraschallwellen erzeugt, und/oder daß als
Ortungseinrichtung (9, 26) eine Ultraschall-
Ortungseinrichtung vorgesehen ist, die diagnostischen
Ultraschall aussendet.
4. Therapiegerät nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Or
tungseinrichtung (9, 26) wenigstens einen diagnostischen
Ultraschallwandler (11, 27, 46) enthält, welcher den dia
gnostischen Ultraschall erzeugt und im Körper reflektierte
Anteile des diagnostischen Ultraschalls in elektrische Si
gnale wandelt.
5. Therapiegerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Or
tungseinrichtung (9, 26) eine Bilderzeugungselektronik (12,
30) zur Erzeugung von Ultraschallbildern aufweist, der die
elektrischen Signale zugeführt sind und die das Filter (18,
36) enthält.
6. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Ultraschall-Ortungseinrichtung (9, 26) Bild-Information in
Form von Echtzeit-Ultraschallbildern, vorzugsweise Ul
traschall-B-Bildern, bereitstellt.
7. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Frequenz (f1) niedriger als die zweite Frequenz (f2)
ist.
8. Therapiegerät nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Filter (18, 36) als
Hochpaßfilter ausgebildet ist.
9. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Filter (18, 36) als Bandsperre ausgebildet ist.
10. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Filter (18, 36) als Bandpaß ausgebildet ist.
11. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die zweite Frequenz (f2) einstellbar ist.
12. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die Quelle (45) akustischer Wellen oder der
diagnostische Ultraschallwandler (27, 46) als phased array
ausgebildet ist.
13. Therapiegerät nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das phased array als
linear array ausgebildet ist.
14. Therapiegerät nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das linear array um
eine parallel zu seiner Längsachse verlaufende Achse ge
krümmt ist.
15. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der
diagnostische Ultraschallwandler (46) relativ zu der Quelle
(45) akustischer Wellen um eine Achse verdrehbar ist.
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
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8331 | Complete revocation |