DE4302537C1 - Therapiegerät zur Ortung und Behandlung einer Zone im Körper eines Lebewesens mit akustischen Wellen - Google Patents

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.