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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung
der Ankoppelgüte
zwischen Koppelbalg und Patienten bei einem Gerät zur extrakorporalen Behandlung
mit akustischen Stoßwellen,
sowie ein Gerät
zur extrakorporalen Behandlung mit akustischen Stoßwellen.
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Bei
der Zertrümmerung
von intrakorporalen Konkrementen durch extrakorporal applizierte
akustische Stoßwellen
werden die Stoßwellen
von einer Stoßwellenquelle über einen
mit Wasser gefüllten Koppelbalg
zum Patienten geleitet und auf Konkremente im Körper fokussiert. An der Koppelstelle
liegt der Koppelbalg, der aus einem flexiblen Material wie Silikongummi
oder Weich-PVC besteht, dicht am Patienten an. Um die Transmission
von Stoßwellen
zu ermöglichen,
wird zwischen die Grenzflächen
des Koppelbalges und des Patienten ein Koppelgel gebracht. Dabei
ist es notwendig, dass sich keine Luft zwischen Koppelbalg und Patienten
befindet. Selbst eine Luftschicht von nur wenigen μm im Schallweg kann
eine Transmission von Schallwellen verhindern oder eine Streuung – und damit
eine Defokussierung – der
Schallwellen verursachen, was zu einer unerwünschten Irritation und Belastung
von gesundem Gewebe führt.
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Die
Fläche
der Koppelstelle ist meist kreisförmig mit einem Durchmesser
von ca. 5 bis 25 cm. Nach Ankoppelung des Balges ist es durch Augenschein
nur schwer festzustellen, ob sich nicht doch Luftblasen oder flächige Luftzonen
in der Koppelschicht befinden. Selbst eine anfänglich perfekte Ankoppelung
kann im Verlauf der Therapie unzureichend werden, beispielsweise
durch kleine Relativbewegungen zwischen Patient und Koppelbalg oder durch
die Kavitationswirkung von Stoßwellen, durch die
im Verlauf der Therapie kleine Luftbläschen in der Koppelschicht
entstehen.
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Bislang
wird das Problem durch Beobachtung von der Seite gelöst. Wenn
sich im Verlauf der Therapie am Rand der Ankoppelstelle ein Spalt
zeigt, wird der Koppelbalg entfernt und neu angekoppelt. Bei einem
optisch transparenten Ankoppelbalg ist die Koppelfläche von
außen
eingeschränkt
einsehbar, sofern der Beobachtungswinkel nicht zu schräg ist, sodass
eine Totalreflexion die Betrachtung der Koppelschicht verhindert.
Bei einem Gerät
zur Behandlung mit akustischen Stoßwellen mit einem Inline-Ultraschallkopf
lassen sich durch eine starke Reflexion der Ultraschallwellen an
der Koppelschicht indirekte Hinweise auf Lufteinschlüsse gewinnen.
Diese Hinweise sind jedoch unzuverlässig, da starke Reflexionen
ebenso auftreten, wenn die Koppelschicht nicht senkrecht zur Ultraschall-Ausbreitungsrichtung
steht. Außerdem
erfasst der Ultraschall nicht die gesamte Fläche sondern nur den Schnittlinienbereich
zwischen Ultraschall-Abbildungsebene und Koppelschicht. In keinem
der Fälle
lässt sich
ein quantitatives Maß für die Ankoppelgüte erfassen.
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Die
DE 41 25 950 C1 offenbart
dabei einen Lithotripter mit einem Therapiekopf und einem Ultraschallortungsgerät. Zur Detektion
der Güte
der Ankopplung wird ein Vergleich zwischen einem Ultraschallbild,
aufgenommen ohne Ankopplung, und einem aktuellen Ultraschallbild,
aufgenommen bei angekoppeltem Patientenkörper und gewichtet mit den Geräteeinstellungen
des Ultraschallortungsgeräts, durchgeführt.
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Die
DE 37 03 333 A1 offenbart
einen Lithotripter zur Zertrümmerung
eines Konkrements in einem menschlichen Körper mittels Stoßwellenimpulsen,
die von einer Stoßwellenquelle
erzeugt und von einer Fokussierungseinrichtung gebündelt sind,
wobei ein Ultraschall-Sektorscanner vorgesehen ist, dessen Abtaststrahl
von einem Punkt ausgeht, der auf der Zentralachse zwischen der Stoßwellenquelle und
der Fokussierungseinrichtung liegt. Hierbei werden Ultraschallwellen
von einem Ultra schall-Übertrager
ausgesendet und über
einen Ultraschall-Spiegel umgelenkt.
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Die
US 6,508,774 B1 offenbart
ein Ultraschalltherapiegerät,
bei dem hochintensiver, fokussierter Ultraschall zur Erwärmung von
Gewebe von einem Feld von Ultraschallüberträgern (array of transducers)
appliziert werden kann. Mögliche
Kavitationen werden dabei detektiert, indem Ultraschallwellen, die
im Patientenkörper
entstehen oder von diesem oder einer Koppelschicht reflektiert werden, von
einigen oder allen Ultraschallüberträgern aufgenommen
werden. Hierauf basierend wird ein Rückkopplungssignal erzeugt.
Wenn durch das Rückkopplungssignal
auf das Vorliegen einer Kavitation hingewiesen wird, wird der therapeutische
Ultraschall geändert.
Auf diese Weise können
auch Lufteinschlüsse
in der Koppelschicht detektiert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung, ein Verfahren
und ein Gerät
anzugeben, bei denen nur bei hinreichend guter Ankoppelgüte eines
Koppelbalges an einen Patienten akustische Stoßwellen applizierbar sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer
Vorrichtung gemäß Patentanspruch
1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
12 sowie durch ein Gerät
gemäß Anspruch
14.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
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Es
ist eine Vorrichtung zur Darstellung der Ankoppelgüte eines
Koppelbalges eines Gerätes
zur Behandlung mit akustischen Stoßwellen an einen Patienten
offenbart, welche umfasst:
- – eine optische Bildaufnahmeeinheit,
mit der ein Bild von einer von einem Koppelgel gebildeten Koppelschicht, über die
der Koppelbalg an den Patienten gekoppelt ist, aufnehmbar ist, wobei durch
die Bildaufnahmeeinheit Bereiche mit Lufteinschlüssen in der Koppelschicht von
Bereichen ohne Lufteinschlüsse
unterscheidbar aufnehmbar sind, und
- – eine
Bildwiedergabeeinheit, mit der das von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommene
Bild darstellbar ist.
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Durch
diese Vorrichtung wird einem Anwender ein Bild der Koppelfläche dargestellt,
wobei sich Bereiche der Koppelschicht mit Lufteinschlüssen von Bereichen
ohne Lufteinschlüsse
unterscheidbar darstellen. Aufgrund seiner Erfahrung kann der Anwender
durch Augenschein entscheiden, ob die Güte der Ankopplung für eine erfolgreiche
Anwendung der Stoßwellenbehandlung
ausreicht oder nicht. Dadurch wird verhindert, dass Stoßwellen
ausgelöst
werden, die keinen oder nur einen geringeren therapeutischen Nutzen
für den
Patienten haben, die aber mit einem Teil ihrer Energie gesundes
Gewebe belasten.
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Vorteilhafterweise
ist die Koppelschicht durch eine Beleuchtungsvorrichtung von innerhalb oder
von außerhalb
des Koppelbalges beleuchtbar. Dadurch wird der Kontrast zwischen
Bereichen mit und ohne Lufteinschlüsse in der Koppelschicht erhöht. Der
Koppelbalg ist dabei für
den Frequenzbereich der Beleuchtungsvorrichtung zumindest teilweise
transparent.
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Entsprechend
einer Ausführungsform
der Vorrichtung zur Darstellung der Ankoppelgüte ist die Bildaufnahmeeinheit
im Inneren des Koppelbalges angeordnet. Dadurch kann die Bildaufnahmeeinheit auf
einfache Weise so angeordnet werden, dass ein Bild der Koppelfläche direkt
aufnehmbar ist. Die Bildaufnahmeeinheit kann sich dabei beispielsweise
im Zentrum oder im Randbereich der Linse des Stoßwellenkopfes befinden, da
von diesen Positionen aus auf einfache Weise ein Bild der Koppelfläche aufnehmbar
ist. Die Bildaufnahmeeinheit kann als Kamera mit einem Weitwinkelobjektiv
ausgestaltet sein. Die Objektiv-Optik kann dabei an die Ankoppelflüssigkeit
angepasst sein oder einen Vorsatz haben, der es optisch von der
Ankoppelflüssigkeit
trennt.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist die Bildaufnahmeeinheit außerhalb
des Koppelbalges angeordnet. Der Koppelbalg ist dabei für den Frequenzbereich
der Kamera zumindest teilweise transparent. Bei dieser Ausführungsform
sind aufgrund der externen Anbringung der Bildaufnahmeeinheit nur
geringe Konstruktionsänderungen
notwendig. Vorteilhafterweise ist dabei im Koppelbalg ein Spiegel
derart angeordnet, dass die Koppelfläche über den im Koppelbalg angeordneten
Spiegel mit der Bildaufnahmeeinheit betrachtbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Bildaufnahmeeinheit an einem starren oder flexiblen Endoskop
angebracht, das beispielsweise von der Seite durch den Koppelbalg
geführt
wird, wobei die Durchtrittsstelle wasserdicht abgedichtet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Koppelgel farblich markiert. Dadurch können Bereiche mit Lufteinschlüssen in
der Koppelschicht besser von Bereichen ohne Lufteinschlüsse in der
Koppelschicht unterscheidbar sein. Das Balgmaterial und das Koppelgel
können
dabei derart aufeinander abgestimmt sein, dass beim Kontakt mit
dem Koppelgel das Balgmaterial transparent ist, beim Kontakt mit Luft
jedoch nicht, oder umgekehrt. Zur Verbesserung der Sichtbarkeit
können
auch optische Filter in den Lichtweg eingebracht werden, beispielsweise
Farb- oder Polarisationsfilter.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Bestimmung der Ankoppelgüte
eines Koppelbalges eines Gerätes
zur Behandlung mit akustischen Stoßwellen an einen Patienten,
umfasst:
- – eine
optische Bildaufnahmeeinheit, mit der ein Bild von einer von einem
Koppelgel gebildeten Koppelschicht, über die der Koppelbalg an den Patienten
gekoppelt ist, aufnehmbar ist, wobei durch die Bildaufnahmeeinheit
Bereiche mit Lufteinschlüssen
in der Koppelschicht von Bereichen ohne Lufteinschlüsse unterscheidbar
aufnehmbar sind, und
- – eine
Bildverarbeitungseinheit, mit der mit dem von der Bildaufnahmeeinheit
aufgenommenen Bild ein Wert ermittel bar ist, der die Größe der Bereiche
mit Lufteinschlüssen
in der Koppelschicht beschreibt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorrichtung zur Bestimmung
der Ankoppelgüte
mit einer Signaleinheit ausgestattet, mit der ein Signal erzeugbar
ist, wenn der Wert für
die Größe der Bereiche
mit Lufteinschlüssen
einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Dadurch kann verhindert werden, dass eine Stoßwelle ausgelöst wird,
die keinen oder nur einen geringeren therapeutischen Nutzen für den Patienten
hat, die aber mit einem Teil ihrer Energie gesundes Gewebe belastet.
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Vorteilhafterweise
ist die Koppelschicht durch eine Beleuchtungsvorrichtung von innerhalb oder
von außerhalb
des Koppelbalges beleuchtbar.
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Entsprechend
einer Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bestimmung der Ankoppelgüte ist die Bildaufnahmeeinheit
im Inneren des Koppelbalges angeordnet. Dadurch kann die Bildaufnahmeeinheit auf
einfache Weise so angeordnet werden, dass ein Bild der Koppelfläche direkt
aufnehmbar ist. In einer anderen Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinheit
außerhalb
des Koppelbalges angeordnet. Der Koppelbalg ist dabei für den Frequenzbereich
der Kamera zumindest teilweise transparent. Vorteilhafterweise ist
dabei im Koppelbalg ein Spiegel derart angeordnet, dass die Koppelfläche über den
im Koppelbalg angeordneten Spiegel mit der Bildaufnahmeeinheit betrachtbar
ist. In einer weiteren Ausführungsform
ist die Bildaufnahmeeinheit an einem starren oder flexiblen Endoskop
angebracht, das in das Innere des Koppelbalges geführt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung zur Bestimmung der Ankoppelgüte ist das Koppelgel farblich
markiert. Dadurch kann der Anwender Bereiche mit Lufteinschlüssen in
der Koppelschicht besser von Bereichen ohne Lufteinschlüsse unterscheiden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Signal,
das erzeugt wird, wenn die Größe der Bereiche
mit Lufteinschlüssen
in der Koppelschicht einen bestimmten Grenzwert überschreitet, eine Stoßwellen-Auslösung verhinderbar. In
einer weiteren Ausgestaltung ist durch das Signal dem Anwender eine
optische und/oder akustische Rückmeldung übermittelbar.
Beispielsweise kann der Koppelbalg farbig ausgeleuchtet oder ein
akustisches Warnsignal ausgegeben werden, wenn die Ankoppelgüte zwischen
Koppelbalg und Patienten zu schlecht ist. Durch diese Rückmeldung
wird dem Anwender auf einfache Weise die Möglichkeit gegeben, die Qualität der Ankopplung
zu verbessern, indem er beispielsweise den Koppelbalg neu ansetzt.
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Vorteilhafterweise
ist die Vorrichtung zur Bestimmung der Ankoppelgüte mit einer Anzeige ausgestattet,
mit der der Wert, der bei dem aufgenommenen Bild die Fläche der
Bereiche mit Lufteinschlüssen
in der Koppelschicht beschreibt, dem Anwender als quantitativer
Wert anzeigbar ist. Hierdurch erhält der Anwender ein quantitatives
Maß, das die
Güte einer
Behandlung dokumentiert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Bestimmung der Ankoppelgüte
eines Koppelbalges, der über
eine von einem Koppelgel gebildete Koppelschicht an einen Patienten
angekoppelt ist, umfasst folgende Schritte:
- – In einem
ersten Schritt wird ein Bild der Koppelfläche mit einer optischen Bildaufnahmeeinheit aufgenommen,
wobei die Bildaufnahmeeinheit Bereiche mit Lufteinschlüssen in
der Koppelschicht von Bereichen ohne Lufteinschlüsse unterscheidbar aufnimmt,
und
- – in
einem zweiten Schritt wird mit dem Bild ein Wert ermittelt, der
die Größe der Bereiche
mit Lufteinschlüssen
in der Koppelschicht beschreibt.
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Bevorzugterweise
wird in einem weiteren Schritt ein Signal von einer Signaleinheit
erzeugt, wenn der Wert für
die Größe der Bereiche
mit Lufteinschlüssen
einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
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Das
erfindungsgemäße Gerät zur Behandlung
eines Patienten mit akustischen Stoßwellen mit einem Koppelbalg
umfasst eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ankoppelgüte des Koppelbalges
an einen Patienten nach Anspruch 1.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen
der Unteransprüche
werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher
erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein. Es zeigen:
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1 einen
Teil-Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein
Bild von der Koppelfläche,
wie es von einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen ist,
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3 einen
Teil-Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und
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4 ein
Blockdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Ankoppelgüte zwischen
Koppelbalg und Patienten.
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In 1 ist
der Teil eines Stoßwellenkopfes 1 im
Längsschnitt
gezeigt, der von einer Linse 3 des Stoßwellenkopfes und einem mit
Ankoppelflüssigkeit 7 gefüllten Koppelbalg 5 gebildet
wird. Die Stoßwellen
werden von der Linse 3 des Stoßwellenkopfes auf ein Konkrement 11 fokussiert,
das sich im Körper
eines Patienten 9 befindet. Um eine Übertragung der Schallwellen
vom Koppelblag 5 auf den Körper 9 zu gewährleisten,
wird der Koppelbalg 5 über
eine von einem Koppelgel gebildete Koppelschicht 13 an
den Körper
gekoppelt. Wenn sich in der Koppelschicht 13 Luftblasen 15 befinden,
ist die Transmission der Schallwellen vom Koppelbalg 5 auf
den Patienten 9 nicht mehr gewährleistet. Zudem können die
Schallwel len an Luftblasen 15 gebeugt werden, sodass die Schallwellen
defokussiert werden und ihre Energie im gesunden Gewebe abgeben,
was zu einer Irritation desselben führt. Um dies zu verhindern,
befindet sich in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kamera 17 als
Bildaufnahmeeinheit in der Linse 3 des Schallkopfes. Die
Kamera 17 hat dabei eine Apertur, die es ermöglicht,
die gesamte Koppelfläche 31 aufzunehmen.
Das Material des Koppelbalges 5 ist dabei für den Frequenzbereich
der Kamera 17 transparent. Zur besseren Ausleuchtung der
Koppelfläche 31 ist
eine Lampe 19 als Beleuchtungsvorrichtung in der Linse 3 des
Stoßwellenkopfes
installiert. Deren Frequenzbereich ist idealerweise so gewählt, dass
bei dem aufgenommenen Bild 35 die Bereiche mit Lufteinschlüssen 33 und
die Bereiche ohne Lufteinschlüsse 32 in
der Koppelschicht 13 vom Anwender oder von der Bildverarbeitungseinheit
eindeutig unterschieden werden können.
Der Koppelbalg 5 ist dabei aus einem Material, das für das Licht
der Lampe 19 zumindest teilweise transparent ist.
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2 zeigt
ein Bild 35 der Koppelschicht 13, wie es von einer
Bildaufnahmeeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgenommen
wird. Die Koppelschicht 13 enthält dabei hauptsächlich Bereiche 32,
die mit Koppelgel ausgefüllt
sind, in denen sich kleinere Bereiche mit Lufteinschlüssen 33 befinden. Zur
besseren Kennzeichnung der Bereiche mit Lufteinschlüssen 33 kann
das Koppelgel gefärbt
sein. Falls das Bild durch eine Bildverarbeitungseinheit analysiert
wird, ist der Frequenzbereich der Bildaufnahmeeinheit dergestalt,
dass die Bildverarbeitungseinheit bei dem aufgenommenen Bild die
Bereiche der Koppelschicht 13 mit Lufteinschlüssen 33 von Bereichen
der Koppelschicht 13 ohne Lufteinschlüsse 32 eindeutig unterscheiden
kann. Je nach verwendetem Koppelgel und Frequenzbereich der Beleuchtungsvorrichtung 19 kann
der Frequenzbereich der Bildaufnahmeeinheit auch außerhalb
des Frequenzbereiches von sichtbarem Licht liegen, beispielsweise
im IR- oder UV-Bereich. Falls das Bild durch eine Bildwiedergabeeinheit
dem Anwender dargestellt wird, ist der Frequenzbereich der Bildaufnahmeeinheit
dergestalt, dass bei der Dar stellung des Bildes ein möglichst
großer
Kontrast zwischen Bereichen der Koppelschicht 13 mit Lufteinschlüssen 33 und Bereichen
der Koppelschicht 13 ohne Lufteinschlüsse 32 erreicht wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das Balgmaterial und das Koppelgel derart
aufeinander abgestimmt sind, dass das Balgmaterial beim Kontakt
mit dem Koppelgel transparent ist, beim Kontakt mit Luft jedoch
nicht, oder umgekehrt.
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3 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Teil des Stoßwellenkopfes 1,
bei dem eine Kamera 17 als Bildaufnahmeeinheit außerhalb
des Koppelbalges 5 angebracht ist. Der Koppelbalg 5 besteht dabei
aus einem Material, das für
den Frequenzbereich der Bildaufnahmeeinheit 17 transparent
ist. Um eine optimale Aufnahme der Koppelschicht 13 zu
gewährleisten,
wird das Bild der Koppelschicht 13 über einen Spiegel 21,
der sich im Inneren des Koppelbalges 5 befindet, auf die
Bildaufnahmeeinheit 17 übertragen.
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4 zeigt
schematisch den Verfahrensablauf zur Bestimmung der Ankoppelgüte zwischen Koppelbalg
und Patienten. In einem ersten Verfahrensschritt wird von einer
Bildaufnahmeeinheit 41 ein Bild 43 der Koppelfläche aufgenommen.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird dem Bild 43 von
einer Bildverarbeitungseinheit 44 ein Zahlenwert 45 zugeordnet,
der die Größe der Bereiche,
die durch Lufteinschlüsse
in der Koppelschicht 13 gekennzeichnet sind, beschreibt.
Der Zahlenwert 45 kann dabei die absolute Größe der Bereiche
mit Lufteinschlüssen 33,
oder aber auch als deren relative Größe im Vergleich zur gesamten
Koppelfläche 31 kennzeichnen. In
einem dritten Verfahrensschritt wird von einer Steuereinheit ein
Signal 47 ausgegeben, wenn der ermittelte Zahlenwert über einen
bestimmten Grenzwert liegt. Dieses Signal kann beispielsweise eine akustische
oder optische Rückmeldung
an den Anwender vor Auslösung
einer Stoßwelle
sein oder aber auch ein Steuersignal für das Gerät zur Behandlung, das eine
Auslösung
der Stoßwelle
verhindert. Dadurch wird verhindert, dass eine Stoßwelle ausgelöst wird,
wenn die Ankoppelgüte
zwischen Koppelbalg 5 und Patienten 9 zu schlecht
ist und die Stoßwelle einen
zu geringen therapeutischen Effekt hätte. Der Zahlenwert 45 stellt
gleichzeitig ein quantitatives Maß dar, das die Qualität einer
Behandlung beschreibt.