DE10312883A1 - Ultrasound measurement method of blood flow in heart valve, involves evaluating measurement and reference beams overlapping measurement areas covering orifice, to determine volumetric flow rate and flow volume of blood - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultraschall-Messung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ultraschall-Messung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21.The present invention relates to a method for ultrasonic measurement according to the preamble of the claim 1 and a device for ultrasonic measurement according to the preamble of claim 21.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Ultraschall-Messung des Blutflusses im menschlichen oder tierischen Körper durch eine dynamische oder unregelmäßige Öffnung, beispielsweise eine insuffiziente oder stenosierte Herzklappe, eine verengte Vene oder Arterie oder dergleichen. Beispielsweise ist es wünschenswert, die Flußquerschnittsfläche, nachfolgend kurz (effektive) Öffnungsfläche genannt, den Volumenstrom und/oder das Flußvolumen bei einer kranken Herzklappe, insbesondere den Rückfluß durch eine kranke Herzklappe, zu bestimmen, um dadurch den Schweregrad eines Klappendefekts bestimmen und ggf. eine Herzklappenoperation mit optimalem Ergebnis durchführen zu können.In particular, the present invention relates on the ultrasound measurement of blood flow in the human or animal body through a dynamic or irregular opening, for example, an insufficient or stenosed heart valve, one narrowed vein or artery or the like. For example it is desirable the river cross-sectional area, hereinafter called (effective) opening area for short, the volume flow and / or the flow volume in a sick Heart valve, especially the reflux through a sick heart valve, to determine the severity determine a valve defect and, if necessary, heart valve surgery perform with optimal result to be able to.
Die WO 00/51495 A1, die den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet, offenbart ein Ultraschall-Meßverfahren, bei dem gepulste Ultraschallsignale ausgesendet und die rückgestreuten Ultraschallstrahlen basierend auf der Doppler-Technik ausgewertet werden.WO 00/51495 A1, which is the starting point of the present invention, discloses an ultrasonic measuring method, where pulsed ultrasound signals are emitted and the backscattered ultrasound beams based on the Doppler technique.
Um beispielsweise bei einer insuffizienten Herzklappe die Öffnungsfläche, den Volumenstrom, das Flußvolumen und/oder einen dazu proportionalen Wert – nachfolgend kurz auch Meßwerte genannt – des Blutrückstroms zu bestimmen, muß der Meßbereich eines Referenzstrahls innerhalb der vena contracta (Strahlverengung) im Rückstrom des Bluts durch die Herzklappe liegen und der Meßbereich eines Meßstrahls die vena contracta des Rückstroms durch die insuffiziente Herzklappe vollständig überdecken. Die Positionierung der Meßbereiche ist bisher nur manuell möglich und erfordert sowohl ein großes manuelles Geschick als auch eine große Erfahrung des Bedieners. Des weiteren ist bei dem bekannten Verfahren problematisch, daß die Öffnung einer insuffizienten Herzklappe in ihrer maximalen Erstreckung ggf. einige Zentimeter betragen und deshalb die Öffnung vom Meßbereich eines herkömmlichen Meßstrahls nicht mehr vollständig abgedeckt werden kann.For example, with an insufficient heart valve the opening area, the Volume flow, the flow volume and / or a proportional value - hereinafter also called measurement values for short - of the blood return flow to determine, the Measuring range a reference beam within the vena contracta (beam narrowing) in reverse flow of the blood through the heart valve and the measuring range of a measuring beam the vena contracta of the backflow through completely cover the insufficient heart valve. The positioning the measuring ranges is currently only possible manually and requires both a big one manual skill as well as great operator experience. Furthermore, it is problematic in the known method that the opening of a insufficient heart valve in its maximum extent, possibly some Centimeters and therefore the opening of the measuring range a conventional one measuring beam not complete anymore can be covered.
Bei der vorliegenden Erfindung wird mit dem Begriff "Meßbereich" derjenige räumliche Bereich bezeichnet, der von einem Sendestrahl sonifiziert, also beschallt, und dessen Rückstreuung erfaßt und ausgewertet wird, wobei gegebenenfalls nur die Rückstreuung eines Teilbereichs erfaßt und ausgewertet wird. Die rückgestreuten Ultraschallwellen werden auch einfach kurz als Meßstrahl und Referenzstrahl bezeichnet, wobei der Meßstrahl einen größeren Meßbereich und der Referenzstrahl einen kleineren Meßbereich aufweist. Insbesondere liegt der Meßbereich des Referenzstrahls innerhalb des Meßbereichs des Meßstrahls.In the present invention with the term "measuring range" that spatial Denoted area that sonicates from a broadcast beam, that is, sonicates, and its backscattering detected and is evaluated, possibly only the backscatter of a partial area and is evaluated. The backscattered Ultrasonic waves are also simply referred to as measuring beams and denotes reference beam, the measuring beam having a larger measuring range and the reference beam has a smaller measuring range. In particular lies the measuring range of the reference beam within the measuring range of the measuring beam.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Messung der Öffnungsfläche einer dynamischen und/oder unregelmäßigen Öffnung, die von einem Fluid, insbesondere Blut, durchströmt wird, und/oder des Volumenstroms und/oder des Flußvolumens durch die Öffnung anzugeben, wobei eine einfache, vorzugsweise automatisierte Bedienung und/oder eine genaue Messung, insbesondere an einer verhältnismäßig großen und/oder unregelmäßig geformten und/oder dynamischen Öffnung, ermöglicht wird bzw. werden.The present invention lies the task of a method and an apparatus for ultrasonic measurement the opening area of a dynamic and / or irregular opening, which is flowed through by a fluid, in particular blood, and / or the volume flow and / or the flow volume through the opening specify, a simple, preferably automated operation and / or an accurate measurement, especially on a relatively large and / or irregularly shaped one and / or dynamic opening, allows will or will.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder eine Vorrichtung gemäß Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The above task is accomplished by a Method according to claim 1 or a device according to claim 21 solved. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, vorab in einem Suchmodus den Meßbereich des Meßstrahls, insbesondere innerhalb des Herzens, dreidimensional zu bewegen, insbesondere mittels eines entsprechend gesteuerten Matrix-Array-Transducers, während fortlaufend Dopplersignale erfaßt und hinsichtlich des Auftretens eines für eine vena contracta charakteristischen Dopplerspektrums ausgewertet werden. Beispielsweise wird der Meßbereich mäanderförmig und nacheinander in verschiedenen Ebenen bewegt, um einen Raumbereich zu lokalisieren, in dem eine vena contracta des durch eine Öffnung strömenden Fluids auftritt. Dies erleichtert die praktische Anwendung des Meßverfahren und Bedienung einer Meßvorrichtung wesentlich. Insbesondere ist eine automatisierte Erkennung einer vena contracta möglich, ohne daß es einer großen Erfahrung oder manuellen Geschicklichkeit eines Bedieners bedarf.One aspect of the present invention lies in the search range of the measuring beam, especially within the heart to move three-dimensionally, in particular by means of a correspondingly controlled matrix array transducer, while continuously recorded Doppler signals and with regard to the appearance of a characteristic of a vena contracta Doppler spectrum can be evaluated. For example, the measuring range meandering and moved one after the other in different levels to create a spatial area locate in a vena contracta of the fluid flowing through an opening occurs. This facilitates the practical application of the measuring method and Operation of a measuring device essential. In particular, an automated detection of a vena contracta possible without that it a big one Experience or manual skill of an operator is required.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß mehrere Meßstrahlen mit versetzten räumlichen, teilweise einander überlappenden Meßbereichen und/oder mehrere Referenzstrahlen mit versetzten räumlichen Meßbereichen zur Bestimmung der Meßwerte ausgewertet werden. Dies führt zu mehreren Vorteilen.Another aspect that can also be implemented independently The present invention resides in the fact that several measuring beams with offset spatial, partially overlapping each other Measuring ranges and / or several reference beams with offset spatial measuring ranges for determining the readings be evaluated. this leads to to several advantages.
Die Erfassung und Auswertung mehrerer versetzter Meßbereiche – hierbei kann es sich wahlweise um die Meßbereiche mehrerer Meßstrahlen und/oder mehrerer Referenzstrahlen handeln – ermöglichen eine Feinjustierung und ggf. Nachkorrektur während der Messung, so daß eine sichere Abdeckung der Öffnung durch die Meßstrahlen und/oder eine sichere Positionierung eines Meßbereichs eines Referenzstrahls im Inneren der vena contracta des durch die Öffnung strömenden Fluids erreichbar ist bzw. sind.The acquisition and evaluation of several displaced Measuring ranges - here can optionally be the measuring ranges of several measuring beams and / or Act multiple reference beams - enable fine adjustment and, if necessary, correction during the measurement so that a secure covering of the opening through the measuring beams and / or secure positioning of a measuring range of a reference beam can be reached inside the vena contracta of the fluid flowing through the opening or are.
Die einander überlappenden Meßbereiche der Meßstrahlen ermöglichen eine sichere Abdeckung auch größerer Öffnungen, so daß eine bessere bzw. genauere Bestimmung der Meßwerte ermöglicht wird.The overlapping measuring ranges of the measuring beams enable secure coverage of larger openings, so that one better or more precise determination of the measured values is made possible.
Insbesondere ist die Verwendung eines sogenannten Matrix-Array-Transducers zur Erzeugung eines Sendestrahls und zur Erfassung der Meßstrahlen und der Referenzstrahlen vorgesehen. Dies ermöglicht einen einfachen, universellen Aufbau, wobei die Richtungen der Strahlen sowie der Tiefenbereich, der ausgewertet wird, und damit die Lage der Meßbereiche elektronisch steuerbar, insbesondere bewegbar und anpaßbar, sind.In particular, the use of a So-called matrix array transducers for generating a transmission beam and for the detection of the measuring beams and the reference beams are provided. This enables a simple, universal Structure, with the directions of the rays as well as the depth range, the is evaluated, and thus the position of the measuring ranges can be controlled electronically, in particular movable and adaptable, are.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:Other advantages, features, properties and Aspects of the present invention result from the following Description of a preferred embodiment with reference to the Drawing. It shows:
Mittels der vorschlagsgemäßen Vorrichtung
Das vorschlagsgemäße Verfahren ist jedoch nicht
auf die Bestimmung der Meßwerte
bei einer Mitralklappe beschränkt,
sondern kann zur Bestimmung der Meßwerte bei jeder Herzklappe
oder bei jeder sonstigen dynamischen und/oder unregelmäßigen, insbesondere
von Blut
Insbesondere bezieht sich das vorschlagsgemäße Verfahren
auf die Lokalisation und/oder Messung einer vena contracta mit einer
Strahleinschnürung
um den Faktor 0,65 bis 0,85 (Fläche
oder Durchmesser des verjüngten
Bereichs
Es werden gepulste Ultraschall-Signale
ausgesendet, wie in
Zur Erzeugung und zum Empfang bzw.
zur Erfassung der Ultraschallwellen wird vorzugsweise ein sogenannter
Multi-Array-Transducer
Zum Transducer
Das vorgenannte Verhalten zeigen
die Ultraschallwellen auch beim Empfang. Durch entsprechende Wahl
der Empfangsfläche
bzw. Auswertung ist die Größe des Meßbereichs
Der Transducer
Durch die Aussendung von gepulsten
Ultraschallsignalen und den Doppler-Effekt ist die Lage und Tiefe der Meßbereiche
Mittels des vorzugsweise vorgesehenen Multi-Array-Transducers
Zur Durchführung der Ultraschallmessungen und
zur Steuerung des Transducers
Erfaßt und ausgewertet werden insbesondere
die Leistungsspektren der Dopplersignale bzw. des Meßstrahls
Das Integral der Leistungswerte über die
Geschwindigkeit bzw. das Geschwindigkeitsspektrum zu einem Zeitpunkt
stellt ein Maß für die Öffnungs fläche der Öffnung
Die effektive Öffnungsfläche ist die in der vena contracta tatsächlich wirkende Flußquerschnittsfläche und um den Faktor 0,65 – 0,85 kleiner als die geometrische Öffnungsfläche. Die effektive Öffnungsfläche wird nachfolgend und in den Ansprüchen verkürzt als Öffnungsfläche bezeichnet.The effective opening area is that in the vena contracta indeed effective river cross-sectional area and by a factor of 0.65 - 0.85 smaller than the geometric opening area. The effective opening area below and in the claims shortened referred to as the opening area.
Entsprechend sind bei Integration des Produkts aus Leistung und Geschwindigkeit über die Geschwindigkeit bzw. das Geschwindigkeitsspektrum der Volumenstrom und bei zusätzlicher Integration über die Zeit das Flußvolumen bestimmbar.The same applies to integration of the product of performance and speed over speed or the speed spectrum, the volume flow and additional Integration over the time the flow volume determinable.
Weitere Einzelheiten insbesondere zur vorgenannten Messung bzw. Bestimmung der Meßwerte oder zu sonstigen Aspekten der Messung ergeben sich aus der WO 00/51495 A1, die hiermit voll umfänglich als ergänzende Offenbarung eingeführt wird.More details in particular for the aforementioned measurement or determination of the measured values or for other aspects the measurement results from WO 00/51495 A1, which is hereby fully peripherally as a supplement Revelation introduced becomes.
Der in
Der Scan- bzw. Suchvorgang kann quasi kontinuierlich
bzw. stufenlos aufgrund der schnellen Datenverarbeitung und kurzen
Laufzeiten erfolgen. Tatsächlich
erfolgen jedoch hintereinander wiederholt eine Vielzahl von Messungen,
wobei die Lage des erfaßten
und ausgewerteten Meßbereichs
Aus dem Vorgenannten ergibt sich,
daß der vorgesehene
Transducer
Zur Feststellung, ob ein für eine vena
contracta charakteristisches Dopplerspektrum vorliegt, erfolgt vorzugsweise
zunächst
eine Filterung. Beispielsweise bleiben alle Geschwindigkeitswerte
unterhalb einer Mindestgrenze VMIN von beispielsweise 100
cm/s unberücksichtigt
und/oder werden nur Geschwindigkeitswerte berücksichtigt, die einen glockenförmigen oder
annähernd
normalverteilten Geschwindigkeitsverlauf zeigen und/oder oberhalb
eines Mindestwerts von beispielsweise 20% – 50% des Maximalwerts des
jeweiligen Spektrums liegen. Anschließend wird bei den vorzugsweise
gefilterten oder in sonstiger geeigneter Weise aufbereiteten Spektren
bzw. Werten vorzugsweise überprüft,
ob
die mittlere Geschwindigkeit einen Mindestwert überschreitet oder für alle Spektren
bzw. Meßbereiche
ob die Breite des Doppler- oder Geschwindigkeitsspektrums
einen Maximalwert unterschreitet oder für alle Spektren bzw. Meßbereiche
ob die Leistung oder das Leistungsintegral über die Geschwindigkeit
einen Mindestwert überschreitet oder
für alle
Spektren bzw. Meßbereiche
ob
das Dopplerspektrum eine zumindest im wesentlichen durchgehende
oder stetige Linie maxinaler Geschwindigkeit zeigt, wie in
ob
das Geschwindigkeitsspektrum zu einem Zeitpunkt, insbesondere bei
maximaler Geschwindigkeit, wie in
whether the average speed exceeds a minimum value or for all spectra or measuring ranges
whether the width of the Doppler or speed spectrum falls below a maximum value or for all spectra or measuring ranges
whether the power or the power integral over the speed exceeds a minimum value or for all spectra or measuring ranges
whether the Doppler spectrum shows an at least essentially continuous or continuous line of maximum speed, as in
whether the speed spectrum at a time, especially at maximum speed, as in
Nur wenn mindestens ein, zwei oder,
vorzugsweise alle der vorgenannten Bedingungen erfüllt sind,
wird von dem vorschlagsgemäßen Verfahren bzw.
der vorschlagsgemäßen Vorrichtung
Nach Feststellen des Auftretens einer
vena contracta kann wahlweise automatisch oder auf ein entsprechendes
Bestätigungssignal
eines Bedieners hin eine Ausrichtung des Sendestrahls
Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf
Das vorschlagsgemäße Verfahren zeichnet sich
nun vorzugsweise dadurch aus, daß mehrere Meßstrahlen
Vorzugsweise werden mehrere, insbesondere
alle Meßstrahlen
Die vorzugsweise umlaufende Überlagerung der
Meßbereich
Vorzugsweise ist jedem Meßstrahl
Vorzugsweise werden alle Referenzstrahlen
Die mehreren versetzten Meßbereiche
Alternativ oder zusätzlich kann
die vorgenannte Feinjustierung bzw. Nachkorrektur auch durch Auswertung
der von den Referenzstrahlen
Zur Auswertung der Referenzstrahlen
Die Referenzwerte der Referenzstrahlen
Bei der Auswertung der Meßstrahlen
Das vorschlagsgemäße Verfahren und die vorschlagsgemäße Vorrichtung
Die vorschlagsgemäße Vorrichtung
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DE10312883A DE10312883B4 (en) | 2003-02-27 | 2003-03-22 | Method and apparatus for ultrasonic measurement |
EP04714756A EP1601291A1 (en) | 2003-02-27 | 2004-02-26 | Method and device for ultrasound measurement of blood flow |
US10/546,629 US7654960B2 (en) | 2003-02-27 | 2004-02-26 | Method and device for ultrasound measurement of blood flow |
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DE10308821.0 | 2003-02-27 | ||
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DE10312883A1 true DE10312883A1 (en) | 2004-09-23 |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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US6464642B1 (en) * | 1999-08-20 | 2002-10-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic diagnosis apparatus |
-
2003
- 2003-03-22 DE DE10312883A patent/DE10312883B4/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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