DE10312883B4

DE10312883B4 - Method and apparatus for ultrasonic measurement

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Publication number: DE10312883B4
Application number: DE10312883A
Authority: DE
Inventors: Thomas Priv.-Doz. Dr. med. Buck
Original assignee: Universitaet Duisburg Essen
Current assignee: Universitaet Duisburg Essen
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-03-22
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2023-03-23
Also published as: DE10312883A1

Abstract

Verfahren zur Ultraschall-Messung der Öffnungsfläche einer dynamischen oder unregelmäßigen Öffnung (2), die von einem Fluid durchströmt wird, des Volumenstroms oder des Flußvolumens durch die Öffnung (2),
wobei die Rückstreuung, nämlich das Leistungsspektrum von Dopplersignalen eines Meßstrahls (7) und eines Referenzstrahls (8), dessen räumlicher Meßbereich (10) innerhalb des räumlichen Meßbereichs (9) des Meßstrahls (7) liegt, ausgewertet wird;
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Meßstrahlen (7) mit versetzten räumlichen, teilweise einander überlappenden Meßbereichen (9), die die Öffnung (2) vollständig abdecken, zur Bestimmung der Öffnungsfläche, des Volumenstroms, des Flußvolumens oder eines dazu proportionalen Werts ausgewertet werden.Method for ultrasonic measurement of the opening area of a dynamic or irregular opening (2) through which a fluid flows, the volume flow or the flow volume through the opening (2),
wherein the backscatter, namely the power spectrum of Doppler signals of a measuring beam (7) and a reference beam (8) whose spatial measuring range (10) lies within the spatial measuring range (9) of the measuring beam (7), is evaluated;
characterized,
in that a plurality of measuring beams (7) with offset spatial, partially overlapping measuring areas (9) which completely cover the opening (2) are evaluated for determining the opening area, the volume flow, the flow volume or a value proportional thereto.

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 25.The The present invention relates to a method for ultrasonic measurement according to the preamble of Claim 1 and a device for ultrasonic measurement according to the preamble of claim 25.

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 zuEspecially The present invention relates to the ultrasonic measurement of blood flow in the human or animal body by a dynamic or irregular opening, for example, an insufficient or stenosed heart valve, a narrowed vein or artery or the like. For example it desirable the flow cross-sectional area, below called short (effective) opening area, the volume flow and / or the flow volume in a sick Heart valve, in particular the reflux through a diseased heart valve, thereby determining the severity determine a valve defect and possibly a heart valve operation perform with optimal result 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.The WO 00/51495 A1, which is the starting point of the present invention discloses an ultrasonic measuring method in which pulsed Transmitted ultrasonic signals and the backscattered ultrasonic beams be evaluated 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.Around for example, in the case of an insufficient heart valve, the opening area, the Volume flow, the flow volume and / or a value proportional thereto - hereinafter also referred to as measured values - of the blood backflow to determine, must Measuring range a reference beam within the vena contracta (beam narrowing) in the backflow of the blood through the heart valve and the measuring range of a measuring beam the vena contracta of the return current through completely cover the insufficient heart valve. The positioning the measuring ranges So far only possible manually and requires both a big one manual skill as well as a great experience of the operator. 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.

Die US 6,464,642 B1 offenbart einen sogenannten Matrix-Array-Transducer für Ultraschalluntersuchungen, insbesondere des Herzens, wobei Doppler-Signale erfaßt und ausgewertet werden können.The US 6,464,642 B1 discloses a so-called matrix-array transducer for ultrasound examinations, in particular of the heart, whereby Doppler signals can be detected and evaluated.

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.at the present invention is the term "measuring range" that spatial Designated area that sonified by a transmission beam, so sonicated, and its backscatter detected and evaluated, where appropriate, only the backscatter of a subarea and evaluated. The backscattered Ultrasonic waves are also simply short as a measuring beam and reference beam, wherein the measuring beam has a larger measuring range and the reference beam has a smaller measurement range. Especially is 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 anzugeben, wobei eine vorzugsweise automatisierte Messung einer großen Öffnung bzw. diesbezüglicher Strömungsgrößen ermöglicht wird.Of the The present invention is based on the object, a method and to provide a device for ultrasonic measurement, wherein a preferably automated measurement of a large opening or related thereto Flow sizes is possible.

Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 15 oder durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The above object is achieved by a method according to claim 1 or 15 or by a device according to claim 25 solved. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß mehrere Meßstrahlen mit versetzten räumlichen, teilweise einander überlappenden Meßbereichen und vorzugsweise mehrere Referenzstrahlen mit versetzten räumlichen Meßbereichen zur Bestimmung der Meßwerte ausgewertet werden. Dies führt zu mehreren Vorteilen.One Aspect of the present invention is that several measuring beams with offset spatial, partially overlapping each other measuring ranges and preferably a plurality of reference beams with offset spatial measuring ranges to determine the measured values 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 ei nes Referenzstrahls im Inneren der vena contracta des durch die Öffnung strömenden Fluids erreichbar ist bzw. sind.The Detection and evaluation of several staggered measuring ranges - this can be either around the measuring ranges several measuring beams and / or act multiple reference beams - allow fine adjustment and if necessary, post-correction during the measurement, so that a secure cover of the opening through the measuring beams and / or a secure positioning of a measuring range ei nes reference beam within the vena contracta of the fluid flowing through the opening is accessible 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 each other Measuring ranges of measuring beams enable a secure cover even larger openings, so that one better or more accurate determination of the measured values is 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 transducer for generating a transmission beam and for detecting the measuring beams and the reference beams is provided. This allows a simple, universal structure, with the directions of the rays and the depth range, is evaluated, and thus the position of the measuring ranges electronically controllable, in particular movable and adaptable, are.

Ein weiterer 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 Another aspect of the present invention lies therein, in advance a search mode the measuring range the measuring beam, especially within the heart, to move three-dimensional, in particular by means of a correspondingly controlled matrix array transducer, while continuously detects Doppler signals and with regard to the occurrence of a characteristic of a vena contracta Doppler spectra are evaluated. For example, the measuring range meandering and moved one after the other in different planes to a space area in which 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 it a big one Experience or manual skill of an operator required.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further Advantages, features, characteristics and aspects of the present invention will be apparent from the following description of a preferred embodiment based on the drawing. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung bei der Ultraschall-Messung des Rückstroms durch eine insuffiziente Herzklappe; 1 a schematic representation of a proposed device in the ultrasonic measurement of the return current through an insufficient heart valve;

2 eine schematische Darstellung eines Sendestrahls bei der Ultraschall-Messung einer vena contracta in einer Öffnung; 2 a schematic representation of a transmission beam in the ultrasonic measurement of a vena contracta in an opening;

3 eine schematische Darstellung eines Meßstrahls und eines Referenzstrahls bei der Ultraschall-Messung einer vena contracta in der Öffnung; 3 a schematic representation of a measuring beam and a reference beam in the ultrasonic measurement of a vena contracta in the opening;

4 ein Dopplerspektrum einer vena contracta; 4 a Doppler spectrum of a vena contracta;

5 eine schematische Darstellung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens in einem Suchmodus; 5 a schematic representation of the device or the method in a search mode;

6 eine schematische Darstellung einer insuffizienten Herzklappe und von Meßbereichen von Meßstrahlen und Referenzstrahlen bei der Ultraschall-Messung; und 6 a schematic representation of an insufficient heart valve and measuring ranges of measuring beams and reference beams in the ultrasonic measurement; and

7 eine Anzeigeeinrichtung der Vorrichtung. 7 a display device of the device.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 und ein vorschlagsgemäßes Verfahren zur Ultraschall-Messung der Öffnungsfläche einer dynamischen und/oder unregelmäßigen Öffnung 2, die von einem Fluid, insbesondere Blut 3, durchströmt wird, und/oder des Volumenstroms und/oder des Flußvolumens durch die Öffnung 2. 1 shows a schematic representation of a proposed device 1 and a proposed method for ultrasonic measurement of the opening area of a dynamic and / or irregular opening 2 caused by a fluid, especially blood 3 , is flowed through, and / or the volume flow and / or the flow volume through the opening 2 ,

1 zeigt schematisch einen nur teilweise angedeuteten Körper 4 mit einem zu untersuchenden Herz 5, das von Blut 3 durchströmt ist. Eine Herzklappe – hier die Mitralklappe 15 – ist insuffizient und schließt daher während der Kontraktion der Herzkammer (im weiteren Systole genannt) nicht vollständig, sondern bildet die in 1 schematisch angedeutete Öffnung 2. Während der Systole strömt Blut 3 durch die Öffnung 2 zurück. 1 schematically shows a partially indicated body 4 with a heart to be examined 5 that of blood 3 is flowed through. A heart valve - here the mitral valve 15 - is insufficient and therefore does not completely close during the contraction of the ventricle (hereinafter called systole), but forms the in 1 schematically indicated opening 2 , During systole, blood flows 3 through the opening 2 back.

Mittels der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1 und des vorschlagsgemäßen Verfahrens können Meßwerte, nämlich die effektive Fluß- bzw. Öffnungsfläche – beispielsweise ein Mittelwert oder der während der Meß- oder Flußperiode variierende Verlauf – der Öffnung 2 und der zeitlich während der Meß- oder Flußperiode variierende Volumenstrom des rückströmenden Bluts 3, das gesamte Flußvolumen an rückströmendem Blut 3 und/oder ein proportionaler Wert, bestimmt werden.By means of the proposed device 1 and the proposed method can measured values, namely the effective flow or opening area - for example, an average or the varying during the measurement or flow period - the opening 2 and the time varying during the measuring or flow period volume flow of the returning blood 3 , the total flow volume of backflowing blood 3 and / or a proportional value.

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 3 durchströmten Öffnung 2, beispielsweise einem Loch in der Herzscheidewand, einer stenosierten Vene oder Arterie oder dergleichen, eingesetzt werden. Darüber hinaus ist das vorschlagsgemäße Verfahren nicht auf die Bestimmung der Meßwerte bei einer einzigen Öffnung 2 beschränkt, sondern kann die Meßwerte auch von mehreren Öffnungen 2 nacheinander – beispielsweise während der Systole bei einer insuffizienten Mitralklappe und während der Diastole (Relaxation und Füllung der Herzkammer) bei einer insuffizienten Aortenklappe – oder simultan – beispielsweise bei zwei Öffnungen 2 in einer insuffizienten Mitralklappe oder bei einer insuffizienten Mitralklappe und einer stenosierten Aortenklappe – bestimmen.However, the proposed method is not limited to the determination of the measured values in a mitral valve, but can be used to determine the measured values in each heart valve or in any other dynamic and / or irregular, in particular blood 3 flowed through opening 2 , for example, a hole in the cardiac septum, a stenosed vein or artery, or the like. In addition, the proposed method is not for the determination of the measured values in a single opening 2 limited, but the measured values of several openings 2 successively - for example, during systole in an insufficient mitral valve and during diastole (relaxation and filling of the ventricle) in an insufficient aortic valve - or simultaneously - for example, at two openings 2 in an insufficient mitral valve or in an insufficient mitral valve and stenosed aortic valve.

2 und 3 veranschaulichen das Grundprinzip der Ultraschall-Messung. Die schematisch angedeutete Öffnung 2 ist von einem Fluid, wie dem Blut 3, durchströmt, wobei sich nach der Öffnung 2 ein Bereich 6 mit zumindest im wesentlichen laminarer Strömung bildet, der sich verjüngt, also eine Strahleinschnürung bzw. -verengung zeigt und deshalb auch als vena contracta bezeichnet wird. Dieser laminare Bereich 6 läuft je nach Form der Öffnung 2 spitz, ggf. konisch, zu und geht zunehmend in eine turbulente Strömung über, wie in 2 und 3 schematisch angedeutet. 2 and 3 illustrate the basic principle of ultrasonic measurement. The schematically indicated opening 2 is from a fluid, like the blood 3 , flows through, being after the opening 2 an area 6 forms with at least substantially laminar flow, which tapers, so shows a jet constriction or narrowing and is therefore also referred to as vena contracta. This laminar area 6 runs depending on the shape of the Öff voltage 2 pointed, possibly conical, and is increasingly in a turbulent flow, as in 2 and 3 indicated schematically.

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 6 zu Fläche oder Durchmesser der Öffnung 2).In particular, the proposed method relates to the localization and / or measurement of a vena contracta with a jet constriction by a factor of 0.65 to 0.85 (area or diameter of the tapered area 6 to area or diameter of the opening 2 ).

Es werden gepulste Ultraschall-Signale ausgesendet, wie in 2 angedeutet, und die Rückstreuung von Ultraschall-Dopplersignalen eines Meßstrahls 7 und eines Referenzstrahls 8 zur Bestimmung der Meßwerte wird erfaßt und ausgewertet, wie in 3 angedeutet. Der Meßstrahl 7 weist einen größeren bzw. breiteren Meßbereich 9 auf. Der Referenzstrahl 8 weist hingegen einen kleineren bzw. schmaleren Meßbereich 10 auf, der vorzugsweise zentrisch innerhalb des Meßbereichs 9 liegt.Pulsed ultrasonic signals are emitted, as in 2 indicated, and the backscatter of ultrasonic Doppler signals of a measuring beam 7 and a reference beam 8th to determine the measured values is detected and evaluated, as in 3 indicated. The measuring beam 7 has a larger or wider range 9 on. The reference beam 8th on the other hand has a smaller or narrower measuring range 10 preferably centered within the measuring range 9 lies.

Zur Erzeugung und zum Empfang bzw. zur Erfassung der Ultraschallwellen wird vorzugsweise ein sogenannter Multi-Array-Transducer 11 eingesetzt. Der Transducer 11 weist eine Vielzahl von insbesondere matrixartig angeordneten Ultraschallerzeugern, beispielsweise Piezo-Elementen, auf, die derart in ihrer Phase und Amplitude ansteuerbar sind, daß die Ultraschallwellen als Sendestrahl 12, wie in 2 angedeutet, ausgesendet werden, wobei die Richtung des Sendestrahls 12 und dessen Breite bzw. Querschnitt elektronisch steuerbar sind.For generating and receiving or for detecting the ultrasonic waves is preferably a so-called multi-array transducer 11 used. The transducer 11 has a plurality of particular matrix-like arranged ultrasonic generators, for example, piezo elements, which are controllable in their phase and amplitude such that the ultrasonic waves as the transmission beam 12 , as in 2 indicated to be emitted, the direction of the transmission beam 12 and whose width or cross section are electronically controllable.

Zum Transducer 11 bzw. zum Verhalten der Ultraschallwellen ist anzumerken, daß bei einer großflächigen Ultraschallerzeugung am Transducer 11 ein konvergierender bzw. im Auftreffbereich verhältnismäßig schmaler bzw. dünner Sendestrahl 12 entsteht. Hingegen ergibt sich ein verhältnismäßig breiter bzw. im Querschnitt größerer, also weniger stark konvergierender Sendestrahl 12, der in 2 zur Verdeutlichung divergierend dargestellt ist, wenn die Ultraschallwellen nur von einer kleinen Flächen ausgesendet werden. also nur verhältnismäßig wenige, beispielsweise in der Mitte des Transducers 11 liegende Ultraschallerzeuger Ultraschallwellen emittieren.To the transducer 11 or to the behavior of the ultrasonic waves is to be noted that in a large-scale ultrasound generation at the transducer 11 a converging or in the impact area relatively narrow or thin transmission beam 12 arises. On the other hand results in a relatively broad or larger in cross-section, that is less converging transmit beam 12 who in 2 is shown diverging for clarity, when the ultrasonic waves are emitted only from a small area. so only relatively few, for example, in the middle of the transducer 11 Ultrasonic generators emit ultrasonic waves.

Das vorgenannte Verhalten zeigen die Ultraschallwellen auch beim Empfang. Durch entsprechende Wahl der Empfangsfläche bzw. Auswertung ist die Größe des Meßbereichs 9, 10 festlegbar. 3 veranschaulicht, daß bei kleiner Empfangsfläche – also Aktivierung bzw. Auswertung nur eines Teils der Ultraschallerzeuger/Ultraschallempfänger bzw. Piezo-Elemente des Transducers 11 – der empfangene Meßstrahl 7 einen verhältnismäßig breiten bzw. im Querschnitt großflächigen Meßbereich 9 aufweist. Umgekehrt weist der Referenzstrahl 8 einen im Querschnitt kleinen bzw. schmalen Meßbereich 10 bei großer Empfangsfläche – also Aktivierung vieler bzw. aller Ultraschallerzeuger/Ultraschallempfänger bzw. Piezo-Elemente des Transducers 11 – auf.The above behavior shows the ultrasonic waves even when receiving. By appropriate choice of the receiving surface or evaluation is the size of the measuring range 9 . 10 fixable. 3 illustrates that with small receiving surface - ie activation or evaluation of only a part of the ultrasonic generator / ultrasonic receiver or piezo elements of the transducer 11 - The received measuring beam 7 a relatively wide or in cross section large measuring range 9 having. Conversely, the reference beam 8th a small or narrow measuring range in cross-section 10 with a large receiving surface - ie activation of many or all ultrasonic generators / ultrasonic receivers or piezo elements of the transducer 11 - on.

Der Transducer 11 erzeugt den Sendestrahl 12 und empfängt den Meßstrahl 7 und den Referenzstrahl 8 in kurzer Folge und wiederholend hintereinander, wobei vorzugsweise nur ein breiter Sendestrahl 12 erzeugt wird, der gleichzeitig beide Meßbereiche 9 und 10 sonifiziert, so daß der Meßstrahl 7 und der Referenzstrahl 8 simultan erfaßt und ausgewertet werden können, indem einerseits nur eine kleine Empfangsfläche des Transducers 11 und andererseits eine große Empfangsfläche des Transducers 11 ausgewertet wird, wobei dies vorzugsweise durch parallele Datenverarbeitung mit ausreichender Geschwindigkeit und simultan erfolgt.The transducer 11 generates the transmission beam 12 and receives the measuring beam 7 and the reference beam 8th in rapid succession and repetitively in succession, preferably only a broad transmission beam 12 is generated, the same time both ranges 9 and 10 sonicated, so that the measuring beam 7 and the reference beam 8th can be simultaneously detected and evaluated by on the one hand only a small receiving surface of the transducer 11 and on the other hand a large receiving surface of the transducer 11 is evaluated, this is preferably done by parallel data processing with sufficient speed and simultaneously.

Durch die Aussendung von gepulsten Ultraschallsignalen und den Doppler-Effekt ist die Lage und Tiefe der Meßbereiche 9, 10 bestimmbar bzw. festlegbar.Due to the emission of pulsed ultrasonic signals and the Doppler effect, the position and depth of the measuring ranges 9 . 10 determinable or determinable.

Mittels des vorzugsweise vorgesehenen Multi-Array-Transducers 11 oder eines sonstigen geeigneten Schallerzeugers und -empfängers sind bei dem vorschlagsgemäßen Ultraschall-Meßverfahren also sowohl die räumliche Lage als auch die Größe – insbesondere Querschnitt und Tiefe – der Meßbereiche 9, 10 steuerbar bzw. durch entsprechende Auswertung festlegbar.By means of the preferably provided multi-array transducer 11 or another suitable sound generator and receiver are in the proposed ultrasonic measuring method so both the spatial position and the size - in particular cross-section and depth - of the measuring ranges 9 . 10 controllable or determinable by appropriate evaluation.

Zur Durchführung der Ultraschallmessungen und zur Steuerung des Transducers 11 weist die Vorrichtung 1 über den Transducer 11 hinaus vorzugsweise eine Steuereinrichtung 13 und eine zugeordnete Anzeigeeinrichtung 14 auf, wie in 1 angedeutet.To perform the ultrasound measurements and to control the transducer 11 has the device 1 over the transducer 11 In addition, preferably a control device 13 and an associated display device 14 on, like in 1 indicated.

Erfaßt und ausgewertet werden insbesondere die Leistungsspektren der Dopplersignale bzw. des Meßstrahls 7 und des Referenzstrahls 8.In particular, the power spectra of the Doppler signals or of the measuring beam are detected and evaluated 7 and the reference beam 8th ,

4 zeigt beispielhaft ein schematisches Dopplerspektrum – Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit – einer vena contracta bei einer Mitralklappe, also die Rückströmung von Blut 3 während zweier aufeinanderfolgender Systolen. Das Dopplerspektrum zeigt tatsächlich keine konturenscharfe Kurve, sondern pro Zeitpunkt eine Rückstreuleistung, die mit den Anteilen unterschiedlicher Geschwindigkeit variiert, wie in 4 durch den gepunkteten Bereich angedeutet. 4 shows an example of a schematic Dopplerspektrum - speed as a function of time - a vena contracta in a mitral valve, so the backflow of blood 3 during two consecutive systoles. In fact, the Doppler spectrum does not show a contour-sharp curve, but rather a backscattering power at each moment, which varies with the proportions of different speeds, as in 4 indicated by the dotted area.

Das Integral der Leistungswerte über die Geschwindigkeit bzw. das Geschwindigkeitsspektrum zu einem Zeitpunkt stellt ein Maß für die Öffnungs fläche der Öffnung 2 dar, sofern der Meßbereich 9 die Öffnung 2 vollständig einhüllt bzw. überdeckt. Der Referenzstrahl 8 ist so gewählt, daß sein Meßbereich 10 vollständig innerhalb der vena contracta liegt und eine bekannte Öffnungsfläche aufweist. Mittels des Referenzstrahls 8 ist es dann durch entsprechende Integralbildung möglich, einen Referenzwert und daraus zusammen mit dem aus dem Meßstrahl 7 gewonnenen Integralwert der Leistung den absoluten Wert der effektiven Öffnungsfläche der Öffnung 2 zu bestimmen.The integral of the power values over the speed or the speed spectrum at a time provides a measure of the opening area of the opening 2 if the measuring range 9 the opening 2 completely enveloped or covered. Of the reference beam 8th is chosen so that its measuring range 10 is completely within the vena contracta and has a known opening area. By means of the reference beam 8th it is then possible by appropriate integral formation, a reference value and from this together with that from the measuring beam 7 obtained integral value of the power the absolute value of the effective opening area of the opening 2 to determine.

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 actually acting river cross sectional area and by a factor of 0.65-0.85 smaller than the geometric opening area. The effective opening area becomes hereinafter 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.Corresponding are at integration of the product of performance and speed over the Speed or the speed spectrum of the volume flow and at additional Integration over the time the flow volume determinable.

Weitere Einzelheiten zur vorgenannten Messung ergeben sich aus der WO 00/51495 A1.Further Details of the aforementioned measurement can be found in WO 00/51495 A1.

5 veranschaulicht in schematischer Darstellung die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 und das vorschlagsgemäße Verfahren in einem Suchmodus. Hierbei wird vorzugsweise nur der breite Meßstrahl 7 eingesetzt. Die Erfassung und Auswertung des Referenzstrahls 8 kann im Hinblick auf eine schnelle Verarbeitung bedarfsweise entfallen. 5 illustrates a schematic representation of the proposed device 1 and the proposed method in a search mode. In this case, preferably only the broad measuring beam 7 used. The acquisition and evaluation of the reference beam 8th may be omitted as needed for rapid processing.

Der in 5 nicht dargestellte Sendestrahl 12 und der angedeutete Meßstrahl 7 werden vorzugsweise mäanderförmig durch entsprechende Ansteuerung des Transducers 11 bewegt, um das gesamte Herz 5 oder einen sonstigen – beispielsweise von einem Bediener vorgegebenen – Raumbereich (in 5 strichpunktiert, pyramidenförmig dargestellt) abzufahren bzw. abzuscannen oder zu durchlaufen. Hierbei wird der Meßbereich 9 des Meßstrahls 7 durch entsprechende Auswertung auch entlang des Meßstrahls 7 in verschiedenen Lagen positioniert, so daß unter Berücksichtigung der Bewegung des Meßstrahls 7 der Meßbereich 9 dreidimensional bewegt wird, während fortlaufend Dopplersignale erfaßt und hinsichtlich des Auftretens eines für eine vena contracta charakteristischen Dopplersektrums ausgewertet werdenThe in 5 not shown transmission beam 12 and the indicated measuring beam 7 are preferably meandering by appropriate control of the transducer 11 moves to the entire heart 5 or another - for example, given by an operator - space area (in 5 dash-dotted, pyramid-shaped shown) abzuscannen or scan or to go through. Here, the measuring range 9 of the measuring beam 7 by appropriate evaluation along the measuring beam 7 positioned in different positions, so that taking into account the movement of the measuring beam 7 the measuring range 9 is moved three-dimensionally while continuously Doppler signals are detected and evaluated for the occurrence of a vena contracta characteristic Doppler spectrum

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 9 in inkrementalen Schritten verändert wird, um den insgesamt möglichen oder vorgegebenen Raumbereich hinsichtlich des Auftretens eines für einen vena contracta charakteristischen Dopplerspektrums abzusuchen.The scan or search process can be done virtually continuously or steplessly due to the fast data processing and short runtimes. In fact, however, a plurality of measurements occur repeatedly in succession, the position of the detected and evaluated measuring range 9 is changed in incremental steps, in order to search the total possible or predetermined space area with respect to the occurrence of a characteristic for a vena contracta Doppler spectrum.

Aus dem Vorgenannten ergibt sich, daß der vorgesehene Transducer 11 vorzugsweise derart ausgebildet ist, daß die Ultraschallstrahlen 7, 8, 12 in einem beispielsweise konischen Raumbereich mit möglichst großem Raumwinkel bzw. Kegelwinkel bewegbar sind. Dementsprechend handelt es bei dem Transducer 11 vorzugsweise um einen sogenannten zweidimensionalen Transducer, also eine großflächige sich in beide Flächendimensionen erstreckende Anordnung von Ultraschallerzeugern/Ultraschallempfängern bzw. Piezo-Elementen.From the above, it follows that the intended transducer 11 is preferably formed such that the ultrasonic beams 7 . 8th . 12 be movable in an example conical space with the largest possible solid angle or cone angle. Accordingly, the transducer is concerned 11 Preferably, a so-called two-dimensional transducer, so a large area in both surface dimensions extending arrangement of ultrasonic generators / ultrasonic receivers or piezo elements.

Zur Feststellung, ob ein für eine vena contracta charakteristisches Dopplerspektrum vorliegt, erfolgt vorzugsweise zunächst eine Filterung. Beispielsweise bleiben alle Geschwindigkeitswerte unterhalb einer Mindestgrenze V_MIN 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 9 maximal ist,
ob die Breite des Doppler- oder Geschwindigkeitsspektrums einen Maximalwert unterschreitet oder für alle Spektren bzw. Meßbereiche 9 minimal ist,
ob die Leistung oder das Leistungsintegral über die Geschwindigkeit einen Mindestwert überschreitet oder für alle Spektren bzw. Meßbereiche 9 maximal ist,
ob das Dopplerspektrum eine zumindest im wesentlichen durchgehende oder stetige Linie maximaler Geschwindigkeit zeigt, wie in 4 angedeutet, und/oder
ob das Geschwindigkeitsspektrum zu einem Zeitpunkt, insbesondere bei maximaler Geschwindigkeit, wie in 4 angedeutet, zumindest im wesentlichen Gauß-verteilt bzw. normalverteilt ist.In order to determine whether there is a Doppler spectrum characteristic of a vena contracta, filtering is preferably carried out first. For example, all speed values below a minimum limit V _MIN of, for example, 100 cm / s are ignored and / or only speed values are taken into account that exhibit a bell-shaped or approximately normally distributed speed profile and / or above a minimum value of, for example, 20% -50% of the maximum value of the respective spectrum lie. Subsequently, in the preferably filtered or otherwise suitably prepared spectra or values is preferably checked,
whether the average speed exceeds a minimum value or for all spectra or measuring ranges 9 is maximum,
whether the width of the Doppler or velocity spectrum falls short of a maximum value or for all spectra or measuring ranges 9 is minimal,
whether the power or the power integral over the speed exceeds a minimum value or for all spectra or measuring ranges 9 is maximum,
whether the Doppler spectrum exhibits an at least substantially continuous or continuous line of maximum velocity, as in 4 indicated, and / or
whether the speed spectrum at a time, especially at maximum speed, as in 4 indicated, at least substantially Gauss-distributed or normally distributed.

Nur wenn mindestens ein, zwei oder, vorzugsweise alle der vorgenannten Bedingungen erfüllt sind, wird von dem vorschlagsgemäßen Verfahren bzw. der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1 das Auftreten einer vena contracta festgestellt oder zumindest vorläufig angenommen oder einem Bediener zur Auswahl angezeigt, wobei bedarfsweise in einen den vorgesehenen Bereich der vermuteten vena contracta darstellenden Bildmodus umschaltbar ist.Only if at least one, two or, preferably, all of the aforementioned conditions are met, is the proposed method or the device according to the proposal 1 the occurrence of a vena contracta determined or at least provisionally accepted or displayed to an operator for selection, where necessary, in a the intended area of the presumed vena contracta performing image mode is switchable.

Nach Feststellen des Auftretens einer vena contracta kann wahlweise automatisch oder auf ein entsprechendes Bestätigungssignal eines Bedieners hin eine Ausrichtung des Sendestrahls 12, des Meßstrahls 7 und des Referenzstrahls 8 auf den Meßbereich 9, 10 der vermuteten vena contracta und dann eine Ultraschall-Messung zur Bestimmung der Meßwerte, wie bereits oben erläutert oder insbesondere wie nachfolgend näher beschrieben, erfolgen. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 und das vorschlagsgemäße Verfahren ermöglichen also eine automatisierte Lokalisation und Messung einer dynamischen und/oder unregelmäßigen Öffnung 2, die von einem Fluid, wie Blut 3, durchströmt ist und/oder des Volumenstroms und/oder des Flußvolumens durch die Öffnung 2.After detecting the occurrence of a vena Contracta can either automatically or in response to a corresponding confirmation signal from an operator towards an alignment of the transmission beam 12 , the measuring beam 7 and the reference beam 8th on the measuring range 9 . 10 the presumed vena contracta and then an ultrasound measurement to determine the measured values, as already explained above or in particular as described in more detail below, take place. The proposed device 1 and the proposed method thus enable automated localization and measurement of a dynamic and / or irregular opening 2 that is from a fluid, like blood 3 , flows through and / or the volume flow and / or the flow volume through the opening 2 ,

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 6 ein bevorzugtes Vorgehen bei der eigentlichen Messung bzw. Bestimmung der Meßwerte erläutert. 6 zeigt schematisch eine insuffiziente Herzklappe, insbesondere eine Mi tralklappe 15, die während der Systole nicht richtig schließt und dementsprechend die Öffnung 2 zeigt. Die Öffnung 2 kann eine beträchtliche Größe, insbesondere eine Länge von einigen Zentimetern annehmen. Diese maximale Erstreckung der Öffnung 2 kann, wie in 6 angedeutet, größer als der vom Meßbereich 9 eines Meßstrahls 7 abdeckbare Bereich sein. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Meßbereich 9 nicht beliebig vergrößerbar ist, da mit zunehmender Größe bzw. Querschnittsfläche die Leistung bzw. Leistungsdichte sowohl des Sendestrahls 12 als auch des Meßstrahls 7 abnimmt, für eine genaue Messung jedoch eine bestimmte Leistung bzw. ein bestimmter Rauschabstand bei den auswertbaren Signalen erforderlich ist.The following is with reference to 6 a preferred procedure in the actual measurement or determination of the measured values explained. 6 schematically shows an insufficient heart valve, in particular a Mi tralklappe 15 that does not close properly during systole and, accordingly, the opening 2 shows. The opening 2 may be a considerable size, in particular a length of a few centimeters. This maximum extension of the opening 2 can, as in 6 indicated, larger than that of the measuring range 9 a measuring beam 7 be coverable area. It should be noted that the measuring range 9 can not be increased as desired, since with increasing size or cross-sectional area, the power or power density of both the transmission beam 12 as well as the measuring beam 7 decreases, but for a precise measurement, a certain power or a certain signal to noise ratio in the evaluable signals is required.

Das vorschlagsgemäße Verfahren zeichnet sich nun vorzugsweise dadurch aus, daß mehrere Meßstrahlen 7 mit versetzten räumlichen, teilweise einander überlappenden Meßbereichen 9 zur Bestimmung der Meßwerte erfaßt und ausgewertet werden. Insbesondere ist ein zentraler Meßstrahl 7 bzw. Meßbereich 9 von den weiteren Meßstrahlen 7 mit ihren Meßbereichen 9 rosettenartig umgeben, wie den in 6 dargestellten Meßbereichen zu entnehmen ist.The proposed method is now preferably characterized in that a plurality of measuring beams 7 with offset spatial, partially overlapping measuring ranges 9 be detected and evaluated to determine the measured values. In particular, a central measuring beam 7 or measuring range 9 from the other measuring beams 7 with their measuring ranges 9 surrounded like the rosette in 6 can be seen from the measuring ranges shown.

Vorzugsweise werden mehrere, insbesondere alle Meßstrahlen 7 nacheinander wiederholend innerhalb einer Messung oder Meßperiode erfaßt und ausgewertet. Vorzugsweise werden alle Meßstrahlen 7 kumulativ ausgewertet, wobei Überlappungen ihrer Meßbereiche 9 bedarfweise kompensiert werden können, so daß eine möglichst uniforme homogene Leistungsverteilung über dem Bereich der aus allen einzelnen Meßbereichen 9 gebildet wird, erreichbar ist.Preferably, several, in particular all measuring beams 7 consecutively detected and evaluated within a measurement or measuring period. Preferably, all measuring beams 7 evaluated cumulatively, with overlaps of their measuring ranges 9 can be compensated as needed, so that a uniform as possible homogeneous power distribution over the range of all individual measuring ranges 9 is formed, is achievable.

Die vorzugsweise umlaufende Überlagerung der Meßbereiche 9 führt dazu, daß die Öffnung 2 vollständig von den Meßbereichen 9 abgedeckt und dementsprechend eine genaue Bestimmung der Meßwerte sichergestellt werden kann.The preferably circumferential superimposition of the measuring ranges 9 causes the opening 2 completely from the measuring ranges 9 covered and accordingly an accurate determination of the measured values can be ensured.

Vorzugsweise ist jedem Meßstrahl 7 ein Referenzstrahl 8 zugeordnet, wie in 6 durch die den Meßbereichen 9 der Meßstrahlen 7 zugeordneten Meßbereiche 10 von Referenzstrahlen 8 angedeutet. Insbesondere erfolgt die Erfassung und Auswertung für jeden Meßstrahl 7 und dem ihm zugeordneten Referenzstrahl 8 simultan.Preferably, each measuring beam 7 a reference beam 8th assigned as in 6 through the measuring ranges 9 the measuring beams 7 assigned measuring ranges 10 of reference beams 8th indicated. In particular, the detection and evaluation takes place for each measuring beam 7 and its associated reference beam 8th simultaneously.

Vorzugsweise werden alle Referenzstrahlen 8 nacheinander wiederholend innerhalb einer Messung oder Meßperiode erfaßt und ausgewertet.Preferably, all reference beams 8th consecutively detected and evaluated within a measurement or measuring period.

Die mehreren versetzten Meßbereiche 9 der Meßstrahlen 7 gestatten eine Feinjustierung bzw. Nachkorrektur während der Meßperiode. Falls das Leistungsintegral des zentralen Meßstrahls 7 oder ein sonstiger Meßwert nicht mehr den höchsten Wert gegenüber einem anderen Meßstrahl 7 mit seitlich versetztem Meßbereich 9 zeigt, werden die Meßbereiche 9, 10 derart nachkorrigiert, daß der zentrale Meßstrahl 7 mit seinem Meßbereich 9 wiederum im Zentrum der Öffnung 2 liegt. Diese Justierung bzw. Nachkorrektur ist insbesondere dann wichtig, wenn die Öffnung 2 dynamisch ist, sich also während einer Meßperiode verändert, insbesondere seitlich bewegt.The several staggered measuring ranges 9 the measuring beams 7 allow a fine adjustment or post-correction during the measurement period. If the power integral of the central measuring beam 7 or another measured value is no longer the highest value compared to another measuring beam 7 with laterally offset measuring range 9 shows, the measuring ranges 9 . 10 nachkorrigiert such that the central measuring beam 7 with its measuring range 9 again in the center of the opening 2 lies. This adjustment or post-correction is particularly important when the opening 2 is dynamic, so changed during a measurement period, in particular moved laterally.

Alternativ oder zusätzlich kann die vorgenannte Feinjustierung bzw. Nachkorrektur auch durch Auswertung der von den Referenzstrahlen 8 bereitgestellten Werte oder dazu proportionaler Werte erfolgen, wobei die Lage des zentralen Referenzstrahls 8 mit seinem Meßbereich 10 insbesondere derart fortlaufend korrigiert wird, daß der zentrale Meßbereich 10 während der gesamten Meßperiode vorzugsweise vollständig innerhalb der Öffnung 2 bzw. innerhalb des laminaren Bereichs 6 oder der vena contracta bleibt.Alternatively or additionally, the aforementioned fine adjustment or post-correction can also be carried out by evaluation of the reference beams 8th provided values or proportional values, wherein the location of the central reference beam 8th with its measuring range 10 is corrected in particular so continuously that the central measuring range 10 preferably completely within the opening during the entire measuring period 2 or within the laminar area 6 or the vena contracta remains.

Zur Auswertung der Referenzstrahlen 8 ist weiter anzumerken, daß ein Referenzstrahl 8 zur Bildung eines Referenzwerts für alle Meßstrahlen 7 ausgewählt und insbesondere der höchste Referenzwert aller Referenzstrahlen 8 als Referenzwert für alle Meßstrahlen 7 verwendet werden kann.For evaluation of the reference beams 8th It should also be noted that a reference beam 8th to form a reference value for all measuring beams 7 selected and in particular the highest reference value of all reference beams 8th as reference value for all measuring beams 7 can be used.

Die Referenzwerte der Referenzstrahlen 8 werden vorzugsweise ebenfalls fortlaufend bestimmt, wobei die Lage der Meßbereiche 9, 10 in Abhängigkeit von den Referenzwerten während einer Meßperiode insbesondere so korrigiert wird, daß die Meßbereiche 9, 10 in die Richtung vom zentralen Meßbereich 9, 10 dorthin parallel verschoben werden, wo ein höherer Referenzwert aufgetreten ist.The reference values of the reference beams 8th are preferably also determined continuously, the position of the measuring ranges 9 . 10 is corrected in particular as a function of the reference values during a measuring period such that the measuring ranges 9 . 10 in the direction of the central measuring range 9 . 10 moved parallel to where a higher reference value has occurred.

Bei der Auswertung der Meßstrahlen 7 und Referenzstrahlen 8 bzw. der Bestimmung der Meßwerte können bedarfsweise diejenigen Rückstreuungen bzw. Meßstrahlen 7 und Referenzstrahlen 8 unberücksichtigt bleiben, bei de nen eine korrekte Lage der Meßbereiche 9, 10 nicht vorhanden oder nicht sichergestellt war, also beispielsweise die oben genannten Kriterien für das Vorliegen eines eine vena contracta charakterisierenden Dopplerspektrums nicht erfüllt waren.In the evaluation of the measuring beams 7 and reference beams 8th or the determination of the measuring Values may, if necessary, those backscattering or measuring beams 7 and reference beams 8th remain unconsidered, de nen a correct position of the measuring ranges 9 . 10 was absent or was not ensured, ie, for example, the above criteria for the presence of a vena contracta characterizing Doppler spectrum were not met.

Das vorschlagsgemäße Verfahren und die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 zeichnen sich gemäß einer Weiterbildung dadurch aus, daß nacheinander oder simultan während einer Meßperiode die Meßwerte für mehrere getrennte Öffnungen 2 bestimmt werden können. So ist es möglich, daß beispielsweise zwei getrennte Öffnungen 2 mit jeweils einem, eine vena contracta charakterisierenden Dopplerspektrum im Suchmodus erkannt und dann entweder nacheinander oder simultan unter Bestimmung der Meßwerte gemessen werden. Die Meßwerte können dann beispielsweise mittels der in 7 schematisch dargestellten Anzeigeeinrichtung 14 dem Bediener angezeigt werden. Abhängig von der zeitlichen Lage (Systole oder Diastole) und dem Fluß (positiv oder negativ) ist für den gebildeten Bediener klar ersichtlich, um welche Art von Herzklappe und Erkrankung es sich handelt, beispielsweise eine insuffiziente Mitralklappe bei der dargestellten Anzeige, wobei positive Geschwindigkeiten Fluß in Richtung auf den Transducer 11 zu bedeuten und negative Geschwindigkeiten Fluß in Richtung vom Transducer 11 weg bedeuten.The proposed method and the proposed device 1 According to a further development, they are characterized in that, one after the other or simultaneously during a measuring period, the measured values for several separate openings 2 can be determined. It is thus possible, for example, for two separate openings 2 each detected in the search mode with a vena contracta characterizing Doppler spectrum and then measured either sequentially or simultaneously with determination of the measured values. The measured values can then be determined, for example, by means of the in 7 schematically illustrated display device 14 be displayed to the operator. Depending on the timing (systole or diastole) and flow (positive or negative), it is clear to the educated operator what type of heart valve and disease it is, for example, an insufficient mitral valve in the illustrated display, with positive velocities flow towards the transducer 11 Mean and negative velocities flow in the direction of the transducer 11 mean away.

Die vorschlagsgemäße Vorrichtung 1 und das vorschlagsgemäße Verfahren sind universell einsetzbar, wobei die vorgesehene Automatisierung insbesondere eine einfache und sichere Bedienung sowie eine schnelle Untersuchung bzw. Messung ermöglicht.The proposed device 1 and the proposed method are universally applicable, the proposed automation in particular allows easy and safe operation and a quick examination or measurement.

Claims

Method for ultrasonic measurement of the opening area of a dynamic or irregular opening ( 2 ), which is traversed by a fluid, the volume flow or the flow volume through the opening ( 2 ), wherein the backscatter, namely the power spectrum of Doppler signals of a measuring beam ( 7 ) and a reference beam ( 8th ), whose spatial measuring range ( 10 ) within the spatial measuring range ( 9 ) of the measuring beam ( 7 ) is evaluated; characterized in that a plurality of measuring beams ( 7 ) with offset spatial, partially overlapping measuring ranges ( 9 ), the opening ( 2 ) are completely covered, to evaluate the opening area, the volume flow, the flow volume or a proportional value to be evaluated.

Method according to claim 1, characterized in that a central measuring range ( 9 ) of a measuring beam ( 7 ) of several measuring ranges ( 9 ) of further measuring beams ( 7 ) is surrounded in a rosette.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that several or all measuring beams ( 7 ) are successively detected and evaluated within a measurement or measurement period.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that several or all measuring beams ( 7 ) are evaluated cumulatively.

Method according to Claim 4, characterized in that overlaps of the measuring ranges ( 9 ) of the measuring beams ( 7 ) are compensated in order to produce as homogeneous as possible a performance profile over the entire range.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of reference beams ( 8th ) with offset spatial measuring ranges ( 10 ) be evaluated.

Method according to claim 6, characterized in that for each measuring beam ( 7 ) a reference beam ( 8th ), whose measuring range ( 10 ) within the measuring range ( 9 ) of the associated measuring beam ( 7 ), and / or that the measuring range ( 10 ) of a reference beam ( 8th ) centrically within the associated measuring beam ( 7 ) lies.

Method according to claim 6 or 7, characterized in that in each case one measuring beam ( 7 ) and an associated reference beam ( 8th ) are detected and evaluated simultaneously or that several or all reference beams ( 8th ) are successively detected and evaluated within a measurement or measurement period.

Method according to one of Claims 6 to 8, characterized in that a measuring range ( 10 ) of a central reference beam of several measuring ranges ( 10 ) of further reference beams ( 8th ) is surrounded.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring range ( 10 ) of a reference beam ( 8th ) in the interior of a vena contracta fluid flow through the opening ( 2 ) and / or the measuring range ( 9 ) of a measuring beam ( 7 ) in the area of the vena contracta of fluid flow through the opening ( 2 ) is moved or directed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a reference beam ( 8th ) to establish a reference value for all measuring beams ( 7 ) or the highest reference value of several reference beams ( 8th ) as reference value for all measuring beams ( 7 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference values of a plurality of reference beams ( 8th ) and the position of the measuring ranges ( 9 . 10 ) is corrected as a function of the reference values during a measuring period, in particular such that the measuring range ( 10 ) of a central reference beam ( 8th ) within the vena contracta of the opening ( 2 ) remains.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference values of a plurality of reference beams ( 8th ) are continuously evaluated during a measuring period and the measuring ranges ( 9 . 10 ) of the reference beams ( 8th ) and / or the measuring beams ( 7 ) are displaced during a measurement period when the reference value of the central reference beam ( 8th ) the reference value of another reference beam ( 8th ) reaches or falls below.

Method according to claim 13, characterized in that the measuring ranges ( 9 . 10 ) in the direction of the central measuring range ( 10 ) to the measuring range ( 10 ) of the latter reference beam ( 8th ) are moved.

Method for ultrasonic measurement of the opening area of a dynamic or irregular opening ( 2 ), which is traversed by a fluid, the volume flow or the flow volume through the opening ( 2 ), wherein the backscatter, namely the power spectrum of Doppler signals of a measuring beam ( 2 ) and a reference beam ( 8th ), whose spatial measuring range ( 10 ) within the spatial measuring range ( 9 ) of the measuring beam ( 7 ) is evaluated, characterized in that in advance in a search mode, the measuring range ( 9 ) of the measuring beam ( 7 ) is moved three-dimensionally, while Doppler signals are continuously detected and evaluated with regard to the occurrence of a vena contracta characteristic Doppler spectrum, so that subsequently for a determination of the opening area, the volume flow, the flow volume or a value proportional thereto, the measuring range ( 10 ) of the reference beam ( 8th ) in the interior of the vena contracta of fluid flow through the opening ( 2 ) or the measuring range ( 9 ) of the measuring beam ( 7 ) in the area of the vena contracta of fluid flow through the opening ( 2 ) is moved or directed.

Method according to claim 15, characterized in that that to Recording a vena contracta is evaluated, whether the middle one Speed exceeds a minimum or maximum, if the width of the velocity spectrum falls below a maximum value, if the performance or performance integral over the speed one Minimum value exceeds or is maximum, whether the Dopplerspektrum one at least substantially continuous or steady line of maximum speed and or whether the speed spectrum at a time at least essentially Gaussian-distributed or normally distributed.

Method according to claim 15 or 16, characterized that this Method according to one the claims 1 to 14 takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the evaluation from the power spectra of the Doppler signals of the backscattered measuring beams ( 7 ) and / or reference beams ( 8th ) the opening area, the volume flow, the flow volume and / or a value proportional thereto are determined by integrating the power spectra and / or the product of power and speed over the speed or the speed range and / or time.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that pulsed ultrasonic Doppler signals be used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission beam ( 12 ) by means of a matrix array transducer ( 11 ) and to desired measuring ranges ( 9 . 10 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring beams ( 7 ) and / or reference beams ( 8th ) by means of a matrix array transducer ( 11 ) as a function of the measuring ranges ( 9 . 10 ) are detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, successively or simultaneously during one measuring period, the opening area, the volume flow, the flow volume and / or a value proportional thereto for two or more separate openings ( 2 ) is determined separately.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the opening area, the Volume flow, the flow volume and / or one of them more dependent Value is displayed.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the opening ( 2 ) of blood ( 3 ) is flowed through as fluid.

Contraption ( 1 ) for ultrasonic measurement of the opening area of a dynamic or irregular opening ( 2 ), which is traversed by a fluid, the volume flow or the flow volume through the opening ( 2 ), the backscatter, namely the power spectrum of Doppler signals, of a measuring beam ( 7 ) and a reference beam ( 8th ), whose spatial measuring range ( 10 ) within the spatial measuring range ( 9 ) of the measuring beam ( 7 ), characterized in that the device ( 1 ) a matrix array transducer ( 11 ) for generating a transmission beam ( 12 ) and for detecting the measuring beam ( 7 ) and the reference beam ( 8th ), wherein in advance in a search mode the measuring range ( 9 ) of the measuring beam ( 7 ) is continuously movable, while continuously Doppler signals can be detected and evaluated with regard to the occurrence of a vena contracta characteristic Doppler spectrum, so that subsequently for the determination of the measuring range ( 9 ) in the interior or in the area of the vena contracta of the fluid flow through the opening ( 2 ), and / or wherein a plurality of measuring beams ( 7 ) with offset spatial, partially overlapping measuring ranges ( 9 ), the opening ( 2 ), and several reference beams ( 8th ) with offset spatial measuring ranges ( 10 ) are detectable and evaluable for determining the opening area, the volume flow, the flow volume or a value dependent thereon.

Apparatus according to claim 25, characterized in that a central measuring range ( 9 ) of a measuring beam ( 7 ) of several measuring ranges ( 9 ) of further measuring beams ( 7 ) is surrounded by rosettes.

Apparatus according to claim 25 or 26, characterized in that for each measuring beam ( 7 ) a reference beam ( 8th ), whose measuring range ( 10 ) within the measuring range ( 9 ) of the associated measuring beam ( 7 ) lies.

Device according to one of Claims 25 to 28, characterized in that the measuring range ( 9 ) of a reference beam ( 8th ) centrically within the associated measuring beam ( 7 ) lies.

Device according to one of claims 25 to 28, characterized in that in each case a measuring beam ( 7 ) and an associated reference beam ( 8th ) are simultaneously detectable and evaluable.

Device according to one of claims 25 to 29, characterized in that several or all measuring beams ( 7 ) can be detected and evaluated successively in succession within a measurement or measuring period.

Device according to one of claims 25 to 30, characterized in that several or all measuring beams ( 7 ) can be evaluated cumulatively, with overlaps of their measuring ranges ( 9 ) are compensated.

Device according to one of Claims 25 to 31, characterized in that several or all reference beams ( 8th ) can be detected and evaluated successively in succession within a measurement or measuring period.

Device according to one of claims 25 to 32, characterized in that a reference beam ( 8th ) to form a reference value for all measuring beams ( 7 ) or the highest reference value of all reference beams ( 8th ) as reference value for all measuring beams ( 7 ) is usable.

Method according to one of Claims 25 to 33, characterized in that the reference values of a plurality of reference beams ( 8th ) are continuously determinable and the position of the measuring ranges ( 9 . 10 ) is correctable as a function of the reference values during a measuring period, so that the measuring range ( 10 ) of a central reference beam ( 8th ) within the vena contracta of the opening ( 2 ) remains.

Device according to one of Claims 25 to 34, characterized in that a measuring range ( 10 ) of a central reference beam ( 8th ) of several measuring ranges ( 10 ) of further reference beams ( 8th ) is surrounded.

Apparatus according to claim 35, characterized in that the reference values of a plurality of reference beams ( 8th ) can be continuously evaluated during a measuring period and the measuring ranges ( 9 . 10 ) of the reference beams ( 8th ) and / or the measuring beams ( 7 ) are displaceable during a measuring period when the reference value of the central reference beam ( 8th ) the reference value of another reference beam ( 8th ) reaches or falls below.

Device according to one of Claims 25 to 36, characterized in that the measuring range ( 10 ) of a reference beam ( 8th ) in the interior of the vena contracta of fluid flow through the opening ( 2 ) and / or the measuring range ( 9 ) of a measuring beam ( 7 ) in the area of the vena contracta of fluid flow through the opening ( 2 ) is movable or directable.

Device according to one of Claims 25 to 37, characterized in that, in the evaluation, the power spectra of the Doppler signals of the backscattered measuring beams ( 7 ) and / or reference beams ( 8th ) the opening area, the volume stream, the flow volume and / or a value proportional thereto can be determined by integrating the power spectra and / or the product of power and speed over the speed and / or time.

Device according to one of Claims 25 to 38, characterized that pulsed Ultrasonic Doppler signals can be generated and evaluated.

Device according to one of Claims 25 to 39, characterized in that the transmission beam ( 12 ) by means of the matrix array transducer ( 11 ) to desired measuring ranges ( 9 . 10 ) is directable.

Device according to one of claims 25 to 40, characterized in that the measuring beams ( 7 ) and / or reference beams ( 8th ) by means of the matrix array transducer ( 11 ) as a function of the measuring ranges ( 9 . 10 ) are detectable.

Device according to one of claims 25 to 41, characterized in that, successively or simultaneously during a measuring period, the opening area, the volume flow, the flow volume and / or a value dependent thereon for a plurality of separate openings ( 2 ) is separately determinable or are.

Device according to one of Claims 25 to 42, characterized in that the device ( 1 ) a display device ( 14 ) for displaying the opening area, the volume flow, the flow volume and / or a value proportional thereto.

Device according to one of Claims 25 to 43, characterized that to Recording a vena contracta is evaluable, whether the middle one Speed exceeds a minimum or maximum, if the width of the velocity spectrum falls below a maximum value, if the performance or performance integral over the speed one Minimum value exceeds or is maximum, whether the Dopplerspektrum one at least substantially continuous or steady line of maximum speed and or whether the speed spectrum at a time at least essentially Gaussian-distributed or normally distributed.

Device according to one of claims 25 to 44, characterized in that the opening ( 2 ) of blood ( 3 ) can be flowed through as a fluid.