DE4012760A1 - Ultrasonic Doppler method for gallstone lithography - uses analysis of Doppler frequency shift to detect velocity and calculating size of tracked particles - Google Patents

Ultrasonic Doppler method for gallstone lithography - uses analysis of Doppler frequency shift to detect velocity and calculating size of tracked particles

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DE4012760A1
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Abstract

The ultrasonic doppler device allows the size of the stone particles to be determined by measuring their sinking rate, using ultrasonic waves of given frequency. The frequency shift exhibited by the reflected waves is evaluated to calculate the particle velocity. The particle dia. is calculated from the particle velocity. Pref. the doppler signal is fed to a filter for analysis within a number of different frequency intervals, respective counters recording the number of particles of each size, with summation before supplying to a display. ADVANTAGE - Accurate evaluation of stone particles during lithotripsy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten Bestimmung der Größe von Gallensteinpartikeln durch Messung ihrer Sinkgeschwindigkeit während der Litho­ tripsie mittels Ultraschall sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for indirect Determination of the size of gallstone particles by Measuring their sink rate during the litho tripsie using ultrasound as well as a device to carry out the procedure.

Bei der Lithotripsie erzeugen wiederholt angewandte Stoßwellen in den Körpersteinen kurzzeitig hohe Druck­ spannungen, durch die jeweils äußere Schichten der Körpersteine abgesprengt werden (Abplatz-Effekt). Auf diese Weise können die Steine sukzessiv zerkleinert werden. Dabei entstehen im Organvolumen zahlreiche Trümmerstücke verschiedener Größe. Für eine Steinzer­ trümmerung sind beispielsweise bis zu zweitausend Stoß­ wellenimpulse notwendig, die im Abstand von etwa einer Sekunde (EKG-getriggert) erzeugt werden.In lithotripsy produce repeatedly applied Shock waves in the body stones briefly high pressure tensions, through the respective outer layers of the  Body stones are blasted off (chipping effect). On this way the stones can be crushed successively will. This creates numerous organs Debris of various sizes. For a stone For example, debris is up to two thousand bumps wave impulses necessary, which are at a distance of about one Second (ECG triggered).

Dieser Vorgang wird vom Arzt aus zwei Gründen mit Hilfe eines bildgebenden Ultraschall- oder Röntgenverfahrens beobachtet: Zum einen muß gewährleistet sein, daß sich der - in der Regel größte - Stein im Fokus der Stoß­ wellenapparatur befindt, das heißt, das genaue Zielen muß gewährleistet sein. Zum anderen muß der Erfolg der Behandlung kontrolliert und der Zeitpunkt ihrer Beendi­ gung bestimmt werden. Eine zu lange Behandlung würde zu einer unnötigen Gewebsbelastung führen und eine zu kurze, das Risiko einer Verstopfung der Gallenabgänge vergrös­ sern und eine erneute Behandlung notwendig machen.This process is assisted by the doctor for two reasons an ultrasound or X-ray imaging process observed: On the one hand, it must be guaranteed that the - usually the largest - stone in focus the shock shaft equipment, that is, precise aiming must be guaranteed. On the other hand, the success of the Treatment controlled and the time of its termination be determined. Too long a treatment would be too lead to unnecessary tissue stress and a too short, increases the risk of blockage of the bile ducts and make further treatment necessary.

Die Kontrolle des Steinabbaues ist am Anfang einer Be­ handlung noch relativ problemlos, weil es sich zunächst um gut erkennbare Objekte handelt. Der häufigste Durch­ messer derselben beträgt etwa 18 mm. Bei kleineren Ob­ jekten wird die Größenbestimmung jedoch zunehmend schwie­ riger. Am Ende der Behandlung sollte aber sichergestellt sein, daß nur noch Partikel mit einer Größe von einem bis zwei Millimeter im Organvolumen enthalten sind, die z. B. auf natürlichem Wege abgeführt werden können (Ab­ bruchkriterium). The control of the stone mining is at the beginning of a loading plot still relatively easy because it is initially are clearly recognizable objects. The most common through the diameter of the same is about 18 mm. With smaller ob However, size determination is becoming increasingly difficult riger. At the end of treatment, however, should be ensured be that only particles with a size of one up to two millimeters in the organ volume, which e.g. B. can be dissipated naturally (Ab fraction criterion).  

Bei bekannten bildgebenden Verfahren zur genaueren Be­ urteilung der Größe kleiner Objekte ist nachteilig,
erstens, daß Partikel, die auf dem Organboden angehäuft sind, im Bild nicht mehr gut als Individuen erkennbar sind, weil ihre Konturen schlecht zuzuordnen sind. Ein großer strukturierter Stein läßt sich zum Beispiel häu­ fig nicht von einer Ansammlung kleiner Steine unter­ scheiden;
zweitens, daß ein bis zwei Millimeter große Objekte für alle in diesem Zusammenhang verwendeten bildgebenden Verfahren mit ihren Abmessungen in der Nähe der Auf­ lösungsgrenze des bildgebenden Verfahrens liegen, also schon wegen der prinzipiellen Verwischung des Punkt­ bildes schlecht vermeßbar sind;
drittens, daß an die Abbildungsqualität des bildgeben­ den Gerätes relativ hohe Anforderungen gestellt werden müssen, was die Anschaffung und Unterhaltung entspre­ chend kostspielig macht;
viertens, daß Einstellungen des bildgebenden Gerätes, zum Beispiel der Fokus des Ultraschall-Scanners, oft kontrolliert und/oder korrigiert werden müssen;
fünftens, daß die Aufwirbelungsdauer der Steine nach einem Stoß zu kurz ist und deren Geschwindigkeiten zu groß sind, um kleine Partikel größenmäßig hinreichend gut während der Bewegung im Bild erkennen zu können;
sechstens, daß an die Aufmerksamkeit und Erfahrung des behandelnden Arztes einige Anforderungen gestellt wer­ den müssen.In known imaging methods for more precise assessment of the size of small objects, it is disadvantageous that
first, that particles that are piled up on the organ floor are no longer easily recognizable as individuals in the picture because their contours are difficult to assign. For example, a large structured stone often cannot be distinguished from a collection of small stones;
secondly, that one to two millimeter large objects for all imaging processes used in this context with their dimensions are close to the resolution limit of the imaging method, that is, due to the principle blurring of the point image, are difficult to avoid;
third, that relatively high demands must be placed on the imaging quality of the imaging device, which makes the acquisition and maintenance correspondingly expensive;
fourth, that settings of the imaging device, for example the focus of the ultrasound scanner, often have to be checked and / or corrected;
fifthly, that the time of whirling up of the stones after an impact is too short and their speeds are too high to be able to recognize small particles in size sufficiently well during movement in the image;
sixthly, that the attending physician's attention and experience must meet certain requirements.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die oben erwähn­ ten Nachteile einer direkten, in der heutigen Praxis weitgehend subjektiven Beurteilung der Partikelgröße aus dem Ultraschall- oder Röntgenbild zu umgehen, um dem Arzt die Erfolgskontrolle und die Bestimmung des optimalen Zeitpunktes für eine Beendigung der Behand­ lung zu erleichtern.The object of the present invention is that mentioned above ten disadvantages of a direct, in today's practice largely subjective assessment of particle size bypass from the ultrasound or x-ray image the doctor to monitor success and determine the optimal time for an end of treatment ease.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Partikelgrößen aus der mit einer Ultraschall-Dopp­ ler-Methode gemessenen Sinkgeschwindigkeit ermittelt werden, mit der die Steine bzw. Steintrümmer nach der Aufwirbelung durch den Stoßwellenimpuls in der Organ­ flüssigkeit zu Boden fallen.The object is achieved in that the particle sizes from that with an ultrasound double the sink rate measured with which the stones or stone debris after the Swirling up by the shock wave impulse in the organ liquid falling to the ground.

Wie man beobachten kann, werden die Steine oder Bruch­ stücke beim Stoß entweder direkt, oder bei Steinan­ häufungen mehr oder weniger indirekt, das heißt durch Sekundärstöße, in das Organvolumen geschleudert. Typisch ist eine Aufwirbelung praktisch aller Partikel, wobei ein Teil maximal bis zu etwa 0,5 Sekunden in Bewegung bleibt. Dabei kann der Prozentsatz von Teilchen, der hoch bzw. lange genug fliegt, für die erfindungsgemäße Ultraschallmessung herangezogen werden.As you can see, the stones or breakage pieces at the impact either directly, or at Steinan accumulations more or less indirectly, that is, through Secondary impacts, thrown into the organ volume. Typical is a whirling up of practically all particles, whereby a part in motion up to a maximum of about 0.5 seconds remains. Here, the percentage of particles that flies high or long enough for the invention Ultrasound measurement can be used.

Bei Testversuchen wurden die Fallgeschwindigkeiten mit langen, d. h. sehr schmalbandigen Schallimpulsen in zeit­ lichem Abstand von etwa 0,2 msec gemessen (sog. gepul­ ster Doppler). Der Einsatz von Dauerschall ist ebenfalls möglich (kontinuierlicher Doppler).In test trials, the falling speeds were measured with long, d. H. very narrow band sound impulses in time  distance of about 0.2 msec (so-called pulsed stere Doppler). The use of continuous sound is also possible (continuous Doppler).

Da die Bewegungsimpulse hauptsächlich von den Partikeln ausgehen und nicht von der Organflüssigkeit, kann man die Flüssigkeit näherungsweise als ruhend betrachten.Because the movement impulses mainly from the particles can go out and not from the organ fluid, one can approximately consider the liquid to be dormant.

Dann besteht in der letzten Phase der Bewegung, in der die Teilchen nach unten fallen, aufgrund der hydrody­ namischen Verhältnisse, für die die Viskosität der Gal­ lenflüssigkeit, die Dichte der Körper und die Reynold′ sche Zahl von Wichtigkeit sind, ein einfacher funktio­ neller Zusammenhang zwischen dem Durchmesser d und der Geschwindigkeit V der Körper, was hier ausgenutzt wird.Then in the last phase of the movement there is the particles fall down due to the hydrody Named ratios for which the viscosity of the gal fluid, the density of the body and the Reynold ′ important number, a simple function correlation between the diameter d and the Velocity V the body, which is used here.

Empirisch ergibt sich für Teilchen-Durchmesser von 1-10 mmFor particle diameters, empirically this results in 1-10 mm

d = const. V²d = const. V²

mitWith

const. = 3,54 · 10-3 sec² cm-1 (CGS)const. = 3.54 · 10 -3 sec ² cm -1 (CGS)

Eine erfindungsgemäße Steingrößen-Meßvorrichtung faßt wegen der nicht sehr großen Ausbeute an hochfliegenden Teilchen die Ergebnisse beispielsweise der jeweils letzten hundert Schüsse in einer Größenverteilung zu­ sammen und stellt diese als Histogramm dar. Die unmit­ telbare Messung kann jedoch auch durch ein akustisches Signal angezeigt werden.A stone size measuring device according to the invention summarizes because of the not very high yield of soaring Particles the results, for example, of each last hundred shots in a size distribution together and presents them as a histogram. The immit However, measurable measurement can also be carried out by an acoustic Signal are displayed.

Für die Messung der Geschwindigkeit bewegter Partikel ist das an sich bekannte Ultraschall-Doppler-Verfahren im Prinzip besonders geeignet, (einmal wegen der Vor­ teile einer Frequenzmessung und zum anderen weil uner­ wünschte Ortsinformation (z. B. Echos nichtbewegter Objektstrukturen) relativ leicht durch Filterung unter­ drückt werden kann, was zu einem günstigen Signal/Stör- Verhältnis führt). Herkömmliche, z. B. medizinische Doppler-Geräte oder dopplerfähige Ultraschall-Scanner sind jedoch für die vorliegende Meßaufgabe aus folgen­ den Gründen nicht oder nur bedingt einsetzbar,For measuring the speed of moving particles is the known ultrasonic Doppler method  in principle particularly suitable, (once because of the pre parts of a frequency measurement and the other because un desired location information (e.g. echoes of unmoved Object structures) relatively easily by filtering under can be pressed, which results in a favorable signal / interference Ratio leads). Conventional, e.g. B. medical Doppler devices or Doppler-capable ultrasound scanners are however to follow from for the present measurement task cannot be used for reasons or only to a limited extent,

  • - erstens weil sie, wenn sie für Eindringtiefen von einigen Zentimetern ausgelegt sind, zur Erzielung einer hohen lateralen Orts-Auflösung bei der Gefäß­ darstellung mit schmalen Richtkeulen oder fokussiert arbeiten. Da hierbei nur Partikel erfaßt werden, die sich in dem entsprechend kleinen erfaßten Ob­ jektvolumen, etwa der Scan-Ebene eines doppler­ fähigen B-Bild-Scanners, bewegen, ist die Meßaus­ beute gering;- firstly because if they are for penetration depths of a few centimeters are designed to achieve a high lateral spatial resolution in the vessel Representation with narrow directional lobes or focused work. Since only particles are recorded here, which are recorded in the correspondingly small Ob volume, such as the scan level of a Doppler capable B-image scanner, move is the measurement loot low;
  • - zweitens führt die relativ kurze Dauer des zu mes­ senden Ereignisses und der nicht vorhersagbare Ort dazu, daß dieses mit einem dopplerfähigen B-Bild- Scanner nicht mehr oder nicht genau genug erfaßt wird, denn für die Doppler-Messung muß jedes Volu­ menelement im ganzen Gesichtsfeld mehrere Male ab­ getastet werden;- secondly, the relatively short duration of the mes send event and the unpredictable place that this with a Doppler-capable B-picture Scanner no longer or not captured precisely enough is, because for the Doppler measurement each Volu menstruation in the entire field of vision several times be groped;
  • - weiterhin ist die Signalauswertung und die Ergebnis­ darstellung bei herkömmlichen Dopplergeräten der Lösung vorliegender Aufgabe nicht angepaßt.- furthermore the signal evaluation and the result representation with conventional Doppler devices of Solution of this task not adapted.

Das bei der Lithotripsie verwendete bildgebende Kontroll­ gerät kann zur Geschwindigkeitsmessung nach dem Doppler- Prinzip herangezogen werden, wenn es sich um ein doppler­ fähiges Ultraschallgerät handelt, bei dem die interne Ansteuerung der Array-Elemente kurzzeitig modifiziert werden kann. Ein Scanner wird in diesem Zusammenhang als "dopplerfähig" bezeichnet, wenn die Dopplermessung mit der gleichen Schwingeranordnung durchgeführt werden kann, mit der auch das B-Bild aufgenommen wird.The imaging control used in lithotripsy device can be used for speed measurement after the Doppler Principle to be used if it is a Doppler capable ultrasound device, in which the internal Control of the array elements briefly modified can be. A scanner is used in this context referred to as "Doppler capable" if the Doppler measurement be carried out with the same oscillator arrangement with which the B-picture is also taken.

Im folgenden soll immer in vertikaler Richtung gemessen werden. Andernfalls werden nur Komponenten der Sinkge­ schwindigkeit erfaßt (was rechnerisch berücksichtigt werden kann).The following should always measure in the vertical direction will. Otherwise, only components of the sinkge speed recorded (which takes into account the calculation can be).

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zuge­ hörigen Zeichnungen beschrieben.Details of the invention are given below an embodiment in connection with the described drawings.

Von den Zeichnungen zeigt:From the drawings shows:

Fig. 1a eine schematische Darstellung des Verfahrens mit einem dopplerfähigen B-Bild-Scanner als Grundgerät; Figure 1a is a schematic representation of the process with a doppler enabled B-mode scanner as a basic unit.

Fig. 1b Sonde und erfindungsgemäß ausgebil­ detes Schallfeld bei einem doppler­ fähigen Linear-Array-Scanner mit modifizierter Elementansteuerung; FIG. 1b and probe according to the invention ausgebil detes sound field at a doppler capable linear array scanner with modified control element;

Fig. 1c Beispiel eines dopplerfähigen Linear- Array-Scanners mit schalloptisch geänderter Sonde; FIG. 1c example of a doppler capable linear array scanner with sound optically modified probe;

Fig. 2 und 3 funktionell unabhängig von einem bildgebenden Ultraschall-Scanner arbeitende Doppler-Systeme mit Einzelschwingern für den Sende­ und Empfangsvorgang. Fig. 2 and 3 functionally operating independently of an imaging ultrasonic scanner Doppler systems with single resonators for the transmitting and receiving operation.

Das in Fig. 1a dargestellte Prinzipschaltbild enthält einen an sich bekannten dopplerfähigen B-Bild-Scanner als Grundgerät, der mit einer Auswerteeinheit 1-5 zur Auswertung des Dopplerfrequenzsignals kombiniert ist.The basic circuit diagram shown in FIG. 1a contains a known Doppler-capable B-image scanner as the basic device, which is combined with an evaluation unit 1-5 for evaluating the Doppler frequency signal.

Die Auswerteeinheit besteht aus einem N-kanaligen Fre­ quenzfilter, an dessen Ausgängen sich Ereigniszähler 2 für die Teilchen befinden. Die Zählrate kann entweder in einem Histogramm-Speicher 3 gespeichert und mit der Vorrichtung 4 optisch oder der Vorrichtung 5 akustisch angezeigt werden. Zur weiteren erfindungsgemäßen Durch­ führung des Meßverfahrens wird das Grundgerät z. B. wie folgt ausgewählt und modifiziert:The evaluation unit consists of an N-channel frequency filter, at the outputs of which there are event counters 2 for the particles. The counting rate can either be stored in a histogram memory 3 and displayed optically with the device 4 or acoustically with the device 5 . For further implementation of the measuring method according to the invention, the basic device is, for. B. selected and modified as follows:

Fig. 1b zeigt das erfindungsgemäß ausgebildete Schall­ feld bei einem Linear-Array-Scanner für den Fall, daß keine Änderung der Sonde 1 vorgenommen wird. Die Ele­ mentansteuerung der Sonde 1 ist - unter kurzzeitiger Abschaltung des normalen Abbildungsmodus - für den Doppler-Sendevorgang so abgeändert, daß alle Elemente des Arrays - oder eine größere Gruppe in der Mitte - so angesteuert werden, daß eine breite, z. B. ebene Wellenfront 2 entsteht, die durch den in der Scan-Ebene befindlichen Teil des Objekts 3 läuft. Die vereinfachend als Linien dargestellten "Wellenfronten" ersetzen jeweils von der Pulslänge abhängige Folgen von Wellenzügen. Fig. 1b shows the inventive sound field in a linear array scanner in the event that no change to the probe 1 is made. The element control of the probe 1 is - with a brief shutdown of the normal imaging mode - for the Doppler transmission process so modified that all elements of the array - or a larger group in the middle - are controlled so that a wide, z. B. creates plane wavefront 2 , which runs through the part of the object 3 located in the scan plane. The "wave fronts", shown in simplified form as lines, each replace sequences of wave trains that are dependent on the pulse length.

Für den Empfang der Echowelle 8 wird eine Elementen­ gruppe 5 z. B. in der Mitte des Arrays eingeschaltet, die zur Erzielung einer geringen Richtungs-Selektivität in der X-Richtung klein genug ist. Die Meßausbeute ist bei dieser Ausführungsform kleiner als 100 Prozent. Für ein Curved-Linear-Array ergibt sich die Geometrie des Wellenfeldes entsprechend durch die Krümmung der Array- Leiste.For the reception of the echo wave 8 an element group 5 z. B. turned on in the middle of the array, which is small enough to achieve low directional selectivity in the X direction. The measurement yield is less than 100 percent in this embodiment. For a curved linear array, the geometry of the wave field results from the curvature of the array bar.

Die Signalverarbeitung erfolgt zunächst durch an sich bekannte elektronische Maßnahmen, wie Zumischung der quarzgesteuerten Referenzfrequenz usw. durch das Grund­ gerät. Zur Bestimmung der Geschwindigkeiten mit der er­ findungsgemäßen Auswerteeinheit in Fig. 1a ist es zweck­ mäßig, wenn sich die Analyse des niederfrequenten Dopp­ lersignals auf eine geringe Anzahl von Festfrequenzen, z. B. zehn, beschränkt, so daß sich die Auswerteeinheit als ein z. B. zehnkanaliges Frequenzfilter 1 beschreiben läßt, dem ein Ereigniszähler 2 für die Teilchen nachge­ schaltet ist. Die Zählraten können in einem Histogramm­ speicher 3 gespeichert und durch eine Anzeigeeinheit 4 dargestellt werden. Die selektierten Frequenz-Bereiche sind so gewählt, daß über den funktionellen Zusammen­ hang zwischen Steingröße und Sinkgeschwindigkeit im Histogramm die Steingröße dargestellt wird. Ein akusti­ scher Signalgeber 5 zeigt das unmittelbar gemessene Ergebnis an, wobei der Anzeigebereich gewählt werden kann (z. B. nur Teilchen mit α < 2 mm). The signal processing takes place initially by means of electronic measures known per se, such as admixing of the quartz-controlled reference frequency etc. by the device. To determine the speeds with the inventive evaluation unit in Fig. 1a, it is useful if the analysis of the low-frequency Dopp lersignal to a small number of fixed frequencies, for. B. ten, so that the evaluation unit as a z. B. can describe ten-channel frequency filter 1 , which is switched to an event counter 2 for the particles. The count rates can be stored in a histogram memory 3 and displayed by a display unit 4 . The selected frequency ranges are selected so that the stone size is shown in the histogram on the functional relationship between stone size and sinking speed. An acoustic signal generator 5 shows the immediately measured result, and the display range can be selected (e.g. only particles with α <2 mm).

Die in Fig. 1a dargestellte Auswerteeinheit (1 bis 5) wird auch bei allen folgenden Ausführungsformen ver­ wendet.The evaluation unit shown in Fig. 1a ( 1 to 5 ) is also used in all the following embodiments ver.

Fig. 1c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls ein dopplerfähiger Linear-Array-Scanner für die Stein­ größenbestimmung herangezogen wird. Hierbei wird durch eine schall-optische Änderung der Array-Sonde die maxi­ mal mögliche Meßausbeute erzielt. Erfindungsgemäß wer­ den an zwei Stellen des Arrays der Sonde 1, vorzugs­ weise an den Rändern, auf Kosten des B-Bild-Gesichts­ feldes zwei kleine, z. B. quadratische Gruppen von Ele­ menten ausschließlich für die Steingrößenbestimmung reserviert. Fig. 1c shows an embodiment in which a Doppler-capable linear array scanner is also used for the stone size determination. Here, the maximum possible measurement yield is achieved by a sound-optical change in the array probe. According to the invention, who at two points in the array of the probe 1 , preferably at the edges, at the expense of the B-image face two small, z. B. square groups of ele elements reserved exclusively for the stone size determination.

Die für den Sendevorgang vorgesehene Gruppe 2 erhält eine sphärische Zerstreuungslinse 3 als Vorsatz, die so dimensioniert ist, daß das Sendeschallbündel 3.1 ausreichend breit wird und das gesamte Objekt 5 über­ deckt.The group 2 provided for the transmission process receives a spherical diverging lens 3 as an attachment, which is dimensioned such that the transmission sound bundle 3.1 becomes sufficiently wide and covers the entire object 5 .

Die Gruppe wird phasenmäßig so angesteuert, daß die Schallkeule auf die Objektmitte ausgerichtet ist.The group is controlled in phases so that the Sound beam is aligned to the center of the object.

Die für den Empfang vorgesehene Gruppe 6 erhält eine sphärische Sammellinse 7 als Vorsatz, die den Objekt­ mittelpunkt auf die Wandlerebene abbildet. Die Apertur dieser Linse muß optimiert werden. Die Elemente der Empfangsgruppe werden phasenmäßig z. B. so geschaltet, daß die Empfangskeule auf die Objektmitte ausgerichtet ist. The group 6 provided for reception receives a spherical converging lens 7 as an attachment, which maps the object center to the transducer level. The aperture of this lens has to be optimized. The elements of the reception group are z. B. switched so that the receiving lobe is aligned with the center of the object.

Wenn genügend Echo-Intensität vorhanden ist, kann man auf die Fokussierung beim Empfang verzichten und durch Anbringen einer Lochblende direkt vor der Empfangs-Ele­ mentgruppe 6 einen Empfänger realisieren, der aufgrund seiner geringen (effektiven) Abmessung eine geringe Richtungsselektivität besitzt.If there is sufficient echo intensity, one can forego the focus when receiving and realize a receiver by attaching a pinhole directly in front of the receiving element group 6 , which has a low directional selectivity due to its small (effective) dimensions.

Eine weitere Möglichkeit im Falle ausreichender Echo- Intensität besteht darin, eine sehr kleine Gruppe von Elementen in der Mitte der (mit der Zerstreuungslinse versehenen) Sendegruppe 2 ausschließlich für den Em­ pfangsvorgang zu reservieren. Erfindungsgemäß wird über dieser sehr kleinen Elementgruppe eine in der Mitte unterbrochene Streifenblende angebracht, so daß nur der mittlere Teil dem Schall ausgesetzt ist und auf diese Weise ein etwa quadratischer Empfänger verwirklicht wird, der aufgrund seiner geringen Abmessungen eine in beiden lateralen Richtungen genügend breite Empfangskeule auf­ weist. Die Sendefunktion ist durch das Fehlen einiger Elemente nur unwesentlich gestört.A further possibility in the case of sufficient echo intensity is to reserve a very small group of elements in the middle of the transmission group 2 (provided with the diverging lens) exclusively for the reception process. According to the invention, a strip diaphragm interrupted in the middle is attached above this very small group of elements, so that only the middle part is exposed to the sound and in this way an approximately square receiver is realized, which due to its small dimensions has a reception lobe sufficiently wide in both lateral directions points. The transmission function is only slightly disturbed by the lack of some elements.

Die Blenden können natürlich entfallen, wenn die Doppler- Empfangselemente von vorn herein vom Sondenhersteller für das vorliegende Verfahren richtig dimensioniert wor­ den sind.The apertures can of course be omitted if the Doppler Receiving elements from the outset from the probe manufacturer correctly dimensioned for the present method that are.

Bei einem Curved-Linear-Array ergibt sich die Geometrie der Anordnung sinngemäß durch Krümmung der Array-Leiste aus Fig. 1c.In the case of a curved linear array, the geometry of the arrangement is obtained by curvature of the array bar from FIG. 1c.

In den Fig. 2 und 3 sind Vorrichtungen als Ausfüh­ rungsbeispiele dargestellt, die funktionell unabhängig von einem bildgebenden Ultraschall-Scanner sind und Monoschwinger für den Sende- und Empfangsvorgang ent­ halten. Hierbei wird ebenfalls die maximale Meßausbeute erzielt.In FIGS. 2 and 3 devices are shown as exporting approximately examples, which are functionally independent from an imaging ultrasound scanner and hold mono transducer for the transmission and reception ent. The maximum measurement yield is also achieved here.

Der Schallkopf 1 in Fig. 2 besteht aus einem konvex ge­ krümmten, relativ großen Einzelschwinger 2, der ein divergentes Schallbündel 3 von der Größe des Objekts 4 erzeugt, und dem in einer zentralen Bohrung befind­ lichen Empfangsschwinger 5, der aufgrund seiner kleinen Abmessungen eine breite Richtwertfunktion aufweist. Die Doppler-Elektronik erzeugt mit an sich bekannten elek­ tronischen Methoden das niederfrequente Dopplersignal (A-Scan-Doppler), das der Auswerte-Einheit 6 zugeführt wird, welche der Auswerte-Einheit in Fig. 1a entspricht.The transducer 1 in Fig. 2 consists of a convexly curved, relatively large single transducer 2 , which generates a divergent sound beam 3 the size of the object 4 , and the receiving transducer 5 located in a central bore, which is wide due to its small dimensions Indicative function. The Doppler electronics generates electronic methods known per se, the low-frequency Doppler signal (A-scan Doppler), which is fed to the evaluation unit 6 , which corresponds to the evaluation unit in Fig. 1a.

Vorteilhaft bezüglich der Meßausbeute sind weiterhin hier nicht dargestellte Ausführungsformen, bei denen die Sendesonden Monoschwinger enthalten, die das diver­ gente Schallbündel aufgrund der Krümmung der Oberfläche der kleinen Schwingerabmessungen, oder mit Hilfe einer Vorsatzlinse erzeugen, und bei denen die funktionell getrennt verwendeten Empfangssonden Monoschwinger mit kleinen Abmessungen sind oder Schallinsen mit Sammel­ wirkung als Vorsatz enthalten.The measurement yield is also advantageous Embodiments not shown here, in which the transmit probes contain mono transducers that the diver Gentle sound bundle due to the curvature of the surface the small transducer dimensions, or with the help of a Generate attachment lens, and where the functional separately used reception probes with mono transducers are small dimensions or sound lenses with collecting effect included as a resolution.

Fig. 3 zeigt Sende- und Empfangsschwinger der Geschwin­ digkeitsmeßvorrichtung als funktionell von einem B-Bild- Scanner unabhängige Einheiten. Sie sind jedoch baulich integrale Bestandteile der Linear-Array-Sonde des bild­ gebenden Kontrollgerätes. Hierbei wird die maximale Meß­ ausbeute erzielt. Das Gesichtsfeld der B-Bild-Darstel­ lung bleibt voll erhalten. Fig. 3 shows transmit and receive transducers of the speed measuring device as units which are functionally independent of a B-image scanner. However, they are structurally integral components of the linear array probe of the imaging control device. The maximum measurement yield is achieved here. The field of view of the B-image display is fully preserved.

Das Sendeelement 2 ist als in der Mitte unterbrochene Leiste maximal von der Länge des Arrays ausgebildet, seitlich von Linear-Array der Sonde 1 angebracht und erzeugt eine auf das Objekt 4 ausgerichtete Zylinder­ welle 3. Das z. B. quadratische Empfangselement 5, das mit einer hier nicht dargestellten Sammellinse versehen sein kann, befindet sich in der Lücke zwischen den bei­ den Segmenten 2.The transmission element 2 is formed as a bar interrupted in the middle of a maximum of the length of the array, attached to the side of the linear array of the probe 1 and generates a cylinder shaft 3 aligned with the object 4 . The Z. B. square receiving element 5 , which can be provided with a converging lens, not shown here, is located in the gap between the segments 2 .

Bei einem Curved-Linear-Array, das hier nicht darge­ stellt ist, ergibt sich die Konfiguration der Zusatz­ schwinger sinngemäß durch die entsprechende Krümmung der Array-Leiste der Anordnung in Fig. 3. In diesem Fall ist das Sende-Element bogenförmig gekrümmt und die Sende-Wellenfront ist ein Torus-Abschnitt. Die Unter­ schiede in der Geometrie des Sende-Wellenfeldes sind für die Steingrößenbestimmung dabei unerheblich.In the case of a curved linear array, which is not shown here, the configuration of the additional oscillator is analogously obtained by the corresponding curvature of the array bar of the arrangement in FIG. 3. In this case, the transmitting element is curved in an arc and the Transmit wavefront is a torus section. The differences in the geometry of the transmission wave field are irrelevant for determining the stone size.

Claims (23)

1. Verfahren zur Bestimmung der Größe von Steinpar­ tikeln in der Körperflüssigkeit eines Organs, dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel, die während der Lithotripsie in­ folge der einzelnen Stoßwellenimpulse in der Flüs­ sigkeit aufgewirbelt werden, in der Absinkphase von Ultraschall hinreichend schmaler Frequenz- Bandbreite beaufschlagt wird,
daß die aufgrund der Steinbewegung infolge des Doppler-Effekts entstehende Frequenzverschiebung des reflektierten Ultraschalls gemessen wird,
daß aus der Frequenzverschiebung und dem Winkel zwischen der Schallrichtung und der Vertikalen, falls dieser von 0 bzw. 180 Grad abweicht, die Partikelgeschwindigkeit berechnet wird, und
daß aus der Partikelgeschwindigkeit der Partikel­ durchmesser berechnet wird, der unter den vorlie­ genden Bedingungen proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit ist.1. A method for determining the size of stone particles in the body fluid of an organ, characterized in that
that the particles which are whirled up in the liquid during the lithotripsy as a result of the individual shock wave impulses are acted upon in the sinking phase by ultrasound with a sufficiently narrow frequency bandwidth,
that the frequency shift of the reflected ultrasound resulting from the stone movement due to the Doppler effect is measured,
that the particle velocity is calculated from the frequency shift and the angle between the sound direction and the vertical, if this deviates from 0 or 180 degrees, and
that from the particle speed of the particle diameter is calculated, which is proportional to the square of the speed under the vorlie conditions. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppler-Signal durch ein Frequenzfilter mit N Frequenzintervallen analysiert wird, daß die Teilchen verschiedener Größe durch N zugeordnete Ereigniszähler gezählt und in N Speichern aufsum­ miert werden, deren Inhalt angezeigt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the Doppler signal through a frequency filter is analyzed with N frequency intervals that the Particles of different sizes assigned by N.  Event counters counted and totaled in N memories whose content is displayed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Meßergebnis als Histogramm der Partikeldurchmesser der jeweils letzten n Schüsse, mit z. B. n = 100, fortlaufend zusammen­ gefaßt und dargestellt wird.3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized ge indicates that the measurement result as a histogram the particle diameter of the last n Shots, with z. B. n = 100, continuously together is captured and presented. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ergebnis der momentanen Ein­ zelmessung unter Anwendung von z. B. in Millimetern einstellbaren Grenzen für den gewünschten Anzeige­ bereich der Partikel-Durchmesser durch einen Sig­ nalton angezeigt wird.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized ge indicates that the result of the current on cell measurement using z. B. in millimeters adjustable limits for the desired display range of particle diameter by a sig nalton is displayed. 5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer Meßeinheit mit der an sich bekannten elektronischen Grundfunktion eines Ultraschall-Doppler-Systems, eines Impuls- oder kontuinierlichen Dopplers, eine Auswerteeinheit (1-5) nachgeschaltet ist, die sich zusammensetzt aus einem N-kanaligen Frequenzfilter (1), einem Ereigniszähler (2) und einem Histogramm­ speicher (3), beide mit N Kanälen bzw. Speicher­ plätzen, einer Darstellungseinheit (4) für die graphische Darstellung des Histogramms, z. B. ein Bildschirm, ein Leuchtdiodenfeld oder ein Plasma- Display, sowie dem akustischen Signalgeber (5) für die Anzeige des momentan gemessenen Partikeldurch­ messers. 5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a measuring unit with the known electronic basic function of an ultrasonic Doppler system, a pulse or continuous Doppler, an evaluation unit ( 1-5 ) is connected downstream, the consists of an N-channel frequency filter ( 1 ), an event counter ( 2 ) and a histogram memory ( 3 ), both with N channels or memory locations, a display unit ( 4 ) for the graphical display of the histogram, e.g. B. a screen, a light emitting diode field or a plasma display, and the acoustic signal generator ( 5 ) for the display of the currently measured particle diameter. 6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ einheit (1-5) mit einem dopplerfähigen Linear- Array-Scanner, z. B. einem bei der Lithotripsie als Kontrollgerät verwendeten Scanner, kombiniert ist, dessen Elementansteuerung kurzzeitig modifiziert werden kann derart, daß beim Senden eine in X-Rich­ tung breite, z. B. ebene Welle (2) erzeugt wird, die den ganzen in der Scan-Ebene liegenden Teil des Objekts (3) überstreicht.6. The device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation unit ( 1-5 ) with a Doppler-capable linear array scanner, for. B. a scanner used in lithotripsy as a control device is combined, the element control can be modified briefly such that when sending a device in X-Rich wide, z. B. flat wave ( 2 ) is generated, which sweeps the entire part of the object ( 3 ) lying in the scan plane. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Linear-Array-Sonde beispielsweise eines bei der Lithotripsie verwendeten Kontroll- Scanners unter Beibehaltung der Elementanordnung einen Vorsatz von Linsen (3, 7) für die Formgebung der Sende- und Empfangskeulen aufweist.7. The device according to claim 6, characterized in that the linear array probe, for example, a control scanner used in lithotripsy while maintaining the element arrangement has an attachment of lenses ( 3 , 7 ) for the shaping of the transmitting and receiving lobes. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß durch die Einschaltung einer kleinen Ele­ mentgruppe z. B. in der Mitte des Arrays beim Em­ pfang ein Empfänger realisiert wird, der aufgrund der kleinen Abmessung in der X-Richtung richtungs­ unempfindlich ist.8. The device according to claim 6, characterized in net that by switching on a small Ele mentgruppe z. B. in the middle of the array at Em pfang a receiver is realized based on the small dimension in the X direction is insensitive. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Rand des Linear-Arrays (1) eine erste Elementgruppe (2) mit einer sphärischen Zer­ streuungslinse (3) als Sender derart kombiniert ist, daß eine in X- und Y-Richtung divergierende Welle (4) zur Beschallung des ganzen Objekts (5) erzeugt wird und daß eine zweite Elementgruppe (6) am z. B. anderen Rand des Linear-Arrays als Empfän­ ger vorgesehen ist.9. Apparatus according to claim 6 and 7, characterized in that at the edge of the linear array ( 1 ) a first element group ( 2 ) with a spherical Zer scattering lens ( 3 ) is combined as a transmitter such that one in X and Y -Direction diverging wave ( 4 ) for sonication of the entire object ( 5 ) is generated and that a second group of elements ( 6 ) on z. B. other edge of the linear array is provided as a receiver. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der sphärischen Zer­ streuungslinse eine Zylinderlinse mit der Brech­ kraft in Y-Richtung vorgesehen ist, während die Strahlablenkung in X-Richtung elektronisch durch entsprechende phasenversetzte Ansteuerung der Array-Elemente (2) erfolgt.10. The device according to claim 6, 7 and 10, characterized in that instead of the spherical Zer scattering lens, a cylindrical lens is provided with the refractive power in the Y direction, while the beam deflection in the X direction electronically by appropriate phase-shifted control of the array elements ( 2 ) is done. 11. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsgruppe (6) mit einer sphärischen oder einer zylindrischen Sammel-linse (7), letztere mit Brechwirkung in Y-Richtung kombiniert ist, wobei die Linsen den Objektmittelpunkt auf die Array-Fläche abbilden und eine optimierte Apertur aufweisen.11. The device according to claim 6 and 7, 10 or 11, characterized in that the receiving group ( 6 ) with a spherical or a cylindrical collecting lens ( 7 ), the latter is combined with refractive action in the Y direction, the lenses being the object center map onto the array surface and have an optimized aperture. 12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine sehr kleine Elementgruppe mit einer Loch- oder unterbrochenen Schlitzblende ver­ sehen ist, so daß ein Empfangselement entsteht, das aufgrund seiner geringen effektiven Abmessungen eine in X- und Y-Richtung geringe Richtungsempfind­ lichkeit besitzt.12. The apparatus according to claim 6 to 12, characterized records that a very small group of elements with a perforated or interrupted slit diaphragm is seen so that a receiving element is created that because of its small effective dimensions a slight sense of direction in the X and Y directions possesses. 13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein wegen der Richtungsunempfindlichkeit hinreichend kleines, rundes oder quadratisches Empfangselement mit auf der Array-Leiste der Sonde angeordnet ist.13. The device according to at least one of claims 6 to 13, characterized in that a because of Insensitivity to direction sufficiently small,  round or square receiver with the array bar of the probe is arranged. 14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß vom bildgebenden Ultraschall-Scanner funk­ tionell getrennte Sende- und Empfangsschwinger vor­ gesehen sind.14. The apparatus according to claim 5, characterized in net that radio from the imaging ultrasound scanner tionally separate transmit and receive transducers are seen. 15. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Sender Monoschwinger vorgesehen sind, die zur Erzeugung eines divergenten Schall­ bündels konvex gekrümmt sind.15. The apparatus according to claim 5, 14, characterized records that provided as a transmitter mono vibrator are used to create a divergent sound bundle are convexly curved. 16. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung eines divergenten Schallbündels beim Senden eine Linse vor dem Schwinger angebracht ist.16. The apparatus according to claim 5, 14, characterized records that to create a divergent Sound beam when sending a lens in front of the Transducer is attached. 17. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung eines divergenten Schallbündels beim Senden der Schwinger hinrei­ chend kleine Abmessungen aufweist.17. The apparatus according to claim 5, 14, characterized records that to create a divergent Sound beam when sending the transducers accordingly small dimensions. 18. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14-17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Betrieb mit funktionell getrenn­ ten Monoschwingern der Empfangsschwinger als Ergeb­ nis der Optimierung der Richtungsempfindlichkeit relativ klein ist.18. The apparatus according to claim 5, 14-17, characterized records that when operating with functionally separate mono transducers of the receiving transducers as a result optimization of directional sensitivity is relatively small. 19. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14-18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Betrieb mit funktionell getrenn­ ten Monoschwingern diese mechanisch zu einer Ein­ heit als Sonde zusammengefaßt sind. 19. The apparatus of claim 5, 14-18, characterized records that when operating with functionally separate ten mono transducers mechanically into one are summarized as a probe.   20. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14 bis mindestens 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeschwinger als relativ breiter Ring ausgebildet ist, der den kleineren Empfangsschwinger umschließt.20. The apparatus of claim 5, 14 to at least 18, characterized in that the transmitter oscillator is designed as a relatively wide ring that the encloses smaller reception transducer. 21. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14-20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwinger der von einem Litho­ tripsie-Kontroll-Scanner funktionell unabhängigen Geschwindigkeitsmeßvorrichtung mit der Sonde des Kontrollgeräts verbunden ist oder mit diesem eine mechanische Einheit bildet.21. The apparatus according to claim 5, 14-20, characterized records that the transducer is from a litho tripsie control scanner functionally independent Speed measuring device with the probe of the Control device is connected or with this one forms a mechanical unit. 22. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14 bis mindestens 21, dadurch gekennzeichnet, daß Sende- und Empfangs­ schwinger der Meßvorrichtung in Form einer in der Mitte unterbrochenen Leiste (2) neben dem Linear- Array der Sonde (1) angebracht sind, wobei sich das Empfangselement (5) in der Lücke befindet.22. The apparatus of claim 5, 14 to at least 21, characterized in that the transmitting and receiving oscillators of the measuring device in the form of a bar interrupted in the middle ( 2 ) next to the linear array of the probe ( 1 ) are attached, the Receiving element ( 5 ) is located in the gap. 23. Vorrichtung nach Anspruch 5, 14-22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sende- und Empfangsschwinger der Meßvorrichtung bei einer Curved-Linear-Array-Sonde in Form einer in der Mitte unterbrochenen bogen­ förmigen Leiste neben dem Array angebracht sind, wobei sich das Empfangselement in der Lücke be­ findet.23. The device according to claim 5, 14-22, characterized records that transmit and receive transducers of Measuring device for a curved linear array probe in the form of a bow interrupted in the middle shaped bar next to the array the receiving element being in the gap finds.
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