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    • 专利摘要:
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Detektion von Embolien in einem Fluidstrom mittels einer an eine Ultraschallsende- und Ultraschallempfangseinrichtung (1) angeschlossenen Ultraschallsonde, die Ultraschallwellen aussendet, wobei die von bewegten Objekten verursachten Reflexionen dieser Ultraschallwellen empfangen und ausgewertet werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht eine Vorrichtung der vorgenannten Art aus der Ultraschallsende- und -empfangseinrichtung (1), einer als Doppeldraht (2) ausgeführten Ultraschallsonde, einer Einrichtung zum Einführen der Ultraschallsonde in ein Fluid führendes Gefäß bis nahe an den Entstehungsort von Embolien und einer Auswerteeinrichtung, mit der während eines Untersuchungszeitraumes die Frequenzen der empfangenen mit den Frequenzen der ausgesendeten Ultraschallwellen verglichen werden, aus Frequenzänderungen auf das Vorkommen von Embolien geschlossen wird sowie deren Größenordnungen, Anzahl und/oder Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und als Detektionsergebnis dargestellt werden.
    公开号:DE102004002227A1
    申请号:DE200410002227
    申请日:2004-01-13
    公开日:2005-08-04
    发明作者:Philipp Dr. Bahrmann；Hans-Reiner Prof. Dr. Figulla；Andreas Prof. Dr. Voß；Marcel Wagner
    申请人:FACHHOCHSCHULE JENA；
    IPC主号:A61B8-06
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahrenzur Detektion von Embolien in einem Fluidstrom mittels einer aneine Ultraschallende- und Empfangseinrichtung angeschlossenen Ultraschallsonde,wobei mittels der Sonde Ultraschallwellen ausgesendet und die vonbewegten Objekten verursachten Reflexionen dieser Ultraschallwellenempfangen und ausgewertet werden.
    [0002] Vorrichtungenund Verfahren zur Detektion von Fremdkörpern in einem strömenden Fluid,insbesondere zur Erkennung von Embolien in durchströmten Blutgefäßen, sindaus der Medizin bekannt.
    [0003] Diebisher etablierten Verfahrensweisen zur Erkennung von Embolien beruhenauf der Dopplersonographie, bei der beispielsweise die Arteria carotismedia durch das transtemporale Knochenfenster mit Ultraschall beaufschlagtwerden. Nachteiligerweise kommt es dabei aufgrund von Reflexion,Absorption und Streuung des Ultraschalls durch die Schädelkalottesowie aufgrund der Verwechslung mit anderen Gefäßabschnitten, verursacht etwadurch Lageveränderungeninfolge einer Körperbewegung,zu Störungenund damit zu ungenauen Detektionsergebnissen.
    [0004] Umdem zu abzuhelfen wurden Vorrichtungen und Verfahren entwickelt,bei denen gleichzeitig von zwei Orten aus mittels Ultraschall gemessen wird.Nachteiligerweise ist auch damit nicht gewährleistet, daß alle Embolienerfaßtwerden, da aufgrund der Gefäßverästelungendas Blut einschließlichder mitgeführtenPartikel in verschiedene Körperregionenfließtund daher diese Partikel nicht mehr zwingend die Meßstellepassieren.
    [0005] Sobeschreibt beispielsweise die DE 197 33 091 A1 eine Vorrichtung und einVerfahren zur Emboliedetektion, bei der eine Ultraschalleinheitzum Empfang und zur Auswer tung zweier an verschiedenen Körperpositionreflektierter Signal eingerichtet ist und ein Embolus nur dann signalisiertwird, wenn eine charakteristische Änderung des ersten oder zweiten Signalsaußerhalbeines vorgegebenen Zeitabstandes des jeweils anderen Signals eintritt.
    [0006] Einweiterer Nachteil der bisherigen Anwendungen der Dopplersonographieist die geringe Eindringtiefe, wodurch Embolien in Herzkranzgefäßen nichtoder nur unzureichend feststellbar sind. Wollte man die Dopplersonographiezur Detektion von Embolien in Herzkranzgefäßen nutzen, müßten, damit dieUltraschallsignale die Rippen des Brustkorbes durchdringen können, sehrhohe Ultraschalleistungen bei gleichzeitig sehr niedriger Ultraschallfrequenz(etwa 2 MHz) genutzt werden, was eine schlechte Auflösung unddamit wiederum ungenaue Ergebnisse zur Folge hätte.
    [0007] Insbesonderebei invasiven Eingriffen, beispielsweise PTCA (percutane transluminalecoronare Angioplastie), würdeeine auf dem Brustkorb angeordnete Ultraschall-Meßanordnungden Eingriff behindern, da der Brustkorb während des Eingriffs zwecksDarstellung der Gefäße mehrfachgeröntgt werdenmuß. Umdie Sicht bzw. das Bild nicht zu verdecken, müßte vor jeder Röntgenaufnahmedie Meßanordnungentfernt werden, wodurch eine kontinuierliche Ultraschallmessungnicht möglichwäre.
    [0008] Einweiterer wesentlicher Nachteil der bisherigen Vorrichtungen undVerfahren besteht darin, daß mitnicht parallel zur Strömungsrichtungdes Fluids ausgesendeten Ultraschallwellen gemessen wird. Die Ultraschallwellenwerden meist von außensenkrecht auf den zu untersuchenden Gefäßabschnitt gerichtet, was zurFolge hat, daß Partikelan der Ultraschallsonde senkrecht vorbeischwimmen, daher bedingtdurch das Doppler-Prinzip kein Signal oder bestenfalls ein kaummeßbaresSignal liefern und insofern nicht erfaßt werden können.
    [0009] Diederzeit bekannten Vorrichtungen und Verfahren zielen deshalb lediglichdarauf ab, Embolien zu detektieren, die sich auf dem Weg zum Gehirn befindenund dort zu Gefäßverschlüssen führen können.
    [0010] Davonausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Effizienzbei der Detektion von Embolien zu erhöhen und insbesondere die Detektionvon Embolien währendeiner perkutanen koronaren Intervention schon in der Nähe ihresEntstehungsortes zu ermöglichen.
    [0011] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe gelöst miteiner Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, umfassend eineUltraschallsende- und -empfangseinrichtung, eine Ultraschallsonde,welche an die Ultraschallsende- und -empfangseinrichtung angeschlossenist, eine Einrichtung zum Einführender Ultraschallsonde in einen arteriellen Gefäßabschnitt eines Patientenund eine Auswerteeinrichtung, mit der während eines Untersuchungszeitraumesdie Frequenzen der empfangenen mit den Frequenzen der ausgesendetenUltraschallwellen verglichen werden, aus Frequenzänderungenauf das Vorkommen von Embolien geschlossen wird sowie deren Größenordnungen,Anzahl und/oder Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und als Detektionsergebnis dargestelltwerden.
    [0012] Einwesentlicher Vorteil gegenüberden bisher bekannten Vorrichtungen ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtunginsofern, als die Ultraschallsonde nun nicht mehr außerhalbdes durchströmtenGefäßabschnittes,sondern in dem strömendenFluid plaziert ist und dadurch die Registrierung von Artfakten bzw.störendenSignalen auf ein Minimum reduziert wird. Auch die Erfassung von Fehlsignalen,die von einem anderen als dem interessierenden Gefäßabschnittherkommen, wird auf diese Weise vermieden. Außerdem wird lediglich nur einSensor zur Erfassung der Meßsignalebenötigt, sodaß sichmit der erfindungsgemäßen Vorrichtung imVergleich zum Stand der Technik auch der technische und finanzielleAufwand reduzieren.
    [0013] ZurEinführungder Ultraschallsonde in ein zu untersuchendes Gefäß kann eineFührungskanüle verwendetwerden. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch auch, die Ultraschallsondedurch einen Multikatheter hindurch einzuführen, der zur Applikation nochanderer Meßeinrichtungenausgebildet ist.
    [0014] DieErfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Detektionvon Embolien mittels einer an einer Ultraschallsende- und -empfangseinrichtung angeschlossenenUltraschallsonde, insbesondere zum Betreiben der bisher beschriebenenVorrichtung.
    [0015] Erfindungsgemäß ist dabeivorgesehen, daß dieUltraschallsonde in einen Gefäßabschnitteingeführtwird, in dem ein Fluid strömt,mittels der im Gefäßabschnittpositionierten Ultraschallsonde Ultraschallwellen ausgesendet unddie von im Fluid strömendenObjekten verursachten Reflexionen der Ultraschallwellen empfangenund ausgewertet werden, wobei die Frequenzen der empfangenen mitden Frequenzen der ausgesendeten Ultraschallwellen verglichen werden,aus Frequenzänderungenauf das Vorkommen von Embolien geschlossen wird sowie deren Größenordnung,Anzahl und/oder Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und als Detektionsergebnisdargestellt werden.
    [0016] Dabeiwird die Ultraschallsonde im Gefäßabschnittso ausgerichtet, daß dieUltraschallwellen parallel zur Strömungsrichtung des Fluids ausgesendet werden.Mit dem Einführender Sonde in den Gefäßabschnittund der Aussendung der Ultraschallwellen parallel zur Strömungsrichtungwird eine äußert hohe Genauigkeitder Emboliedetektion erzielt, da alle Objekte bzw. Partikel dieUltraschallsonde passieren müssen.Damit ist auch der Nachteil des Standes der Technik insofern aufgehoben,als Objekte bzw. Embolien nicht mehr senkrecht an der Ultraschallsonde vorbeischwimmen,dabei kein Signal oder ein zu geringes Signal liefern und daherunbemerkt bleiben können.
    [0017] Eineganz besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,die Ultraschallsonde in der Näheeines möglichenEntstehungsortes fürEmbolien in zu plazieren. Damit wurde eine Methode gefunden, diees mit höchsterSicherheit ermöglicht,alle währendeiner PCI (perkutane koronare Intervention) entstehenden Embolienzu detektieren.
    [0018] DieBedeutung dieser Maßnahmebesteht vor allem darin, daß mitder Erfassung von Embolien währenddieser Behandlung nachfolgende Komplikationen, wie z.B. Arhythmien,Mikroinfarkte, Wandbewegungsstörungenund/oder eine reduzierte Koronarreserve in Abwesenheit eines atherosklerotischen Koronarverschlussesbegegnet werden kann. Es werden so auch die Embolien detektiert,die in distal des Behandlungsortes gelegene Herzkranzgefäße transportiertwerden und dort Gefäßverschlüsse mit derFolge von Infarkten verursachen können.
    [0019] ZurErfassung analoger Ultraschallsignale wird erfindungsgemäß mit einerUltraschallfrequenz im Bereich um 15 MHz gearbeitet. Die so gewonnenenUltraschallsignale werden zunächstdigitalisiert und dann anhand von Wavelet-Skalen einer Signalanalysehinsichtlich des Vorkommens von Embolien unterzogen, entgegen derVerfahrensweise nach dem Stand der Technik, bei dem FFT (Fast Fourier Transformation)bzw. shifted FFT (ein Zeit-Frequenz-Verfahren unter Anwendung derFFT) genutzt werden.
    [0020] DieErfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
    [0021] Diezugehörige 1 zeigtbeispielhaft die erfindungsgemäße Anordnung,die im wesentlichen umfaßt: – eineUltraschallsende- und -empfangseinrichtung 1, die mit einerAuswerteeinrichtung (zeichnerisch nicht dargestellt) gekoppelt ist; – eineUltraschallsonde in Form eines Dopplerdrahtes 2 mit einemdistalen, abstrahlungsseitigen Ende 3; – eineFührungskanüle 4,die zur Durchführung desDopplerdrahtes 2 durch die Wandung eines arteriellen Gefäßes (zeichnerischnicht dargestellt) dient;
    [0022] DerEintrittsort 5 der Führungskanüle 4 in dasarterielle Gefäß ist symbolischdurch eine verstärkteDoppellinie kenntlich gemacht.
    [0023] Umwährendeiner PTCA bzw. der Behandlung eines koronaren Verschlusses Komplikationen aufgrundvon Embolien zu vermeiden, wird mittels der Führungskanüle 4 der Dopplerdraht 2 mitseinem abstrahlungsseitigen Ende 3 voran beispielsweisein die Arteria Femoralis eines Patienten eingeführt und in die Koronararterienbzw. bis zum Behandlungsort des koronaren Verschlusses vorgeschoben.
    [0024] Dasabstrahlungsseitige Ende 3 wird in Strömungsrichtung gesehen hinterdem Behandlungsort positioniert, und die Ultraschallwellen werdenin Strömungsrichtungausgesendet. Damit wird sichergestellt, daß während der Behandlung entstehende Embolienpräziseerfaßtwerden, da diese ebenso wie alle anderen mit dem Blutstrom geführten Partikel dasabstrahlungsseitige Ende 3 passieren müssen.
    [0025] AlsAuswerteeinrichtung kommt ein kommerzielles Ultraschalldopplergerät in Betracht,das einerseits gepulste Ultraschallwellen-Dopplersignale generiert,die überden Dopplerdraht 2 ausgesendet werden, und andererseitsdie ebenfalls überden Dopplerdraht 2 zurückkehrendenDopplersignale (Pulsed-wave-Doppler) registriert und aus dem Vergleichder ausgesendeten und registrierten Signale die bereits dargestelltenSchlußfolgerungenim Hinblick auf HITS (high intensity transient signals) zieht, dievon Embolien verursacht werden.
    [0026] Mitdieser Vorrichtung ist es möglich,aus den gewonnenen Ultraschallsignalen nicht nur die HITS und damitEmbolien zu selektieren, sondern auch die Blutflußgeschwindigkeitzu bestimmen. Die HITS deuten dabei auf Mikroembolien hin, die inder Regel aus Thrombenmaterial oder Plaquepartikel gebildet seinkönnen.
    [0027] Inbereits ausgeführtenVersuchung wurden zunächstanaloge Meßdatenmit einem in ein Koronargefäß eingeführten Dopplerdrahterfaßt,der an ein Ultraschalldopplergerät „FloMap®", Modell 5500, HerstellerCardiometrics Inc., USA, angeschlossen war.
    [0028] Beidem Dopplerdraht 2, der mit einer Ausgangsstrahlintensität von kleiner720 mW/cm2 und einer Ultraschallfrequenzvon 15 MHz gepulst wurde, handelte es sich um eine 0,014" Standard-Ausführung.
    [0029] Dieanalogen Meßdatenwurden zunächst miteiner an das Ultraschalldopplergerät angepaßten Abtastrate, hier von 500kHz, digitalisiert. Bei der Wahl der Abtastrate sollte gewährleistetsein, daß Teilchengeschwindigkeitenvon bis zu 512 cm/s erfaßtwerden. Die Abtastauflösungsollte vorzugsweise 12 bit betragen.
    [0030] Eineeinkanalige Digitalisierung ist denkbar, im Hinblick auf eine erhöhte Zuverlässigkeitder Meßergebnisseist jedoch eine zweikanalige Digitalisierung zu empfehlen. Im konkretenFall wurde mit einem ersten Kanal der Realteil und mit einem zweiten Kanalder Imaginärteildes Ultraschallsignals digitalisiert.
    [0031] ImAnschluß andie Digitalisierung wurde eine Aufspaltung der nun vorliegendenUltraschallsignale anhand von Wavelet-Skalen mit Betrachtung desFrequenzbandes von 1 kHz bis 30 kHz vorgenommen.
    [0032] ImZusammenhang mit dem hier verwendeten Ultraschalldopplergerät werdendie interessierenden Signale vorwiegend im Frequenzbereich von 5 kHzbis 30 kHz erwartet, was einer Teilchengeschwindigkeit von 25 cm/sbis 1 55 cm/s entspricht.
    [0033] Dienun digital vorliegenden Ultraschallsignale wurden in einem nächsten Verfahrensschritt nachrelevanten Ereignissen, d.h. nach HITS, und nach vernachlässigbaren,unbedenklichen Ereignissen, den Artefakten, klassifiziert. Hierzuwar zunächstein Schwellwert zu ermitteln. Dieser sollte um mehr als das zweifache über demIntensitätsmittelwertdes Analyseabschnitts fürjede einzelne Wavelet-Skale liegen.
    [0034] Aufdiese Weise sind die HITS als Signale mit einer Dauer von 8 ms bis30 ms identifizierbar. Signale von kürzerer Dauer werden als Artefakteklassifiziert. Signale längererDauer sind ebenfalls nicht von HITS verursacht, sondern beispielsweisevon anhaltenden Verwirbelungen des Fluids in noch verengten Gefäßen.
    [0035] Beider Klassifizierung der Ultraschallsignale wird davon ausgegangen,daß dieHITS oberhalb der Flußgeschwindigkeitdes Fluids liegen, in dem sie mitgeführt werden, da die sich schnellim Fluidstrom bewegenden Teilchen hinter sich Verwirbelungen erzeugen,die höhereFrequenzen im Dopplersignal verursachen. Die HITS erstrecken sichstets über mehrereWavelet-Skalen, die Flußgeschwindigkeiten von25 cm/s bis 155 cm/s repräsentieren.
    [0036] ZurQualifikation der HITS wird zunächstin den Wavelet-Skalen eine zeitliche Zuordnung zur Herzfrequenzvorgenommen, wobei allerdings der Herzschlageinfluß zu berücksichtigenist, was mittels Schwellwertanpassung erfolgt.
    [0037] Hierauffolgend wird die Signalleistung in den Einzelskalen bestimmt, d.h.die Skalensumme wird gebildet und auf einem Durchschnittswert normiert. DieserDurchschnittswert wird in einem emboliefreien Datensatzabschnitt,der zwei bis drei Herzschläge nacheinem vorangegangen HITS liegen sollte, anhand eines adäquaten Intervalls über mehrereMillisekunden ermittelt.
    [0038] DieHITS entsprechen im Dopplerfrequenzspektrum einem hochintensiven,kurzzeitigen Signal der oben angegebenen Dauer, das mindestens etwa 1Dezibel überdem Hintergrundspektrum liegt und von einem typischen musikalischenGeräuschmit zwitschernden Charakter begleitet wird.
    1 Ultraschallsende-und -empfangseinrichtung 2 Dopplerdraht 3 Ende 4 Führungskanüle 5 Eintrittsort
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Vorrichtung zur Detektion von Embolien mittels Ultraschall,umfassend – eineUltraschallsende- und -empfangseinrichtung (1), – eine Ultraschallsonde,welche an die Ultraschallsende- und Ultraschallempfangseinrichtung(1) angeschlossen ist, – eine Einrichtung zum Einführen derUltraschallsonde in einen arteriellen Gefäßabschnitt eines Patientenund – eineAuswerteeinrichtung, mit der währendeines Untersuchungszeitraumes die Frequenzen der empfangenen mitden Frequenzen der ausgesendeten Ultraschallwellen verglichen werden,aus Frequenzänderungenauf das Vorkommen von Embolien geschlossen wird sowie deren Größenordnung,Anzahl und/oder Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und als Detektionsergebnisdargestellt werden.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß zumEinführender Ultraschallsonde eine Führungskanüle (4)vorgesehen ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß zurEinführungder Ultraschallsonde ein Multikatheter genutzt wird, der zur Applikation nochanderer Meßeinrichtungenausgebildet ist.
    [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß alsAuswerteeinrichtung ein kommerzielles Ultraschalldopplergerät vorgesehenist.
    [5] Verfahren zur Detektion von Embolien mittels eineran eine Ultraschallsonde- und -empfangseinrichtung (1)angeschlossenen Ultraschallsonde, insbesondere zum Betreiben einerAnordnung nach den Ansprüchen1 bis 4, wobei – dieUltraschallsonde in ein Fluid führendesGefäß eingeführt, indem Gefäß bis indie Näheeines Entstehungsortes von Embolien vorgeschoben und dort positioniertwird, – mittelsder Ultraschallsonde Ultraschallwellen ausgesendet und die von imFluid mitgeführtenObjekten verursachten Reflexionen dieser Ultraschallwellen empfangenund ausgewertet werden, indem – die Frequenzen der empfangenenmit den Frequenzen der ausgesendeten Ultraschallwellen verglichen werden,aus Frequenzänderungenauf das Vorkommen von Embolien geschlossen wird sowie deren Größenordnung,Anzahl und/oder Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und als Detektionsergebnis dargestelltwerden.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß dieUltraschallwellen parallel zur Strömungsrichtung des Fluids ausgesendetwerden.
    [7] Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,daß dieUltraschallsonde – ineine Arterie eines Patienten, bevorzugt in die Arteria Femoralis,eingeführtwird, – vondort überdie Aorta in die Koronararterien bis zum Behandlungsort eines koronarenVerschlusses vorgeschoben wird, und – die Bestimmung von Größenordnung,Anzahl und Bewegungsgeschwindigkeit der Embolien während derBehandlung erfolgt, wobei die Ultraschallsonde in Strömungsrichtunggesehen hinter dem Behandlungsort positioniert wird und die Ultraschallwellenin Strömungsrichtungausgesendet werden.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,daß – mit derUltraschallsonde zunächstUltraschallsignale in Form analoger Meßdaten erfaßt, – danach die Meßdaten digitalisiertwerden, und anschließend – die digitalisiertenDaten einer Bewertung hinsichtlich des Vorkommens von Embolien innerhalbgefilterter Signalbänderanhand von Wavelet-Skalen unterzogen werden.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004002227B4|2007-03-22|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-04| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-09-20| 8364| No opposition during term of opposition|
    2011-07-14| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: FIGULLA, HANS-RAINER, PROF. DR., DE Free format text: FORMER OWNER: FACHHOCHSCHULE JENA, 07745 JENA, DE Effective date: 20110509 |
    2013-11-14| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20130801 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410002227|DE102004002227B4|2004-01-13|2004-01-13|Vorrichtung zur Detektion von Embolien|DE200410002227| DE102004002227B4|2004-01-13|2004-01-13|Vorrichtung zur Detektion von Embolien|
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