DE4226865A1

DE4226865A1 - Ultraschalldiagnosegerät für die Dermatologie

Info

Publication number: DE4226865A1
Application number: DE19924226865
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Breimesser; Bernd Dipl Phys Dr Granz
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1994-03-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von Hautgewebe.

Bekannte B-Bild-Geräte der medizinischen Ultraschalldia gnostik haben im allgemeinen Betriebsfrequenzen in einem Bereich von etwa 3 MHz bis 10 MHz. Sie können daher nur Strukturen abbilden, die größer sind als etwa 1 mm. Für Untersuchungen von Oberflächengewebe wie der menschlichen Haut ist jedoch eine höhere Auflösung im Bereich zwischen 1 µm und 1 mm erforderlich. Da die Auflösung von der Wel lenlänge des das Gewebe durchdringenden Ultraschalls ab hängt, muß für eine bessere Auflösung eine höhere Betriebs frequenz von wenigstens 20 MHz erreicht werden. Gleich zeitig verringert sich bei einer höheren Betriebsfre quenz auch die Eindringtiefe. Für dermatologische Unter suchungen reichen jedoch Eindringtiefen von etwa 4 bis 10 mm aus.

Es ist ein hochauflösendes Ultraschall-B-Bildgerät mit einer Betriebsfrequenz zwischen 40 MHz und 100 MHz be kannt, mit dem Hautgewebe sichtbar gemacht werden kann. Dazu ist ein speziell gestalteter Applikator vorgesehen mit einem Ultraschallwandlerelement aus einer Piezokeramik oder einer piezoelektrischen Polymerfolie, beispielsweise PVDF, zum Senden von Ultraschallsignalen sowie zum Empfan gen der von dem Gewebe gestreuten Echosignale. Der Appli kator ist kompakt mit Abmessungen in einem Bereich von wenigen mm und ist für Frequenzen zwischen 40 MHz und 100 MHz ausgelegt. Durch laterales, d. h. in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Ultraschallpulse, Verschieben des Wandlerelements in einem Bereich von 4 mm wird das zu untersuchende Gewebe mechanisch abgetastet. Die in elektrische UHF-Signale umgewandelten Ultra schallpulse werden in einer Auswerteelektronik zuerst verstärkt zum Ausgleich der von der Laufzeit der Ultra schallpulse abhängigen Dämpfung, dann logarithmisch kom primiert und in einem A/D-Konverter in entsprechende Videonormsignale übergeführt. Das derart verarbeitete B-Bild wird auf einem Videomonitor abgebildet oder in einem Videorekorder gespeichert. Mit diesem bekannten System können fünf Bilder pro Sekunde aufgebaut werden. Die Auflösung liegt bei etwa 20 µm und die maximale Ein dringtiefe der Ultraschallpulse bei annähernd 4 mm ("IEEE- Ultrasonics Symposium 1991", Seiten 1161-1169).

Es ist ferner ein lineares Ultraschallwandler-Array mit etwa 100 Wandlerelementen bekannt, dessen Betriebsfre quenz bei 100 MHz liegt. Die piezoelektrischen Wandler elemente sind photolithographisch durch naßchemisches Ätzen eines 10 µm dicken, auf einem Saphirsubstrat ange ordneten ZnO-Film erzeugt worden und sind etwa 100 µm breit, etwa 6 mm lang und durch etwa 10 µm breite V-för mige Gräben voneinander getrennt. Die Empfindlichkeiten der einzelnen Wandlerelemente unterscheiden sich um maxi mal ± 1 dB und das Übersprechen der Wandlerelemente auf einander ist im Mittel auf etwa -55 dB beschränkt. Ein solches lineares Ultraschallwandler-Array ist kompakt mit Abmessungen zwischen etwa 6 mm und 12 mm. Das Gewebe wird mit diesem Array Zeile für Zeile elektronisch abgetastet, wobei vorzugsweise das Signal eines Wandlerelements einem Pixel des Bildes zugeordnet wird ("Ultrasonics Interna tional 91 Conference Proceedings", Seiten 379-382).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für derma tologische Anwendungen ein bedienerfreundliches und kom paktes Ultraschalldiagnosegerät zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkma len des Anspruchs 1. Ein Applikator mit einer Ultraschall wandleranordnung mit einer zur Untersuchung von Hautgewebe geeigneten Betriebsfrequenz von wenigstens 20 MHz und ein Bildanzeigegerät mit einem Bildschirm sind in einer mit der Hand führbaren Diagnoseeinheit integriert. Die die Un tersuchung durchführende Person hat damit das Hautgewebe und den Bildschirm - gleichsam wie bei einer Betrachtung durch eine Lupe - direkt im Blickfeld und kann den Appli kator kontrolliert führen, ohne den Blick zwischen Unter suchungsfeld und Monitor hin- und herbewegen zu müssen. Es ist ferner eine elektronische Signalverarbeitungseinheit zum Umwandeln der von der Ultraschallwandleranordnung ge lieferten elektrischen Signale in auf dem Bildschirm des Bildanzeigegerätes darstellbare B-Bildsignale vorgesehen.

Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinheit in einem Hauptgerät (main frame) angeordnet, das über ein Kabel zur Stromversorgung und Datenübertragung an die Diagnoseein heit angeschlossen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Applika tor ein lineares Ultraschallwandler-Array. Ein solches lineares Ultraschallwandler-Array ist beispielsweise aus "Ultrasonics International 1991 Conference Proceedings", Seiten 379-382 bekannt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Gewebe elektronisch abgetastet wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich nung Bezug genommen, in deren einziger Figur eine Aus führungsform einer Vorrichtung zur Untersuchung von Haut gewebe gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es sind ein Applikator mit 2, ein Bildanzeigegerät mit 4, des sen Bildschirm mit 5, eine aus Applikator 2 und Bildanzei gegerät 4 zusammengesetzte Diagnoseeinheit mit 6, ein Ka bel mit 8, ein Hauptgerät mit 9, dessen Bildschirm mit 10 und eine Signalverarbeitungseinheit mit 12 bezeichnet.

Der Applikator 2 enthält in einer vorteilhaften Ausfüh rungsform ein - nicht dargestelltes - lineares Ultraschall wandler-Array mit einer Betriebsfrequenz von wenigstens 20 MHz. Ein solches lineares Array kann beispielsweise durch Weiterbildung eines aus "Ultrasonics International 91 Conference Proceedings", Seiten 379-382 bekannten Arrays realisiert werden, indem man die Breiten und Ab stände der Wandlerelemente entsprechend anpaßt. Für eine Betriebsfrequenz von beispielsweise 30 MHz ergibt sich eine Abmessung des linearen Ultraschallwandlerarrays in seiner Längsrichtung von etwa 20 mm. Typische Werte für die Auflösung sind lateral, d. h. in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls, weniger als 0,5 mm und axial, d. h. in Ausbreitungsrichtung des Ultra schalls, weniger als 0,1 mm.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Applikator mit einem lateral verschiebbaren Ultraschallwandlerelement vorgesehen. Ein solcher Applikator ist beispielsweise aus "IEEE Ultrasonics Symposium" 1991, Seiten 1161-1169 bekannt. Das Gewebe wird dann mechanisch abgetastet.

Das Bildanzeigegerät 4 ist auf den Applikator 2 derart aufgesetzt, daß der Bildschirm 5 des Bildanzeigegerätes 4 direkt im Gesichtsfeld der das Hautgewebe untersuchenden Person liegt.

In einer besonderen Ausführungsform ist das Bildanzeige gerät 4 von dem Applikator 2 abnehmbar. Zur elektrischen Verbindung des Bildanzeigegerätes 4 mit dem Applikator 2 ist dann vorzugsweise eine Steckverbindung vorgesehen.

Die Diagnoseeinheit 6 wird über das Kabel 8 von dem Haupt gerät 9 mit elektrischer Energie versorgt.

Auf dem Bildschirm 5 wird ein B-Bild des von dem linearen Wandlerarray elektronisch abgetasteten Hautgewebes darge stellt. Die dazu erforderliche Signalverarbeitung wird von der Signalverarbeitungseinheit 12 durchgeführt, die vor zugsweise in dem Hauptgerät 9 angeordnet ist wegen des Platzbedarfs und der Verlustwärme, die bekannte Elektro nikkomponenten bisher aufweisen. Die vom Array gelieferten UHF-Signale und die in der Signalverarbeitungseinheit 12 verarbeiteten Bildsignale werden dazu über das Kabel 8 von der Diagnoseeinheit 6 zum Hauptgerät 9 bzw. umgekehrt übertragen. Die Signalverarbeitungseinheit kann aber auch in der Diagnoseeinheit integriert sein.

Jedes Wandlerelement des linearen Arrays liefert ein Ultraschall-Bildsignal. Die Zahl der Zeilen des elek tronisch abgetasteten B-Bildes entspricht daher der Zahl der Wandlerelemente des linearen Ultraschallwandler- Arrays. Die Zahl der Spalten hängt von der zeitlichen Auflösung der Laufzeit der Ultraschallpulse im Gewebe und damit von der axialen Auflösung ab. Bei einer typischen Anzahl von 100 Wandlerelementen, einer Eindringtiefe von 5 mm und einer axialen Auflösung von 0,05 mm besteht das ursprüngliche B-Bild beispielsweise aus maximal 100 × 100 Bildpunkten. Der Bildausschnitt des untersuchten Gewebes ist dann bei einer Arraylänge von 20 mm etwa 20 × 5 mm².

Dieses ursprünglich abgetastete B-Bild wird nun in ein auf dem Bildschirm 5 sichtbares Bild umgewandelt. Dazu umfaßt die Signalverarbeitungseinheit 12 einen Konverter, der die aufbereiteten UHF-B-Bildsignale in eine für das Bildan zeigegerät 4 kompatible Bildnorm umsetzt. Es kann bei spielsweise das gesamte Bild im Maßstab 1 : 2 im Zeilenfor mat und 1 : 4 im Spaltenformat mit 200 × 200 Bildpunkten auf einem etwa 40 × 40 mm² großen Bildschirm 5 dargestellt werden oder auch nur Ausschnitte des Bildes. Das Format des Bildes und die Anzahl der Bildpunkte können den Anfor derungen entsprechend angepaßt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Videokon verter vorgesehen, der die B-Bildsignale in Videonorm um setzt. Auf dem Bildschirm 5 wird dann ein Videobild dar gestellt und das Bildanzeigegerät 4 ist ein kleiner Vi deomonitor. Das Videobild kann auch in einem Videorekor der gespeichert werden, der vorzugsweise in dem Haupt gerät 9 integriert ist, oder auf dem zusätzlichen Bild schirm 10 des Hauptgerätes 9 dargestellt werden.

Die Signalverarbeitungseinheit 12 kann auch Mittel zur Bildmanipulation (post-processing) wie beispielsweise zur Kanten- oder Kontrastverstärkung oder zum Glätten des Bildes enthalten.

Der Bildschirm 5 des Bildanzeigegerätes 4 ist vorzugsweise als Flachbildschirm ausgebildet. Das Bildanzeigegerät 4 kann außerdem ein Kathodenstrahlmonitor sein.

Es können ferner Schnittstellen zum Anschluß an bekannte Ultraschall-B-Bildgeräte vorgesehen sein.

Claims

1. Vorrichtung zur Untersuchung von Hautgewebe mit folgen den Merkmalen:

a) Es ist ein Applikator (2) vorgesehen, der eine Ultra schallwandleranordnung zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen mit einer Betriebsfrequenz von wenigstens 20 MHz enthält;
b) es ist eine elektronische Signalverarbeitungseinheit (12) zum Umwandeln der von der Ultraschallwandleran ordnung gelieferten Signale in B-Bildsignale vorge sehen;
c) es ist ein Bildanzeigegerät (4) mit einem Bildschirm (5) zur Darstellung dieser B-Bildsignale vorgesehen, das mit dem Applikator (2) eine mit der Hand über das Hautgewebe führbare Diagnoseeinheit (6) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Ultraschallwandleran ordnung ein lateral bewegbares Wandlerelement zum mecha nischen Abtasten des Hautgewebes vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Ultraschallwandleran ordnung ein lineares Ultraschallwandler-Array zum elek tronischen Abtasten des Hautgewebes vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß ein Katho denstrahlmonitor als Bildanzeigegerät (4) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß ein Flach bildschirm als Bildschirm (5) des Bildanzeigegerätes (4) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Dia gnoseeinheit (6) über ein Kabel (8) mit einem Hauptgerät (9) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (12) in dem Hauptgerät (9) in tegriert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Sig nalverarbeitungseinheit (12) in der Diagnoseeinheit (6) integriert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildanzeigegerät (4) und der Applikator (2) lösbar ver bunden sind.