WO2008086832A1 - Method and device for the non-invasive analysis of a body with ultrasound radiation - Google Patents

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WO2008086832A1 PCT/EP2007/008535 EP2007008535W WO2008086832A1 WO 2008086832 A1 WO2008086832 A1 WO 2008086832A1 EP 2007008535 W EP2007008535 W EP 2007008535W WO 2008086832 A1 WO2008086832 A1 WO 2008086832A1
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Abstract

The invention relates to a method for the non-invasive analysis of a region inside a body and under the body surface by means of ultrasound radiation, characterized in that ultrasound radiation is directed into the inside of the body through the body surface. The ultrasound radiation reflected by the internal body structures is measured and conclusions are drawn with respect to the arrangement of the internal body structures. In order to render the measurement results largely independent from the nature of the intermediary tissue structures, it is proposed that eddy currents are induced in the region to be analyzed by applying an external, primary alternating magnetic field, the generated secondary magnetic fields induced by said eddy currents are measured outside the body, data on the basis of the obtained measurement data of the secondary magnetic fields with respect to the nature of the tissue adjacent to the body surface, to its arrangement, distribution and/or thickness is derived and said data are taken into consideration during the evaluation of the measurement results of the reflected ultrasound radiation.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR NICHTINVASIVEN UNTERSUCHUNG EINES KÖRPERS MIT ULTRASCHALLSTRAHLUNG METHOD AND DEVICE FOR NONINVASIVELY INVESTIGATING A BODY WITH ULTRASOUND RADIATION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nichtinvasiven Untersuchung eines im Inneren eines Körpers unter der Körperoberfläche liegenden Bereiches mit Ultraschallstrahlung, bei dem man Ultraschallstrahlung durch die Körperoberfläche in das Inneren des Körpers richtet, die von internen Körperstrukturen des Körpers reflektierte Ultraschallstrahlung misst und daraus Rückschlüsse auf die Anordnung der internen Körperstrukturen zieht.The invention relates to a method for the noninvasive examination of a region located below the body surface in the body with ultrasound radiation, in which ultrasound radiation is directed through the body surface into the interior of the body, which measures ultrasound radiation reflected by internal body structures of the body and from this conclusions about the arrangement the internal body structures pulls.
Derartige Verfahren sind weit verbreitet und haben den Vorteil, dass nichtinvasiv Körperstrukturen im Inneren des Körpers untersucht werden können, wobei allerdings ein gewisses Problem darin besteht, dass die Ultraschallstrahlung beim Durchqueren der Gewebestrukturen in unterschiedlichen Gewebearten unterschiedlich absorbiert und reflektiert wird und auch eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit haben kann. Wenn daher die Gewebestrukturen zwischen der Körperoberfläche und einer zu untersuchenden Körperstruktur, beispielsweise einer knöchernen Struktur, nicht homogen ausgebildet ist und wenn deren Zusammensetzung nicht bekannt ist, dann ist es schwierig, aus den reflektierten Ultraschallstrahlungen und der Laufzeit der Ultraschallstrahlung zwischen Aussendung und Empfang der reflektierten Ultraschallstrahlung die Messergebnisse zutreffend zu werten. Um zuverlässige Messergebnisse über die Lage der Körperstrukturen zu erhalten, an denen die Ultraschallstrahlung reflektiert wird, würde man Informationen über die Art der zwischen Körperoberfläche und zu untersuchender Körperstruktur liegenden Gewebeschichten, deren Verteilung, Dicke und Anordnung benötigen.Such methods are widely used and have the advantage that non-invasive body structures can be examined inside the body, although a certain problem is that the ultrasound radiation is differently absorbed and reflected when crossing the tissue structures in different tissue types and also have a different propagation speed can. Therefore, if the tissue structures between the body surface and a body structure to be examined, such as a bony structure, are not formed homogeneously and their composition is unknown, then it is difficult to distinguish between the reflected ultrasound radiations and the duration of the ultrasound radiation between transmission and reception of the reflected Ultrasonic radiation to evaluate the measurement results applicable. In order to obtain reliable measurement results on the position of the body structures at which the ultrasound radiation is reflected, one would need information on the type of tissue layers lying between the body surface and the body structure to be examined, their distribution, thickness and arrangement.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren so auszugestalten, dass die durch die Ultraschalluntersuchung erzielten Informationen über interne Körperstrukturen durch Informationen über die Art, Verteilung und / oder Anordnung der Gewebeschichten im Inneren des Körpers verbessert werden.It is an object of the invention to provide a generic method in such a way that the information about internal body structures obtained by the ultrasound examination is provided by information about the type, distribution and / or or arrangement of the tissue layers are improved inside the body.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass man durch ein externes, primäres Wechsel- Magnetfeld in dem zu untersuchenden Bereich Wirbelströme induziert, die von diesen Wirbelströmen erzeugten sekundären Magnetfelder außerhalb des Körpers misst, aus den Messdaten der sekundären Magnetfelder Daten über die Art des an die Körperoberfläche angrenzenden Gewebes, dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke ableitet und diese Daten bei der Auswertung der Messergebnisse der reflektierten Ultraschallstrahlung berücksichtigt.This object is achieved in a method of the type described above according to the invention by inducing eddy currents in the area to be examined by an external, primary alternating magnetic field, which measures secondary magnetic fields generated by these eddy currents outside the body, from the measured data of the secondary magnetic fields Derives data on the nature of the tissue adjacent to the body surface, its arrangement, distribution and / or thickness and derives this data when evaluating the measurement results of the reflected ultrasound radiation.
Das Ultraschall-Untersuchungsverfahren wird also kombiniert mit einem weiteren nichtinvasiven Untersuchungsverfahren, bei dem durch in den Gewebeschichten induzierte Wirbelströme indirekt die elektrische Leitfähigkeit der unterschiedlichen Gewebebereiche im Körper bestimmt wird. Diese Leitfähigkeit wiederum gibt Auskunft über die Natur des Gewebes, über die Verteilung unterschiedlich gearteten Gewebes, über die Schichtdicke und / oder die Anordnung bestimmter Gewebeschichten. Diese Information kann dann unmittelbar dazu verwendet werden, die Messergebnisse der Ultraschalluntersuchung zu modifizieren und an die tatsächlichen Gegebenheiten in dem von der Ultraschallstrahlung durchlaufenen Bereich des Körpers anzupassen.The ultrasound examination method is therefore combined with another non-invasive examination method in which the electrical conductivity of the different tissue areas in the body is indirectly determined by eddy currents induced in the tissue layers. This conductivity, in turn, provides information about the nature of the tissue, about the distribution of different types of tissue, about the layer thickness and / or the arrangement of certain tissue layers. This information can then be used directly to modify the measurement results of the ultrasound examination and adapt it to the actual conditions in the region of the body through which the ultrasound radiation passes.
Verfahren zur Untersuchung biologischen Gewebes durch induzierte Wirbelströme sind an sich bekannt, werden jedoch vorwiegend verwendet, um Auf- schluss über Hautirritationen, den Verlauf einer Wundheilung oder das Vorhandensein eines Ödems zu geben (Dissertation Dipl.-Ing. Claudia H. Riedel "Planare induktive Impedanzmessverfahren in der Medizintechnik", 15. Juli 2004, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Fridericiana Karlsruhe). Eine Kombination eines solchen Verfahrens mit einer Ultraschalluntersuchung ergibt nun ein kombiniertes Verfahren, bei dem man die gewebespezifischen Daten im Untersuchungsbereich, der von der Ultraschallstrahlung durchlaufen wird, nichtinvasiv erfassen und verwenden kann, um die Messdaten der Ultraschallstrahlung anzupassen an die individuelle Gewebeausbildung im Bereich zwischen Körperoberfläche und untersuchter interner Körperstruktur, so dass auf diese Weise die Ultraschalluntersuchungen auch bei unterschiedlich ausgebildeten, die interne Körperstruktur bedeckenden Gewebeschichten eine deutlich erhöhte Aussagekraft erhalten.Methods for the examination of biological tissue by induced eddy currents are known per se, but are predominantly used to provide information on skin irritations, the course of wound healing or the presence of edema (PhD Dipl.-Ing. Claudia H. Riedel "Planar inductive Impedance measurement in medical technology ", 15 July 2004, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology at the University of Fridericiana Karlsruhe). A combination of such a method with an ultrasound examination now yields a combined method in which the tissue-specific data in the examination area, which is passed through by the ultrasound radiation, can be noninvasively detected and used to adapt the ultrasound measurement data to the individual tissue formation in the area between the body surface and examined internal body structure, so that the ultrasound examinations obtained in this way, even with differently trained, the internal body structure covering tissue layers significantly increased significance.
Günstig ist es, wenn man bei der Messung des sekundären Magnetfeldes die Einwirkung des primären Wechsel-Magnetfeldes auf die Messeinrichtung des sekundären Magnetfeldes kompensiert. Dadurch lässt sich die Messgenauigkeit ganz erheblich erhöhen, da die Größe des von den Wirbelströmen erzeugten sekundären Magnetfeldes wesentlich kleiner ist als die Größe des primären Wechsel-Magnetfeldes, je nach Abstand und Ausgestaltung der verwendeten Apparaturen kann das sekundäre Magnetfeld in der Größenordnung zwischen 10"2 und 10"6 des primären Wechsel-Magnetfeldes liegen.It is favorable if, in the measurement of the secondary magnetic field, the action of the primary alternating magnetic field on the measuring device of the secondary magnetic field is compensated. As a result, the measurement accuracy can be significantly increased because the size of the secondary magnetic field generated by the eddy currents is much smaller than the size of the primary alternating magnetic field, depending on the distance and design of the equipment used, the secondary magnetic field in the order of 10 " and 10 "6 of the primary alternating magnetic field.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass man primäre Wechsel-Magnetfelder mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet, beispielsweise mit Frequenzen von 500 kHz und 1 MHz, wobei grundsätzlich Frequenzen im Bereich zwischen 20 kHz und 10 MHz Verwendung finden können. Der Vorteil der Verwendung unterschiedlicher Frequenzen liegt darin, dass die Induktion der Wirbelströme unter dem Einfluss des primären Wechsel-Magnetfeldes und damit auch die Erzeugung des sekundären Magnetfeldes bei unterschiedlichen Gewebearten abhängig von der Frequenz unterschiedlich groß sind, das heißt unterschiedliche Gewebearten tragen bei unterschiedlichen Frequenzen verschieden stark zur Erzeugung der Wirbelströme und damit des sekundären Magnetfeldes bei. Dies ermöglicht es, durch die Messung mit mehreren Frequenzen Auskunft über die Natur der Gewebeschichten zu erhalten, in denen die Wirbelströme erzeugt werden.According to a particularly preferred embodiment, it is provided that one uses primary alternating magnetic fields with different frequencies, for example with frequencies of 500 kHz and 1 MHz, in principle, frequencies in the range between 20 kHz and 10 MHz can be used. The advantage of using different frequencies is that the induction of the eddy currents under the influence of the primary alternating magnetic field and thus also the generation of the secondary magnetic field with different types of tissue differ depending on the frequency are large, that is, different types of tissue contribute at different frequencies different degrees to generate the eddy currents and thus the secondary magnetic field. This makes it possible to obtain information about the nature of the tissue layers in which the eddy currents are generated by measuring with multiple frequencies.
Es ist günstig, wenn man Erfahrungswerte für die Größe der induzierten Wirbelströme für verschiedene Gewebearten in einem Datenspeicher speichert und wenn man diese Werte zur Bestimmung der Art des an der Körperoberfläche angrenzenden Gewebes, dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke aufgrund der sekundären Magnetfelder verwendet.It is convenient to store empirical values for the size of the induced eddy currents for different tissue types in a data memory and to use these values to determine the nature of tissue adjacent to the body surface, its location, distribution and / or thickness due to the secondary magnetic fields.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Untersuchung eines im Inneren eines Körpers unter der Körperoberfläche liegenden Bereiches mit Ultraschallstrahlung mit einem Ultraschallstrahlung durch die Körperoberfläche in das Innere des Körpers richtenden Ultraschallsender, einem die von internen Körperstrukturen reflektierte Ultraschallstrahlung messenden Ultraschallempfänger und mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, die so programmiert ist, dass sie aus den Messdaten der reflektierten Ultraschallstrahlung die Anordnung der internen Körperstrukturen bestimmt.The invention further relates to a device for examining a region located below the body surface in a body with ultrasound radiation with ultrasound radiation passing through the body surface into the interior of the body, an ultrasound receiver measuring the ultrasound radiation reflected from internal body structures and having a data processing device, which is programmed so that it determines the arrangement of the internal body structures from the measured data of the reflected ultrasound radiation.
Ausgehend von einer solchen Vorrichtung liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung so weiterzubilden, dass auch bei unterschiedlichen Gewebestrukturen zwischen der Körperoberfläche und der zu untersuchenden internen Körperstruktur präzise Ergebnisse erzielt werden können. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie zusätzlich einen Erreger für ein externes, primäres Wechsel-Magnetfeld umfasst, durch welches in dem zu untersuchenden Bereich Wirbelströme induzierbar sind, sowie einen Empfänger, der von diesen Wirbelströmen erzeugte sekundäre Magnetfelder außerhalb des Körpers misst, und dass die Datenverarbeitungseinrichtung so programmiert ist, dass sie aus den Messdaten der sekundären Magnetfelder Daten über die Art des an die Körperoberfläche angrenzenden Gewebes, dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke ableitet und diese Daten bei der Auswertung der Messergebnisse der reflektierten Ultraschallstrahlung berücksichtigt.Based on such a device, the invention is also based on the object, such a device so that precise results can be achieved even with different tissue structures between the body surface and the internal body structure to be examined. This object is achieved in a device of the type described above according to the invention in that it additionally comprises a pathogen for an external, primary alternating magnetic field, through which eddy currents are inducible in the area to be examined, as well as a receiver, the secondary generated by these eddy currents Magnetic fields outside the body measures, and that the data processing device is programmed so that it derives from the measurement data of the secondary magnetic field data on the type of tissue adjacent to the body surface, its arrangement, distribution and / or thickness and this data in the evaluation of the measurement results considered the reflected ultrasound radiation.
Bei einer solchen Vorrichtung werden die durch die Ultraschallstrahlung ermittelten Daten automatisch entsprechend den Daten modifiziert, die sich aufgrund der unterschiedlichen Gewebestruktur zwischen der Körperoberfläche und der zu untersuchenden internen Körperstruktur ergeben, so dass man unabhängig beispielsweise von der Verteilung von Haut-, Fett- und Muskelgewebe im untersuchten Bereich zutreffende Angaben über die Geometrie der durch die Ultraschallstrahlung untersuchten internen Körperstruktur erhält.In such a device, the data determined by the ultrasound radiation are automatically modified according to the data resulting from the different tissue structure between the body surface and the internal body structure to be examined so as to be independent, for example, from the distribution of skin, fat and muscle tissue in the area under investigation receives accurate information about the geometry of the internal body structure examined by the ultrasonic radiation.
Günstig ist es, wenn der Erreger des primären Wechsel-Magnetfeldes und der Empfänger des sekundären Magnetfeldes in einem Magnetmesskopf angeordnet sind. In diesem Falle kann der Benutzer mit diesem Magnetmesskopf berührungslos und nichtinvasiv die Natur der Gewebeschichten angrenzend an die Körperoberfläche untersuchen, wobei diese Daten in der Datenverarbeitungseinrichtung zur Modifizierung der Ultraschalldaten verarbeitet werden.It is favorable if the exciter of the primary alternating magnetic field and the receiver of the secondary magnetic field are arranged in a magnetic measuring head. In this case, the user can use this magnetic probe to non-contact and non-invasively examine the nature of the tissue layers adjacent to the body surface, which data is processed in the data processing device to modify the ultrasound data.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann dieser Magnetmesskopf auch mit dem Ultraschallsender und dem Ultraschallempfänger in einem gemeinsa- men Messkopf vereinigt sein, in dem die Messung entweder nacheinander oder simultan erfolgt.According to a preferred embodiment, this magnetic measuring head can also be connected to the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver in a common measuring head, in which the measurement takes place either sequentially or simultaneously.
Günstig ist es, wenn der Erreger des primären Wechsel-Magnetfeldes und der Empfänger der sekundären Magnetfelder derart ausgebildet sind, dass ein von dem vom Erreger abgestrahlten primären Wechsel-Magnetfeld an den Empfänger des sekundären Magnetfeldes erzeugtes Messsignal kompensiert wird. Dies kann beispielsweise durch eine senkrechte Anordnung von Empfängerspulen relativ zu den Sendespulen erfolgen oder durch die Anordnung von mehreren Empfängerspulen, die so geschaltet sind, dass die in ihnen durch das primäre Wechsel-Magnetfeld erzeugten Signale sich kompensieren, während dies bei den sekundären Magnetfeldsignalen nicht der Fall ist.It is advantageous if the exciter of the primary alternating magnetic field and the receiver of the secondary magnetic fields are designed in such a way that a measurement signal generated by the primary alternating magnetic field emitted by the exciter to the receiver of the secondary magnetic field is compensated. This can be done for example by a vertical arrangement of receiver coils relative to the transmitting coils or by the arrangement of a plurality of receiver coils, which are switched so that the signals generated in them by the primary alternating magnetic field compensate, while not in the secondary magnetic field signals Case is.
Es kann vorgesehen sein, dass der Erreger primäre Wechsel-Magnetfelder mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, beispielsweise mit Frequenzen von etwa 500 kHz und von etwa 1 MHz.It can be provided that the exciter generates primary alternating magnetic fields with different frequencies, for example with frequencies of about 500 kHz and about 1 MHz.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Datenverarbeitungseinrichtung ein Datenspeicher zugeordnet ist, der Erfahrungswerte für die Größe induzierter Wirbelströme für verschiedene Gewebearten speichert und, dass die Datenverarbeitungseinrichtung derart programmiert ist, dass sie diese Werte zur Bestimmung der Art des an die Körperoberfläche angrenzenden Gewebes, dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke aufgrund der sekundären Magnetfelder verwendet.In a particularly preferred embodiment it is provided that the data processing device is associated with a data memory which stores empirical values for the size of induced eddy currents for different types of tissue and that the data processing device is programmed to use these values to determine the type of tissue adjacent to the body surface whose arrangement, distribution and / or thickness is used due to the secondary magnetic fields.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Figur 1 : eine schematische Gesamtansicht eines Patienten mit einerThe following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for further explanation. Show it: Figure 1: a schematic overall view of a patient with a
Untersuchungseinrichtung mit einem Ultraschallkopf und einem Impedanzmesskopf sowie einer den Messköpfen zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung undExamination device having an ultrasound head and an impedance measuring head and a data processing device associated with the measuring heads, and
Figur 2 : eine schematische Ansicht eines Impedanzmesskopfes neben einem zu untersuchenden Bereich des Körpers mit unterschiedlichen Gewebearten.FIG. 2 shows a schematic view of an impedance measuring head next to a region of the body to be examined with different types of tissue.
Zur Untersuchung eines Patienten 1, der beispielsweise auf einem Operationstisch 2 gelagert sein kann, wird eine Messeinrichtung 3 verwendet, die einen Ultraschallmesskopf 4 und einen Impedanzmesskopf 5 umfasst. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind der Ultraschallmesskopf 4 und der Impedanzmesskopf 5 als unabhängig voneinander bewegbare Bauteile ausgebildet, es könnte aber auch vorgesehen sein, dass der Ultraschallmesskopf 4 und der Impedanzmesskopf 5 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so dass ein kombinierter Messkopf für Ultraschallmessung und für Impedanzmessung gebildet wird.To examine a patient 1, which may be mounted on an operating table 2, for example, a measuring device 3 is used which comprises an ultrasonic measuring head 4 and an impedance measuring head 5. In the embodiment of Figure 1, the ultrasonic measuring head 4 and the impedance measuring head 5 are designed as independently movable components, but it could also be provided that the ultrasonic measuring head 4 and the impedance measuring head 5 are arranged in a common housing, so that a combined measuring head for ultrasonic measurement and is formed for impedance measurement.
Sowohl der Ultraschallmesskopf 4 als auch der Impedanzmesskopf 5 sind über je eine Datenleitung 6 beziehungsweise 7 mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 8 verbunden, außerdem steht der Impedanzmesskopf 5 mit einem Hochfrequenzgenerator 9 über eine Erregerleitung 11 in Verbindung, dieser HF- Generator 9 ist außerdem über eine Steuerleitung 10 mit der Datenverarbeitungseinrichtung 8 verbunden. Der Datenverarbeitungseinrichtung 8 ist eine Anzeigeeinheit 12 zugeordnet, beispielsweise ein konventioneller Flachbildschirm.Both the ultrasonic measuring head 4 and the impedance measuring head 5 are connected via a respective data line 6 and 7 with a data processing device 8, also is the impedance measuring head 5 with a high-frequency generator 9 via an excitation line 11 in connection, this RF generator 9 is also via a control line 10th connected to the data processing device 8. The data processing device 8 is associated with a display unit 12, for example, a conventional flat screen.
Der Ultraschallmesskopf 4 ist konventionell aufgebaut und nimmt in der Regel eine größere Anzahl von in der Zeichnung nicht dargestellten Ultraschallsendern auf, die in Form eines Arrays oder einer Matrix angeordnet sind und die bei Anlage des Ultraschallmesskopfes 4 an der Körperoberfläche 13 des Patienten Ultraschallstrahlung in das Inneren des Patienten 1 richten. Diese Ultraschallstrahlung dringt dabei in den Körper ein und durchläuft die an der Eintrittsstelle angeordneten Gewebestrukturen. Wie aus der Darstellung der Figur 2 ersichtlich ist, sind diese Gewebestrukturen nicht homogen aufgebaut, sondern sie setzen sich zusammen aus der Haut 14 und aus weiteren Gewebearten, die in der Darstellung der Figur 2 vereinfachend als verschiedene Schichten dargestellt sind, nämlich eine Fettschicht 15 und eine Muskelschicht 16. Außerdem befinden sich im Körper knöcherne Strukturen 17, an denen die Ultraschallstrahlung üblicherweise reflektiert wird, während sie die Haut, die Fettschicht und die Muskelschicht im Wesentlichen ungeschwächt durchdringen.The ultrasonic measuring head 4 is of conventional design and generally accommodates a larger number of ultrasonic transmitters, not shown in the drawing, which are arranged in the form of an array or a matrix and which, when the ultrasonic measuring head 4 abuts the body surface 13 of the patient, transmits ultrasonic radiation into the interior of the patient 1. This ultrasonic radiation penetrates into the body and passes through the fabric structures arranged at the entry point. As can be seen from the representation of FIG. 2, these tissue structures are not constructed homogeneously, but they are composed of the skin 14 and of other types of tissue, which in the illustration of FIG. 2 are shown in simplified form as different layers, namely a fatty layer 15 and a muscle layer 16. Also located in the body bony structures 17 on which the ultrasound radiation is usually reflected, while they penetrate the skin, the fat layer and the muscle layer substantially unimpaired.
Die an der knöchernen Struktur 17 reflektierte Ultraschallstrahlung wird anschließend wieder nach außen gestrahlt und dort vom Ultraschallmesskopf 4 und in diesem angeordneten Ultraschallempfängern empfangen. Zwischen dem Aussenden und dem Empfangen von Ultraschallimpulsen vergeht eine bestimmte Zeit, diese hängt ab von dem Abstand der reflektierenden Schicht, also der knöchernen Struktur 17, vom Ultraschallmesskopf, wird aber auch beeinflusst durch die Natur der Gewebeschichten zwischen dem Ultraschallmesskopf 4 und der knöchernen Struktur 17, da die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der Haut, in der Fettschicht und in der Muskelschicht unterschiedlich ist - und natürlich auch in anderen Gewebearten, beispielsweise Körperflüssigkeit, Blut, etc., die hier aus Vereinfachungsgründen nicht ausdrücklich erwähnt werden.The ultrasound radiation reflected at the bony structure 17 is subsequently irradiated outward again and received there by the ultrasound measuring head 4 and ultrasound receivers arranged therein. A certain time elapses between the emission and the reception of ultrasound pulses; this depends on the distance of the reflecting layer, ie the bony structure 17, from the ultrasound measuring head, but is also influenced by the nature of the tissue layers between the ultrasound measuring head 4 and the bony structure 17 because the speed of sound propagation in the skin, in the fat layer and in the muscle layer is different - and of course also in other types of tissue, for example Body fluid, blood, etc., which are not explicitly mentioned here for reasons of simplification.
Ohne Kenntnis des Aufbaus dieser Gewebeschichten ergeben sich also Unge- nauigkeiten bei der Ultraschallmessung, so dass die Datenverarbeitungseinrichtung 8 auf der Anzeigeeinheit 12 die Lage der untersuchten knöchernen Strukturen 17 mit einer gewissen Ungenauigkeit angeben muss.Without knowledge of the structure of these tissue layers, therefore, inaccuracies in the ultrasound measurement result, so that the data processing device 8 on the display unit 12 must specify the position of the examined bony structures 17 with a certain degree of inaccuracy.
In dem Impedanzmesskopf 5 befindet sich ein Erreger 18, beispielsweise eine größere, flache Spule, die mit dem Ausgang des HF-Generators 9 verbunden ist und die von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflössen werden kann, den der HF-Generator 9 zur Verfügung stellt. Durch diesen Stromfluss erzeugt der Erreger 18 ein entsprechend hochfrequentes primäres Wechsel- Magnetfeld.In the impedance measuring head 5 is an exciter 18, for example, a larger, flat coil, which is connected to the output of the RF generator 9 and can be traversed by a high-frequency alternating current, the RF generator 9 provides. As a result of this current flow, the exciter 18 generates a correspondingly high-frequency primary alternating magnetic field.
Außerdem befinden sich in dem Impedanzmesskopf 5 zwei Empfängerspulen 19, 20, die in gleichen Abständen oberhalb beziehungsweise unterhalb des Erregers 18 angeordnet sind und zu diesem parallel verlaufen. Diese Empfängerspulen 19, 20 sind beispielsweise gegensinnig gewickelt, so dass die von dem Erreger 18 in den Empfängerspulen 19, 20 induzierten Signale sich kompensieren.In addition, in the impedance measuring head 5, two receiver coils 19, 20, which are arranged at equal intervals above or below the exciter 18 and extend parallel thereto. These receiver coils 19, 20 are wound, for example, in opposite directions, so that the signals induced by the exciter 18 in the receiver coils 19, 20 compensate each other.
Wenn der Impedanzmesskopf 5 in der aus Figur 2 ersichtlichen Weise unmittelbar über der Körperoberfläche 13 angeordnet wird, dringt das primäre Wechsel-Magnetfeld ein in die Haut 14, die Fettschicht 15, die Muskelschicht 16 und die knöcherne Struktur 17. In diesem Bereich induziert das hochfrequente Wechsel-Magnetfeld Wirbelströme, wobei sich in der Praxis herausstellt, dass die Stärke der induzierten Wirbelströme stark abhängt von der Art des jeweiligen Gewebes: In der Haut werden relativ kleine Wirbelströme induziert, in der knöchernen Substanz fast gar keine, während in der Fettschicht 15 und in der Muskelschicht 16 deutlich höhere Wirbelströme induziert werden, in der Muskelschicht 16 sind die induzierten Wirbelströme noch einmal deutlich größer als in der Fettschicht 15.When the impedance measuring head 5 is arranged directly above the body surface 13 in the manner shown in FIG. 2, the primary alternating magnetic field penetrates into the skin 14, the fat layer 15, the muscle layer 16 and the bony structure 17. In this region, the high-frequency Alternating magnetic field eddy currents, whereby it turns out in practice that the strength of the induced eddy currents strongly depends on the kind of the respective tissue: In the skin, relatively small eddy currents are induced, in the bony substance almost none, while in the fat layer 15 and in the muscle layer 16 significantly higher eddy currents are induced, in the muscle layer 16, the induced eddy currents are again significantly larger than in the fat layer 15.
Diese induzierten Wirbelströme sind ein Maß für die Leitfähigkeit der Gewebestrukturen und damit für die Impedanz dieser Gewebestrukturen. Die induzierten Wirbelströme sind ebenfalls hochfrequente Wechselströme und erzeugen daher ihrerseits ein magnetischen Wechselfeld, nachstehend als sekundäres Magnetfeld bezeichnet. Dieses sekundäre Magnetfeld kann von den Empfängerspulen 19, 20 aufgefangen werden, in diesen wird dadurch eine Wechselspannung induziert, die proportional zu den auftretenden Wirbelströmen ist. Da die Empfängerspulen 19, 20 von der Körperoberfläche 13 einen unterschiedlichen Abstand haben, ist die in diesen Empfängerspulen 19, 20 durch die sekundären Magnetfelder induzierte Spannung bei den beiden Empfängerspulen 19, 20 verschieden, es ergibt sich also ein Differenzsignal, welches dem sekundären Magnetfeld proportional ist. Dieses Magnetfeld-Messsignal wird über die Datenleitung 7 der Datenverarbeitungseinrichtung 8 zugeführt, die auch die Messsignale des Ultraschallmesskopfes 4 über die Datenleitung 6 erhält.These induced eddy currents are a measure of the conductivity of the tissue structures and thus of the impedance of these tissue structures. The induced eddy currents are also high-frequency alternating currents and therefore in turn generate an alternating magnetic field, hereinafter referred to as a secondary magnetic field. This secondary magnetic field can be absorbed by the receiver coils 19, 20, in which an alternating voltage is thereby induced, which is proportional to the eddy currents occurring. Since the receiver coils 19, 20 have a different distance from the body surface 13, the voltage induced in these receiver coils 19, 20 by the secondary magnetic fields is different for the two receiver coils 19, 20, thus resulting in a difference signal which is proportional to the secondary magnetic field is. This magnetic field measuring signal is supplied via the data line 7 to the data processing device 8, which also receives the measuring signals of the ultrasonic measuring head 4 via the data line 6.
Je nach Verteilung der Haut 14, der Fettschicht 15 und der Muskelschicht 16 und der Dicke dieser Schichten ergeben sich natürlich unterschiedliche Werte für die induzierten Wirbelströme und damit auch unterschiedliche Signale an den Empfängerspulen 19 und 20. Damit ist das von den Empfängerspulen 19 und 20 gelieferte Signal ein Signal, welches durch diese Verteilung und Dicke beeinflusst wird und damit auch über diese Verteilung und Dicke Auskunft gibt.Depending on the distribution of the skin 14, the fat layer 15 and the muscle layer 16 and the thickness of these layers, of course, different values for the induced eddy currents and thus also different signals at the receiver coils 19 and 20 result Signal a signal, which is due to this distribution and thickness is influenced and thus also gives information about this distribution and thickness.
Eine zusätzliche Auskunft lässt sich dadurch erhalten, dass der Hochfrequenzgenerator 9 mit verschiedenen Frequenzen arbeitet, beispielsweise abwechselnd mit einer Frequenz von 500 kHz und 1 MHz. Es hat sich herausgestellt, dass die Erzeugung der Wirbelströme in den einzelnen Gewebeschichten bei unterschiedlichen Frequenzen ein unterschiedliches Verhältnis einnimmt, das heißt durch Messung bei unterschiedlichen Frequenzen lassen sich zusätzliche Informationen über die Verteilung der unterschiedlichen Gewebearten in dem untersuchen Körperbereich erhalten.Additional information can be obtained by the fact that the high-frequency generator 9 operates at different frequencies, for example alternately with a frequency of 500 kHz and 1 MHz. It has been found that the generation of the eddy currents in the individual tissue layers occupies a different ratio at different frequencies, that is, by measuring at different frequencies, additional information can be obtained about the distribution of the different types of tissue in the examined body region.
Die auf diese Weise gewonnenen Daten können in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 mit Erfahrungswerten verglichen werden, die in einem Datenspeicher 21 der Datenverarbeitungseinrichtung 8 gespeichert sind und die es ermöglichen, durch Vergleich der Erfahrungswerte mit den Messwerten über die Verteilung der Gewebeschichten, deren Dicke und Anordnung im durchstrahlten Körperbereich Information zu erhalten. Diese Information kann von der Datenverarbeitungseinrichtung 8 verwendet werden, um die Ultraschallsignale des Ultraschallmesskopfes 4 zu modifizieren, so dass auch bei unterschiedlicher Verteilung von Haut, Fettschicht 15 und Muskelschicht 16 und bei unterschiedlicher Dicke dieser Gewebeschichten eine zuverlässige Angabe über die geometrische Anordnung der knöchernen Struktur 17 getroffen werden kann.The data obtained in this way can be compared in the data processing device 8 with empirical values which are stored in a data memory 21 of the data processing device 8 and which make it possible to radiate by comparison of the empirical values with the measured values on the distribution of the tissue layers, their thickness and arrangement Body area to get information. This information can be used by the data processing device 8 to modify the ultrasound signals of the ultrasound measuring head 4, so that a reliable indication of the geometrical arrangement of the bony structure 17 can be obtained even if the skin, fat layer 15 and muscle layer 16 are distributed differently and the thickness of these tissue layers is different can be taken.
Es genügt dazu, entweder nacheinander an der entsprechenden Körperstelle mit dem Ultraschallmesskopf 4 und mit dem Impedanzmesskopf 5 eine Messung durchzuführen. Insbesondere bei einem Messkopf, der den Ultraschall- messkopf 4 und den Impedanzmesskopf 5 in einem Gehäuse vereinigt, könnten diese Messungen auch gleichzeitig erfolgen. It suffices to perform a measurement either successively at the corresponding body location with the ultrasound measuring head 4 and with the impedance measuring head 5. Especially with a measuring head, the ultrasound combined measuring head 4 and the impedance measuring head 5 in a housing, these measurements could also take place simultaneously.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur nichtinvasiven Untersuchung eines im Inneren eines Körpers unter der Körperoberfläche liegenden Bereiches mit Ultraschallstrahlung, bei dem man Ultraschallstrahlung durch die Körperoberfläche in das Inneren des Körpers richtet, die von internen Körperstrukturen des Körpers reflektierte Ultraschallstrahlung misst und daraus Rückschlüsse auf die Anordnung der internen Körperstrukturen zieht, da d u rch ge ken nzeich net, dass man durch ein externes, primäres Wechsel-Magnetfeld in dem zu untersuchenden Bereich Wirbelströme induziert, die von diesen Wirbelströmen erzeugten sekundären Magnetfelder außerhalb des Körpers misst, aus den Messdaten der sekundären Magnetfelder Daten über die Art des an die Körperoberfläche angrenzenden Gewebes, dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke ableitet und diese Daten bei der Auswertung der Messergebnisse der reflektierten Ultraschallstrahlung berücksichtigt.A method of noninvasively examining a region of the body beneath the body surface with ultrasonic radiation, wherein ultrasonic radiation is directed through the body surface into the interior of the body, measuring ultrasonic radiation reflected from internal body structures of the body, and inferring therefrom the arrangement of the internal Body structures, since you can see that one induces eddy currents in the area to be examined by an external, primary alternating magnetic field, measures the secondary magnetic fields generated by these eddy currents outside the body, and from the measured data of the secondary magnetic fields Type of tissue adjacent to the body surface, whose arrangement, distribution and / or thickness derives and takes this data into account in the evaluation of the measurement results of the reflected ultrasound radiation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Messung des sekundären Magnetfeldes die Einwirkung des primären Wechsel-Magnetfeldes auf die Messeinrichtung des sekundären Magnetfeldes kompensiert.2. The method according to claim 1, characterized in that compensated in the measurement of the secondary magnetic field, the action of the primary alternating magnetic field on the measuring device of the secondary magnetic field.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man primäre Wechsel-Magnetfelder mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that one uses primary alternating magnetic fields with different frequencies.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man primäre Wechsel-Magnetfelder mit Frequenzen von etwa 500 kHz und 1 MHz verwendet.4. The method according to claim 3, characterized in that one uses primary alternating magnetic fields with frequencies of about 500 kHz and 1 MHz.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Erfahrungswerte für die Größe induzierter Wirbelströme für verschiedene Gewebearten in einem Datenspeicher speichert und diese Werte zur Bestimmung der Art des an die Körperoberfläche angrenzenden Gewebes, dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke aufgrund der sekundären Magnetfelder verwendet.5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that empirical values for the size of induced eddy currents for different types of tissue are stored in a data memory and these values are used to determine the type of tissue adjacent to the body surface, its arrangement, distribution and / or thickness used the secondary magnetic fields.
6. Vorrichtung zur Untersuchung eines im Inneren eines Körpers unter der Körperoberfläche liegenden Bereiches mit Ultraschallstrahlung mit einem Ultraschallstrahlung durch die Körperoberfläche in das Inneren des Körpers richtenden Ultraschallsender, einem die von internen Körperstrukturen reflektierte Ultraschallstrahlung messenden Ultraschallempfänger und mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, die so programmiert ist, dass sie aus den Messdaten der reflektierten Ultraschallstrahlung die Anordnung der internen Körperstrukturen bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich einen Erreger (18) für ein externes, primäres Wechsel-Magnetfeld umfasst, durch welches in dem zu untersuchenden Bereich (14, 15, 16, 17) Wirbelströme induzierbar sind sowie einen Empfänger (19, 20), der von diesen Wirbelströmen erzeugte sekundäre Magnetfelder außerhalb des Körpers misst, und dass die Datenverarbeitungseinrichtung (8) so programmiert ist, dass sie aus den Messdaten der sekundären Magnetfelder Daten über die Art des an die Körperoberfläche (13) angrenzenden Gewebes (14, 15, 16), dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke ableitet und diese Daten bei der Auswertung der Messergebnisse der reflektierten Ultraschallstrahlung berücksichtigt.6. An apparatus for examining a region underlying a body below the body surface with ultrasound radiation having ultrasonic radiation through the body surface into the interior of the body directing ultrasound transmitter, an ultrasound receiver measuring the ultrasound radiation reflected from internal body structures and having a data processing device programmed in such a way. in that it determines the arrangement of the internal body structures from the measurement data of the reflected ultrasound radiation, characterized in that it additionally comprises an exciter (18) for an external, primary alternating magnetic field, through which in the area to be examined (14, 15, 16, 17) eddy currents are inducible, and a receiver (19, 20) which measures secondary magnetic fields generated by these eddy currents outside of the body, and that the data processing device (8) is programmed so that it seku from the measured data Magnetic fields data on the nature of the adjacent to the body surface (13) tissue (14, 15, 16), whose Arrangement, distribution and / or thickness derived and this data taken into account in the evaluation of the measurement results of the reflected ultrasound radiation.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (18) des primären Wechsel-Magnetfeldes und der Empfänger (19, 20) des sekundären Magnetfeldes in einem Impedanzmesskopf (5) angeordnet sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the exciter (18) of the primary alternating magnetic field and the receiver (19, 20) of the secondary magnetic field in an impedance measuring head (5) are arranged.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzmesskopf (5) und der Ultraschallsender sowie der Ultraschallempfänger (Ultraschallmesskopf 4) in einem gemeinsamen Messkopf vereinigt sind.8. The device according to claim 7, characterized in that the impedance measuring head (5) and the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver (ultrasonic measuring head 4) are combined in a common measuring head.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (18) des primären Wechsel-Magnetfeldes und der Empfänger (19, 20) der sekundären Magnetfelder derart ausgebildet sind, dass ein von dem vom Erreger (18) abgestrahlten primären Wechsel-Magnetfeld an dem Empfänger (19, 20) des sekundären Magnetfeldes erzeugtes Messsignal kompensiert wird.9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the exciter (18) of the primary alternating magnetic field and the receiver (19, 20) of the secondary magnetic fields are formed such that one of which from the exciter (18) radiated primary alternating magnetic field at the receiver (19, 20) of the secondary magnetic field generated measuring signal is compensated.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (18) primäre Wechsel-Magnetfelder mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt.10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the exciter (18) generates primary alternating magnetic fields with different frequencies.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen der primären Wechsel-Magnetfelder bei etwa 500 kHz und bei etwa 1 MHz liegen. 11. The device according to claim 10, characterized in that the frequencies of the primary alternating magnetic fields at about 500 kHz and at about 1 MHz.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenverarbeitungseinrichtung (8) ein Datenspeicher (21) zugeordnet ist, der Erfahrungswerte für die Größe induzierter Wechselströme für verschiedene Gewebearten speichert, und dass die Datenverarbeitungseinrichtung (8) derart programmiert ist, dass sie diese Werte zur Bestimmung der Art des an die Körperoberfläche (13) angrenzenden Gewebes (14, 15, 16), dessen Anordnung, Verteilung und / oder Dicke aufgrund der sekundären Magnetfelder verwendet. 12. Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that the data processing device (8) is associated with a data memory (21) which stores empirical values for the size of induced alternating currents for different types of tissue, and that the data processing device (8) is programmed in such a way in that it uses these values to determine the nature of the tissue (14, 15, 16) adjacent to the body surface (13), its arrangement, distribution and / or thickness due to the secondary magnetic fields.
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