專利名稱：用于在中空器官內最小侵入的長度測量的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用于在中空器官內最小侵入的長度測量的設備。此外，本發明涉及用于在中空器官內最小侵入的長度測量的方法。
背景技術：
在最小侵入的介入放射學以及外科學的應用領域中，借助于診斷性的放射成像方法，例如血管造影、心臟病學或神經放射學，在例如外周動脈封閉癥的情況下在脈管內，或在膽總管系統的腫瘤性封閉的情況中在膽管系統中進行治療性介入，以保證或穩定患者的 生命質量。在此，必須在心臟病學、神經放射學或血管造影中通過診斷成像方法識別例如具有狹窄、穿孔或動脈瘤的形式的脈管系統的病理改變，并且使用合適的手段進行應對，例如擴展狹窄、植入支架、鉗夾或纏繞(Clipping oder Coiling)。對于這樣的介入的成功,關鍵性的經常是精確地確定脈管系統內的距離或間隔。例如，如支架或球囊的待施加的外科植入物的通過合適性具有重要意義，因為植入物的尺寸和待封閉或擴張的區域的尺寸如果不一致，則可能出現嚴重的并發癥。經常具有關鍵性的是脈管的分支，因為在錯誤植入的支架或不精確的球囊擴張時兩個分支之一被封閉，這可能意味著對于所涉及的組織的供給不足(minderversorgung)o這在心肌或更危險的腦組織的情況下具有深遠的后果，直至出現心肌梗塞或腦中風。在更少存在的情況中，檢查者必須在最終擴張前將支架再次移除或另外地引入到體內，以打開此封閉。這不僅導致多次損害患者的健康，而且因此產生了更多的人力和物力成本。為使進行處理的治療醫生可正確地選擇待施加的例如支架或球囊的外科植入物，因此精確地確定所涉及的或關心的區域(英語為Region of Interest, R0I)的尺寸是必不可少的，以因此避免剩余狹窄或此外開放的動脈瘤。目前為止，通過不同的分析軟件基于所拍攝圖像的參數和所屬的設備位置來計算長度數據。該軟件的算法基于在專業文獻中給出的并且在醫學研究中使用的數學模型。在此，強制地需要在使用軟件前將系統昂貴地校準(英語稱為Adjustment)。由于使用現有軟件導致的可能每種不精確性的責任落在使用者身上。制造商經常地指出，校準的精確性直接影響計算出的量的精度，例如動脈直徑或射血分數(Auswurffraktion)。與期待值的尺寸偏差的原因一般是錯誤的校準。為保證校準的正確性，要求定期的參考測量。不同的分析模型及其必須的圖像數據輸入也經常不兼容并且是頻繁的問題源。

發明內容
本發明的任務在于，給出實現了在中空器官內部的精確的長度測量的設備。此外，本發明的任務在于，描述用于在中空器官內最小侵入的長度測量的方法。本發明使用帶有本發明的特征的用于最小侵入長度測量的設備以及帶有本發明的特征的用于最小侵入的長度測量的方法解決了上述任務。本發明的基本構思是用于中空器官內的最小侵入長度測量的設備。所述設備包括內窺鏡器具、帶有超聲發送器和超聲接收器的超聲頭，超聲反射器，電連接裝置，控制和顯示裝置以及機械連接裝置。超聲反射器或超聲頭布置在內窺鏡器具的端部上。超聲頭或超聲反射器布置在機械連接裝置的端部上。機械連接裝置至少部分地在內窺鏡器具的通道內延伸并在其內被引導。超聲頭距超聲反射器的距離可改變，并且超聲頭可向超聲反射器定向。電連接裝置可與超聲頭以及控制和顯示裝置連接以交換電信號，并且控制和顯示裝置為此構造為通過超聲發送器產生超聲波，以超聲接收器檢測在超聲反射器上反射的超聲波并且確定波的運行時間。內窺鏡器具特別地是可用于最小侵入的檢查或介入的管狀或棒狀設備，其長度大約為O. 3m至I. 5m，并且其直徑大約為Imm至20mm。通常的內窺鏡器具通常具有工作通道，其中可引入例如小鉗子或抓取器的微機械設備，并且使用所述內窺鏡器具可在檢查區域內執行檢查或介入過程。中空器官可以特別是人或動物的例如血管或淋巴管的管，例如用于唾液的輸運管，或例如小腸、胃的歧管，或氣管或食管。超聲發送器、超聲接收器和超聲反射器是商業上可獲得的具有多種實施方式并且也具有最小構造尺寸的部件或功能單元。超聲發送器和超聲接收器的組合通常以部件即在殼體內作為超聲頭提供。電連接裝置可理解為金屬線或電導體的總和。機械連接裝置可例如構造為帶有圓形橫截面的可彎曲的塑料棒。 通過將機械連接裝置在內窺鏡器具的通道內引導，可例如通過改變伸出超過內窺鏡的一個端部的機械連接裝置的長度來改變超聲頭距超聲反射器的距離。控制和顯示裝置可理解為帶有監視器或顯示器的計算機或電子計算機，其構造為可向超聲發送器和超聲接收器發送控制信號，并且從超聲發送器和超聲接收器接收電信號。此外，控制和顯示裝置構造為執行數學計算運算。控制和顯示裝置不強制是獨立的設備，而是功能也可通過本來處理另外的任務的設備來執行，例如，如X射線設備的成像裝置的計算單元。在根據本發明的設備中，可以將超聲反射器布置在內窺鏡器具的端部上，并且將超聲頭布置在機械連接裝置的端部上。在另一種實施方式中，超聲頭被布置在內窺鏡器具的端部上，并且超聲反射器被布置在機械連接裝置的端部上。該布置的優點是電連接裝置不必通過機械連接裝置被引導，因為被認為具有被動構造的反射器不必與電連接裝置連接。通過根據本發明的設備可執行的最基本的功能是通過使用機械解耦地安裝或布置在導管上的超聲頭和限定的反射器，通過回聲的運行時間可精確地確定超聲頭和反射器之間的距離。優選地，超聲頭或超聲反射器與機械連接裝置的端部位置固定地連接，并且超聲反射器或超聲頭與內窺鏡器具的端部位置固定地連接。超聲頭向超聲反射器定向。機械連接裝置具有的硬度使得超聲頭和超聲反射器至少直至可預先給定的距離相互定向。對于根據本發明的設備的功能，重要的是將超聲發送器、超聲接收器和超聲反射器相互定向，即從超聲發送器發出的超聲波直線地到達超聲反射器，所述超聲反射器將波反射并且被反射的超聲波然后直線地達到超聲接收器。因此，超聲波所經過的路程嚴格地是待測量的長度的兩倍。該特征通過將機械連接裝置的端部上的超聲頭或超聲接收器與機械連接裝置固定地連接來實現。超聲反射器或超聲頭在內窺鏡器具的端部上與內窺鏡器具固定連接。機械連接裝置具有的硬度使得超聲頭和超聲反射器至少直至可預先給定的距離相互定向。通過例如構造為塑料棒的機械連接裝置的硬度保證了定向。在此成立的是，硬度越大則超聲頭和超聲反射器的定向可越好地保證。但在實踐中，如果內窺鏡器具必須被引導通過帶有小半徑的管形的脈管，則即使在數毫米或數厘米的距離上是理想剛性的內窺鏡器具也可能是不希望的。合適的是使機械連接裝置的硬度使得超聲頭和超聲反射器至少直至可預先給定的距離相互定向。所述距離可例如為中空器官的直徑的數倍，例如兩倍，或例如是管形脈管的直徑的十倍。機械連接裝置的硬度和例如其橫截面的幾何特征可例如借助于已知的機械法則從如下因素來確定機械連接裝置材料的機械特征，如彈性模量；期待的橫向力，如脈管內的流動；和相對于定向精度的公差，例如到達超聲傳感器上的直徑一毫米的反射波的允許的公差范圍。有利地，將內窺鏡器具內或在內窺鏡器具上布置的電子裝置構造為執行為控制和顯示裝置設置的功能。在該實施方式中，電子裝置承擔控制和顯示裝置的至少一個功能。在此，所述電子裝置例如可以是安裝在內窺鏡器具上的并承擔顯示長度測量結果的功能的顯示器。
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本發明的另外的基本構思涉及在中空器官內最小侵入的長度測量的方法，所述方法包括如下步驟SI)將帶有發送器和接收器的超聲頭放置在中空器官內待測量的距離的開始點上，并且將發送器和接收器向中空器官內待測量距離的結束點定向，其中開始點和結束點之間的直線連接中不存在明顯的物質不均勻性；S2)將超聲反射器放置在待測量距離的結束點上，并且將超聲反射器向超聲頭定向；S3)確定位于開始點和結束點之間的直線連接中的介質內的超聲的聲速；S4)通過超聲頭發出波，并且測量從超聲頭到超聲反射器和再到超聲頭的波的運行時間；S5)計算開始點和結束點之間的距離，其中在計算中考慮從超聲頭到超聲發射器再到超聲頭的波的運行時間和聲速。在第一方法步驟中，將包括發送器和接收器的超聲頭放置在中空器官內的待測量距離的開始點上，并且將發送器和接收器向中空器官內的待測量距離的結束點定向，其中在開始點和結束點之間的直線連接內不存在明顯的物質不均勻性。定向在此理解為在超聲波發出的狀態中，結束點位于所發出的超聲波的方向上。在開始點和結束點之間的直線連接中應不存在明顯的物質不均勻性的要求保證了在開始點和結束點之間特別地不存在脈管壁或非身體自身的會干擾長度測量并使之不能使用的物體，例如介入輔助裝置。在下一個方法步驟中，將超聲反射器放置在待測量的距離的結束點上，并且將超聲反射器向超聲頭定向。在第三方法步驟中，確定位于開始點和結束點之間的直線連接中的介質內的超聲聲速。這可例如通過查詢專業文獻中或通過測量來實現。在下一個方法步驟中，超聲頭發出超聲波。測量波從超聲頭到超聲反射器再到超聲頭的運行時間。在最后的方法步驟中，計算開始點和結束點之間的距離。在此，在計算中考慮到超聲頭到超聲反射器再到超聲頭的波的運行時間和位于開始點和結束點之間的直線連接內的介質中超聲的聲速。最簡單的計算公式為
s=0. 5XvXt,其中s是待求的長度，v是超聲在介質中的聲速，并且t是波的運行時間。也可構思用于中空器官內最小侵入的長度測量的方法，其中，將帶有發送器和接收器的超聲頭放置在中空器官內的待測量距離的開始點上，并且將發送器和接收器向中空器官內待測量距離的結束點定向，其中開始點和結束點之間的直線連接中不存在明顯的物質不均勻性，并且其中，將超聲反射器放置在待測量的距離的結束點上，并將超聲反射器向超聲頭定向，所述方法包括所描述的方法步驟S3至S5。特別有利地，該方法使用了如前所述的根據本發明的設備。合適的是在第四方法步驟之后，將開始點和結束點之間的距離計算的結果在控制和顯示裝置上或在電子裝置上輸出。控制和顯示裝置和電子裝置在前文中結合根據本發明的設備進行了描述。·優選地，超聲頭的放置和/或超聲反射器的放置通過使用至少一個通過成像方法獲得的圖像進行。在此，至少一幅圖像包括開始點和/或結束點。通過成像方法，例如借助于X射線設備產生一幅圖像、一系列圖像或活動圖(Livebild)，其中優選地可識別出待測量的距離長度的開始點和結束點，并且簡單地執行超聲頭和產生反射器的放置。如下的實施例優選地闡述了本發明的優選實施方式。


本發明的另外的有利擴展從下圖中結合描述得到。各圖為圖I示出了帶有狹窄的管形脈管；圖2示出了用于中空器官內最小侵入的長度測量的設備；圖3示出了用于中空器官內最小侵入的長度測量的方法的流程圖；圖4示出了用于管形脈管內的中空器官內最小侵入的長度測量的設備的部件。
具體實施例方式圖I示意性地示出了帶有狹窄32的管形脈管30。脈管30在點35處分支為第一支36和第二支37。為選擇適合于擴張狹窄32的支架，必須盡可能精確地測量區域或檢查范圍31，其在英語中稱為“Region of Interest”，ROI。特別地，應精確地確定長度，即從直線33至直線34的距離的長度。如果錯誤地選擇了支架的尺寸，則支架可能例如封閉了兩個脈管支36或37之一而以此妨礙了該支的供給。圖2中圖示了根據本發明的用于中空器官內的最小侵入長度測量的設備10的示意性圖示。所述設備10包括內窺鏡器具11，帶有超聲發送器19和超聲接收器20的超聲頭12，超聲反射器13，電連接裝置17，控制和顯示裝置21，電子裝置23和機械連接裝置14。超聲反射器13布置在內窺鏡器具11的端部上，并與之固定連接。超聲頭12布置在機械連接裝置14的端部上并與之固定連接。機械連接裝置14在該實施例中完全地在內窺鏡器具11的通道18內延伸并在其內被引導。如通過雙箭頭22所指示的那樣，超聲頭12至超聲反射器13的距離可改變。這可例如通過將機械連接裝置14在圖2中左側示出的機械連接裝置14的端部上的移入和移出來實現。機械連接裝置14具有的硬度使得超聲頭12和超聲反射器13至少直至可預先給定的距離相互定向。電連接裝置17可與超聲頭12和控制和顯示裝置21連接，以用于交換電信號。控制和顯示裝置21為此構造用于，通過超聲發送器19產生超聲波，以超聲接收器20檢測在超聲反射器13上反射的超聲波并且確定波的運行時間。電子裝置23在此實施例中是安裝在內窺鏡器具11上的并且例如顯示長度測量的結果的顯示器。圖3示出了根據本發明的方法I的典型的流程圖。圖中可識別出如下的方法步驟SI)將帶有發送器和接收器的超聲頭放置在中空器官內待測量的距離的開始點上，并且將發送器和接收器向中空器官內待測量距離的結束點定向，其中開始點和結束點之間的直線連接中不存在明顯的物質不均勻性；
S2)將超聲反射器放置在待測量距離的結束點上，并且將超聲反射器向超聲頭定向；S3)確定位于開始點和結束點之間的直線連接中的介質內的超聲的聲速；S4)通過超聲頭發出波，并且測量從超聲頭到超聲反射器和再到超聲頭的波的運行時間；S5)計算開始點和結束點之間的距離，其中在計算中考慮從超聲頭到超聲發射器再到超聲頭的波的運行時間和聲速。在圖4中最后圖示了根據本發明的用于中空器官30內的最小侵入長度測量的設備的部件。圖示與根據圖I的圖示相關聯，并且也示意性地示出了帶有狹窄32的管形的脈管30。脈管30又在點35處分支為第一支36和第二支37。應選擇合適的支架以便不導致兩個脈管支36或36之一被封閉的風險。為此，應精確確定檢查區域31并且特別是其長度，即從直線33至直線34的距離的長度。為此，使用根據本發明的用于中空器官內最小侵入的長度測量的設備。所述設備包括內窺鏡器具11，帶有未圖示的超聲發送器和超聲接收器的超聲頭12，超聲反射器13，機械連接裝置14，和也未圖示的電連接裝置以及控制和顯示裝置。超聲反射器13布置在內窺鏡器具11的端部上并與之固定地連接。超聲頭12布置在機械連接裝置14的端部上并與之固定地連接。通過未圖示的成像方法，例如X射線設備，生成包括帶有待測量的距離長度的開始點和結束點的檢查區域31的活動圖。現在將超聲頭12放置在開始點34上。機械連接裝置14在內窺鏡器具11的通道內延伸并在其內被引導。超聲頭12到超聲反射器13的距離通過改變超聲頭12到超聲反射器13之間的機械連接裝置14的長度可改變。然后將超聲反射器放置在待測量的距離的結束點上。機械連接裝置14具有的硬度使得超聲頭12和超聲反射器13至少直至可預先給定的距離相互定向。因此，不需要超聲反射器13向超聲頭12的主動定向。在下一個步驟中確定位于開始點和結束點之間的直線連接中的介質內的超聲的聲速。該介質是處于中空器官內的并包圍超聲頭12、機械連接裝置14和超聲反射器13的介質。超聲聲速的確定可通過測量或通過查閱專業文獻進行。未圖示的控制和顯示裝置例如在通過操作人員操作鍵盤之后開始通過超聲頭12內的未圖示的超聲發送器發出超聲波15。因為超聲頭12向超聲反射器13定向，所以超聲波15到達超聲反射器13并作為超聲波16被反射。因為超聲反射器13向超聲頭12定向，所以反射的超聲波16到達超聲頭12內的未圖示的超聲接收器。未圖示的控制和顯示裝置記錄反射的超聲波16到達超聲頭的時間，并且確定波從超聲頭12到超聲反射器13再到超聲頭12的運行時間，即從發送時刻到接收時刻的信號運行時間。最后，未圖示的控制和顯示裝置計算開始點34和結束點33之間的距離的長度，其中在計算中考慮到波從超聲頭12到超聲反射器13和再到超聲頭12的運行時間以及聲速，并且將所述長度優選地在監視器上輸出。未圖示的控制和顯示裝置的功能可完全地或部分地也通過未圖示的用于成像方法的設備執行。總之 ，可表明根據本發明的設備和根據本發明的方法相對于常規的軟件長度分析的優點在于，避免了對人體器官的實際情況的錯誤解釋的風險，并且因此最小化了在醫學介入期間危及生命的并發癥。因此，可借助于本發明進行合格的擴展處理，并且最小化可能導致急性心肌梗塞或中風的多種出現的風險，例如剩余狹窄或不完全覆蓋的動脈瘤。本發明也基于明顯節約的潛能，因為檢查者能以更大的可能性獲取正確的“工具”導管或球囊，并且為此不需要使用另外的設備。這降低了昂貴設備的使用，并且通過快速并可靠地分析待檢查區域也縮短了實際處理的時間。
權利要求
1.一種用于中空器官(30)內最小侵入的長度測量的設備(10)，所述設備(10)包括內窺鏡器具(11 )，帶有超聲發送器(19)和超聲接收器(20)的超聲頭(12)，超聲反射器(13)，電連接裝置(17)，控制和顯示裝置(21)以及機械連接裝置(14)，其中超聲反射器(13)或超聲頭(12)布置在內窺鏡器具(11)的端部上，并且其中超聲頭(12)或超聲反射器(13)布置在機械連接裝置(14)的端部上，并且其中機械連接裝置(14)至少部分地在內窺鏡器具(11)的通道(18)內延伸并在其內被引導，并且其中超聲頭(12)距超聲反射器(13)的距離可改變，并且其中超聲頭(12)可向超聲反射器(13)定向，并且其中電連接裝置(14)可與超聲頭(12)以及控制和顯示裝置(21)連接以交換電信號，并且其中控制和顯示裝置(21)為此構造用于，通過超聲發送器(19 )產生超聲波(15 )，以超聲接收器(20 )檢測在超聲反射器(13)上反射的超聲波(16)并確定波的運行時間。
2.根據權利要求I所述的設備(10)，其中，超聲頭(12)或超聲反射器(13)與機械連接裝置(14)的端部位置固定地連接，并且超聲反射器(13)或超聲頭(12)與內窺鏡器具(11)的端部位置固定地連接，并且超聲頭(12)向超聲反射器(13)定向，并且機械連接裝置(14) 具有的硬度使得超聲頭(12)和超聲反射器(13)至少直至可預先給定的距離相互定向。
3.根據前述權利要求中一項所述的設備(10)，其中，在內窺鏡器具(11)內或內窺鏡器具(11)上布置了電子裝置(23)，所述電子裝置(23)構造用于執行至少一個為控制和顯示裝置(21)設置的功能。
4.一種用于中空器官(30)內最小侵入的長度測量的方法，所述方法包括如下方法步驟 51)將帶有發送器(19)和接收器(20)的超聲頭(12)放置在中空器官(30)內待測量的距離的開始點(34)上，并且將發送器(19)和接收器(20)向中空器官(30)內待測量距離的結束點(33 )定向，其中開始點(34 )和結束點(33 )之間的直線連接中不存在明顯的物質不均勻性； 52)將超聲反射器(13)放置在待測量距離的結束點(33)上，并且將超聲反射器(13)向超聲頭(12)定向； 53)確定位于開始點(34)和結束點(33)之間的直線連接中的介質內的超聲的聲速； 54)通過超聲頭(12)發出波(15、16)，并且測量從超聲頭(12)到超聲反射器(13)和再到超聲頭(12)的波的運行時間； 55)計算開始點(34)和結束點(33)之間的距離，其中在計算中考慮從超聲頭(12)到超聲發射器(13)再到超聲頭(12)的波的運行時間和聲速。
5.根據權利要求4所述的方法(1)，其中，所述方法(I)使用根據權利要求I至3中一項所述的設備(10)。
6.根據權利要求5所述的方法(I)，其中，直接在方法步驟S4后將開始點(34)和結束點(33 )之間的距離的計算結果在控制和顯示裝置(21)上或在電子裝置(23 )上輸出。
7.根據權利要求5至6中一項所述的方法(1)，其中，超聲頭(12)的放置和/或超聲發射器(13)的放置通過使用通過成像方法獲得的至少一幅圖像進行，其中該至少一幅圖像包括開始點(34)和/或結束點(33)。
全文摘要
本發明涉及一種用于中空器官(30)內最小侵入的長度測量的設備(10)，包括內窺鏡器具(11)，帶有超聲發送器(19)和超聲接收器(20)的超聲頭(12)，超聲反射器(13)，電連接裝置(17)，控制和顯示裝置(21)以及機械連接裝置(14)，其中超聲反射器(13)布置在內窺鏡器具(11)的端部上，并且其中超聲頭(12)布置在機械連接裝置(14)的端部上，并且其中超聲頭(12)可向超聲反射器(13)定向，并且其中控制和顯示裝置(21)為此構造用于，通過超聲發送器(19)產生超聲波(15)，以超聲接收器(20)檢測在超聲反射器(13)上反射的超聲波(16)并確定波的運行時間。此外，本發明涉及用于中空器官(30)內最小侵入長度測量的方法(1)。
文檔編號A61B8/00GK102949210SQ20121030793
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月27日 優先權日2011年8月25日
發明者T.科斯 申請人:西門子公司