DE69333503T2

DE69333503T2 - Intracorporale sonde zur genauen bestimmung der geschwindigkeit einer flüssigkeit, insbesondere des durchflusses durch die aorta

Info

Publication number: DE69333503T2
Application number: DE1993633503
Authority: DE
Inventors: Dominique Cathignol; Bernard Lavandier; Raoul Muchada
Original assignee: Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Current assignee: Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: EP0595666A2; EP0595666A3; DE69327147D1; EP0787977B1; ATE265823T1; DE69327147T2; DE69333503D1; ATE187051T1; US5479928A; EP0595666B1; EP0787977A3; EP0787977A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet von Ultraschall-Sonden im Allgemeinen, die zur Durchführung von Geschwindigkeits- und/oder Durchflussmengen-Messungen verwendet werden, und sie betrifft insbesondere das Gebiet von Ultraschall-Sonden, die für intrakorporale Messungen geeignet sind, indem sie durch eine natürliche Öffnung in den menschlichen Körper einführbar sind.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Erfindung betrifft die Messung der Durchflussmenge in der Aorta mittels einer in das Innere der Speiseröhre eingeführten Sonde.
Das Dokument EP-A-0 363 156 beschreibt einen Katheter, der in das Innere einer Leitung eingeführt wird, von der man den Volumendurchfluss einer darin zirkulierenden Flüssigkeit messen will.
Allein aufgrund der Position des Katheters im Inneren der Leitung, in welcher die Flüssigkeit zirkuliert, von der man die Durchflussmenge messen will, kommt es häufig vor, dass sich der Katheter in einer Position befindet, in der die Messwandler nicht diametral liegen, was zu einer fehlerhaften Messung des Durchmessers und auch der Durchflussmenge der in der Leitung zirkulierenden Flüssigkeit führt.
Das Dokument FR-A-2 296 165 verwendet eine Kombination von zwei Messwandlern mit Doppler-Effekt, von denen ein Messwandler im Mittelpunkt des anderen Messwandlers angeordnet ist, wobei die Messwandler gezwungenermaßen in ein- und derselben Ebene angeordnet sind, mit der weiteren Maßgabe, dass die Wandler durch quadratische Platten gebildet sind (Seite 5, Zeilen 14 bis 19, 1 und 2).
Im Dokument FR-A-2 424 733 wird eine intrakorporale Sonde in Form eines Katheters vorgeschlagen, welcher eine weiche Hülse mit einem flexiblen Stück bildet, das über eines seiner Enden mit einem Trägerblock verbunden ist, auf dem zumindest ein Ultraschall-Wandler vorgesehen ist, der außerhalb des Katheters mit einer Steuer- und Verarbeitungseinheit verbunden ist. Das andere Ende des flexiblen Stücks ist einstückig mit einer Antriebsvorrichtung für die Rotation des Trägerblocks um sich selbst versehen.
Eine solche Sonde erlaubt es, durch den Doppler-Effekt die Geschwindigkeit und in der Folge, wenn außerdem der Durchmesser bekannt ist, die Durchflussmenge des im Inneren eines Blutgefäßes zirkulierenden Bluts zu bestimmen. Es wird daran erinnert, dass die Durchflussmenge gleich dem Querschnitt des Blutgefäßes, multipliziert mit der durchschnittlichen räumlichen Geschwindigkeit im Inneren des Blutgefäßes, ist.
Obwohl die oben beschriebene Sonde einen großen Fortschritt bezüglich der Messung der Durchflussmengen in der Aorta bewirkte, scheint es, dass die mittels einer solchen Sonde durchgeführten Durchflussmengen-Messungen ungenau sind.
Eine solche Sonde gewährleistet nämlich die Messung der Durchschnittsgeschwindigkeit, die mittels eines Ultraschall-Wandlers durchgeführt wird, dessen Strahlenbündel nicht die gesamte Fläche des geraden Querschnitts des Blutgefäßes abdeckt. Ferner scheint es in der Praxis schwierig, ja sogar unmöglich, die richtige Orientierung der Sonde festzustellen, um die Durchflussmengen-Messungen vorzunehmen. Falsche Positionierungen der Sonde können nämlich Doppler-Signale hervorrufen, die alle die Merkmale des gesuchten Signals besitzen, aber zu ungenauen Werten der Durchflussmenge führen. Daraus folgt, dass das Ultraschall-Strahlenbündel auch teilweise eine außerhalb des Blutgefäßes befindliche Zone erfassen kann, so dass die Messvorrichtung bewegliche Elemente außerhalb des Blutgefäßes berücksichtigt, was eine Fehlerquelle darstellt.
Es ist ferner festzustellen, dass die Aufbereitung der Doppler-Signale in der bekannten Vorrichtung eine Ausschließung der Bewegung der Blutgefäßwände nicht gestattet, weil sämtliche von den entlang des Ultraschall-Strahlenbündels befindlichen beweglichen Zielen kommenden Signale berücksichtigt werden.
Darüber hinaus läßt das räumliche Geschwindigkeitsprofil im Laufe eines Herzzyklus, insbesondere während der Diastole, Bereiche mit Null-Geschwindigkeit oder so langsamer Geschwindigkeit auftreten, daß diese mittels der Sonde und der gleichzeitig verwendeten Verarbeitungsvorrichtung nicht gemessen werden können. Die so gemessene räumliche Durchschnittsgeschwindigkeit ist mit Fehlern behaftet, weil lediglich die in ausreichend schneller Bewegung befindlichen Ziele berücksichtigt werden. Unter diesen Bedingungen führt die Durchflussmengen-Messung zu einem besonders großen Fehler in dem Sinn, dass die gemessene Durchschnittsgeschwindigkeit dann mit dem Gesamtquerschnitt des Blutgefäßes multipliziert wird. Dieser Fehler ist umso schwerwiegender, als die Fläche, die durch Flüssigkeitsströme bedeckt ist, die unbeweglich oder zu langsam sind, um von der Sonde detektiert zu werden, im Vergleich zum Querschnitt des Blutgefäßes selbst sehr groß ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt daher die Ausschaltung der oben genannten Nachteile, indem eine Sonde vorgeschlagen wird, die insbesondere die Genauigkeit der Messung der räumlichen Geschwindigkeit eines beweglichen Ziels zur genauen Messung der Durchflussmenge des Ziels verbessert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Sonde vorzuschlagen, die eine genaue Messung der Geschwindigkeit ausschließlich über den gesamten Querschnitt des beweglichen Ziels ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sonde vorzuschlagen, die zur Durchführung von genauen Messungen der Geschwindigkeit und in der Folge der Durchflussmenge einer in einer Leitung zirkulierenden Flüssigkeit umfassend Partikel in Suspension geeignet ist, wobei diese Zirkulation insbesondere pulsierend sein kann und so zu bestimmten Zeitpunkten eine Null-Geschwindigkeit oder sogar einen Rückwärtsfluss darstellen kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Sonde, die zur genauen Messung der Geschwindigkeit und in der Folge der Durchflussmenge des Bluts in der Aorta geeignet ist. Vorzugsweise soll die Lösung eine Messung der Geschwindigkeit und somit der Durchflussmenge des Blutes in der Aorta mittels einer Sonde für das Innere eines Hohlraums ermöglichen, wobei die Sonde in die Speiseröhre eingeführt wird, bis sie gegenüber der Aorta positioniert ist, u. zw. sowohl während der Diastole als auch der Systole, oder von Flüssigkeitsströme mit variabler Geschwindigkeit darstellenden Durchflussmengen, insbesondere mit Rücksicht auf eine unregelmäßige oder pulsierende Durchflussmenge, was eine Null-Geschwindigkeit oder sogar einen Rückwärtsfluss einschließen kann.
Zur Erreichung dieser oben genannten Ziele ist die Sonde gemäß der Erfindung in den Ansprüchen definiert.
Verschiedene andere Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen hervor, die in Form von nicht beschränkenden Beispielen Ausführungsformen und Formen zur Durchführung des Gegenstandes der Erfindung darstellen.
1 ist eine Schnittansicht einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die schematisch in der Betriebsposition in der Speiseröhre gegenüber der Aorta dargestellt ist.
2 ist eine Projektionsansicht eines Querschnitts im Wesentlichen entlang der Linie II-II der 1 und zeigt ein charakteristisches Detail der Erfindung.
3 ist ein Diagramm, das die vom beweglichen Ziel, im vorliegenden Fall in der Aorta zirkulierendem Blut, rückgestrahlte Energie in der Zeit darstellt.
4 ist ein Beispiel einer Geschwindigkeitskurve als Funktion der Zeit, die von der erfindungsgemäßen Sonde gemäß den 1 und 2 vor einer Korrektur (schematisch als gestrichelte Linie dargestellt) und nach einer Korrektur erhalten wird.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde für intrakorporale Messungen der Geschwindigkeit und/oder der Durchflussmenge. Zu diesem Zweck weist die intrakorporale Sonde einen Katheter auf, der eine weiche Hülse oder ein weiches Rohr bildet, hergestellt wie an sich bekannt aus Materialien, die für ihre nichttoxischen Eigenschaften und gute Mukosa-Toleranz ausgesucht sind. Die Hülse 1 weist ein flexibles Stück 2 auf, das über eines seiner Enden mit zumindest einem Trägerblock 3 verbunden ist, auf dem die Ultraschall-Wandler 4 und 5 angebracht sind. Auf klassische Weise ist dieses Ende der Sonde, das in den Körper einzuschieben ist, mit einem den Trägerblock 3 umgebenden Ballonett 6 versehen. Die Wandler 4, 5 sind mit einem elektrischen Kabel 7 verbunden, das in der Hülse 1 eingesetzt ist und aus dem Katheter hinausragt, um mit einer Einheit 8 zur Steuerung der Wandler und zur Verarbeitung der durch diese abgegebenen Signale verbunden zu werden. Das Ende des flexiblen Stücks 2, das jenem des Trägerblocks 3 gegenüberliegt, ist mit einer Bedienungseinrichtung 9 verbunden, wie mit einem gerändelten Knopf, der eine Rotation des flexiblen Stücks 2 um sich selbst gewährleistet.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der Trägerblock 3 so angeordnet, dass er zumindest einen Ultraschall-Wandler 4 aufnimmt, der ein so genanntes breites Strahlenbündel 4a aussendet, nämlich eines, das zumindest den gesamten Querschnitt S eines Milieus 10 abdecken kann, wie eines Blutgefäßes, das vorzugsweise die Aorta bildet und ein bewegliches Ziel 11 aufweist, z. B. in Form eines Blutflusses (2). Der Wandler 4 ist auf einer Auflageebene 12 platziert, die in dem Trägerblock 3 vorgesehen ist. Für den Fall, daß die Sonde in die Speiseröhre eingeführt werden soll, um die Aorta-Durchflußmenge zu bestimmen, ist der Wandler 4 in Bezug auf die gemeinsame Längsachse x-x' des flexiblen Stücks 2 und des Trägerblocks 3 geneigt, so daß die Bestimmung der Blutgeschwindigkeit durch den Doppler-Effekt gewährleistet ist. Beispielsweise ist der verwendete Wandler 4 ein Wandler des Typs Natur PI 60, mit einem zylindrischen Querschnitt der Dimensionen 4/4 mm, mit einem Krümmungsradius von 6 mm, der von der Firma Société Quartz et Silice vertrieben wird.
Gemäß der Erfindung ist der Trägerblock 3 ferner mit einem Ultraschall-Wandler 5 versehen, der ein Strahlenbündel 5a darstellt, das in Bezug auf den Querschnitt S der Aorta 10 und in Bezug auf das Strahlenbündel 4a als schmal angesehen wird. Der Wandler 5 mit ebenem oder lokalisiertem Strahlenbündel ist auf dem Trägerblock 3 derart montiert, daß sich sein Strahlenbündel 5a vorzugsweise zentriert auf der Symmetrieebene P des breiten Strahlenbündels, das durch die Achse x-x' geht, befindet. Das schmale Strahlenbündel 5a ist um einen Divergenzwinkel θ in Bezug auf das breite Strahlenbündel 4a verschoben und befindet sich vorzugsweise gemäß einer im Wesentlichen zur Achse x-x' rechtwinkeligen Richtung orientiert.
Selbstverständlich muß berücksichtigt werden, dass der Wandler 5 auf dem Trägerblock 3 befestigt sein kann, so dass sein Strahlenbündel 5a sich in einer anderen, aber definierten Relativposition in Bezug auf jene des breiten Strahlenbündels 4a befindet. Ferner können die Wandler 4 und 5 auf separaten Trägerblöcken montiert sein, deren Relativpositionen definiert sind, insbesondere aufgrund deren Konstruktion.
Die in diesem dargestellten Beispiel beschriebene Sonde ist dazu vorgesehen, durch eine natürlich Öffnung in einen natürlichen Gang eingesetzt zu werden, wie die mit strichpunktierter Linie dargestellte Speiseröhre 13, und anschließend axial verschoben zu werden, so dass die Wandler 4 und 5 sich gegenüber einem Querschnitt S der Aorta 10 befinden. Der Trägerblock 3 wird demnach mit Hilfe des Manövrierknopfes 9 verschoben, der seine Wirkung über das flexible Stück 2 überträgt, so dass die Wandler 4, 5 wie gewünscht azimutal orientiert werden.
Um das breite Strahlenbündel 4a in eine Stellung zu platzieren, in der es den Querschnitt des zu untersuchenden Blutgefäßes 10 bedeckt, wird der Wandler 5 mit schmalem Strahlenbündel mit der Einheit 8, die die Mess- und Verarbeitungsmittel der Eigenschaften des Signals des Wandlers mit schmalem Strahlenbündel 5 aufweist, verbunden.
Dazu weist die Steuer- und Verarbeitungseinheit 8 Mittel 14 auf, die über eine Verbindung 7₁ mit dem Wandler 5 verbunden und so gestaltet sind, dass die Amplitude der als Echo von dem Wandler mit schmalem Strahlenbündel 5 empfangenen Signale bestimmt wird. Die Bestimmungsmittel 14 sind mit Mitteln 15 verbunden, die so ausgebildet sind, dass die Maxima der Amplitude der rückgestrahlten Signale detektiert werden. Auf klassische Weise ist zu berücksichtigen, dass die Amplitude der Echos des Wandlers 5 auf einem Maximum ist, wenn sein Strahlenbündel 5a rechtwinkelig zur Wand des Blutgefäßes 10 verläuft. Der Trägerblock 3 wird azimutal mittels des Knopfes 9 verschoben, bis er eine Position innehat, in der die Amplitude der Echos des Signals des Wandlers 5 als Maximum erscheint. Der Wandler 4 befindet sich aufgrund der Herstellung in der gewünschten Orientierung, so daß sein breites Strahlenbündel diesen gesamten Querschnitt bestrahlt. Somit ist es möglich, die Sonde in eine einzige und richtige Orientierung zu setzen, wobei sich die Amplitude der Echos der Wände bei einer geringen Winkelverschiebung stark verringert. Ferner ist festzuhalten, dass der Ultraschall-Wandler 4 es gewährleistet, die Geschwindigkeit über den gesamten Querschnitt des Blutgefäßes zu messen, wobei der gesamte Querschnitt durch das breite Strahlenbündel 4a bestrahlt wird.
Es ist festzuhalten, dass im Fall, wo zwei Wandler 5 mit schmalem Strahlenbündel eingesetzt werden, vorgesehen werden kann, dass z. B. die Position, in der die Amplitude der Signale der beiden Wandler 5 gleich ist, detektiert wird, um die gewünschte Orientierung des Wandlers mit breitem Strahlenbündel 4 zu bestimmen.
Um die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessungen durch den Wandler 4 weiter zu erhöhen, ist vorgesehen, nur die Echos des Wandlers 5 zu berücksichtigen, die von einem den Querschnitt der Aorta 10 in zwei einander gegenüberliegenden Endpunkten begrenzenden Abstand P₂–P₁ kommen. Dazu weist die Steuer- und Verarbeitungseinheit 8 Mittel 16 zur Bestimmung dieses Abstands P₂–P₁ auf. Die Mittel 16 sind mit den Mitteln 15 verbunden, um den Abstand d₂–d₁ zu bestimmen, der den zwei Endpunkten der Aorta entspricht, die ausgehend von den Maxima der Amplitude der Echos in Bezug auf die Signale des Wandlers 5 detektiert werden. Die Kenntnis des Abstands d₂–d₁ erlaubt es, den Querschnitt zu berechnen, da es bekannt ist oder angenommen wird, dass das Blutgefäß einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
Die Mittel 16 bestimmen anschließend den Abstand P₂–P₁ ausgehend vom Abstand d₂–d₁ und vom Divergenzwinkel θ zwischen den zwei Strahlenbündeln, der insbesondere durch die Herstellung bekannt ist. Diese Bestimmungsmittel 16 steuern Auswählmittel 17, die über eine Verbindung 7₂ mit dem Wandler 4 verbunden sind. Diese Mittel 17 erlauben es, einzig die Echos von Signalen des Wandlers 4, die in einem Zeitbereich der Antwort entsprechend dem Intervall P₂–P₁ erhalten werden, auszuwählen. Die Auswählmittel 17 sind mit bekannten Verarbeitungsmitteln 19 verbunden, die den Erhalt eines Doppler-Signals gewährleisten. Diese Verarbeitungsmittel 19 sind mit an sich bekannten Mitteln 20 verbunden, die die räumliche Durchschnittsgeschwindigkeit V_m des den Querschnitt S der Aorta 10 durchfließenden Bluts bestimmen können.
Die kombinierte Verwendung zumindest eines Wandlers mit breitem Strahlenbündel 4 und zumindest eines Wandlers mit schmalem Strahlenbündel 5 gewährleistet die Messung der Geschwindigkeiten auf dem Gesamtquerschnitt der Aorta 10, ohne am Äußeren eines solchen Blutgefäßes vorhandene Elemente zu berücksichtigen. Das Messfeld der Geschwindigkeit fällt somit auf möglichst genaue Weise mit dem Querschnitt S der Aorta zusammen.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung kann die Sonde genaue Messungen der räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeit gewährleisten, die den Querschnitt von bewegten Fluidströmen mit einer Geschwindigkeit von Null oder langsam genug, um von den wie an sich bekannt funktionierenden Mitteln 19, 20, für Null gehalten zu werden, berücksichtigen. Die erfindungsgemäße Sonde kann somit Geschwindigkeitsmessungen gewährleisten, die den effektiven oder reellen Querschnitt, der von den roten Blutkörperchen eingenommen wird, die im Inneren der Aorta in Bewegung sind, berücksichtigen.
Dazu weist die Einheit 8 Mittel 21 zur Messung der Energie auf, die durch die in Bewegung stehenden Partikel, im Fall von Blut die roten Blutkörperchen, rückgestrahlt wird. Die rückgestrahlte Energie E, die proportional zur Anzahl der roten Blutkörperchen in Bewegung ist, wird zu jedem Zeitpunkt gemessen, um die Masse der in Bewegung stehenden Flüssigkeit zu kennen (3). Die Energie E des erhaltenen Signals ist durch die folgende Formel gegeben: E = e·c·I·Sworin c die Konzentration der Partikel, nämlich der roten Blutkörperchen, e die von einem Partikel rückgestrahlte Energie und das Produkt I·S das Meßvolumen darstellt, in dem sich die Partikel in Bewegung befinden.
Die Mittel zur Berechnung der Energie 21, die das von den Verarbeitungsmitteln 19 ausgesandte Doppler-Signal erhalten, bestimmen zu jedem Zeitpunkt die Amplitude oder die von den bewegten Zielen rückgestrahlte Energie E. Die Amplitude des Doppler-Signals ist proportional zur Quadratwurzel der rückgestrahlten Energie. Der Ausgang der Rechnungsmittel 21 ist mit Mitteln 22 verbunden, die die rückgestrahlte Energie zu einem oder mehreren definierten Zeitpunkten, insbesondere während der Systole, durchlassen. Die Mittel 22 sind somit mit den Mitteln 23 zur Bestimmung der definierten Zeitpunkte und insbesondere des Zeitpunkts der Systole verbunden. Die Systole kann, wie an sich bekannt, ausgehend von der Maximalgeschwindigkeit des Bluts, von der rückgestrahlten Energie oder von einem Elektrokardiogramm bestimmt werden.
Die Mittel 22 liefern also den Wert für die rückgestrahlte Energie E_S während der Systole. Vorzugsweise wird die während der Systole rückgestrahlte Energie E_S von mehreren Herzzyklen gemessen, z. B. etwa zehn, anschließend wird das arithmetische Mittel bestimmt, um die normalen physiologischen Variationen zu berücksichtigen.
Es ist zu berücksichtigen, dass alle roten Blutkörperchen während der Systole in Bewegung sind, so dass die gesamte zu diesem Zeitpunkt rückgestrahlte Energie E_S der Bewegung der den gesamten Querschnitt S des Blutgefäßes besetzenden Ziele entspricht. Außerhalb der Systole und insbesondere während der Diastole kann die von den effektiv in Bewegung stehenden Partikeln bedeckte Fläche S_D in Bezug auf den Gesamtquerschnitt S verkleinert sein.
Die Berücksichtigung der rückgestrahlten Energie, sowohl während der Systole E_S als auch während der Diastole E_D, gestattet die Bestimmung der theoretischen reellen oder effektiven Fläche S_D, die an der Durchflussmenge teilhat. Eine solche Fläche ergibt sich wie folgt: SD = S·(ED/ES) = S·K
Der Korrekturfaktor K wird durch Korrekturmittel 24, die mit den Mitteln 21, 22 verbunden sind, bestimmt. Vorzugsweise gewichten die Korrekturmittel 24 den Faktor K mit einem praktischen Korrekturkoeffizienten, der die technischen Merkmale des verwendeten Wandlers 4 und der Mittel 19, insbesondere den Minimalwert der bestimmten Geschwindigkeiten und das Durchlassband für das Doppler-Signal, berücksichtigt. Diese Korrekturmittel 24 sind mit Mitteln 25 verbunden, die mit den Bestimmungsmitteln 20 der räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeit verbunden sind. Diese Mittel 25 erlauben, ausgehend von räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeitswerten und vom Korrekturfaktor K, die korrigierte Durchschnittsgeschwindigkeit V_C und in der Folge die Durchflussmenge des auf der lokalisierten Fläche S_D in Bewegung befindlichen Bluts ausgehend vom bekannten Blutgefäßquerschnitt zu berechnen.
4 stellt ein Beispiel einer Kurve der korrigierten Geschwindigkeit V_C als Funktion der Zeit dar. Diese Kurve erlaubt es, die Korrektur abzuschätzen, die aufgrund der Bruttomeßgeschwindigkeiten, die während der Diastole mit gestrichelten Linien schematisch dargestellt werden, durchgeführt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Erzielung einer erhöhten Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessungen und in der Folge der Durchflussmenge des Bluts, das die gemessenen Werte den effektiven Querschnitt für die Durchflussmenge des Bluts berücksichtigen.
Wie aus 3 genauer ersichtlich ist, wird der durch die Mittel 24 bestimmte Korrekturfaktor lediglich dann verwendet, wenn die rückgestrahlte Energie geringer ist als ein gegebener Schwellenwert N, der festgesetzt oder verstellbar ist, um gleichzeitig die physiologischen Variationen und normalen statistischen Variationen des Doppler-Signals, die bereits bekannt sind, zu berücksichtigen. Vorzugsweise beträgt der Schwellenwert N zwischen 10 und 50% der maximalen rückgestrahlten Energie E_S während der Systole, und besonders bevorzugt etwa 25%. Ein solcher Vergleich wird mittels zwischen den Mitteln 21–22 und 24 eingesetzter Mittel 26 durchgeführt und erlaubt es, zu jedem Zeitpunkt des Herzzyklus die Werte der Geschwindigkeit und der Durchflussmenge insbesondere während der Diastole D zu korrigieren, wie dies in 4 besser zu sehen ist.
Selbstverständlich können die verschiedenen Betriebsmittel der Einheit 8 in programmierter oder verbindungsprogrammierter Form realisiert sein. Ferner ist festzustellen, dass die verschiedenen für den Betrieb der Wandler 4, 5 notwendigen Schaltungen nicht genauer erläutert sind, da sie nicht Teil der Erfindung sind und an sich bekannt sind. Ferner ist festzuhalten, dass die obige Beschreibung eine Sonde betrifft, die für das Innere eines Körpers oder das Innere eines Hohlraums vorgesehen ist. Selbstverständlich kann die Erfindung auch für eine Sonde außerhalb eines Körpers angewandt werden. In diesem Fall weist die Sonde keinen Katheter 1 und kein flexibles Stück 2 auf. Beispielsweise kann vorgesehen sein, eine solche Sonde zur Messung der Durchflussmenge der steigenden Aorta auf susternalem Weg zu verwenden.
In den Zeichnungen ist der Querschnitt (S_S) als jener Querschnitt definiert, der durch Partikel in Suspension in der Leitung besetzt ist, z. B. rote Blutkörperchen in der Aorta, wenn die Gesamtheit oder im Wesentlichen die Gesamtheit in der Abtastebene des Schnitts des Wandlers mit breitem Strahlenbündel 4 als in Bewegung befindlich angesehen wird, wobei der Querschnitt (S_S) im Wesentlichen gleich dem Querschnitt (S) der bestrichenen Leitung, hier der Aorta wie in 2 dargestellt, ist. Der Teilquerschnitt (S_D) ist jener Querschnitt, der zu jedem Zeitpunkt von den in Suspension in der Leitung befindlichen Partikeln, z. B. roten Blutkörperchen, die als bewegt detektiert werden und eine sehr lokalisierte Zone wie in 2 gezeigt darstellen können, besetzt wird.
Bezüglich des Korrekturfaktors (K), kann der Korrekturfaktor (K) in einem Ausführungsbeispiel durch die folgende Formel dargestellt werden:
worin:
K = Korrekturfaktor
E_D = rückgestrahlte Energie wie oben definiert
E_S = gesamte rückgestrahlte Energie wie oben definiert
n = Zahl, die einen anderen Korrekturfaktor darstellt
k = Korrekturkoeffizient wie oben definiert, der von den technischen Merkmalen des Wandlers (4) und der Mittel abhängt, die die mit dem Wandler (4) mit Doppler-Effekt einschließlich der Messmittel (19) verbundenen Signale aussenden, empfangen, messen und verarbeiten.
Bei der Geschwindigkeitsmessung des Blutflusses in der Aorta wurden die folgenden Werte bei zwei Patienten erhalten:

– mit der erfindungsgemäßen Sonde ist der Korrekturkoeffizient k gleich 1, n gleich 1/2 und der Schwellenwert (N) mit 25% der maximalen rückgestrahlten Energie (E_S) festgelegt.

Bei diesen zwei Patienten wurden die durch die Wandler der erfindungsgemäßen Sonde erhaltenen Signale registriert und durch den Computer berechnet und haben folgende Werte der Geschwindigkeitsmessung ergeben:

A – Für den Patienten A mit einem Aortadurchmesser von 3 cm:
– Durchschnittsgeschwindigkeit von 500 Messungen der Momentangeschwindigkeit, nicht korrigiert: 8,64 cm/Sekunde

Auf der registrierten Kurve, die über 10 Sekunden läuft, wurde festgestellt, dass die den Teilquerschnitt (S_D) betreffenden Messungen mehrheitlich negativ waren.
Da der Schwellenwert anwendbar war, wurde eine Korrektur der Durchschnittsgeschwindigkeit durchgeführt, so dass ein korrigierter Durchschnittsgeschwindigkeitswert von 9,3 cm/Sekunde resultierte.
Dann wurde ein zweiter Versuch beim selben Patienten A durchgeführt, und die Werte waren wie folgt:

– Durchschnittsgeschwindigkeit von 500 Messungen der Momentangeschwindigkeit, während 10 Sekunden, nicht korrigiert: 9,66 cm/Sekunde.

Es wurde beobachtet, dass die lokalisierten Flüsse (S_D) mehrheitlich positiv waren, und daß ferner der Schwellenwert anwendbar war.
Die korrigierte Durchschnittsgeschwindigkeit war in der Folge 9,03 cm/Sekunde.

B – Bei einem zweiten Patienten B mit einem Aortaquerschnitt von 2,4 cm unter denselben Bedingungen waren die Geschwindigkeitswerte wie folgt:
– Durchschnittsgeschwindigkeit, nicht korrigiert: 18,6 cm/Sekunde.

Beim Patienten B waren die lokalisierten Flüsse (S_D) mehrheitlich positiv, und der Schwellenwert war ebenfalls anwendbar.
Der Wert der korrigierten Geschwindigkeit betrug 15,36 cm/Sekunde.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt, denn es können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne dabei vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzugehen.

Claims

Extrakorporale oder endokavitäre Sonde zur Messung der Geschwindigkeit oder Durchflußmenge einer Partikel in Suspension enthaltenden und in einer ersten Leitung (10) zirkulierenden Flüssigkeit, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit oder Durchflußmenge von Blut in der Aorta (10), welche Sonde eine Längsachse aufweist, wobei die Sonde die Messung der Geschwindigkeit oder Durchflußmenge der Flüssigkeit gestattet, während die Sonde in einer zweiten Leitung (13) außerhalb der ersten Leitung (10) plaziert ist, und mit einer Hülse (1) und mindestens einem mit Rotationsmitteln (9) versehenen Trägerblock (3), einem auf dem Trägerblock (3) durch die Rotationsmittel (9) drehbar in Richtung der ersten Leitung ausrichtbar befestigten Wandlerelement (4) mit breitem Strahlenbündel (4a) zur Messung der Geschwindigkeit der in der ersten Leitung (10) zirkulierenden Flüssigkeit mittels Doppler-Effekt, sowie einem in der Sonde durch die Rotationsmittel (9) drehbar in Richtung der ersten Leitung ausrichtbar befestigten Ultraschall-Wandler (5) mit schmalem Strahlenbündel (5a) zur Präsentation seines schmalen Strahlenbündels (5a) in einer bekannten Relativposition in Bezug auf jene des Ultraschall-Wandlers (4) mit breitem Strahlenbündel (4a), wobei die Rotationsmittel (9) vorgesehen sind, um den Wandler (5) mit schmalem Strahlenbündel um die Längsachse der Sonde relativ zur Hülse (1) in Rotation zu versetzen, welche Sonde ferner eine Steuer- und Verarbeitungseinheit (8) aufweist mit: a) Mitteln (14, 15) zur Messung und Verarbeitung der Merkmale des Signals des Wandlers mit schmalem Strahlenbündel (5a) zwecks Anzeigens der Rechtwinkligkeit des schmalen Ultraschall-Strahlenbündels (5a) gegenüber der Wand der ersten Leitung (10), wobei die Steuereinheit (8) den Betrieb des Wandlers (4) mit breitem Strahlenbündel (4a) zur Messung der Geschwindigkeit oder Durchflußmenge der in der ersten Leitung (10) strömenden Flüssigkeit steuert, wenn der Wandler (5) mit schmalem Strahlenbündel (5a) die rechtwinkelige Position erreicht; b) Mitteln (21) zur Berechnung der von den in Bewegung befindlichen Partikeln zu jedem Zeitpunkt rückgestrahlten Energie; c) Mitteln (22), die so gestaltet sind, daß sie die zu einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkten, insbesondere während der Systole, rückgestrahlte Energie durchlassen, welche Mittel (22) ihrerseits mit Mitteln (23) verbunden sind, die die bestimmten Zeitpunkte, insbesondere den Zeitpunkt der Systole, bestimmen können; d) wobei die Mittel (22), die so gestaltet sind, daß sie die rückgestrahlte Energie zu einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkten durchlassen, den Wert der gesamten rückgestrahlten Energie (E_S) der in der ersten Leitung (10) in Bewegung befindlichen Partikel liefern, wenn sämtliche Partikel in Bewegung sind, wobei der von sämtlichen Partikeln in Bewegung eingenommene Querschnitt gleich S_S im Wesentlichen gleich dem Querschnitt S der ersten Leitung ist; e) wobei die Mittel (22), die so gestaltet sind, daß sie die rückgestrahlte Energie zu einem oder mehreren bestimmten Zeitpunkt durchlassen, auch den Wert der zu jedem anderen Zeitpunkt teilweise rückgestrahlten Energie (E_D) liefern, wenn nur ein Teil der Partikel in Bewegung ist, wobei der von diesen Partikeln in Bewegung eingenommene Querschnitt gleich S_D kleiner als S_S ist; f) Mitteln (19, 20) zur Messung der räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeit während einer Zirkulation der Partikel zu irgendeinem Zeitpunkt in der ersten Leitung und gegebenenfalls Berechnung der mittleren Durchflußmenge durch Multiplizieren dieser räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeit mit dem Querschnitt S der ersten Leitung (10); und g) Korrekturmitteln (24) zum Korrigieren der Messung der räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeit oder mittleren Durchflußmenge um einen Faktor, der von der Teilenergie (E_D) und der Gesamtenergie (E_S) abhängt.
Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Verarbeitungseinheit (8) auch Mittel (14) aufweist, die mit dem Wandler (5) mit schmalem Strahlenbündel verbunden sind, um die Amplitude der als Echo vom Wandler (5) mit schmalem Strahlenbündel empfangenen Signale zu bestimmen, wobei die Bestimmungsmittel (14) ferner mit Mitteln (15) verbunden sind, die so ausgebildet sind, daß sie die Maxima der Amplitude der rückgestrahlten Signale detektieren, welche Maxima der Position des Strahlenbündels (5a) des Wandlers (5) senkrecht zu den Wänden der ersten Leitung (10) entsprechen, wobei die Steuereinheit (8) auch Mittel (16) aufweist, die so gestaltet sind, daß sie nur die Echos des Wandlers (4) mit breitem Strahlenbündel aufnehmen, die von einem den Querschnitt S der ersten Leitung (10) umschreibenden Abstand (P2–P1) kommen.
Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel (24) mit Mitteln (25) verbunden sind, die eine Berechnung der korrigierten Durchschnittsgeschwindigkeit (V_C) und in der Folge der Durchflußmenge der über dem Querschnitt S_D in Bewegung befindlichen Flüssigkeit, ausgehend von den Werten der räumlichen Durchschnittsgeschwindigkeit und einem Korrekturfaktor, gestatten.
Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine endokavitäre Sonde zur Einführung in die Speiseröhre (13) zwecks Messung der Geschwindigkeit und/oder Durchflußmenge des Bluts in der Aorta (10) handelt.