Ultraschallgerät, insbesondere für medizinische Zwecke. Für diathermische Behandlungen sind in der Medizin Ultraschallgeräte entwickelt wor den, die eine Beschallung von begrenzten Tei len des menschlichen Körpers zum Ziel haben. Bei derartigen Behandlungen ist der Wunsch aufgetaucht, eine Ultraschalltiefentherapie durchzuführen, indem die gerichtete Ultra schallstrahlung auf Gewebeteile konzentriert wird, die in einer bestimmten Tiefe unter der Haut liegen. Um derartige Behandlungen zu ermöglichen, sind Ultraschallgeräte erforder lich, die mit. besonders ausgebildeten gerich teten Ultraschallstrahlern arbeiten.
Es ist bekannt, einen schwingenden Quarz mit einer konkaven Oberfläche zu versehen, so dass er wie ein sphärischer Spiegel eine kon vergente Strahlung erzeugt. Da die Schall strahlen bei Erregung der Kugelschale in der Dickenschwingung in der Hauptsache senk recht. von der schwingenden Oberfläche aus gehen, vereinigen sie sich auf der konkaven Seite der Kugelschale in einem Brennpunkt, der mit dem Krümmungsmittelpunkt der Ku gel zusammenfällt. Die Herstellung derartiger Quarze ist jedoch ausserordentlich teuer, so dass eine allgemeine Anwendung kaum in Frage kommt, und ausserdem bilden sich beim Auflegen einer konkaven Fläche auf das Be handlungsobjekt leicht Luftpolster, die die f\berti-agung der Schallstrahlung praktisch unmöglich machen.
Beirii Ultraschallgerät gemäss der Erfin dung wird ein praktisch flacher Sehwingungs- erzeuger, z. B. ein Quarz normaler Ausführung, verwendet, und es wird zur Konzentrierung 3s- der von ihm abgeschallten Ultraschallstrah lung eine Konzentriervorrichtung benutzt, die aus einer Linse besteht., deren Dicke praktisch gleich n, .<B>2</B> der verwendeten Wellenlänge 7 ist, 2 wobei n. eine ganze Zahl bedeutet.
Bei einem Durchtritt von Schallwellen durch eine linsenähnliche Einrichtung ist näm lich nicht. nur die Tatsache zu berücksichtigen, dass die Schallwellen eine wesentlich grössere Wellenlänge als Lichtwellen haben und dass infolgedessen bei einer Schallinse die Beugungs- erselieinungen eine wesentliche Rolle spielen können;
es muss auch in Betracht gezogen werden, dass die Schallwellen als mechanische Wellen eine mechanische Schwingung der Linse hervorrufen, wobei die elastischen Ei- gensehaften der Linse, ihre Fähigkeit in trans- versaler oder longitudinaler Richtung zu schwingen, ihr Wellenwiderstand usw. eine Rolle spielen.
Untersuchungen haben ergeben, dass bei den in Frage kommenden festen Ma terialien ein Durchtritt der Ultraschallenergie durch eine Platte nur dann ohne grössere Ver loste möglich ist, wenn diese Platte eine Dicke von @/? der verwendeten Wellenlänge oder ein ganzes Vielfaches davon hat. Dies trifft. auch für linsenähnliche Gebilde aus festen Materialien zu. Die in der Literatur bekann ten Ultraschallinsen bestehen demgegenüber aus einer dünnen Metallhaut mit Flüssigkeits- Füllung und sind in einem Flüssigkeitsbad an geordnet, so dass völlig andere Verhältnisse herrschen. Stellt man eine Ultraschallinse aus einem festen Material, z. B.
Metall, Glas oder einem Kunststoff in der aus der Optik bekannten Form, her, wobei auch die Bedin gung erfüllt ist, dass der Durchmesser der Linse ein Vielfaches der Wellenlänge ist, dann tritt eine starke Reflexion der Schallenergie ein, weil die Teile der Linse, deren Dicke in der Grössenordnung von A/4 oder einem un geraden Vielfachen davon liegen, praktisch keine Ultraschallstrahlung durchlassen. Erst die Ausbildung der Linse als Gebilde, dessen Dicke von der halben Wellenlänge der Strah lung praktisch nur wenig abweicht, ermöglicht es, eine Linse mit guter Energieausnützung anzufertigen.
Die Linse kann z. B. als Stufenlinse aus gebildet sein, wobei darauf zu achten ist, dass die Dicke der Linse an den höchsten und tief sten Stellen der Stufenflächen nur so weit von<B><U>A</U></B> abweicht, dass mindestens ein vorge- 2 schriebener Anteil der Ultraschallstrahlung von z. B. 60 oder 80 % abgeschallt wird. Aus dieser Bedingung ergibt sich der Abstand der einzelnen Stufen, z.
B. derart, dass die Höhe der Stufen nur 1% der Plattendicke betragen darf.
Weitere Einzelheiten ergeben sich im Zu sammenhang mit den Ausführungsbeispielen, die im folgenden beschrieben werden. Fig. 1 und 1a zeigen eine Linsenanord nung im Querschnitt, während Fig. 2 einen Schnitt durch die Linse in vergrössertem Massstab wiedergibt. In Fig. 1 ist ein Schwingquarz 1 in Form einer runden Scheibe im Schnitt dargestellt. Auf diesen Quarz ist entweder unmittelbar oder nach Fig. 1a auf eine zur Verkleidung des Quarzes vorgesehene Schutzhaube 3 eine Metallplatte 2, z. B. aus Aluminium oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, aufgesetzt.
Die Schallgeschwindigkeit in dem betreffen den Aluminiummaterial ist. ermittelt worden und beträgt. beispielsweise 6200 m/sec. Bei Verwendun-- einer Ultraschallstrah lung mit einer Frequenz von 1 11Hz ergibt sieh eine Wellenlänge von 6,2 mm, die mitt lere Dicke der Linsenplatte 2 wird daher gleich 3,1 mm gemacht. An der Aussenfläche besitzt die Linse 2 eine Stufenform. Die ein zelnen Stufen bestehen aus ringförmigen Zo nen, deren Oberflächenneigung so bemessen ist, dass die abgestrahlte Schallenergie im ge gebenen Abstand a. auf der mittleren Achse der Linse gesammelt wird.
Ferner ist die Be dingung einzuhalten, dass die einzelnen Stufen keine grössere Veränderung der Plattenstärke als 1. o/o ergeben. Die Brennweite der Linse hängt von dem Verhältnis der Fortpflanzungs geschwindigkeiten v1 : v2 der Ultraschallwellen in den beiden Medien ab, die in der Linsen fläche aneinanderstossen, sowie von dem Ein tritts- und Anstrittsiv inkel und der Schall wellen. Der Durchmesser des mittleren Be reiches der Linse wird zweckmässig so gross gemacht wie etwa der zulässige Streukreis des Brennfleckes.
Die Schutzkappe 3 kann aus dem gleichen Material bestehen wie die Linse 2 oder auch aus andern Stoffen, die die Ultraschallenergie möglichst gut, übertragen. Die Dicke der zwi schen Quarz und Linse vorgesehenen Schicht beträgt zweckmässig A/2 oder ein ganzes Viel faches davon. Diese Schutzkappe kann so aus gebildet sein, dass sie den Quarz gegen Feuch tigkeit schützt, wenn die ganze Vorrichtung zur Beseliallung von Objekten benutzt. wird, die sieh z. B. unter Wasser befinden. Die Linsenplatte wird erforderlichenfalls auswech selbar befestigt, so dass je nach W unseh eine Linse längerer oder kürzerer Brennweite auf gesetzt werden kann.
Die Linsenplatte 2 kann auf verschiedenem Wege hergestellt werden. Zum Beispiel durch Eindrehen der Stufen, durch Prägung oder Pressung, durch Verformung im kalten oder warmen Zustand. Bei der Verbindung der Linsenplatte mit der Unterlage muss beson ders darauf geachtet werden, dass keine Luft einschlüsse zwischen der Platte und der Un terlage verbleiben, da sonst störende Reflek- tionen auftreten können. Die Linse kann z. B.
mit einer plangeschliffenen Fläche auf die den Ultraschall abstrahlende Fläche ausweeh- selbar aufgesetzt und dort unter Druck fest gehalten werden, wobei eine Fett- oder Öl- sehieht als Kontaktmittel dienen kann. In andern Fällen wird die Linse auf der Unter lage aufgekittet, z. B. mit Schellack; ist. eine Erwärmung der Vorrichtung zu erwarten, so wird zweckmässig ein hitzebeständiger Kitt verwendet, der bei Erwärmung keine CTas- bildung zeigt, wodurch ein Ablösen der Linse oder eine Verschlechterung des Kontaktes ein treten können.
Die Linsenplatte 2 kann nicht nur aus Metall, sondern aus Kunststoff, wie organi sches Glas, oder einem keramischen Isolierstoff hergestellt sein. Für die Wahl des Stoffes ist der Vei@v endungszweck aussehlaggebend. Wird die Linse z. B. in der Therapie benutzt und direkt auf den Körper des Patienten, ge gebenenfalls unter Zwischensehaltung eines Fett- oder Ölfilms, aufgesetzt, so wird man ein Material verwenden, in dem die Fort- pflanzungsgesehwindigkeit des Ultraschalles geeignete Werte hat, so dass sich eine leichte und handliche Ausführung ergibt.
Bei Ver wendung der Einrichtung für Materialunter suchungen wird man andere Materialien für den Linsenkörper anwenden.
Es ist auch möglich, den Linsenkörper aus Ringen oder Abschnitten verschiedenen Ma terials zusammenzusetzen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Bei einer derart zusam mengesetzten Linse ist dann für jeden einzel nen Abschnitt, die Bedingung einzuhalten, dass die Dicke des betreffenden Abschnittes im we sentlichen gleich V 2 der bei der verwendeten Frequenz in dem Material sich ergebenden Wellenlänge oder einem ganzen Vielfachen davon ist.
Die Anwendung der Konzentriervorrich- tung ist nicht auf die genannten Verwen- dungs7weeke beschränkt. Die Vorrichtung kann in Verbindung mit beliebigen Ultra schallerzeugern verwendet werden und lässt sieh z. B. auch bei Emulsionierungsgeräten, bei Zerstäubung5- und Zerkleinerungsvorrieh- tungen usw. benutzen. Es ist auch möglich, mehrere linsenähnliche Gebilde hintereinander anzubringen.