CH284836A - Ultraschallgerät, insbesondere für medizinische Zwecke. - Google Patents

Description

  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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Ultraschallgerät, insbesondere für medi zinische Zwecke, mit einem praktisch fla chen Schwingungserzeuger und einer Vorrich tung zur Konzentrierung der von ihm abge- schallten Ultraschallstrahlung, dadurch ge kennzeichnet,, dass die Konzentriervorriehtung aus einer Linse besteht, deren Dicke praktisch gleich n .<B><U>Z</U></B> ist, wobei ), die Wellenlänge der 2 Ultraschallstrahlung in der Linsensubstanz und n eine ganze Zahl ist. UNTERANSPRÜCHE: 1. Ultraschallgerät nach Patentansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse als Stufenlinse ausgebildet ist.

   2. Ultrasehallgerät nach Unteransprueh 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Linse an den höchsten und tiefsten Stellen der Stufenflä.ehe nur so weit von A/2 ab weicht, dass mindestens ein Anteil der U1tra- sehallstrahlung von 60% abgeschallt wird. 3. Ultraschallgerät nach LTnteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse aus wechselbar auf einer den Ultraschall abstrah lenden Fläche aufgesetzt ist. 4.

   Ultraschallgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse auf einem Schwingquarz aufgekittet ist. 5. Ultraschallgerät nach Unteransprueh \?, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse aus Metall besteht. 6. Ultraschallgerät nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse aus Leichtmetall besteht. 7. Ultraschallgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse aus Ringzonen verschiedenen Materials zusammen gesetzt ist, wobei die Zonen für die in ihnen herrschende Wellenlänge der Ultrasehallstrah- lung die im Patentansprueli genannte Bedin gung erfüllen.