CH294745A - Ultraschallgenerator. - Google Patents

Description

      Ultraschallgenerator.       Die Erfindung betrifft einen Ultraschall  generator für medizinische Zwecke.  



  In der Ultraschalltherapie ist. die Frage  der     Dosierung    der Ultraschallenergie näher  untersucht worden. Dabei hat sich heraus  gestellt, dass infolge der Wellennadir der  Ultraschallstrahlung     Interferenzerscheinun-          gen    auftreten, deren     1Viehtbeaehtung    unter  Umständen zu     Schädigungen    des Patienten  führen kann. Es bilden sieh nämlich beson  ders im Nahfeld des Strahlers durch Inter  ferenz Schwingungsmaxima und     -miiiima    aus,  das heisst. Stellen, innerhalb derer die Energie  ungleichmässig verteilt ist. Diese Erscheinung  ist besonders dann zu beobachten, wenn  das Verhältnis von     Strahlerdurehmesser    zur  Wellenlänge gross ist.

    



  Die ungleichmässige Verteilung der Ener  gie erstreckt sieh nicht. nur auf die Tiefen  ausdehnung des Ultraschallfeldes, so dass z. B.  tiefer liegende Gewebefelder eine stärkere  Intensität erhalten, als weiter an der Ober  fläche liegende Teile, sondern auch die     Quer-          verteilunb    der Strahlungsintensität kann  starken Schwankungen unterworfen sein. Die       Extremwerte    der Intensität     können    dabei  wesentlich höher liegen als der bei der Dosie  rung erfasste Mittelwert.

   Da für die thera  peutische Wirkung in vielen Fällen die bei  der Schallbehandlung anfallende Wärme ver  antwortlich ist, hat man v     ersuelit,    eine örtlich  zu hohe Belastung dadurch unschädlich zu    machen, dass durch eine Hin- und     Herbewe-          gung    des Behandlungskopfes die örtlichen  Schwankungen der Intensitätsverteilung aus  geglichen werden.

   Man ist auch dazu über  gegangen, durch ein leichtes hydromechani  sches Triebwerk im     Innern    des     Behandhuigs-          kopfes    einen     Magnetostriktionsschwinger    hin       und    her zu bewegen, um bei der Handhabung  des Behandlungskopfes diese Hin- und Her  bewegung zu erübrigen.  



  Die Erfindung geht davon aus, dass die  Lage der     Interferenzmaxima    und     -minima     von der Wellenlänge des     Ultraschallstrahlers     abhängig ist, das heisst., die Intensitäts  verteilung ändert. sieh bei Änderung der Fre  quenz des Ultraschallstrahlers. Gemäss der  Erfindung wird der     Ultraschallgenerator     daher mit einer Einrichtung versehen, durch  die die Frequenz der ausgestrahlten Ultra  schallschwingung rhythmisch verändert, das  heisst moduliert oder gewobbelt wird.

   Durch  die     Frequenzänderung    werden die Stellen  grösster Intensität im     Rhvthiniis    der     yVobbel-          frequenz    verlagert oder verschoben, so da     i')     eine Verwischung     oder    vollständige Beseiti  gung der     Intensitätsmaxima    eintritt und eine  gleichmässige Bestrahlung innerhalb des vom  Strahler erfassten Bereiches erzielt wird.

   Zu  einem andern Zweck ist die     Wobbelung    der  Ultraschallfrequenz bereits bei Material  untersuchungen angewendet worden, nämlich  um stehende Wellen in dem untersuchten      Körper durch     Mehrfachreflexionen    zwischen       Grenzfläelien    zu verhindern, die den     Sehat-          tenwurf    einer Störstelle im Ultraschallfeld       verwaschen.     



  Da die Ultraschallgeneratoren meistens  eine ausgeprägte Resonanzfrequenz     auf-wei-          sen,    ist. es zweckmässig, die mittlere Frequenz  des bei der     Wobbelung    überstrichenen Fre  quenzbereiches so zu wählen, dass sie     gleieli     der Resonanzfrequenz des Ultraschallstrahlers  ist. Bei der     'Vobbelung    tritt. dann auch eine       Intensitätsschwankung    ein. Diese kann, falls  erwünscht, durch entsprechende Wall des       Wobbelhubes    so weit geführt werden, dass die  Energie der Ultraschallstrahlung jeweils bis  praktisch auf Null abnimmt. Der Schall  umsetzer liefert. dann kurze Wellenzüge von  Ultraschallenergie.

   Auf diese Weise     lä.sst    sieh  durch Änderung des     Wobbelhubes    auch die  Intensität der Gesamtbestrahlung, das heisst  der     -Mittelwert    der abgestrahlten Energie bei  gleicher Spitzenleistung dosieren.  



  Zur     Modulierung    der     Ultraschallstrahlung     können     sinusförmig        verlaufende        Sehwirig-Lin-          gen    oder     aueli        Wellenzüge    anderer     Kurven-          forin.        verwendet    werden. So kann es z.     P#.     zweckmässig sein, die     Wobbelung    so durch  zuführen, dass die     Frequenzänderung    linear  mit der Zeit erfolgt. Dies lässt sich z.

   B. durch  eine Modulation mit     sägezahnartig    verlau  fenden     Sehwingtingen        herbeiführen.    In     an-          clern    Fällen kann es erwünscht sein, die Am  plituden     durch    die     Wobbelung    linear mit der  Zeit zu ändern. In     diesem    Fall wird man die  Kurvenform in     Abhängigkeit    von dein Ver  lauf der Resonanzkurve wählen.  



  Die Erfindung ist insbesondere bei     ma-          gnetostriktiven    und     piezoelektrischen        Sehwin-          gern    anwendbar.  



  Die     Frequenzwobbelung    wird zweckmässig  in dem elektrischen Schwingungsgenerator  durchgeführt, der die den eigentlichen Ultra  schallerzeuger erregende elektrische     Sehwin-          gung    liefert.  



  Das in     Fig.    1 dargestellte     Aiusführungs-          beispiel    ist ein Ultraschallgenerator üblicher  Art, dessen Frequenz nach Art einer     Fre-          quenzmodulation    durch die     Wobbelfrequenz       geändert wird. In einer     Generatorröhre    1  wird eine hochfrequente Schwingung in einer  üblichen     Rüekkopplungssehaltnng    erzeugt.  Dein Schwingkreis von z.

   B.<B>800</B>     kHz    Eigen  frequenz ist. eine     Reaktanzröhre      parallel  geschaltet, deren Blindwiderstand durch eine       'N\Tabbelfrequenz,    die bei 3     erzeugt    wird,     ge-          ändert    wird. Zur     Wobbelun-    kann z. B. eine       sägezahnartig        verlaufende        @Sehwingung    be  nutzt werden. Die in der Frequenz modulierte  Schwingung     wird    dann     dein        Sehallumsetzer,     in diesem Falle einem     Quarz    4 zugeleitet.  



  Die Frequenz des     Generators    wird je     naeb     dem     Behandlungszweck    gewählt, sie     kann    bis  zu einigen Megahertz betragen. Die     Wobbe-          lung    kann auch in     Abänderung    der oben be  schriebenen Schaltung mechanisch     dureli    die       Kapazitätsändeiaing    eines von einem Motor 6  angetriebenen Drehkondensators 5     erfolgen.     Eine derartige Anordnung ist in     Fig.        \?    dar  gestellt.

   Hierbei lässt     siele    durch     nieelianische     Mittel der Kurvenverlauf in     gewünschter     Weise beeinflussen. Zur Änderung der Fre  quenz kann auch das     nia;gnetisehe    Feld der       Seliwingkreisspule        dureli        rhythmische    Be  einflussung mittels elektrisch leitfähier Ma  terialien hervorgerufen werden.

   Eine'     Induk-          tivitätsänderung    ist     aueli,    durch entspre  chende Bewegungen magnetisch leitfähiger  Materialien möglich.     Sehliesslieh    kann die       Vormagnetisierung    einer Spule mit Hoch  frequenzeisenkern im Takte der     Wobbel-          frequenz    geändert und so die     Frequenzmodu-          lation    herbeigeführt werden..  



  Die     Wobbelfrequenz    wird zweckmässig  wesentlich niedriger als die Frequenz des       Ultraschallstrahlers    gewählt, z. B. in der       Grössenordnung    von     eini;-en    Hertz; je     naeb     den     Abstrahlverhältnissen    des     Seha.llunisetzers     können auch höhere     Wobbelfrequenzen        zweek-          mässig    sein.  



  Die Anwendung ist nicht auf medizinische  Zwecke     beschränkt,    auch für allgemein     biolo-          gIsehe    Behandlungen und     Untersuchungen     sowie bei der Bestrahlung von leblosen Steh  stanzen kann die     Wobbelung    zweckmässig  sein, wenn es darauf ankommt, die Energie-           verteilung    im Nahfeld möglichst gleichmässig  zu gestalten.  



  Wird die Frequenz eines Ultraschall  g>,enerators, der mit 800     kHz    schwingt, z. B.  in den (grenzen von 700 bis 900     kIlz        gewob-          belt,    dann     würde    die Amplitude der     Schwin-          ran,#-    bei den     Extremwerten    des     Frequen,_-          hubes    wesentlich kleiner sein als bei der Mit  telfrequenz.     Uni    eine gleichmässige     Str:

  ?h-          lungsintensität    über den ganzen     Frequer!z-          bereieh    zu erhalten, ist es     zweckmässig,    die  Amplitude ebenfalls     zii    modulieren, und     z;vai,          vorzugsweise    Berat, dass sieh bei allen Fre  quenzen dieselbe     Maximalamplitude    bzw. der  Bleiehe     Durchschnittsweit.    ergibt.

   Die     Amili-          tude    wird also ebenfalls im Takt der     Wobbel-          frequenz    bzw. mit der doppelten     Frequ ni          geändert.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Ultraschallgenerator, insbesondere für me- di7inisclie Zwecke, dadurch gekennzeichnet: dass eine Einrichtung zur Wobbelung der Frequenz der ausgestrahlten Ultrasehall- schwin-unB-en vor-esehen ist. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Ultraschallgenerator nach Pat.entan- sprueh, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Frequenz des Iloehfrequenzgenera- tors mit. der Resonanzfrequenz des Ultra schallgebers übereinstimmt. 2. Ultraschallgenerator nach Patenta.ii- sprucli und Unteranspuch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wobbelhub regelbar ist.

   B. Ultraschallgenerator nach Patentan- sprueh und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeielinet, dass die Wobbelfrequenz regel bar ist. -I-. Ultraseliall < @enerator naeli Pat:entan- sprueh, dadurch \ gekennzeichnet, da.ss der Wobbelhub grösser als die Resonanzbreite des Sehalluinsetzei@s ist. 5.

   Ultraschallgenerator nach Patentan spruch und dem Unteranspruch 1, dadurch gekennzeiehnet, dass die Wobbelung durch :Änderung der Schwingkreiskapazität des Hoehfrequenzgenerators erfolgt.

   6. Ultrasehallgenerator nach Patentan- sprueh und dein Unteranspruch 1, dadureh gekennzeichnet, dass die Wobbelung durch 'Änderung der Schw ingkreisinduktiv ität des Hoehfrequenzgenerators erfolgt.

   7. Ultrasehallgenerator nach Patentan- sprueh und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Frequeizvobbelung mittels einer Reaktanzröhre erfolgt. B. Ultraschallgenerator nach Patentan spruch und Unteranspriiehen 1 und 5, da durch gekennzeichnet, dass die Kapazitäts iinderung durch einen von einem :Rotor ange triebenen Drehkondensator erfolgt. 9.

   Ultraschallgenerator nach Patentan- spueh und Unteransprüchen 1 und 6, da durch gekennzeichnet, dass die Induktivitäts- iinderung durch Beeinflussung des magneti schen Feldes der Schwingkreisspule mittel, elektrisch leitfäbi-er -Materialien liervorgei u- fen wird. 10.

   Ultraschallgenerator nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeielinet, dass die Induktivi- tätsänderunw durch Beeinflussung des ma- gnetisehen Feldes der Schwingkreisspule mit tels magnetiseli leitfiiliiger Materialien lier- orgerufen wird. 11.

   Ultraschallgenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, class die Wobbeleinriehtung so ausgebildet ist, Bai sieh die Frequenz linear mit der Zeit ändert. 1?. Ultraschallgenerator nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wobbeleinriehtung derart ausgebildet ist, dass sieh die Amplitude linear mit der Zeit lin dert.