CH696520A5 - Abstrahlkopf für ein Therapiegerät. - Google Patents

Description

  Stand der Technik

[0001] Geräte für Ultraschall-, Elektro- oder Magnetotherapie, sind häufig nur geeignet für therapeutische Anwendungen durch einen Arzt oder ausgebildetes Therapiepersonal. Dementsprechend sind sie relativ teuer und mit zahlreichen Features ausgerüstet, die in der Hand eines Laien bei unsachgemässem Gebrauch mehr Schaden anrichten, als sie nützen. Bedingt durch die Komplexität ihrer Einsatzmöglichkeiten bestehen diese Geräte im Allgemeinen aus einem Anwendungsteil und einem mit dem Anwendungsteil über ein Kabel verbundenen Steuerteil, welches als Tischgerät oder gar als Schrank ausgebildet wird. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zur Schmerzreduktion zu schaffen, welches auch unabhängig vom Stromnetz betrieben werden kann und bei welchem die gesamte Elektronik in einem einzigen Handy- oder Duschbrausen-artigen Gehäuse untergebracht ist.

   Solche Geräte sind z.B. beschrieben in DE 1 001 706, PCT/CH02/00 183. Die meisten der Therapiegeräte sind zudem nicht in der Lage, alle drei Therapiesignale gleichzeitig aus einem einzigen Abstrahlkopf abzugeben.

Darstellung der Erfindung

[0002] Ziel der nachstehend beschriebenen Erfindung ist es deshalb, einen Abstrahlkopf zu schaffen, welcher aus möglichst wenigen Einzelteilen aufgebaut ist und alle drei erwähnten Therapiesignale einzeln oder gleichzeitig und unabhängig voneinander einstellbar abgeben kann. Um den netzunabhängigen Betrieb zu gewährleisten, müssen der Abstrahlkopf und die Elektronik so gebaut sein, dass ein Maximum an Therapiesignal abgegeben wird, bei einem Minimum an aufgenommener elektrischer Energie.

   Dies wird erreicht durch einen Abstrahlkopf gemäss Patentanspruch 1, welcher ferner z.B. in ein Gerät gemäss Patentanspruch 13 eingebaut werden kann.

[0003] Das Einsatzgebiet des erfindungsgemässen Gerätes liegt z.B. im Bereich von Wellness, Fitness, Kosmetik, Schmerzreduktion oder Antistressbehandlung. Das Therapiegerät ist gleichermassen geeignet für den Einsatz am eigenen Körper oder am Körper eines anderen Menschen oder eines Tieres.

[0004] Ein zu lösendes Problem besteht darin, die abgestrahlten Signale so weit zu reduzieren, dass auch bei unsachgemässem Gebrauch keine Schäden entstehen können, anderseits jedoch trotzdem eine therapeutische Wirkung erzielt wird. Die Lösung des Problems erhält man dadurch, dass mehrere therapeutisch wirksame Signale einzeln angewandt oder miteinander kombiniert werden können: Ultraschall, elektrisches Feld, magnetisches Feld.

   Nicht in jedem Anwendungsfall ist die gleiche Signalkombination angebracht. Durch geeignete Elektronik oder mit einem Mikroprozessor im Geräteteil können die einzelnen Therapiesignalstärken optimiert werden. Wird ein Mikroprozessor verwendet, so kann durch Optimierung der einzelnen Signalstärken, resp. durch Abschalten der in einem speziellen Therapiefall wirkungslosen Signale, einerseits die Batterielebensdauer vergrössert werden, anderseits vom mechanischen Aufbau her im Wesentlichen identische Geräte für unterschiedliche Anwendungsfälle vorprogrammiert werden, sodass der Anwender ein für seinen Spezialfall optimiertes Gerät kaufen kann, ohne dass er bei der ersten Inbetriebnahme sich durch ein komplexes Manual mit Beschreibung der optimalen Parameterkombination durcharbeiten muss.

   Das identische Gerät kann jedoch zusammen mit einer Programmiereinheit durch Therapeuten für die verschiedensten Therapien verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0005] 
<tb>Fig. 1<sep>Gesamtansicht eines Handgerätes gemäss Stand der Technik


  <tb>Fig. 2<sep>Schematische Gesamtansicht des Abstrahlkopfes


  <tb>Fig. 3<sep>Schematischer Schnitt durch den Abstrahlkopf


  <tb>Fig. 4<sep>Explosionszeichnung des Abstrahlkopfes


  <tb>Fig. 5<sep>Schematischer Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Abstrahlkopfes

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

[0006] In der Nähe des Abstrahlkopfes 3 des Behandlungsgerätes befindet sich die Steuerelektronik. Diese umfasst insbesondere die Ein-/Aus-Schalter für die Therapiesignale: Ultraschall, elektrisches Feld und magnetisches Feld. In der einfachsten Ausführung können die vorhandenen Therapiesignale nur ein- oder ausgeschaltet werden. In der Komfortversion können alle drei Therapiesignale einzeln oder in beliebiger Kombination, auf verschiedenen Energiestufen angewandt und mit unabhängigen Frequenzen und Signalformen moduliert werden.

[0007] Für die Erzeugung von Ultraschall wird als aktives piezoelektrisches Schwingelement mit Vorteil ein Piezokristall 7 verwendet.

   Ein Piezokristall hat gegenüber Piezofolien den Vorteil, dass er bessere Resonanzschwingungen aufweist, sodass die Optimierung des gesamten Abstrahlkopfes 3 einfacher ist. Die Grundfrequenz des Kristalls liegt typischerweise bei 0.8, 1, 2 oder 4 MHz. Es können aber Schwingelemente mit Frequenzen zwischen 0.5 MHz und 4 MHz verwendet werden. Die bekannten Geräte mit höheren Frequenzen bis 100 MHz dienen meistens nicht therapeutischen, sondern diagnostischen Zwecken.

[0008] Das Schwingelement 7 wird mit einem leitenden Kleber oder einer Lötverbindung an der Membran 2 des Abstrahlkopfes 3 montiert.

   Der Kleber oder die Lötverbindung haben zwei Funktionen:
1. : Sie fixieren das Schwingelement 7 an der Membran 2 des Abstrahlkopfes 3
2. : Sie ermöglichen den elektrischen Kontakt zur unteren Elektrode des Schwingelementes 7

[0009] Ein Absatz 9 oder eine oder mehrere Erhöhungen auf der Membran 2 des Abstrahlkopfes 3 garantieren, dass die Dicke der Vergussmasse 8 überall dem Sollwert entspricht. Durch die chemische Zusammensetzung, angepasste Dicke und Beimengungen bildet die Vergussmasse eine n*lambda /4-Schicht, welche die Impedanzanpassung des Schwingelementes 7 an die Membran 2 des Abstrahlkopfes 3 und an die Haut des Anwenders gewährleistet.

   Als Beimengung kann z.B. ein Pulver aus Metallstaub, Keramik oder Glas verwendet werden.

[0010] Da bei der US-Schwingung keine makroskopisch feststellbare Verformung der Membran auftreten muss, kann auch eine relativ dicke Platte, z.B. von 1 mm Dicke, als Membran 2 verwendet werden. Wichtig ist nur, dass der Ultraschall die Membran ohne wesentliche Dämpfung und Reflexionen durchdringen kann.

[0011] Die dem Körper des Anwenders zugewandte Seite der Membran 2 kann ebenfalls mit einer lambda /4-Schicht 5 bedeckt sein, sodass die Übertragung der Ultraschallenergie von der Membran 2 auf einen Körper optimiert ist.

[0012] Die obere Elektrode kann ebenfalls mit einem leitenden Kleber kontaktiert werden. Dadurch wird vermieden, dass wie beim Löten ein toter Punkt entsteht, an dem das Piezomaterial wegen Überhitzung seine piezoelektrische Eigenschaft verloren hat.

   Alternativ kann ein Lot mit tiefem Schmelzpunkt denselben Zweck erfüllen.

[0013] Die Rückseite des Schwingerelementes 7 kann samt dem elektrischen Anschluss in eine Vergussmasse aus Kunststoff, z.B. Epoxy-Kleber, eingebettet werden. Dadurch ist der Piezokristall 7 gegen mechanischen Schock geschützt und die nach rückwärts abgestrahlten Ultraschallwellen werden gedämpft.

[0014] Sind die Seiten des Piezokristalles 7 nicht gerade, sondern doppelt facettiert geneigt, so wird die seitliche Abstrahlung verringert. Bei kreisförmigen Schwingelementen befindet sich der grösste Kreisumfang gerade auf halber Höhe.

   Der Kristall ist zudem zur Dämpfung der unerwünschten Längsschwingungen seitlich in einer Vergussmasse gelagert.

[0015] Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass das Schwingelement 7 mit einer einzigen Eigenfrequenz schwingt und bei minimalem Energieverlust ein Maximum an Ultraschallenergie durch die schwingende Membran 3 abgestrahlt werden kann.

[0016] Das Schwingelement wird in einem Halter 20 eingebaut, der dann seinerseits mit den anderen Komponenten zusammengefügt wird.

[0017] Die Einrichtung 12 zum Abstrahlen des Magnetfeldes umfasst im Wesentlichen einen Spulenkörper 10 und die eigentliche Spule 11. Sie wird mit Vorteil koaxial zur Achse der ersten Einrichtung 6 montiert, so dass das eine Ende bündig auf der Membran 2 aufliegt. Als Spulenkörper kann ein separater Körper oder eine zylindrische Wand des Schwingelementhalters 20 verwendet werden.

   Die Spule kann innerhalb oder ausserhalb der Wand gewickelt werden.

[0018] Die Einrichtung 22 zur Abstrahlung des elektrischen Feldes kann aus 2 diskreten, im Wesentlichen zylinderförmigen, elektrisch leitenden Körpern bestehen, zwischen denen ein dritter Körper als Dielektrikum 13 angeordnet ist. Zur Vermeidung von Wirbelströmen ist in beiden elektrisch leitenden Zylindern ein Schlitz 15 resp. 18 angebracht. Es ist aber auch möglich, dass die beiden leitfähigen Zylinder nur aus zwei dünnen leitfähigen Schichten auf einem Dielektrikumkörper bestehen. Als weitere Variante können eine Wand 21 des Halters der Ultraschallquelle oder der Spulenkörper 10 oder die Wandung 4 des Abstrahlkopfes als Elektrode genommen werden.

[0019] Werden diskrete Zylinder 14, 17 als Elektroden verwendet, so befindet sich in der oberen Stirnseite der Zylinder ein kleines Loch 16, 19.

   Dieses Loch dient bei der Montage als Justierhilfe. Im zusammengebauten Zustand kann dasselbe Loch auch zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden verwendet werden.

[0020] Wird die äussere Elektrode 17 als Erdung genommen, so wirkt sie gleichzeitig als Abschirmung, sodass das elektrische Feld nicht seitwärts, sondern bevorzugt axial, d.h. in Richtung zum zu therapierenden Körper, abgestrahlt wird.

[0021] Die Wahl der verwendeten Komponentenanordnung wird einerseits durch physikalische Gesetze bestimmt resp. wie viel Streusignal, Wirbelstromverluste, gegenseitige Beeinflussung der drei Einrichtungen 6, 12, 22 tolerierbar sind. Anderseits sind bei diskreten Einrichtungen die Werkzeugkosten für die Herstellung der Teile geringer, da teilweise Standardkomponenten verwendet werden können.

   Bei grossen Stückzahlen liegt das Optimum eher bei einer Variante mit höheren Werkzeugkosten aber weniger diskreten Komponenten, die zusammengesetzt werden müssen. Die physikalisch am einfachsten zu beherrschende Anordnung erhält man mit drei diskreten Einrichtungen 6, 12, 22 für die Abgabe von Ultraschall, Magnetfeld und elektrisches Feld, wobei die Ultraschalleinrichtung sich im Zentrum befindet, die elektrischen Elektroden 14, 17 die anderen beiden Einrichtungen 6, 12 umgeben und der Spulenkörper mit der Spule sich zwischen den beiden anderen Einrichtungen 6, 22 befindet. Bei Wahl eines geeigneten Materials kann dann der Halter 20 des Schwingelementes, das Dielektrikum 13, die äussere Wandung 4 des Abstrahlkopfes und die Membran 3 des Abstrahlkopfes einstückig ausgeführt sein.

[0022] Das ganze Gerät kann wasserdicht ausgeführt sein.

   Dadurch wird erreicht, dass auch Massagen unter Wasser zugelassen werden können. Die Aufladung des fest eingebauten Akkumulators kann induktiv erfolgen. Netzbetrieb ist auch mit einer nur induktiven Kopplung über Induktionsspulen möglich.

[0023] Die Ultraschallleistungsabgabe erfolgt mit Vorteil moduliert. Die Modulation kann Sägezahn-, Rechteck- oder sinusförmig sein. Ein einzelnes Impulspaket kann nur einen einzigen US-Impuls oder eine Vielzahl von Impulsen umfassen. Die Burstdauern reichen ab 300 ns (bei 3 MHz US) bis 1 s. Typischerweise folgt auf ein Paket eine Pause von derselben Dauer, d.h. der Dutycycle beträgt in der Regel 50%. Dadurch wird einerseits eine längere Einsatzdauer im netzunabhängigen Betrieb ermöglicht, anderseits der Gefahr von Gewebeschädigungen bei unsachgemässem Einsatz vorgebeugt.

   Es ist aber auch ein Bereich von 10% bis 75% oder eine kontinuierliche Einstellbarkeit von 0% bis 100% denkbar. Aus demselben Grund kann die maximale abgestrahlte Ultraschallintensität auf 100 m W/cm<2>, vorzugsweise 80 mW/cm<2>, beschränkt werden. Die minimale abgestrahlte Ultraschallintensität beträgt z.B. 0.05 mW/cm<2>.

[0024] Wird die Membran 2 während der Behandlung vom Körper abgehoben, so werden die erzeugten Ultraschallwellen an der Grenze Membran-Luft reflektiert. Dies kann von der Steuerelektronik detektiert werden. Eine LED, welche Abstrahlung von Ultraschallwellen anzeigt, beginnt sofort zu blinken und der Timer für die Behandlungsdauer wird angehalten.

   Nach 10 s ertönt ein akustisches Warnsignal und nach weiteren 10 s wird das Behandlungsgerät automatisch abgestellt.

[0025] Als zusätzliches Merkmal können die durch die Anregung des piezoelektrischen Schwingelementes erzeugten elektromagnetischen Felder nur teilweise abgeschirmt werden. Damit ist eine zusätzliche elektromagnetische Stimulation des zu behandelnden Gewebes möglich. Dazu wird zum Beispiel das Gehäuse des Abstrahlkopfes abschirmend ausgeführt, mit Ausnahme des membranseitigen Endes.

   Diese Membranseite kann teilweise aus nicht abschirmendem Material bestehen, so dass in Teilbereichen die elektromagnetische Abstrahlung mehr oder weniger ungehindert austreten kann, oder die Abschirmung kann weniger effizient sein, sodass grossflächig eine gedämpfte Strahlung austritt.

[0026] Die Flussdichte des magnetischen Feldes bewegt sich bevorzugt in der Grössenordnung 1, 10 oder 100 MicroT. Für das elektrische Feld wird die Grössenordnung 0.5-4 V/m, insbesondere 1 oder 2 V/m vorgeschlagen. In der einschlägigen Fachliteratur finden sich ferner zahlreiche Vorschläge zur Modulation des elektrischen Feldes. Vorzugsweise wird die Norm für die Abgabe nicht ionisierender Strahlung (NSIV-Norm) eingehalten.

[0027] Für die Kontaktierung des Schwingelementes 7 kann ein Federbeinstift, eine Spiral-Kontaktfeder oder ein einfacher Kontaktdraht eingesetzt werden.

   Die Kontaktierung kann mit einfachem mechanischem Kontakt, mit einem leitenden Kleber oder durch Löten erfolgen. Der leitende Kleber verbindet den Vorteil des sicheren Kontaktes und der Temperaturbeständigkeit. Beim Löten muss entweder ein tief schmelzendes Lot mit geringer Temperaturbeständigkeit verwendet werden, oder es muss eine lokale Depolarisation des Piezoschwingelementes in Kauf genommen werden.

[0028] Alle vom Handgerät abgegebenen Therapiesignale können unabhängig sein, oder direkt von der Schwingungsfrequenz des Piezoelementes abhängen oder über einen Frequenzteiler herabgesetzt sein.

   Sie können ferner gar nicht oder z.B. mit 1, 30, 50 oder 100 Hz moduliert werden.

[0029] Der Abstrahlkopf kann ferner mit einer Haftvorrichtung versehen sein, z.B. einer Klebvorrichtung oder einer einem Saugnapf ähnlichen Vorrichtung, sodass er für die Therapiezeit selbständig auf dem Körper des Patienten haftet.

Bezugszeichenliste

[0030] 
1. : Ultraschall-Therapiegerät
2. : Membran des Abstrahlkopfes
3. : Abstrahlkopf
4. : Wandung des Abstrahlkopfes
5. : n*lambda /4-Schicht,
6. : Ultraschalleinrichtung = erste Einrichtung
7. : Piezokristall, Schwingelement
8. : n*lambda /4-Schicht, Vergussmasse
9. : Absatz
10. : Spulenkörper
11. : Spule
12. : Einrichtung für das Magnetfeld = zweite Einrichtung
13. : Dielektrikum
14. : innere Elektrode = erste Elektrode
15. : Schlitz der inneren Elektrode
16. : Loch der inneren Elektrode
17. : äussere Elektrode = zweite Elektrode
18. :

   Schlitz der äusseren Elektrode
19. : Loch der äusseren Elektrode
20. : Halter des Schwingelementes
21. : Wand des Halters
22. : Einrichtung für das elektrische Feld = dritte Einrichtung
23. : zylindrischer Teil des Spulenkörpers

Claims (12)

1. Abstrahlkopf zur Abstrahlung von Therapiesignalen, wobei der Abstrahlkopf eine Steuerelektronik, eine Membran (2) und eine Wandung (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlkopf weiterhin ein piezoelektrisches Schwingelement (7) zur Erzeugung einer Ultraschallwelle, einen Spulenkörper (10) mit einer Spule (11) zur Erzeugung eines Magnetfeldes und Elektroden (14, 17) zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes umfasst.

2. Abstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Schwingelement (7), der Spulenkörper mit einer Spule (11) und die Elektroden (14, 17) koaxial angeordnet sind.

3. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (14, 17) zwei konzentrische Zylinder als erste (14) und zweite (17) Elektrode und ein dazwischen angeordnetes Dielektrikum (13) umfassen.

4. Abstrahlkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrode einen Schlitz (15, 18) aufweisen.

5. Abstrahlkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrode ein Loch (16,19) aufweisen.

6. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Mehrzahl von Schaltern umfasst, über welche das piezoelektrische Schwingelement (7), der Spulenkörper (10) mit der Spule (11) und die Elektroden (14, 17) selektiv mit elektrischer Energie versorgbar sind.

7. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Schwingelement zuinnerst und die Elektroden zuäusserst angeordnet sind.

8. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beliebige zwei von den folgenden vier Elementen: eine zylindrische Wand (21) eines Halters (20) für das piezoelektrische Schwingelement, ein zylindrischer Teil (23) des Spulenkörpers (10), die Spule (11) zur Erzeugung des Magnetfeldes selbst, eine äussere Wandung (4) des Abstrahlkopfes als erste resp. zweite Elektrode (14, 17) zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes verwendet werden.

9. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teilbereich zwischen dem Schwingelement (7) und einer Ultraschall der Wellenlänge lambda abstrahlenden Membran (2) des Abstrahlkopfes (3) eine n* lambda /4-Schicht (8) angeordnet ist mit ungeradem n und/oder dass auf der dem Schwingelement abgewandten Seite der Membran (2) eine m*lambda /4-Schicht (5) mit ungeradem m angeordnet ist.

10. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Haftvorrichtung versehen ist, so dass er auf dem Körper des Patienten haften kann und/oder dass er wasserdicht ausgeführt ist.

11. Abstrahlkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die abgebbare Intensität der Ultraschallwelle, die Flussdichte des Magnetfeldes und die Stärke des elektrostatischen Feldes voneinander unabhängig sind.

12. Gerät mit einem oder mehreren Abstrahlköpfen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät einen Akkumulator zur Energieversorgung umfasst, der über feste Kabel, über eine Steckverbindung oder induktiv geladen wird.