CH719227A1 - Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen sowie Verfahren zu deren Montage. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen, umfasst einen Ultraschallwandler (60), einen Drucksensor (50), ein Gehäuse (10) zur Aufnahme des Ultraschallwandlers (60) und des Drucksensors (50), eine im Gehäuse (10) angeordnete Abstützplatte (40) und eine stirnseitig am Gehäuse angeordnete flexible Membran (21). Dabei ist zwischen der Membran (21) und der Abstützplatte (40) eine abgedichtete Kammer (47) zur Aufnahme eines flüssigen Mediums gebildet, und der Ultraschallwandler (60) und der Drucksensor (50) sind derart an der Abstützplatte (40) angeordnet, dass eine erste Übertragungsfläche des Ultraschallwandlers (60) und eine zweite Übertragungsfläche des Drucksensors (50) zur Kammer (47) gerichtet sind.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Montage einer solchen Vorrichtung.

Stand der Technik

[0002] Die Sonografie ist als bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von organischem Gewebe in der Medizin und Veterinärmedizin gut etabliert. Gängigerweise kommt eine Ultraschallsonde zum Einsatz, die über die Körperoberfläche geführt wird. Die Sonde umfasst einen Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschallwellen, beispielsweise mittels eines Piezoarrays. Diese werden über eine Stirnfläche der Ultraschallsonde in den menschlichen oder tierischen Körper eingekoppelt. Die reflektierten Signale werden wiederum vom Ultraschallwandler erfasst, und gestützt auf die Laufzeit der reflektierten Signale können die Tiefen der reflektierenden Gewebestrukturen bestimmt werden. Daraus lassen sich dann die gewünschten Bilddaten aufbereiten, wobei anhand der Echosignale die Helligkeit der Bildinformation bestimmt wird.

[0003] Es ist bekannt, Ultraschalluntersuchungen durchzuführen, während das untersuchte Gewebe von aussen mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt wird. Damit können die elastischen Eigenschaften des untersuchten Gewebes und/oder der Innendruck in Gefässen, wie z. B. Blutgefässen, untersucht werden. In diesem Zusammenhang wurden bereits handgeführte Vorrichtungen vorgeschlagen, die eine Ultraschallsonde und eine Einrichtung zur Druckmessung umfassen.

[0004] So beschreibt die CH 707 046 A2 (VeinPress GmbH) eine Druckmessvorrichtung, die zusammen mit einer Ultraschallmesseinheit eingesetzt wird, wobei die Druckmessvorrichtung ein Behältnis für eine ultraschalltransparente Messflüssigkeit umfasst, das mindestens zwei ultraschalldurchlässige Fenster aufweist. Der eigentliche Drucksensor ist an das Aufnahmevolumen mit der Messflüssigkeit angekoppelt. Das Behältnis wird z. B. durch einen ringförmigen Gehäuseabschnitt gebildet, der die Frontfläche der Ultraschallmesseinheit umgibt. Der Druck im Behältnis kann mittels einer Druckerzeugungseinrichtung erhöht werden.

[0005] Die WO 2019/106535 A1 (U. Baumann, V. Baumann) beschreibt eine Druckmessvorrichtung zur Druckmessung und/oder Elastizitätsmessung einer Vene, eines Organs oder eines Kompartimentes und zur Kombination mit einer Ultraschallmesseinheit. Sie umfasst einen als Foliendrucksensor ausgebildeten Drucksensor, wobei ein Zwischenraum zwischen den Folien des Foliendrucksensors mit einer ultraschalltransparenten und nicht elektrolytisch aktiven Flüssigkeit befüllt ist. Die Druckmessvorrichtung wird auf die Körperoberfläche im Bereich des zu untersuchenden Gewebes aufgelegt, die Ultraschallmesseinheit wirkt dann mechanisch mit der Rückseite der Druckmessvorrichtung zusammen, und die Ultraschallwellen werden durch die Druckmessvorrichtung hindurch übertragen.

[0006] Die Handhabung zweier separater Einheiten ist umständlich. Es wird deshalb in der Druckschrift auch vorgeschlagen, die Druckmessvorrichtung mechanisch an die Körperoberfläche oder aber an die Ultraschallmesseinheit zu koppeln. Letzteres erfolgt beispielsweise mittels eines L-förmigen Adapters, der am Gehäuse der Ultraschallmesseinheit anbringbar ist.

[0007] Diese Lösung ermöglicht eine einfachere Handhabung, ist aber konstruktiv aufwendig und weist vom Ultraschallwandler bis zum untersuchten Gewebe eine Reihe von optischen Grenzflächen auf, die die optische Qualität der Ultraschallbildgebung negativ beeinflussen können.

Darstellung der Erfindung

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen zu schaffen, welche konstruktiv einfach aufgebaut ist und eine hohe Abbildungsqualität ermöglicht.

[0009] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen: a) einen Ultraschallwandler; b) einen Drucksensor; c) ein Gehäuse zur Aufnahme des Ultraschallwandlers und des Drucksensors; d) eine im Gehäuse angeordnete Abstützplatte; und e) eine stirnseitig am Gehäuse angeordnete flexible Membran.

[0010] Dabei ist zwischen der Membran und der Abstützplatte eine abgedichtete Kammer zur Aufnahme eines flüssigen Mediums gebildet, und der Ultraschallwandler und der Drucksensor sind derart an der Abstützplatte angeordnet, dass eine erste Übertragungsfläche des Ultraschallwandlers und eine zweite Übertragungsfläche des Drucksensors zur Kammer gerichtet sind.

[0011] Ultraschallwandler (Transducer) wandeln elektrische Wechselspannung in mechanische Schwingungen um und umgekehrt. Sie basieren in der Regel auf Piezokristallen, die in einem so genannten Array angeordnet sind (Ultraschallarray, Piezoarray). Im Rahmen der Erfindung ist nun dieses Array an der Abstützplatte angeordnet, und dazu geeignet, Ultraschallwellen in die Kammer und durch diese hindurch abzustrahlen und zu empfangen.

[0012] Der Drucksensor ist dazu geeignet, einen in der Kammer herrschenden, im Wesentlichen statischen Druck zu messen, der sich insbesondere aus der Andruckkraft der Vorrichtung an ein untersuchtes Objekt, z. B. eine Körperregion eines menschlichen oder tierischen Lebewesens, ergibt.

[0013] Bevorzugt ist die der Kammer zugewandte vordere Hauptfläche der Abstützplatte eben, dies ist aber nicht zwingend, sie kann grundsätzlich auch konvexe und/oder konkave Abschnitte aufweisen.

[0014] Der Ultraschallwandler und der Drucksensor können so an der Abstützplatte angeordnet sein, dass ihre Übertragungsflächen (die z. B. durch die jeweilige Stirnfläche gebildet sind oder einen Teil derselben bilden) mit einer vorderen Hauptfläche der Platte bündig sind. Die Stirn- bzw. Messfläche kann aber auch gegenüber der vorderen Hauptfläche vorstehend sein. Die Messfläche des Drucksensors kann hinter der vorderen Hauptfläche, also zurückversetzt, angeordnet sein. Beim Ultraschallwandler ist bei einer solchen Anordnung sicherzustellen, dass die Abstrahlung und die Aufnahme der Ultraschallschwingungen nicht behindert ist. Bevorzugt ist die erste Übertragungsfläche des Ultraschallwandlers vor der vorderen Hauptfläche positioniert. Der Abstand der Ebenen beträgt dabei insbesondere 0.5-1.5 mm.

[0015] Das Gehäuse bildet insbesondere einen Griff, so dass die Vorrichtung in der Art einer gängigen Ultraschallsonde handgeführt eingesetzt werden kann, wobei auch das Aufbringen des Drucks auf die Oberfläche des untersuchten Objekts manuell erfolgt. Das Gehäuse weist somit in einem Griffbereich beispielsweise einen Umfang von ca. 12-20 cm auf. Es kann im Querschnitt rund, oval oder beispielsweise rechteckig mit abgerundeten Kanten ausgeführt sein. Das Gehäuse kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Als geeignet erwiesen haben sich formstabile Kunststoffe, z. B. ABS-Kunststoffe oder Polyamid.

[0016] Die Abstützplatte besteht aus einem mechanisch stabilen und zumindest auf der der Kammer zugewandten Seite korrosionsbeständigen Material, geeignet ist z. B. eloxiertes Aluminium.

[0017] Die Membran ist ultraschalldurchlässig und besteht bevorzugt aus einem derart flexiblen Material, dass von aussen einwirkende Kräfte unmittelbar auf die dahinter liegende Kammer übertragen werden, dass also bei den gängigen Einwirkkräften im Rahmen von mit der Vorrichtung durchgeführten Untersuchungen für die Deformation der Membran keine nennenswerte Energie aufgewandt werden muss. Bei einer vergleichsweise weichen Membran mit einer Härte von 50 Shore A oder weniger, insbesondere 45 Shore A oder weniger, ist sichergestellt, dass bereits bei geringen Auflagekräften eine ausreichend grosse Fläche der Membran im Kontakt mit dem zu untersuchenden Objekt ist, so dass die Ultraschallwellen zuverlässig zwischen der Vorrichtung und dem zu untersuchenden Objekt übertragen werden können. Als Material für die Membran geeignet ist insbesondere Silikonkautschuk. Die Dicke der Membran in ihrem aktiven, vorderen Bereich, der zur Kontaktierung des zu untersuchenden Objekts dient, beträgt idealerweise 0.3-0.7 mm, insbesondere 0.4-0.6 mm.

[0018] Die Membran kann die Kontaktfläche zum untersuchten Objekt bilden, oder sie ist bei der Untersuchung durch ein weiteres, flexibles und ultraschalldurchlässiges Element überdeckt, z. B. durch eine auswechselbare, sterile Kappe für die Einzelnutzung (singleuse) bzw. Einzelpatientennutzung (single-patient-use), die bei der Untersuchung von Patienten hygienische Bedingungen sicherstellt.

[0019] Bei der Abdichtung der Kammer können nebst der Membran und der Abstützplatte weitere Komponenten beteiligt sein, zum Einen spezifische Dichtungen, zum Anderen beispielsweise Elemente des Gehäuses.

[0020] Die Integration beider Sensoren in eine gemeinsame Kammer ermöglicht einen kompakten Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung und eine einfache und damit gut reinigbare Aussenform. Aufgrund des definierten Zusammenspiels des Ultraschallwandlers und des Drucksensors mit dem Gehäuse, der Abstützplatte, der Membran und dem in der Kammer aufgenommenen flüssigen Medium ergibt sich eine hohe Prozesssicherheit.

[0021] Bevorzugt weist die Membran eine kreisrunde Grundfläche auf. Die Grundfläche erstreckt sich dabei senkrecht zu einer Längsachse der Vorrichtung. Dadurch ergibt sich eine isotrope Deformation der Membran, unabhängig von einem Winkel der Einwirkkraft bezüglich der Längsachse, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die Vorrichtung in einem Winkel zur Längsachse auf die zu untersuchende Stelle aufgesetzt wird. Hinter der Membrangrundfläche kann das Element mit der Membran weitere Abschnitte aufweisen, die einstückig mit der eigentlichen Membran oder als weitere Elemente ausgebildet sind und beispielsweise zur Halterung und/oder Abdichtung gegenüber dem Gehäuse und/oder der Abstützplatte dienen. Diese weiteren Abschnitte können wie die eigentliche Membran eine kreisrunde Grundfläche aufweisen oder aber auch eine andere, z. B. polygonale, Geometrie.

[0022] Im befüllten Zustand weist der aktive vordere Bereich der Membran in jedem diametralen Querschnitt insbesondere einen Verlauf auf, der demjenigen einer Kettenfunktion entspricht. Diese Geometrie ergibt sich bei der Vorspannung der Membran aufgrund des Einfüllens der Kontaktflüssigkeit, wenn die Membran eine kreisrunde Grundfläche hat, sie im aktiven Bereich ganzflächig aus demselben Material gefertigt ist und die Membrandicke in diesem Bereich konstant ist, vorausgesetzt die Anbringung der Membran an weiteren Elementen der Vorrichtung erfolgt so, dass in deren aktiven Bereich keine nicht-radialen Vorspannungen erzeugt werden. Bevorzugt ist die Membran vorgeformt, d. h. ihre Form ändert sich durch das Befüllen nur geringfügig.

[0023] Bei einer bevorzugten Ausführungsform wirkt ein Haltering mit einem umfangsseitigen Haltebereich der Abstützplatte zusammen und umschliesst einen proximalen Halteabschnitt der Membran und hält diesen an der Abstützplatte fest.

[0024] Mit Vorteil wird somit zur Bildung der abgedichteten Kammer nach dem Anbringen der flexiblen Membran an der Abstützplatte der Haltering über die Membran geschoben und an der Abstützplatte befestigt.

[0025] Der Haltering hat ebenfalls bevorzugt eine kreisrunde Form, es sind aber grundsätzlich auch andere Geometrien möglich, abgestimmt auf die Geometrie der Membran und der Abstützplatte. Bei einer kreisförmigen Ausführung kann der Halteabschnitt mit der Abstützplatte über Gewinde zusammenwirken, der Haltering also als Schraubring ausgeführt sein. Es ist aber auch beispielsweise eine Bajonett- oder Clipverbindung zwischen Haltering und Abstützplatte möglich.

[0026] Bevorzugt weist bei einer solchen Ausführungsform die Membran im Halteabschnitt einen Wulst auf, der mit einer umfangsseitigen Nut der Abstützplatte zusammenwirkt, die distal vor dem Haltebereich angeordnet ist.

[0027] Insbesondere kann zur Montage der Wulst der Membran aufgrund der Materialelastizität über einen stirnseitigen Mantelbereich der Abstützplatte geführt werden, bis er entlang seines gesamten Umfangs in die Nut eintritt. Im Bereich des Wulstes kann ein unbeabsichtigtes Lösen der Membran von der Abstützplatte durch den den entsprechenden Abschnitt der Membran aussen umschliessenden Haltering verunmöglicht werden. In diesem Fall wird der Haltering nach der Anbringung der Membran an der Abstützplatte aussen über den Wulstbereich der Membran geführt und an der Abstützplatte befestigt.

[0028] Mit Vorteil wirkt ein proximaler Abschnitt des Halterings mit einem mantelseitigen Bereich des Gehäuses zusammen, insbesondere in der Art einer Clipverbindung. Die Clipverbindung wird insbesondere durch miteinander zusammenwirkende Vorsprünge am Haltering und am Gehäuse gebildet, wobei mindestens einer der Vorsprünge im Querschnitt konisch ist, so dass die Abschnitte einfach aneinander befestigt aber nicht ohne Weiteres wieder voneinander gelöst werden können.

[0029] Die Clipverbindung kann einfach geschaffen werden und erfordert keine Rotationsbewegung zwischen dem Haltering und dem Gehäuse, für welche ein gewisser Abstand zwischen dem Haltering und dem proximalen Halteabschnitt der Membran notwendig wäre.

[0030] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist also die Membran an der Abstützplatte mit dem Ultraschallwandler und dem Drucksensor gehalten, während die Verbindung zwischen der Abstützplatte mit der Membran einerseits und dem Gehäuse andererseits durch den mit beiden Baugruppen verbundenen Haltering geschaffen wird.

[0031] Im montierten Zustand ist zwischen dem proximalen Abschnitt des Halterings und dem mantelseitigen Bereich des Gehäuses mit Vorteil eine umlaufende Dichtung angeordnet. Die umlaufende Dichtung wird insbesondere durch einen O-Ring oder eine ringförmige Formdichtung gebildet, die in einer umlaufenden Nut im Mantel des Gehäuses teilweise aufgenommen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Abstützplatte erfolgen. Die Dichtung gleicht insbesondere unterschiedliche thermische Ausdehnungen aus, wenn das Gehäuse und der Haltering bzw. die Abstützplatte aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind, beispielsweise das Gehäuse aus Kunststoff und der Haltering sowie die Abstützplatte aus einem metallischen Werkstoff, und verhindert somit zuverlässig ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Staub.

[0032] Bevorzugt ist der Ultraschallwandler mittig an der Abstützplatte befestigt, und der Drucksensor ist aussermittig an der Abstützplatte befestigt.

[0033] Der Ultraschallwandler ist also im Bereich des Zentrums angeordnet, um eine bestmögliche Abstrahlung und Aufnahme von Ultraschallwellen zu ermöglichen. Bei einer kreisförmigen Abstützplatte fällt ein Zentrum des Wandlers insbesondere im Wesentlichen mit dem Kreismittelpunkt zusammen. Ein typisches, langgestrecktes Ultraschallarray erstreckt sich beispielsweise ausgehend vom Kreismittelpunkt gleich weit in zwei diametrale Richtungen und zwar bevorzugt bis zum Randbereich der Abstützplatte, die diametrale Ausdehnung des Arrays beträgt bevorzugt mindestens 0.8 D, wobei D den Aussendurchmesser der Abstützplatte bezeichnet. Der Drucksensor ist derart aussermittig angeordnet, dass die Funktion des Ultraschallwandlers nicht beeinträchtigt wird. Aufgrund der isotropen Verteilung des statischen Drucks in der in der Kammer befindlichen Flüssigkeit hat die genaue Positionierung des Drucksensors keinen Einfluss auf dessen Messpräzision.

[0034] Mit Vorteil sind der Ultraschallwandler und der Drucksensor je in einer Durchgangsöffnung der Abstützplatte aufgenommen, wobei die Durchgangsöffnungen mit aufgenommenem Ultraschallwandler und Drucksensor gegen einen Durchtritt des flüssigen Mediums abgedichtet sind.

[0035] Die Abdichtung zwischen der jeweiligen Durchgangsöffnung und der entsprechenden Komponente kann durch eines oder mehrere Dichtungselemente und/oder durch eine stoffschlüssige Dichtung, z. B. eine Verklebung, erfolgen. Auch der Einsatz von Dichtungsmassen ist grundsätzlich möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Drucksensor von hinten in eine Durchgangsöffnung eingesetzt, die im Bereich der Stirnfläche der Abstützplatte einen Abstützflansch aufweist. Ein erstes, axiales Dichtungselement ist zwischen der Stirnfläche des Drucksensors und dem Abstützflansch angeordnet, und ein zweites, radiales Dichtungselement ist in einer Aussennut der Mantelfläche des Drucksensors aufgenommen und wirkt mit der Innenfläche der Durchgangsöffnung zusammen. Zu diesem Zweck und um eine sichere mechanische Halterung des Drucksensorgehäuses sicherzustellen, wird die Durchgangsöffnung durch einen rohrartigen Abschnitt gebildet, der sich ausgehend von der Stirnfläche der Abstützplatte axial nach hinten erstreckt. Letztlich wird bei dieser Ausführungsform der Drucksensor über eine ihn axial nach vorne, auf die axiale Dichtung pressende Halterung, die mit der Rückseite der Abstützplatte verschraubt ist, an der Abstützplatte mechanisch befestigt.

[0036] Der Ultraschallwandler wird bevorzugt von vorne in die Durchgangsöffnung eingeführt und über eine dichtende Verklebung mit der Abstützplatte mechanisch und abdichtend verbunden.

[0037] Zur Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Kammer mit einer ultraschalltransparenten Flüssigkeit befüllt. Mit Vorteil ist die ultraschalltransparente Flüssigkeit ein Öl mit einer Viskosität in einer Viskositätsklasse von 32 - 68 ISO VG. Beim Öl kann es sich insbesondere um ein synthetisches, mineralisches und/oder pflanzliches Öl handeln. Die Bestimmung der Viskosität erfolgt nach DIN ISO 3448:2010.

[0038] Zum Einbringen des flüssigen Mediums in die Kammer weist die Vorrichtung mit Vorteil eine Einfüllöffnung für das flüssige Medium auf, die als Durchgangsöffnung in der Abstützplatte ausgebildet ist. Die Kammer kann somit - mit Ausnahme der Durchgangsöffnung vollständig gebildet und abgedichtet werden, bevor das Befüllen mit dem Medium erfolgt.

[0039] Mit Vorteil ist eine Leiterplatte zur Aufnahme elektronischer Komponenten an einer Rückseite der Abstützplatte befestigt, und eine Hauptfläche der Leiterplatte erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptfläche der Abstützplatte. Die Leiterplatte kann zusätzlich an weiteren Orten abgestützt sein, insbesondere mit ihrem hinteren Abschnitt an der Gehäuseinnenseite.

[0040] Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird bevorzugt mit einem Verfahren montiert, das folgende Schritte umfasst: a) Einsetzen, Abdichten und Befestigen des Ultraschallwandlers und des Drucksensors in die Abstützplatte; b) Einsetzen eines Füllschlauchs in die Abstützplatte; c) Anbringen der flexiblen Membran an der Abstützplatte zur Bildung der abgedichteten Kammer; d) Einfüllen des flüssigen Mediums in die Kammer, durch den Füllschlauch. e) Verschliessen einer Einfüllöffnung für das flüssige Medium, sobald eine vorgegebene Menge des Mediums eingefüllt wurde.

[0041] Die Verfahrensschritte a)-c) müssen dabei nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Die Menge des Mediums kann direkt über seine Masse oder sein Volumen vorgegeben werden oder über einen Innendruck, der in der Kammer erreicht werden soll.

[0042] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0043] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Schrägbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen; Fig. 2 ein weiteres Schrägbild der Vorrichtung, mit transparent dargestelltem Gehäuse; Fig. 3 ein weiteres Schrägbild der Vorrichtung mit nur teilweise dargestelltem Gehäuse; Fig. 4A ein aufgeschnittenes Schrägbild der Vorrichtung; Fig. 4B einen vergrösserten Ausschnitt aus der Figur 4A; Fig. 5A, B eine Seitenansicht und eine Querschnittsdarstellung des Membranelements der Vorrichtung; und Fig. 6 eine Draufsicht und eine Unteransicht der Abstützplatte der Vorrichtung.

[0044] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0045] Die Figur 1 ist ein Schrägbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, der Messeinheit 1, zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen. Die Messeinheit 1 umfasst ein längliches Gehäuse 10 aus einem ABS-Kunststoff mit einer Wandstärke von 2.3 mm. Es umfasst einen Hauptteil 10a, der quer zur Längsachse einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist und in diesem Abschnitt so gestaltet ist, dass ein Nutzer ihn gut mit einer Hand ergreifen und halten kann. In einem hinteren Teil 10b verjüngt sich der Querschnitt des Gehäuses 10 bis zu einer Abschlusswand 10c des Gehäuses 10 (vgl. auch Figur 2). In dieser Abschlusswand 10c ist eine Öffnung ausgespart, durch die ein Kabel 15 verläuft, geschützt durch eine Zugentlastung 16. In einem vorderen Teil 10d geht die Gehäuseform in einen Anschlussring 10e über. An diesem ist über einen Haltering 30 - wie weiter unten im Detail beschrieben - ein Membranelement 20 mit einer Membran 21 stirnseitig am Gehäuse 10 befestigt.

[0046] Wie aus der Figur 2, in der das Gehäuse 10 transparent dargestellt ist, hervorgeht, sind im Gehäuse 10 eine erste Leiterplatte 71 (Mainboard) und eine zweite Leiterplatte 72 (Piggyback) aufgenommen. Die erste Leiterplatte 71 erstreckt sich dabei im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses 10, während die zweite Leiterplatte 72 nur einen Teil der Gehäuselänge benötigt.

[0047] Die Figur 3 ist ein weiteres Schrägbild der Vorrichtung mit nur teilweise dargestelltem Gehäuse. Die Figur 4 zeigt ein aufgeschnittenes Schrägbild der Vorrichtung. Im vorderen Bereich des Gehäuses 10 ist eine Abstützplatte 40 aus eloxiertem Aluminium angeordnet, deren Hauptfläche quer zur Längsachse der Messeinheit 1 verläuft. Die Abstützplatte 40 ist in den Figuren 6A, 6B abgebildet. Sie ist kreisförmig und umfasst eine Grundplatte 41 und einen Mantel 42, an dem ein Aussengewinde 43 ausgebildet ist. In der Grundplatte 41 ist eine rechteckige Öffnung 44 mit abgerundeten Ecken ausgespart. Sie erstreckt sich diametral im Wesentlichen über den gesamten Durchmesser, bis zu einem umlaufenden Randabschnitt. Eine weitere Öffnung in der Grundplatte 41 mündet in eine zylindrische Aufnahme 45. Diese weist fluchtend mit der Stirnseite einen Abstützflansch 45a auf. Eine weitere Öffnung in der Stirnseite der Grundplatte 41 mündet in einen Kanal 46. In der Abstützplatte 40 sind in der Aufnahme 45 ein Drucksensor 50 und in der Öffnung 44 ein Ultraschallwandler 60 mit einem Piezo-Array aufgenommen.

[0048] Der Drucksensor 50 umfasst ein piezoresistives Messelement, das in einem zylindrischen Gehäuse aus Stahl aufgenommen ist. Stirnseitig umfasst der Drucksensor 50 eine Membran aus rostfreiem Stahl. Der auf sie einwirkende Druck wird weiter auf das Messelement übertragen. Der Drucksensor 50 hat einen Messbereich von 0-0.35 bar. Er liefert ein verstärktes analoges Ausgangssignal, das unmittelbar weiter verarbeitet werden kann.

[0049] Auf der Rückseite der Abstützplatte 71 ist eine Halterung 73 für die erste Leiterplatte 71 angeordnet. Der Drucksensor 50 ist über ein Anschlusskabel 52, das als Flachkabel ausgebildet ist, mit der ersten Leiterplatte 71 verbunden. Der Ultraschallwandler 60 ist über ein weiteres Anschlusskabel 61, wiederum ein Flachkabel, ebenfalls mit der ersten Leiterplatte 71 verbunden.

[0050] Das Membranelement 20 (vgl. Figuren 5A, 5B) ist aus Sililkonkautschuk mit einer Härte von 40 Shore A gefertigt. Es ist vollständig kreissymmetrisch, hat eine kreisförmige Grundfläche mit einem Durchmesser von ca. 50 mm und weist einen ersten, zylindrischen Bereich auf, der durch einen Mantel 22 gebildet ist. Dieser weist am freien hinteren Ende einen nach innen ragenden Wulst 23 auf. Im vorderen Bereich ist die eigentliche Membran 21 angeordnet. Das Membranelement 20 ist auch im Bereich der eigentlichen Membran 21 vorgeformt und hat dort im unbefüllten Zustand die Form einer Kugelkalotte mit einem Krümmungsradius von 100 mm. Bei einem Membrandurchmesser von ca. 50 mm ergibt sich eine Höhe von 3.1 mm. Die Geometrie vermeidet übermässige Linseneffekte in Bezug auf die übertragenen Ultraschallwellen und ermöglicht eine gute Handhabung im benötigten Winkelbereich.

[0051] Im Bereich der Membran 21 beträgt die Materialstärke 0.5 mm. Im Bereich des Mantels 22 beträgt sie 0.8 mm. Der Wulst hat insgesamt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 2.0 mm.

[0052] Wie insbesondere aus der Figur 4B ersichtlich ist, wirkt der Mantel 22 des Membranelements 20 im montierten Zustand mit einem distalen zylindrischen Bereich der Abstützplatte 40 zusammen. Proximal dieses zylindrischen Bereichs weist die Abstützplatte 40 eine umlaufende Ausnehmung auf, in welcher der Wulst 23 des Membranelements 20 aufgenommen ist. Die Membran 21 ist im Übergangsbereich zum Mantel 22 von einer abgerundeten Übergangsfläche der Abstützplatte 40 gestützt.

[0053] Die Befestigung des Membranelements 20 an der Abstützplatte 40 ist mit Hilfe des Halterings 30 aus rostfreiem Stahl gesichert. Dieser weist ein Innengewinde 31 auf, das mit dem Aussengewinde 43 an der Abstützplatte 40 zusammenwirkt. Sowohl proximal als auch distal des Innengewindes 31 weist der Haltering 30 im Wesentlichen zylindrische Abschnitte auf. Der distale Abschnitt überdeckt den Mantel 22 des Membranelements 20 und verhindert somit aufgrund des Zusammenwirkens des Wulsts 23 mit der Ausnehmung in der Abstützplatte 40 ein Entfernen des Membranelements 20. Im Abschnitt proximal des Innengewindes 31 weist der Haltering 30 zum einen einen nach innen ragenden Flansch auf, der mit einer Stirnfläche des Gehäuses 10 zusammenwirkt. Proximal des Flansches umgreift der Haltering 30 den Mantel des Gehäuses 10. In diesem Abschnitt ist proximal des Flansches am Haltering 30 eine umlaufende Nase 32 ausgebildet, die mit einer Ausnehmung 12 im Mantel des Gehäuses 10 in der Art einer Clipverbindung zusammenwirkt. Der Haltering 30 ist somit sicher am Gehäuse 10 gehalten. In einer Nut im Aussenmantel des Gehäuses 10 ist ferner ein O-Ring 11 aufgenommen, der im montierten Zustand mit der Innenseite des proximalen Abschnitts des Halterings 30 zusammenwirkt und den Innenraum des Gehäuses gegen ein Eintreten von Feuchtigkeit und Staub abdichtet.

[0054] Zwischen der Abstützplatte 40 und der Membran 21 ist eine abgedichtete Kammer 47 zur Aufnahme eines flüssigen Mediums gebildet. Die Abdichtung erfolgt einerseits zwischen der Abstützplatte 40 und dem darauf aufgezogenen Membranelement 20. Andererseits ist der Drucksensor 50 gegenüber seiner Aufnahme 45 in der Abstützplatte zum einen durch einen radial abdichtenden ersten O-Ring 53 abgedichtet, der am Mantel des Drucksensors 50 angeordnet ist und zum anderen durch einen axial abdichtenden zweiten O-Ring 54, der zwischen einem stirnseitigen Randabschnitt des Drucksensors 50 und dem Abstützflansch 45a der Aufnahme 41 angeordnet ist.

[0055] Die Abdichtung des Ultraschallwandlers 60 gegenüber der Abstützplatte 40 erfolgt - wie weiter unten näher beschrieben - über eine Verklebung.

[0056] Bei der Montage der Messeinheit 1 wird zunächst der Ultraschallwandler 60 an der Abstützplatte 40 angebracht. Dazu wird der Wandler von vorne in die entsprechende Öffnung 44 eingesetzt, wobei vorgängig die Kontaktflächen zwischen dem Gehäuse des Ultraschallwandlers 60 und der Abstützplatte 40 mit einem Klebstoff auf Silikonbasis versehen werden. Nach dem Einsetzen des Ultraschallwandlers 60 wird die Klebestelle mit einem Spachtel ausmodelliert, um eine zuverlässige Abdichtung sicherzustellen. Schliesslich werden die verklebten Elemente für die Trocknungszeit der Verklebung mechanisch aneinander fixiert.

[0057] Als nächstes wird ein Füllschlauch 48 aus Silikon (siehe Figur 3) durch den Kanal 46 in der Abstützplatte 40 geführt und auf der Vorderseite wiederum mit einem Klebstoff auf Silikonbasis im Kanal 46 fixiert, wobei das Schlauchende mit der Mündung des Kanals 46 auf der Stirnseite der Grundplatte 41 fluchtet. Wiederum stellt die Verklebung auch die Abdichtung zwischen Füllschlauch 48 und Kanal 46 sicher.

[0058] Nach dem Trocknen der erwähnten Verklebungen kann das Membranelement 20 an der Abstützplatte 40 befestigt werden. Dazu wird dieses mit seinem Mantel 22 über den Mantel 42 der Abstützplatte 40 gezogen, bis der Wulst 23 des Membranelements 20 vollständig hinter die Ausnehmung im Mantel 42 der Abstützplatte 40 zu liegen kommt. Anschliessend kann der Haltering 30 mit seinem Innengewinde 31 auf das Aussengewinde 43 der Abstützplatte 40 aufgeschraubt werden.

[0059] Zur Anbringung des Drucksensors 50 wird zunächst der erste O-Ring 54 in die Aufnahme 45 der Abstützplatte 40 eingelegt. Er liegt auf dem Abstützflansch 45a auf. Anschliessend wird der Drucksensor 50 mit dem zweiten O-Ring 53 von hinten in die Aufnahme 45 eingeführt, bis seine Stirnseite den ersten O-Ring 54 kontaktiert. Nun kann eine Halterung 51 (vgl. Figur 3) auf die Rückseite des Drucksensors 50 aufgesetzt und mittels zweier Schrauben mit der Abstützplatte 40 verschraubt werden. Der Drucksensor 50 wird dadurch weiter nach vorne, auf den ersten O-Ring 54, gedrückt, was eine sichere Abdichtung zwischen Drucksensor 50 und Abstützplatte 40 bewirkt.

[0060] Nun wird die Halterung 73 für das Mainboard am Ultraschallwandler 60 und damit an der Rückseite der Abstützplatte 40 befestigt.

[0061] Als nächstes wird eine Klemme über den Füllschlauch 48 gezogen und die Kammer 47 durch den Füllschlauch mit einem zur Verwendung im pharmazeutischen Bereich zugelassenen synthetischen Schmieröl der Viskositätsklasse 46 ISO VG befüllt. Das Gewicht des teilmontierten Sensors inklusive der eingefüllten Flüssigkeit wird während des Befüllens überwacht, so dass das Befüllen bei Erreichen eines vorgegebenen Füllgewichts beendet werden kann. Während des Befüllens wird darauf geachtet, dass keine Luftblasen in der Kammer 47 verbleiben. Der Füllschlauch 48 wird dann mittels der Klemme verschlossen, und das freie Ende des Füllschlauchs 48 wird auf einen Dorn gestülpt, der auf der Rückseite der Halterung 51 für den Drucksensor 50 angeordnet ist.

[0062] Nun kann die erste Leiterplatte 71 (Mainboard) mit der daran gehaltenen Leiterplatte 72 (Piggyback) in die Halterung 73 eingeführt werden, wobei gleichzeitig die Verbindung zum Ultraschallwandler 60 geschaffen wird. Anschliessend wird das Anschlusskabel 52 des Drucksensors 50 mit seinem Stecker mit einer entsprechenden Buchse des Mainboards verbunden. Auch das Anschlusskabel 15 wird durch die endseitige Öffnung im Gehäuse 10 geführt und mit einem entsprechenden Stecker mit dem Mainboard verbunden. Das Gehäuse 10 wird schliesslich mit dem vorderen Teil (mit Membranelement 20, Haltering 30, Abstützplatte 40, Drucksensor 50, Ultraschallwandler 60 und den Leiterplatten 71, 72) verbunden, indem es in den Haltering 30 gedrückt wird, bis die Clipverbindung einrastet.

[0063] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So muss die Geometrie der einzelnen Komponenten nicht derjenigen des Ausführungsbeispiels entsprechen. Die Membran kann beispielsweise auch mit einer ovalen oder abgerundetrechteckigen Grundfläche ausgeführt werden, was Anpassungen auch bei weiteren Komponenten wie dem Haltering und dem Gehäuse bedingt. Auch die Materialien können anders gewählt werden. Die Abdichtung der Kammer ist ebenfalls nicht zwingend mit den genannten Dichtungsmitteln auszuführen.

[0064] Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen schafft, welche konstruktiv einfach aufgebaut ist und eine hohe Abbildungsqualität ermöglicht.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen und Druckmessungen, umfassend: a) einen Ultraschallwandler; b) einen Drucksensor; c) ein Gehäuse zur Aufnahme des Ultraschallwandlers und des Drucksensors; d) eine im Gehäuse angeordnete Abstützplatte; e) eine stirnseitig am Gehäuse angeordnete flexible Membran; wobei zwischen der Membran und der Abstützplatte eine abgedichtete Kammer zur Aufnahme eines flüssigen Mediums gebildet ist und wobei der Ultraschallwandler und der Drucksensor derart an der Abstützplatte angeordnet sind, dass eine erste Übertragungsfläche des Ultraschallwandlers und eine zweite Übertragungsfläche des Drucksensors zur Kammer gerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran eine kreisrunde Grundfläche aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haltering mit einem umfangsseitigen Haltebereich der Abstützplatte zusammenwirkt und einen proximalen Halteabschnitt der Membran umschliesst und an der Abstützplatte festhält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran im Halteabschnitt einen Wulst aufweist, der mit einer umfangsseitigen Nut der Abstützplatte zusammenwirkt, die distal vor dem Haltebereich angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein proximaler Abschnitt des Halterings mit einem mantelseitigen Bereich des Gehäuses zusammenwirkt, insbesondere in der Art einer Clipverbindung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand zwischen dem proximalen Abschnitt des Halterings und dem mantelseitigen Bereich des Gehäuses eine umlaufende Dichtung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler mittig an der Abstützplatte befestigt ist und dass der Drucksensor aussermittig an der Abstützplatte befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler und der Drucksensor je in einer Durchgangsöffnung der Abstützplatte aufgenommen sind, wobei die Durchgangsöffnungen mit aufgenommenem Ultraschallwandler und Drucksensor gegen einen Durchtritt des flüssigen Mediums abgedichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer mit einer ultraschalltransparenten Flüssigkeit befüllt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraschalltransparente Flüssigkeit ein Öl mit einer Viskosität in einer Viskositätsklasse von 32 - 68 ISO VG ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einfüllöffnung für das flüssige Medium, die als Durchgangsöffnung in der Abstützplatte ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte zur Aufnahme elektronischer Komponenten an einer Rückseite der Abstützplatte befestigt ist und sich eine Hauptfläche der Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptfläche der Abstützplatte erstreckt.

13. Verfahren zur Montage der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Einsetzen, Abdichten und Befestigen des Ultraschallwandlers und des Drucksensors in die Abstützplatte; b) Einsetzen eines Füllschlauchs in die Abstützplatte; c) Anbringen der flexiblen Membran an der Abstützplatte zur Bildung der abgedichteten Kammer; d) Einfüllen des flüssigen Mediums in die Kammer, durch den Füllschlauch. e) Verschliessen einer Einfüllöffnung für das flüssige Medium, sobald eine vorgegebene Menge des Mediums eingefüllt wurde.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der abgedichteten Kammer nach dem Anbringen der flexiblen Membran ein Haltering über die Membran geschoben und an der Abstützplatte befestigt wird.