DE10058900A1 - Vorrichtung zur Durchführung medizinischer Therapiemaßnahmen mit Ultraschall - Google Patents

Vorrichtung zur Durchführung medizinischer Therapiemaßnahmen mit Ultraschall

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Sebastian Kaehler
Rainer Jung
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00Ultrasound therapy

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Zweck der medizinischen Behandlung von muskuloskelettalen Erkrankungen, Weichteilverletzungen, Verletzungen von Sehnen und Bändern, Neuralgien u. a., durch Einbringen von niederfrequentem Ultraschall in das Hautgewebe und die tiefer liegenden Gewebeschichten sowie Knochen vorgeschlagen, mittels eines vollständig kunststoffummantelten Ultraschallwandlers in Kegelstumpfform, mit homogenem Schallfeld und divergenter Abstrahlcharakteristik und niederfrequent modulierter Hochfrequenzenergieversorgung im Bereich von 0,5 bis 500 Hz.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall zum Zweck der Behandlung von muskuloskelettalen Krankheitsbildern, Weichteilverletzungen, Verletzungen von Sehnen und Bändern, Neuralgien u. a. durch Einbringen von Ultraschall in das Hautgewebe und die tiefer liegenden Gewe­ beschichten sowie Knochen gemäß der vorliegenden konstruktiven Ausführung und aufgeführten Schutzansprüche.
Ultraschall ist schon seit vielen Jahrzehnten als Mittel der Physikalischen Therapie in der medizinischen Praxis fest verankert. Die therapeutische Wirkung beruht auf einer mechanischen und einer thermischen Komponente, deren Wirkungsanteile von der verwendeten Ultraschallfrequenz und der Ultraschallintensität bestimmt werden. Als wesentlich für die therapeutische Wirkung wird die thermische Komponente angesehen. Vorzugsweise kommen aus diesem Grund Ultraschallfrequenzen im Bereich von 0,8 bis 4 MHz zur Anwendung, da in diesem Frequenzbereich eine definierte Tiefenerwärmung bei ausreichender Eindringtiefe von 30 bis 50 mm erreicht wird.
Ultraschall-Therapievorrichtungen für diesen Frequenzbereich weisen aus physikalischen Gründen ein mehr oder weniger stark inhomogenes Schallfeld mit einer konvergenten Abstrahlungscharakteristik auf, die bei höheren Frequenzen nahezu zylinderförmig wird. Dadurch und bedingt durch die Möglichkeit der Ausbildung stehender Wellen auf Grund von Reflexionen durch die kurze Wellenlänge im mm-Bereich können lokale Überhitzungen ("hot spots") auftreten, die ein Gefährdungspotential darstellen. Um dieses Gefährdungspotential zu minimieren und um eine flächenhafte Durchdringung des zu beschallenden Behandlungsgebietes zu erreichen, muss eine dynamische Führung der Ultraschall- Therapievorrichtung durchgeführt werden.
Für die genannten Anwendungsgebiete sind diese Eigenschaften nachteilig. Es ist hier wünschenswert, eine Bevorzugung der mechanischen Wirkungskomponente und ein homogenes Schallfeld mit divergenter Abstrahlungscharakteristik zu erreichen, um spezielle physiologische Wirkungen auszulösen und eine flächenhafte Durchdringung des Behandlungsgebietes zu gewährleisten sowie mögliche Gefährdungspotentiale weitgehend zu reduzieren.
Bekannt ist, dass niederfrequenter Ultraschall im Frequenzbereich unterhalb von etwa 150 kHz eine nur noch vernachlässigbare Absorption im Gewebe aufweist. Die thermische Belastung des Gewebes ist deutlich geringer und die mechano­ akustischen Wirkeffekte sind stärker. Die vom Ultraschallerzeuger abgegebene Schallwelle hat ein divergentes Ausbreitungsfeld und der Öffnungswinkel steigt mit sinkender Frequenz. Aus der Literatur sind medizinische Anwendungen bekannt, die den Therapieerfolg von niederfrequentem Ultraschall bestätigen, z. B. bei Verstauchungen des Fußgelenkes und im Lumbalbereich.
Vorrichtungen für die medizinische Anwendung von Ultraschall bestehen in der Regel aus einem Generatorteil zur Erzeugung hochfrequenter Spannungen und Ströme und einem elektroakustischen Wandler. Die Generatorfrequenz ist an den elektroakustischen Wandler angepasst. Für die elektroakustische Wandlung werden vorzugsweise Systeme auf Basis des reziproken piezoelektrischen Effekts eingesetzt. Ein solcher Wandler für die Applikation des Ultraschalls in das Gewebe besteht in der Regel aus einem mehrteiligen, in sich geschlossenem Gehäuse, wobei in einem Gehäuseteil der Ultraschallerzeuger untergebracht ist.
Dieses Gehäuseteil bildet die Kontaktfläche zum Hautgewebe und besteht bei den bekannten Ausführungsformen für die MHz-Ultraschall-Therapie vorzugsweise aus Metall. Die großen Unterschiede in den Schallgeschwindigkeiten zwischen dem Metall und dem Hautgewebe führen zu einer Grenzschichterwärmung.
Die Verwendung eines Ankoppelmediums ist aus diesem Grund zwingend erforderlich, um eine möglichst verlustfreie Energieübertragung vom Ultraschallwandler in das Hautgewebe zu erreichen und mögliche Hitzeerytheme durch Aufheizung der Grenzschicht Metall/Haut zu vermeiden. Als Ankoppelmedium werden in der Regel wasserbasierende Gele verwendet.
Vorteilhafter ist es, Materialen mit gleicher oder ähnlicher Schallgeschwindigkeit wie das Hautgewebe und die tiefer liegenden Gewebeschichten zu verwenden. Ein ge­ eignetes Material für diese Anwendungen ist z. B. der physiologisch neutrale Kunst­ stoff Delrin (POM) (Handelsbezeichnung: Hostaform). Der Einfluss des Ankoppelmediums auf die Übertragung der Ultraschallenergie in das Gewebe wird reduziert. In der Patentschrift WO 93/16652 ist eine solche Ausführungsform beschrieben.
Aufgrund der größeren Absorption im Kunststoffmaterial ist die Ausführung bei höhe­ ren Ultraschallfrequenzen nicht möglich, da es zu einer Aufheizung des Materials kommt.
Für die technische Realisierung des Generatorteils sind verschiedene Lösungen bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung medizinischer Therapiemaßnahmen mit niederfrequentem Ultraschall zu schaffen, welche die bekannten Nachteile vermeidet und einen verbesserten Therapieerfolg bei den genannten Anwendungsgebieten ermöglicht. Dabei muss die Vorrichtung für eine manuelle Führung und direkte Anwendung auf der Hautoberfläche ausgelegt sein und die medizinische Behandlung von muskuloskelettalen Krankheitsbildern, Weichteilverletzungen, Verletzungen von Sehnen und Bändern, Neuralgien u. a. ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und dem Ausführungsbeispiel.
Durch die Ausführung der äußeren Ummantelung des Ultraschallwandler aus einem physiologisch neutralem Werkstoff, mit ähnlichen akustischen Eigenschaften wie biologisches Gewebe und dadurch gekennzeichnet, dass die schallabstrahlende Seite eine Kegelstumpfform besitzt, in dessen Inneren ein adhäsiv angekoppelter Ultraschallerzeuger angebracht ist, der mit niederfrequent modulierter Hochfrequenzenergie angetrieben wird, wird ein homogenes und divergent gerichtetes Schallfeld erzeugt. Der Kegelstumpf ist mit einer konkaven Wölbung geringen Neigungswinkels versehen.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die schonende und nahezu verlustfreie Einbringung niederfrequenter Ultraschallenergie im Bereich von 30 kHz bis 150 kHz über die Hautoberfläche in biologisches Gewebe. Durch die Kunststoffausführung wird nur eine geringe Menge zusätzlichen Ankoppelmediums, z. B. von Ultraschall- Gel benötigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Gesamtansicht der Ultraschall-Therapievorrichtung,
Fig. 2 Schnittdarstellung der Ultraschall Therapievorrichtung.
Die Ultraschall-Therapievorrichtung besteht aus einem geschlossenem, zweiteiligen Kunststoffgehäuse (1), welches vorzugsweise aus Delrin (POM) gefertigt ist. Für das sichere und angenehme Halten der Ultraschall-Therapievorrichtung in der Hand und einer zusätzlichen akustischen Abkopplung, sind weich-elastische, in Einkerbungen (4) liegende Gummiringe (3) angebracht. Die elektrische Zuleitung (2) befindet sich axial arn Ende des Gehäuseoberteils (5) und wird durch eine Zugentlastung (10) gesichert. Der Generator zur Erzeugung und Speisung des Ultraschallerzeugers (B) mit der nötigen Hochfrequenzenergie über die Zuleitung (2) ist nicht dargestellt.
Als Ultraschallerzeuger (8) wird im Ausführungsbeispiel ein λ/2-Sandwich- Schwingsystem verwendet. Der Ultraschallerzeuger ist gegenüber der Abstrahlseite im Kegelstumpf (6), z. B. durch eine Schraubverbindung (9), befestigt. Die Ab­ strahlfläche (11) des Kegelstumpfes (6) hat eine konkave Ausformung.
Das Griffstück (5) und der Kegelstumpf (6) sind durch Verkleben der Verbin­ dungsfuge (7) dauerhaft miteinander verbunden und flüssigkeitsdicht, wodurch auch eine subaquale Anwendung möglich ist. Die Verbindungsfuge ist in der dem Kegelstumpf (6) zugeordneten Einkerbung (4) angeordnet und wird durch den weich-elastischen Gummiring (3) verdeckt.
Die Größe der Abstrahlfläche, die Ultraschallfrequenz und die Abmessungen des Ultraschallerzeugers (8) sind veränderbar, unterliegen aber physikalisch bedingten Einschränkungen. Anstelle von λ/2-Sandwich-Schwingsystemen ist für den Ultraschallerzeuger (8) z. B. auch die Verwendung von Flachschwingsystemen denkbar. Die Abstrahlcharakteristik ist dann aber ungünstiger.
Der Ultraschallerzeuger (8) wird entweder mit einem konstanten HF-Strom oder einem gepulsten HF-Strom versorgt. Die Impulslänge beträgt bei gepulstem HF- Strom in der Regel 10 ms und die Pausenzeit ein Vielfaches davon. Üblich ist ein Verhältnis von 1 : 4. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet für die elektrische Speisung des Ultraschallerzeugern (8) modulierten HF-Strom. Der Modulationsgrad beträgt maximal 50% und die Modulationsfrequenz liegt im Bereich von 0,5 bis 500 Hz. Durch die Modulation werden zusätzliche Stimulationseffekte erreicht und eine schnellere Wärmeabführung von der Hautoberfläche bewirkt, welche durch Grenzschichtabsorption entsteht.
Bezugszeichenliste
1
Kunststoffgehäuse
2
elektrische Zuleitung
3
Weichgummiringe
4
Einkerbungen
5
Griffstück
6
Kegelstumpf
7
Verbindungsfuge
8
Ultraschallerzeuger
9
Schraubverbindung
10
Zugentlastung
11
konkave Schallabstrahlungsfläche

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Zweck der medizinischen Behandlung von musku­ loskelettalen Erkrankungen, Weichteilverletzungen, Verletzungen von Sehnen und Bändern, Neuralgien u. a. mit Ultraschall dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines vollständig kunststoffummantelten Ultraschallwandlers in Kegelstumpfform mit konkav gewölbter Abstrahlfläche und divergenter Abstrahlcharakteristik, mit einem im Inneren angebrachten, adhäsiv angekoppelten Ultraschallerzeuger, niederfrequenter Ultraschall durch die Haut in tieferliegendes biologisches Gewebe eingebracht wird und die für die Erzeugung des Ultraschalls notwendige Hochfrequenzenergie niederfrequent im Frequenzbereich von 0,5 bis 500 Hz moduliert wird.
2. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelstumpfförmige Ultraschallwandler ein homogenes und divergentes Schallfeld mit einem Öffnungswinkel von 45° oder größer besitzt.
3. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger in dem Kegelstumpf über eine Schraubverbindung befestigt und adhäsiv angekoppelt ist.
4. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallabstrahl­ fläche an dem Kegelstumpf eine konkave Ausformung mit einem Öffnungswinkel Bereich von 3° bis 10° hat.
5. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Griffstück ringförmige Einkerbungen in welche weich-elastische O-Ringe eingelassen sind.
6. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsfuge von dem Griffstück und dem Kegelstumpf in einer der Einkerbungen angeordnet ist.
7. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Kegelstumpf angeordnete Ultraschallerzeuger mit modulierter Hochfrequenzenergie betrieben wird und die Modulationsfrequenz vorzugsweise im Bereich von 15 bis 25 Hz ist.
8. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Kegelstumpf angeordnete Ultraschallerzeuger mit in der Amplitude modulierter Hochfrequenzenergie betrieben wird und der Modulationsgrad der zugeführten elektrischen Hochfrequenzenergie sich vorzugsweise im Bereich von 10% bis 40% befindet.
9. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Kegelstumpf angeordnete Ultraschallerzeuger mit in der Amplitude modulierter Hochfrequenzenergie betrieben wird und die Trägerfrequenz sich im Bereich von 60 bis 100 kHz befindet.
10. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach vorherge­ henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass für den in dem Kegelstumpf angeordneten Ultraschallerzeuger ein piezoelektrisches λ/2- Sandwich-Schwingsystem oder ein piezoelektrisches Flachschwingsystem ver­ wendet wird.
11. Vorrichtung für die medizinische Anwendung von Ultraschall nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Griffstück und der Kegelstumpf des Ultraschallwandlers aus den Kunststoffen Polyoxymethylen (POM) oder/und Polycarbonat (PC) hergestellt sind.
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