DE10309605A1

DE10309605A1 - Ultraschall-Einrichtung mit gekühlter Linse

Info

Publication number: DE10309605A1
Application number: DE2003109605
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Huber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: DE10309605B4; FR2851923B1; FR2851923A1

Abstract

Die Ultraschall-Einrichtung (2) umfasst eine Ultraschall-Quelle (4), eine dieser Ultraschall-Quelle vorgelagerte akustische Linse (6) und eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Linse mittels eines strömenden, Ultraschall leitenden Kühlmediums (M). Für eine effektive Kühlung soll der akustisch aktive Linsenkörper der Linse (6) im Wesentlichen durch das Kühlmedium (M) selbst gebildet sein, das durch den Hohlraum (8) eines dünnen, Ultraschall durchlässigen, die Linsenkontur festlegenden Hüllkörpers (7) der Linse strömt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Einrichtung mit

– einer Ultraschall-Quelle,
– einer dieser Ultraschall-Quelle vorgelagerten akustischen Linse und
– einer Kühlvorrichtung zur Kühlung der Linse mittels eines strömenden, Ultraschall leitenden Kühlmediums.

Eine entsprechende Ultraschall-Einrichtung geht aus der DE 195 07 478 C1 hervor.
Bei der bekannten Ultraschall-Einrichtung handelt es sich um ein Therapiegerät zur Behandlung mit fokussiertem Ultraschall, das eine als Array ausgeführte gekühlte Ultraschall-Quelle und eine dieser vorgelagerten akustischen Frontlinse aufweist. Derartige Therapiegeräte werden insbesondere zur Behandlung sowohl von benignen als auch malignen Gewebeveränderungen eingesetzt. Dabei kann ein beträchtlicher Anteil einer Wärmeentwicklung an der Frontlinse insbesondere bei erhöhten Leistungsdichten auftreten, die von einem Probanden/Patienten durch die erhöhte Temperatur spürbar ist. Man sieht sich deshalb zu einer Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Linse mittels einer geeigneten Kühlvorrichtung veranlasst. Bei der bekannten Vorrichtung wird die Wärmeabfuhr dadurch erreicht, dass die Ultraschall-Quelle eine separat von der Linse angeordnete Grundplatte aufweist, auf deren von der Linse abgewandten Seite Ultraschall-Wandlerelemente angebracht sind, wobei die Grundplatte aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit besteht und sich zwischen der Linse und der Ultraschall-Quelle eine an die der Linse zugewandten Seite der Grundplatte angrenzende, Ultraschall-Wellen leitende Kühlflüssigkeit befindet. Es zeigt sich jedoch, dass eine derartige Kühlung gerade bei höheren Leistungsdichten aus Sicht des Probanden nicht mehr ausreicht. Ebenfalls bei Ultraschall-Diagnose-Geräten liegen Leistungsdichten an der Linse vor, die bei Patienten unerwünscht hohe Temperaturen an der Haut hervorrufen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Ultraschall-Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, dass sie eine effektive Kühlung aus Sicht des Probanden ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dementsprechend soll bei einer Ultraschall-Einrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen der akustisch aktive Linsenkörper der Linse im Wesentlichen durch das Kühlmedium gebildet sein, das durch den Hohlraum eines dünnen, Ultraschall durchlässigen, die Linsenkontur festlegenden Hüllkörpers der Linse strömt.
D.h., im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Fokussierung des Ultraschalls durch das Kühlmedium selbst bewirkt, das sich in dem dünnen Hüllkörper befindet, der die Kontur der Linse festlegt. Der Hüllkörper trägt dabei praktisch nicht zur Fokussierung des Ultraschalls bei. Die damit verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass eine gute, kontinuierliche Wärmeentfernung aus dem Linsenbereich erfolgt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ultraschall-Einrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
So kann insbesondere der Hüllkörper der Linse eine Wandstärke von unter 2 mm, vorzugsweise unter 1 mm aufweisen. Auf diese Weise ist eine Wärmeerzeugung in dem Material des Hüllkörpers weitgehend unterbunden, indem der Hüllkörper praktisch akustisch inaktiv bleibt.
Vorteilhaft kann der Hüllkörper mehrteilig ausgebildet sein. Seine Teilen lassen sich leicht zu einer gewünschten Linsenkontur gestalten und zusammensetzen. Insbesondere kann der Hüllkörper einen Bodenteil und einen Deckelteil aufweisen, zwischen denen der das Kühlmedium aufnehmende Hohlraum ausgebildet ist.
Darüber hinaus kann selbstverständlich das Kühlmedium im Bereich eines Zulaufs zu dem Hohlraum der Linse und/oder eines Ablaufs aus diesem Hohlraum zur Kühlung weiterer Teile wie z.B. der Ultraschall-Quelle der Einrichtung herangezogen sein.
Als Kühlmedium ist besonderes ein solches geeignet, das eine Schallgeschwindigkeit bei Raumtemperatur zwischen 1400 m/s und 100 m/s aufweist. Mit entsprechenden Medien lassen sich die üblichen Fokussierungsanforderungen ohne weiteres erfüllen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ultraschall-Einrichtung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles noch weiter erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Dabei zeigt deren einzige Figur schematisiert einen Längsschnitt durch den erfindungswesentlichen Teil einer Ultraschall-Einrichtung.
Bei dem in der Figur angedeuteten Ausführungsbeispiel wird von an sich bekannten Ausführungsformen von Ultraschall-Einrichtungen ausgegangen. Nicht näher dargestellte Teile entsprechen denen des Standes der Technik (vgl. z.B. die eingangs genannte DE 195 07 478 C1 oder US 4,586,512 A ). Von einer allgemein mit 2 bezeichneten Ultraschall-Einrichtung ist nur ein Ultraschall-Kopf 3 ersichtlich, der eine Ultraschall-Quelle 4 unter Verwendung von piezo-elektrischem Material aufweist. Auf der Schall abstrahlenden Seite dieser Quelle befindet sich eine Anpassungsschicht 5 (sogenannte „Matching Layer"), der eine akustische (Ultraschall-)Linse 6 vorgelagert ist.
Dieser Linse 6 ist eine Kühlvorrichtung zugeordnet, mit der eine inhärente Kühlung insbesondere der Linse zu gewährleisten ist. Hierzu wird die Linse 6 erfindungsgemäß durch einen die Linsenkontur festlegenden Hüll- bzw. Hohlkörper 7 gebildet, der einen Hohlraum 8 umschließt. Durch diesen Hohlraum strömt ein flüssiges Medium M, das für die Ultraschall-Wellen als brechend wirkt und somit den eigentlichen Linsenkörper der Linse 6 bildet. In dem Maße einer Wärmeentwicklung wird die Flüssigkeit durch den Hohlraum 8 auf Grund einer erzwungenen Konvektion transportiert, so dass sich dort praktisch keine Wärme ansammeln kann, die zu einer von einem Probanden als unangenehm empfundenen Temperaturerhöhung führen würde. Der Hüllkörper 7, der z.B. aus einem Kunststoffmaterial besteht, hat vorteilhaft nur eine geringe Wandstärke d von vorzugsweise unter 2 mm, insbesondere unter 1 mm, so dass er praktisch keinen Beitrag zur Brechung der Ultraschall-Wellen leistet. Der Hüllkörper kann beispielsweise mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise einen Bodenteil 7a und einen Deckelteil 7b umfassen.
Auf der der Anpassungsschicht 5 bzw. der Linse 6 abgewandten Seite der Ultraschall-Quelle 4 kann in bekannter Weise ein Dämpfungskörper 10 angeordnet sein.
In der Figur ist ferner noch ein Zulauf 11 für das Kühlmedium M in den Linsenbereich und ein Ablauf 12 aus diesem Bereich angedeutet. Selbstverständlich kann das in diesem Zulauf 11 und/oder in dem Ablauf 12 strömende Medium zur Kühlung der Ultraschall-Quelle 4 und/oder der Anpassungsschicht 5 und/oder weiterer Teile der Ultraschall-Einrichtung 2 herangezogen werden.
Als Kühlmedien eignen sich generell alle homogenen Flüssigkeiten, deren Schallgeschwindigkeit kleiner als die von Wasser (1500 m/s bei Raumtemperatur) bzw. menschlichem Gewebe ist. Vorteilhaft werden deshalb Flüssigkeiten mit einer Schallgeschwindigkeit zwischen 100 m/s und 1400 m/s gewählt, wobei Schallgeschwindigkeiten um 1000 m/s genügen. Bevorzugt werden Kühlmedien mit einer Schallgeschwindigkeit (bei Raumtemperatur) von unter 1000 m/s, insbesondere unter 500 m/s. verwendet. Ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Mediums ist das Kühlmittel der Warenbezeichnung „R124" (Firma „AllChem Company") mit einer Schallgeschwindigkeit von 150 m/s. Sehr gut eignet sich auch Silikonöl, z.B. mit der Warenbezeichnung „Dow 200" bzw. „DC 200" (Firma „Dow Corning Corporation"). Dieses Öl weist eine Schallgeschwindigkeit von etwa 1000 m/s auf und besitzt ähnliche optische Eigenschaften wie gängige Linsenmaterialien. Dadurch können bestehende Linsenkonturen beibehalten werden.

Claims

Ultraschall-Einrichtung mit – einer Ultraschall-Quelle, – einer dieser Ultraschall-Quelle vorgelagerten akustischen Linse und – einer Kühlvorrichtung zur Kühlung der Linse mittels eines strömenden, Ultraschall leitenden Kühlmediums, dadurch gekennzeichnet, dass der akustisch aktive Linsenkörper der Linse (6) im Wesentlichen durch das Kühlmedium (M) gebildet ist, das durch den Hohlraum (8) eines dünnen, Ultraschall durchlässigen, die Linsenkontur festlegenden Hüllkörpers (7) der Linse strömt.
Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hüllkörper (7) der Linse (6) mit einer Wandstärke (d) unter 2 mm, vorzugsweise unter 1 mm.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (3) mehrteilig ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (7) einen Bodenteil (7a) und einen Deckelteil (7b) aufweist.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (M) im Bereich eines Zulaufs (11) zu dem Hohlraum (8) der Linse (6) und/oder eines Ablaufs (12) aus diesem Hohlraum zur Kühlung weiterer Teile der Einrichtung herangezogen ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Kühlung der Ultraschall-Quelle (4) durch das Kühlmedium (M).
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Kühlmedium (M) mit einer Schallgeschwindigkeit bei Raumtemperatur zwischen 1400 m/s und 100 m/s.