DE10309605B4 - Ultrasound device with cooled lens - Google Patents

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Abstract

Ultraschall-Einrichtung (2), die an die Körperoberfläche eines zu behandelnden Patienten anzusetzen ist, mit – einer Ultraschallquelle (4), – einer dieser Ultraschallquelle (4) vorgelagerten akustischen Linse (6), – eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Linse (6) mittels eines derart in einer erzwungenen Konvektion strömenden, ultraschallleitenden Kühlmediums (M), so dass eine Wärmeansammlung in der Linse (6) vermieden wird, wobei als – Kühlmedium (M) ein Medium mit einer Schallgeschwindigkeit zwischen 1400 m/s und 100 m/s bei Raumtemperatur gewählt ist, und – der akustisch aktive, eine Fokussierung des Ultraschalls bewirkende Linsenkörper der Linse (6) im Wesentlichen durch das Kühlmedium (M) gebildet ist, das durch den Hohlraum (8) eines dünnen, ultraschalldurchlässigen, die Linsenkontur festlegenden Hüllkörpers (7) der Linse (6) strömt.Ultrasonic device (2), which is to be placed on the body surface of a patient to be treated, with - an ultrasonic source (4), - an acoustic lens (6) upstream of this ultrasonic source (4), - a cooling device for cooling the lens (6) by means of an ultrasound-conducting cooling medium (M) flowing in a forced convection so that heat accumulation in the lens (6) is avoided, the cooling medium (M) being a medium with a speed of sound between 1400 m / s and 100 m / s is selected at room temperature, and - the acoustically active lens body of the lens (6), which brings about a focusing of the ultrasound, is essentially formed by the cooling medium (M) which is passed through the cavity (8) of a thin, ultrasound-permeable casing body which defines the lens contour ( 7) the lens (6) flows.

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.The invention relates to an ultrasound device
  • An ultrasonic source,
  • - One of these ultrasonic source upstream acoustic lens and
  • - A cooling device for cooling the lens by means of a flowing, ultrasonic conductive cooling medium.
A corresponding ultrasound device goes out of the DE 195 07 478 C1 out.

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.In the known ultrasound device is a therapy device for treatment with focused ultrasound, which has a running as an array cooled ultrasound source and one of these upstream acoustic front lens. Such therapy devices are used in particular for the treatment of both benign and malignant tissue changes. In this case, a considerable proportion of heat development on the front lens can occur, in particular at elevated power densities, which can be felt by a subject / patient due to the elevated temperature. It can therefore be seen that a heat dissipation from the region of the lens caused by a suitable cooling device. In the known device, the heat dissipation is achieved in that the ultrasonic source has a separately arranged from the lens base plate on the side remote from the lens side ultrasonic transducer elements are mounted, wherein the base plate consists of a material of good thermal conductivity and between the Lens and the ultrasonic source is located adjacent to the lens-facing side of the base plate, ultrasonic waves conductive cooling liquid. It turns out, however, that such cooling, especially at higher power densities from the perspective of the subject is no longer sufficient. Ultrasound diagnostic equipment also has power densities on the lens that can cause undesirable high skin temperatures in patients.

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.Object of the present invention is therefore to design the ultrasonic device of the type mentioned in that it allows effective cooling from the subject's perspective.

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.This object is achieved with the measures specified in claim 1. Accordingly, in an ultrasound device with the features mentioned above, the acoustically active lens body of the lens should be formed essentially by the cooling medium flowing through the hollow space of a thin, ultrasound-permeable, enveloping lens contour of the lens.

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.In other words, in contrast to the prior art, the focusing of the ultrasound is effected by the cooling medium itself, which is located in the thin enveloping body which determines the contour of the lens. The enveloping body practically does not contribute to the focusing of the ultrasound. The associated advantages are to be seen in particular in that there is a good, continuous heat removal from the lens area.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ultraschall-Einrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.Advantageous embodiments of the ultrasonic device according to the invention will become apparent from the dependent claims.

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.Thus, in particular, the enveloping body of the lens may have a wall thickness of less than 2 mm, preferably less than 1 mm. In this way, heat generation in the material of the enveloping body is largely prevented by the enveloping body remains virtually acoustically inactive.

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.Advantageously, the enveloping body can be designed in several parts. Its parts are easy to shape and assemble to a desired lens contour. In particular, the enveloping body may have a bottom part and a cover part, between which the cavity receiving the cooling medium is formed.

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.In addition, of course, the cooling medium in the region of an inlet to the cavity of the lens and / or a drain from this cavity for cooling other parts such. B. the ultrasound source of the device be used.

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.As a cooling medium is particularly suitable one which has a speed of sound at room temperature between 1400 m / s and 100 m / s. With appropriate media, the usual focusing requirements can be easily fulfilled.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ultraschall-Einrichtung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the ultrasonic device according to the invention will become apparent from the sub-claims not mentioned above.

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.The invention will be further explained below with reference to a preferred embodiment, reference being made to the drawing. In this case, the single figure shows schematically a longitudinal section through the invention essential part of an ultrasonic device.

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 Lager”), der eine akustische (Ultraschall-)Linse 6 vorgelagert ist.In the embodiment indicated in the figure of known per se embodiments of ultrasound devices is assumed. Parts not shown correspond to those of the prior art (see, for example, the aforementioned DE 195 07 478 C1 or US 4,586,512 A ). From a general with 2 designated ultrasound device is just an ultrasound head 3 Obviously, an ultrasound source 4 having piezoelectric material. On the sound radiating side of this source is an adaptation layer 5 (so-called "matching bearing"), which is an acoustic (ultrasonic) lens 6 is upstream.

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.This lens 6 is associated with a cooling device with which an inherent cooling, in particular of the lens is to ensure. This is the lens 6 According to the invention by a lens contour defining envelope or hollow body 7 formed, a cavity 8th encloses. Through this cavity flows a liquid medium M, which acts as breaking for the ultrasonic waves and thus the actual lens body of the lens 6 forms. As heat builds up, the liquid will pass through the cavity 8th transported due to a forced convection, so that there can accumulate virtually no heat, which would lead to a perceived by a subject to be unpleasant temperature increase. The envelope body 7 , the z. B. consists of a plastic material, advantageously has only a small wall thickness d of preferably less than 2 mm, in particular less than 1 mm, so that it makes virtually no contribution to the refraction of the ultrasonic waves. The enveloping body may be formed in several parts, for example, a bottom part 7a and a lid part 7b include.

Auf der der Anpassungsschicht 5 bzw. der Linse 6 abgewandten Seite der Ultraschall-Quelle 4 kann in bekannter Weise ein Dämpfungskörper 10 angeordnet sein.On the adaptation layer 5 or the lens 6 opposite side of the ultrasonic source 4 can in a known manner a damping body 10 be arranged.

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.In the figure is also still a feed 11 for the cooling medium M in the lens area and a drain 12 indicated in this area. Of course, that can be in this feed 11 and / or in the process 12 flowing medium for cooling the ultrasonic source 4 and / or the adaptation layer 5 and / or other parts of the ultrasound device 2 be used.

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.Cooling media are generally all homogeneous liquids whose sound velocity is lower than that of water (1500 m / s at room temperature) or human tissue. Advantageously, fluids with a speed of sound between 100 m / s and 1400 m / s are therefore selected, with sound velocities of around 1000 m / s being sufficient. Cooling media are preferably used at a speed of sound (at room temperature) of less than 1000 m / s, in particular less than 500 m / s. An embodiment of a corresponding medium is the refrigerant of the trade designation "R124" (company "AllChem Company") with a speed of sound of 150 m / s. Very well suited also silicone oil, z. B. with the trade designation "Dow 200" or "DC 200" (company "Dow Corning Corporation"). This oil has a speed of sound of about 1000 m / s and has similar optical properties as common lens materials. This allows existing lens contours to be retained.

Claims (6)

Ultraschall-Einrichtung (2), die an die Körperoberfläche eines zu behandelnden Patienten anzusetzen ist, mit – einer Ultraschallquelle (4), – einer dieser Ultraschallquelle (4) vorgelagerten akustischen Linse (6), – eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Linse (6) mittels eines derart in einer erzwungenen Konvektion strömenden, ultraschallleitenden Kühlmediums (M), so dass eine Wärmeansammlung in der Linse (6) vermieden wird, wobei als – Kühlmedium (M) ein Medium mit einer Schallgeschwindigkeit zwischen 1400 m/s und 100 m/s bei Raumtemperatur gewählt ist, und – der akustisch aktive, eine Fokussierung des Ultraschalls bewirkende Linsenkörper der Linse (6) im Wesentlichen durch das Kühlmedium (M) gebildet ist, das durch den Hohlraum (8) eines dünnen, ultraschalldurchlässigen, die Linsenkontur festlegenden Hüllkörpers (7) der Linse (6) strömt.Ultrasonic device ( 2 ) to be attached to the body surface of a patient to be treated, comprising - an ultrasound source ( 4 ), - one of these ultrasound sources ( 4 ) upstream acoustic lens ( 6 ), - a cooling device for cooling the lens ( 6 ) by means of an ultrasound-conducting cooling medium (M) flowing in a forced convection such that a heat accumulation in the lens ( 6 ), wherein as - cooling medium (M) a medium with a speed of sound between 1400 m / s and 100 m / s is selected at room temperature, and - the acoustically active, focusing the ultrasound causing lens body of the lens ( 6 ) is substantially formed by the cooling medium (M) passing through the cavity ( 8th ) of a thin, ultrasound-permeable, enveloping body defining the lens contour ( 7 ) of the lens ( 6 ) flows. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hüllkörper (7) der Linse (6) mit einer Wandstärke (d) unter 2 mm, vorzugsweise unter 1 mm.Device according to claim 1, characterized by an enveloping body ( 7 ) of the lens ( 6 ) with a wall thickness (d) less than 2 mm, preferably less than 1 mm. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (3) mehrteilig ausgebildet ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the enveloping body ( 3 ) is formed in several parts. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkörper (7) einen Bodenteil (7a) und einen Deckelteil (7b) aufweist.Device according to claim 3, characterized in that the enveloping body ( 7 ) a bottom part ( 7a ) and a lid part ( 7b ) having. 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.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium (M) in the region of an inlet ( 11 ) to the cavity ( 8th ) of the lens ( 6 ) and / or a process ( 12 ) is used from this cavity for cooling other parts of the device. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Kühlung der Ultraschall-Quelle (4) durch das Kühlmedium (M).Device according to claim 5, characterized by a cooling of the ultrasonic source ( 4 ) through the cooling medium (M).
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