DE1121389B - Einrichtung zur Anzeige des Kopplungsgrades zwischen einem elektromechanischen Ultraschallgeber und dem zu bestrahlenden Medium, insbesondere fuer die Zwecke der Ultraschalltherapie - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Anzeige des Kopplungsgrades zwischen einem elektromechanischen Ultraschallgeber und dem zu bestrahlenden Medium, insbesondere für die Zwecke der Ultraschalltherapie Für die Anwendung des Ultraschalls, insbesondere in der Medizin, ist es wichtig. die von einem Ultraschallgeber in das interessierende Medium übertragene Schalleistung möglichst genau zu kennen.
• Da im allgemeinen die direkte Messung der im beschalten Medium wirksamen Schalleistung technisch undurchführbar ist muß in den meisten praktischen Fällen die vom Schallgeber erzeugte Schalleistung als Bezugsgröße dienen. Bei konstanten Kopplungsverhältnissen lassen sich jedoch die in der Koppelschicht entstehenden Verluste leicht bei der Eichung des Leistungsmessers berücksichtigen. so daß die tatsächlich im beschallten Medium wirksame Schalleistung direkt abgelesen werden kann.
• In verschiedenen Anwendungsfällen unterliegen jedoch die Kopplungsbedingungen. über einen bestimmten Zeitraum betrachtet. starken Schwankungen, die die exakte Messung der Schalleistung im heschallten Medium komplizieren. Speziell bei medizinischen Ultraschallgeräten treten z. B. durch Verkanten des Schallkopfes während der Behandlung oder durch Fehlen von Koppelmitteln relativ oft Veränderungen der Kopplung des Patienten an den Ultraschallgeber auf. die jeweils ein unerwünsehtes Absinken der im Patienten wirksamen Schalleistung zur Folge haben.
• Die erzeugte Schalleistung ist dann kein exaktes Maß für die in das Medium übertragene Schalleistung mehr.
• Die Forderung nach einer relativ genauen Dosierungsmöglichkeit kann aber trotzdem durch Anwendung einer Kopplungsanzcige erfüllt werden die dem Therapeuten sofort durch ein Signal anzeigt, daß das zu beschallende Medium mangelhaft mit dem Schallgeber gekoppelt ist. Durch diese ständige Kopplungskontrolle ist der Therapeut in der Lage. jederzeit für ordnungsgemäße Kopplung zu sorgen und die volle Wirksamkeit der vorgewählten Dosis sicherzustellen.
• Den bisher bekanntgr\ ordenen Schaltungen für eine derartige Kopplungsauzeige liegt das Prinzip zugrunde, die Hochfrequenzspannung am Schallgeber, meist einem piezoelektrischen Schwinger mit einer definierten Festgröße zu vergleichen und das Resultat zur Steuerung eines Anzeigeorgans zu benutzen.
• In einem Fall geschieht dies, indem die Hochfrequenzspannung am Schwinger oder ein konstanter Teil davon einer vorgespannten Diode zugeführt wird, deren negative Vorspannung synchron mit der elektrischen Hochfrequenzleistung verändert werden muß.
• Dadurch wird erreicht. daß in jeder einstellbaren Leistungsstufe bei einwandfreier Kopplung von der Diode eine so großeSpannungalsGittervorspannungfür die Steuertriode gleichgerichtet u wird, daß deren Anodenstrom noch nicht zum Schalten eines Relais ausreicht.
• Bei mangelhafter Kopplung findet jedoch infolge der dann verringerten Hochfrequenzspannung am Schwinger keine Gleichrichtung mehr durch die Diode statt, so daß die Gittervorspannung der Steuertriode Null und das Relais durch den nun höheren Anodenstrom geschaltet wird.
• In einem zeiten Fall wird zur Gewinnung der Steuergröße für die Kopplungsanzeige das Anodenpotential der Endröhre. das im direkten Zusammenhang mit der jeweiligen Hochfrequenzspannung am Schwinger steht, mit dem definierten Potential einer anderen Röhrenelektrode verglichen. Damit die Kopplungsanzeige für jede einstellbare Leistung bei dem gleichen Kopplungsgrad anspricht, ist es auch hier erforderlich. synchron mit der Leistungsregelung die Einstellung des Steuerorgans für die Kopplungsanzeige zu verändern.
• In einem dritten Fall wird die Einrichtung zur Kopplungsanzeige durch einen sich in Abhängigkeit von dem Kopplungsgrad ändernden Strom gesteuert, der mit einer konstant zu haltenden Spannung verglichen wird.
• Die resultierende Größe aus diesem Vergleich dient zur Steuerung einer Relaisbrücke.
• Bei dieser Anordnung ist es aber unerläßlich, für jede eingestellte Ultraschalleistung ein besonderes Stellglied so zu verändern, daß die Ansprechempfindlichkeit der Relaisbrücke auch bei infolge veränderter Schalleistung sich ändernder Vergleichsspannung konstant bleibt. Außerdem arbeitet diese Einrichtung nur bei solchen piezoelektrischen Schwingungen einwandfrei, die geringe innere Verluste haben. So ist diese Einrichtung z. B. bei Verwendung von Bariumtitanatschwingern mit größerer innerer Verlustleistung nicht geeignet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten, relativ aufwendigen Einrichtungen zu vereinfachen und zu verbessern und die Notwendigkeit der Veränderung der Einstellung der Steuerorgane in Abhängigkeit von der dem Ultraschallgeber zugeführten Leistung zu vermeiden. Auch soll die Einrichtung unabhängig von der Größe der inneren Verluste des Ultraschallgebers funktionstüchtig sein.
• Dies geschieht derart, daß erfindungsgemäß der vom Kopplungsgrad abhängige Phasenwinkel des komplexen elektrischen Widerstandes des Ultraschallgebers zur Steuerung eines der Kopplungsanzeige dienenden Organs, z. B. einer Glimmlampe, verwendet wird, indem zwei um den Phasenwinkel verschobene Spannungen jeweils einem Gitter einer Elektronenröhre mit mindestens zwei Steuergittern wie einer Hexode, Heptode, Oktode oder Enneode angelegt sind, und der Anodenstrom dieser Elektronenröhre oder der Schirmgitterstrom zur Beeinflussung des der Anzeige des Kopplungsgrades vorgesehenen Organs dient. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die eine Gittervorspannung für die Mehrgitterröhre unmittelbar vom Ultraschallgeber abgenommen werden und die andere Gittervorspannung über einen Spannungsteiler sowie eine Koppelkapazität unmittelbar von der Hochfrequenzspannung abgenommen werden, die über eine Reihenschaltung eines reellen, imaginären oder komplexen Widerstandes und dem Ultraschallgeber liegt.
• Die Beeinflussung des Organs, welches der optischen und/oder akustischen Anzeige des Kopplungsgrades dient, erfolgt zweckmäßigerweise über ein Relais.
• Dieses Relais kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gleichzeitig zur Umschaltung des Ultraschallgebers im Sinne einer Verringerung der von ihm abgegebenen Leistung dienen. Damit wird einer Zerstörung des Schwingers infolge Überlastung vorgebeugt. Auch kann von dem gleichen oder einem weiteren beeinflußten Relais eine Beeinflussung des Meßinstrumentes erfolgen, welches die Dosisleistung anzeigt. Zweckmäßigerweise wird man bei mangelhafter Kopplung das Instrument ausschalten, um damit den Therapeuten darauf hinzuweisen, daß keine Leistung in das Medium eingestrahlt wird.
• An Hand einer Prinzipschaltung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert: Die am Anodenschwingkreis der Endröhre 1 anliegende Hochfrequenzspannung wird einerseits über den Kondensator 2 dem Schwinger 3 und andererseits über den Kopplungskondensator 4 und einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 5 und 6, einem Steuergitter 7, die Röhre 8, zugeführt. An einem weiteren Steuergitter 9 der Röhre 8 liegt die Hochfrequenzspannung des Schwingers 3. Wählt man genügend groß gegen den Betrag des Scheinwiderstandes des Schwingers, so sind die Gittervorspannung ug, und ug2 der beiden Gitter 7 und 9 bis auf einen vernachlässigbar kleinen Restwinkel cr um den interessierenden Phasenwinkel rR -- 2 gegeneinander verschoben.
• Da die Röhre 8 durch die Gitterspannung ugl und ug2 übersteuert wird, hängt der arithmetische Mittelwert des Anodenstromes lediglich von der Phasendifferenz qR22 zwischen den Gitterspannungen ugl und ug2 ab. Er ist also völlig unabhängig von der Amplitude der Spannung am Schwinger 3 sowie am Anodenschwingkreis der Endröhre 1. Ein in den Anodenkreis der Röhre8 geschaltetes Relais 10 spricht an, sobald der durch eine -R-Änderung beeinflußte Anodenstrom der Röhre 8 einen bestimmten Wert erreicht.
• Mit dem Potentiometer 11 läßt sich der Strom einer Hilfswicklung des Relais so einstellen, daß es bei jeder gewünschten f R-Änderung und damit auch Kopplungsänderung anspricht. Als Anzeigeorgan dient in der Figur eine Glimmlampe 12, die beim Ansprechen des Relais 10 aufleuchtet. Das Relais 10 kann auch zur Steuerung weiterer kopplungsabhängiger Vorgänge benutzt werden, z. B. zur Kopplung des als Dosismesser dienenden Meßinstrumentes mit der Kopplungsanzeige, um bei mangelhafter Kopplung des Ultraschallgebers an das zu beschallende Medium das Meßinstrument automatisch abschalten zu können. Das Relais 10 kann auch zur Umschaltung der dem Ultraschallgeber zugeführten Leistung, z. B. auf einen Minimalwert, verwendet werden. Die vorgeschlagene Methode der Kopplungsanzeige hat also gegenüber den bisher bekanntgewordenen den Vorteil, daß sie für jede einstellbare Schalleistung einwandfrei funktioniert, ohne daß eine Hilfsgröße verändert werden muß. Das Potentiometer 11 wird nur einmalig bei der Einstellung der Ansprechempfindlichkeit betätigt und bleibt dann unverändert. Der prinzipielle Aufwand ist dadurch geringer als bei den bisherigen Methoden.
• Weiterhin ist es möglich, zur Messung und zur Anzeige des Phasenwinkels eine Verbundröhre zu verwenden, beispielsweise eine Triode-Heptode, deren außer dem System mit mehreren Steuergittern noch vorhandene Systeme zur Sender und/oder Signalsteuerung benutzt werden.
• Im Bedarfsfall läßt sich gR exakt messen (a = 0), wenn die in der Figur über der Reihenschaltung des Kondensators 2 und des Schwingers 3 abgegriffene Spannung nur über den Kondensator 2 abgegriffen wird. Dabei muß jedoch beachtet werden, daß diese Spannung erdfrei ist.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Anzeige des Kopplungsgrades zwischen einem elektromechanischen Ultraschallgeber und dem zu beschallenden Medium, insbesondere für die Zwecke der Ultraschalltherapie, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Kopplungsgrad abhängige Phasenwinkel des komplexen elektrischen Widerstandes des Ultraschallgebers zur Steuerung eines der Kopplungsanzeige dienenden Organs, z. B. einer Glimmlampe, verwendet wird, indem zwei um den Phasenwinkel verschobene Spannungen (zug1, ug2) jeweils einem Gitter einer Elektronenröhre (8) mit mindestens zwei Steuergittern (7 und 9) wie einer Hexode, Heptode, Oktode oder Enneode angelegt sind und daß der Anodenstrom dieser Elektronenröhre (8) oder der Schirmgitterstrom derselben zur Beeinflussung des der Anzeige des Kopplungsgrades dienenden Organs dient.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die eine Gitterspannung (ug2) für die Mehrgitterröhre (8) unmitteLbar vom Ultraschallgeber (3) abgenommen ist und die andere Gitterspannung (l/gl) für die Mehrgitterröhre (8) über einen Spannungsteiler (5 und 6) sowie eine Koppelkapazität (4) unmittelbar von der Hochfrequenzspannung abgenommen ist, die über einer Reihenschaltung eines reellen, imaginären oder komplexen Widerstandes (2) und dem Ultraschallgeber (3) liegt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des der optischen und/oder akustischen Anzeige des Kopplungsgrades dienenden Organs über ein Relais erfolgt, welches vorzugsweise gleichzeitig einer Umschaltung des Ultraschallgebers im Sinne einer Verringerung der von diesem abgegebenen Leistung dient.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (10), welches die Beeinflussung des der Anzeige des Kopplungsgrades dienenden Organs vornimmt, gleichzeitig auf ein Meßinstrument. welches als Dosismesser dient, einwirkt z. B. im Sinne einer Abschaltung desselben bei mangelhafter Kopplung.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige des Phasenwinkels eine Verbundröhre. z.B. Triode-Heptode. Anwendung findet, deren sonstige Systeme zur Sender-und/oder Signal steuerung dienen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Acustica, 1954.