DE2260257A1 - Ultraschallwandleranordnung - Google Patents

Description

BB. ING. F. WTTESTHOPF

DH. E. τ. PECHMATVW DR. ING. I). BEHRENS DIPL. ING. R. GOETZ

PATENTANWÄLTE SMtriiCHENSO

1A-42 2' RAN 4701756

F. HofFmann-La Roche & Co. Aktiengesellschaft, Basel/Schweiz

Ultraschallwandleranordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallwand ler anordnung für die Patientenüberwachung.

Bs sind verschiedene Arten von Wandleranordnungen für biologische Untersuchungen mit Ultraschall bekannt. Sie haben jedoch meist den Nachteil, dass sie von Hand an den zu untersuchenden Körperteil gehalten werden müssen, unhandlich sind und sich nicht ohne weiteres der gekrümmten Oberfläche des zu untersuchenden Körperteils anpassen. Bei der Patientenüberwachung besteht allgemein'die Forderung nach schneller und einfacher Anbringung, sowie nach einfachem Aufbau und vielseitiger Einsatzmöglichkeit der Wandlerelemente. Pur die meisten bekannten Wandler ist die Plazierung für die Qualität der Messung ausschlaggebend, sodass sich diese Wandler für die Ueberwachung eines grösseren Plächenbereichs nicht gut eignen.

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Ein Gebiet, für das bisher keine zufriedenstellende Lösung vorliegt,ist das der fötalen Herzüberwachung. Ea hat sich gezeigt, dass die kontinuierliche Erfassung der fötalen Herztätigkeit infolge der ständigen Bewegung des Fötus mit Schwierigkeiten verbunden ist und bisher eine häufige Nachführung der Wandlerplazierung erforderte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Wandleranordnung zur Verfügung zu stellen, mit der ohne Veränderung ihrer Plazierung ein grosser Flächenbereich mit möglichst gleichmässiger Empfindlichkeit überwacht werden kann.

Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch eine Ultraschallwandleranordnung, die sich durch einen flexiblen Träger mit einem Mittelteil und wenigstens drei strahlenförmigen Armen, wobei jeder Arm für sich flexibel ist, einen im Mittelteil angebrachten Empfangswandler und an den Enden der Arme angebracht Sendewandler auszeichnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine Aufsicht auf eine aus drei Sendewandlern und einem Empfangswandler bestehende Wandleranordnung ,

Figur 2 einen entlang der Linie 2-2 der Figur' 1 geführten Schnitt durch die Wandleranordnung,

Figur 3 eine schematische Darstellung der Sende- und Erapfangscharakteristik der in Figur 1 gezeigten Wandleranordnung .

Die in Figur 1 gezeigte Wandleranordnung besteht aus einem Träger 11, einem Empfangskristall 12 mit einer Empfangslinse 13 und drei Sendekristallen 14, 15$ 16 mit je-

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weils zugeordneten Sendelinsen 17, 18, 19. Bin Kate1 21 dient zur Energieversorgung der Sendekristalle und zur Verbindung des Empfangskristalls 12 mit einem geeigneten Empfänger (nicht gezeigt).

Der Träger 11 besteht aus einem flachen Mittelteil mit drei ebenfalls flachen und im wesentlichen in einer Ebene liegenden, in gleichen Winkelabständen voneinander strahlenförmig abstehenden Armen. Er ist aus einem flexiblen Material hergestellt, beispielsweise aus Polyurethan,das gleichzeitig gute Dämpfungseigenschaften für Ultraschallenergie besitzt, um ein Uebersprechen zwischen den einzelnen Kristallen zu verhindern. Am Ende der drei Arme sind die Sendekristalle 14, 15» 16 angebracht. Zu diesem Zweck besitzen die Arme an ihren Enden eine Verbreiterung, die den Sendekristallen Platz bietet. Der Breitenunterschied zwischen den inneren Teilen der Arme und der ausseren Verbreiterung beträgt etwa 20$. Zusätzlich besteht ein Dickenunterschied zwischen den inneren !'eilen der Arme und den Endteilen, an denen die Sendewandler montiert sind, um die Flexibilität der Arme zu vergrössern. Die inneren Teile der Arme sind etwa halb so dick wie die Endteile. Aufgrund der grossen Flexibilität der inneren Teile der Arme können sich diese sehr leicht der Krümmung der Oberfläche eines Körperteils anpassen, ohne sich gegenseitig oder den Empfangskristall mechanisch zu beeinflussen. Die verbreiteten und verdickten Endteile der Arme weisen Vertiefungen auf, in denen die Sendekristalle und die Linsen montiert sind,und die gleichzeitig noch genügend Platz für die Aufnahme eines während Langzeitmessungen dort verbleibenden Ultraschallkopplungsmittels bieten.

Es ist zu beachten, dass die Abmessungen der Kristalle und die Abstände zwischen den Sende- und Empfangskristallen

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kritische Grossen sind. Alle diese Dimensionen wurden im Hinblick auf den Einsatz für die fötale Herzüberwachung entwickelt, bei der für den mittleren Krümmungsradius der Körperoberfläche des Patienten ein Wert von 20 cm angenommen wird. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Sendekristalle beträgt etwa 8 cm und der Abstand zwischen den Mittelpunkten eines Sendekristalls und des Empfangskristalls etwa 4_f6 cm.

Die Sendekristalle bestehen vorzugsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat und der Empfangskristall entweder aus Quarz oder aus Blei-Metaniobat. Die Sendekristalle haben die Form einer kreisförmigen Platte mit einem auf der dem Empfangskristall abgewandten Seite abgeschnittenen Segment. Aufgrund dieser Form wird die Ultraschallenergie nur in einen bestimmten Raumsektor abgestrahlt. Die Sendekristalle haben einen Durchmesser von etwa 1,9 cm, wobei ein Segment von 0,64 cm Höhe abgeschnitten ist. Auf diese Weise besitzen

2 die Sendekristalle eine Fläche von ca 2 cm . Der Empfangs-

kristall hat eine Fläche von ca. 3f9 cm , ist also ungefähr doppelt so gross wie die Sendekristalle. Der Empfangskristall ist erheblich grosser als die Sendekristalle, weil die Fläche, aus der er reflektierte Ultraschallenergie aufnehmen muss,wesentlich grosser ist,als die von jedem Sendekristall bestrahlte Fläche. Die Linsen 17, 18, 19 für die Sendekristalle und die Linse 13 für den Empfangskristall besitzen etwa den gleichen Krümmungsradius. Wegen der versah Ledenen G-rosse de/· Kristalle ist jedoch der theoretische Ab-

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BAD ORIGINAL

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Wie in Figur 3 gezeigt, sind die drei Sendekristalle so angeordnet, dass sich ihre Strahlenbündel überlappen, um eine grosse Fläche annähernd gleichmässig zu bestrahlen. In Wirklichkeit überlappen sich die Ultraschallstrahlen, die durch die Kristalle 15 und 16 beispielsweise ausgesendet werden, infolge der zusätzlichen Abstrahlung von Ultrasehallenergie durch die Seitenflächen der Kristalle und durch Streueffekte im Eörpergewebe stärker als in Figur 3 gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde gefunden, dass die Sendekristalle in einer Tiefe von 5 cm etwa eine

Fläche von 8 cm bestrahlen, während der Empfangskristall

in der gleichen Tiefe etwa eine Fläche von 16 cm erfasst.

Wie ebenfalls in Figur 3 gezeigt, gewährleistet die vorliegende Wandleranordnung, dass die Ultraschallenergie jeweils den kürzest möglichen Weg zwischen dem Sendekristall, dem Reflektor und dem Empfangskristall zurücklegt. Wenn der Reflektor beispielsweise durch den Punkt 27 gegeben ist, hat der Weg 26, 27, 28 eine länge von ca 13,25 cm, während der Weg 29, 27, 28 15,25 cm lang ist. Bei Verwendung einer bisher üblichen Anordnung aus nur einem Sende- und Empfangswandler, beispielsweise den Kristallen 16 und 12, müsste die Ultraschallenergie einen zusätzlichen Weg von 2 cm im Gewebe zurücklegen, was eine Schwächung der Bestrahlungsleistung am Ort des Reflektors um etwa 4 db und damit eine wesentlich niedrigere Signalamplitude am Empfänger zur Folge hätte.

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Claims (5)

Patentansprüche

1.JÜltraschallwandleranordnung für die Patientenüberwachung,gekennzeichnet durch einen flexiblen Träger (11) mit einem Hittelteil und wenigstens drei strahlenförmigen Armen, von denen jeder für sich flexibel ist, einen im Mittelteil angebrachten Empfangswandler (12) und an den Enden der Arme angebrachte Sendewandler (14,15»16)*

2. Ültraschallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme mit den Sendewandlern in gleichen Winkelabständen voneinander um den Empfangswandler herum angeordnet wird.

3. ültraschallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendewandler gleiche Abstände von Empfangswandler aufweisen.

4. ültraschallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendewandler gleich gross und um den Faktor 1 1/2 kleiner sind als der Empfangswandler.

5. Ultraschallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Teile der Arme dünner sind ala ihre äusseren Teile und der Mittelteil des Trägers.

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