DE2718772B2 - Ultraschallsonde für ein Ultraschalldiagnosegerät mit sektorförmiger Abtastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde für ein U!iiüM.-luiiiuiiignusegeräi mit sekiorförmigcr Abtastung, mit einer Halterung für mehrere in einer Linie angeordnete elektroakustische Wandlerelemenf?. deren freie Flächen im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind.

Aus dem DE-Gbm 19 40 156 ist es bereits bekannt, die Öffnung in der Gehäusewand eines elektroakustischen Wandlers durch eine Folie vorgegebener Dicke zu verschließen. Dies geschieht hier jedoch zu dem Zweck, eine spirtzwasserdichte Abdeckung für die Schallöffnung eines elektroakustischen Wandlers zu erreichen. Bei dieser bekannten Konstruktion ist außerdem nur ein einziger elektroakustischer Wandler vorhanden.

Bei einem üblichen Ultraschall-Diagnosegerät erzeugen die aus piezoelektrischen Resonatoren bestehenden elektroakustischen Wandler zu dem zu untersuchenden Teilen des lebenden Körpeis hin gerichtete Ultraschallimpulse, um anschließend den von den Grenzflächen zwischen den Organen des lebenden Körpers reflektierten Ultraschallimpuls aufzunehmen. Durch Änderung der Richtung des in den lebenden Körper eingeleiteten Ultraschallimpuls kann eine ?.weidimensionale Information über die Organe des lebenden Körpers erhalten werden, die dann auf einer Kathodenstrahlröhre dargestellt wird. Bei einem üblichen Abtast-Ultraschalldiagnosegerät wird die AbstrahlricMung der Ultraschallimpulse in der Weise geändert, daß eine feste Sonde mit einer Anzahl von elektroakustischen Wandlern in Position gebracht und die Spannung fortlaufend an die genannten Wandler angelegt wird oder Spannungen verschiedener Phasen gleichzeitig an die einzelnen elektroakustischen Wandler angelegt werden. Hierbei muß der akustische Kopplungsfaktor zwischen den genannten Wandlern möglichst klein gehalten werden.

Zum Schütze der elektroakustischen Wandler und zur Gewährleistung eines guten und nicht störenden Kontakts des lebenden Körpers mit der Sonde wird die Oberseite der genannten Wandler üblicherweise mit Araldite (eingetr. Warenzeichen) oder einem anderen Epoxyharz beschichtet, worauf der Überzug auf eine vorbestimmte Dicke" poliert wird. Das Kunstharz befindet sich dabei beim Auftrag auf die Gesamtoberfläche der Wandler in einem geschmolzenen Zustand mit geringer Viskosität, infolgedessen ist das Kunstharz bestrebt, in die Zwischenräume zwischen benachbarten Wandlern einzudringen. Wenn das Kunstharz dann erstarrt ist, sind die akustischen Wandler folglich mit hohem akustischen Kopplungsfaktor gekoppelt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Ultraschallsonde der eingangs definierten Art zu schaffen, bei welcher eine akustische Kopplung der einzelnen Wandlerelemente stark vermindert ist.

Ausgehend von der Ultraschallsonde der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den freien Flächen der Wandlerelemente eine die offenen Enden der Zwischenräume zwischen den Wandlerelementen verschließende flexible Folie derart angeordnet ist, daß sie nicht in die Zwischenräume eindringt.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß durch diese Maßnahme eine nahezu vollständige akustische Entkopplung zwischen den jeweiligen Wandlcrelementen erreicht werden kann.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2bis 11.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispieien unler Hinweis auf die Zeichnung

näher erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Blockschaltbild einer Sektorabtastungs-Ul-Iraschalldiagnosevorrichtung mit einer für diese vorgesehene Sonde mit Merkmalen nach der Erfindung.

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Sonde für die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine zusätzliche Schutzfolie für die Sonde vorgesehen ist,

Fig.4 eine den F i g. 2 und J ähnelnde Darstellung einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung ipit/er Ultraschallimpulse,

Fig. 5 und 6 Schni'tansichten einer weiteren Ausführungsform einer Sonde für eine Ultraschall-Diagnosevorrichtung, bei weicher eine Schutzfolie in Zylinderlinsenform ausgebildet ist, und

Fig. 7 eine Schnitiansuht einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde.

In Fig. 1 ist eine Sektorabtastung-Ultraschalldiagnosevorrichtung dargeteilt, die mit einer erfindungsgemäßen Sonde JO mit einer Anzahl von elektroakustischen Wandlern If-I bis 11-Λ/versehen ist. Diese Vorrichtung umfaßt einen Taktimpulsgenerator 1, Verzögerungsschaltungen 2-1 bis 2-Λ/ zur Lieferung der vom Taktimpulsgenerator I zugeführten Signale mil einer vorbestimm:en Verzögerungszeit sowie Impulsgen-ratoren 3-1 bis 3-N, die durch die Verzögerungsschaltungen 2-1 bis 2-N angesteuert werden, um den Wandlern 11-1 bis H-N Signalimpulse zuzuführen, so daß diese Wandler Uitraschallimpulse erzeugen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zeitverzögerungen der einzelnen Verzögerungsschaltungen auf verschiedene Größen eingestellt werden können. Die Richtungen der von der Sonde 10 ausgestrahlten Ultraschallimpulse werden fortlaufend geändert, indem die Verzögerungsschaltungen 2-1 bis 2-Λ/ derart angesteuert werden, daß ihre Verzögerungszeiten gleich sind, allmählich kleiner oder größer werden.

Die von einem lebenden Körper reflektierten und von den Wandlern 11-1 bis 11-Λ'empfangenen Ultraschallimpulse werden durch die Wandler in elektrische Signale umgewandelt und dann über nicht dargestellte Verzögerungsschaltungen mit denselben Verzögerungszeiten wie die Verzögerungsschaltungen 2-1 bis 2-/V zu einer nicht dargestellten Signalverarbeitungsschaltung geliefert.

Die genaue Konstruktion der Sonde 10 nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 sind zur Vereinfachung der Beschreibung und Veranschaulichung das Gehäuse und die mit den Impulsgenerato.en 3-1 bis 3-Λ/ verbindenden Leitungen weggelassen.

Gemäß F i g. 2 sind mehrere elektroakustische Wandler 10-1 bis 10-Λ/ in einer Reihe auf einer Tragplatte 102 angeordnet, die beispielsweise aus einem Ultraschall absorbierenden Material besteht. Die Wandler sind parallel zueinander und in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Jeder Wandler besteht aus einem piezoelektrischen Element 103 sowie an dessen Ober- und Unterseite vorgesehenen Elektroden 104 und 105, die auf die betreffenden Flächen des piezoelektrischen Elements aufgeschmolzen oder aufgedampft sind. Die oberen Elektroden 104 sind über nicht dargestellte Zuleitungen mit den jeweiligen äußeren Anschlußklemmen verbunden. Die Elektroden 105 sind dagegen gemeinsam an eine Masseklemme angeschlossen.

Die Breite jedes Wandlers 101 beträgt im allgemeinen etwa 0.5 mm. und der Abstand zwischen benachbarten Wandlern ist sehr eng; er beträgt /.. B. 0.1 mm. Bei der Herstellung der Sonde 10 werden zunächst Metall· schichten, etwa aus Silber, auf den beiden Seiten einer einzigen, rechteckigen piezoelektrischen Platte ausgebildet. Godann wird die piezoelektrische Platte mit den darauf geformten Metallelektroden an einer Tragplatte befestigt. [Hierauf wird die piezoelektrische Platte mi.'tels einer Schneid- oder Trennvorrichtung mit dünnem Schneidelement, etwa einer Trennscheibe, in die einzelnen piezoelektrischen Elemente unterteilt. Hierbei werden die einzelnen elektroakustischen Wandler erhalten, die auf der Tragplatte parallel zueinander und, wie erwähnt, in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Nach diesem Vorgang wird eine flexible, wasserdichte Folie 106 mit einer Dicke von etwa 10 μΐη auf passende Weise, etwa durch Verkleben oder Aufpressen, an den Oberseiten der Wandler 101 angebracht. Dabei werden die Spalte zwischen den benachbarten Wandlern oberseitig durch die Folie 106 verschlossen. Die dünne Folie kann aus einer Nylonlage, einer Polyesterfolie, einer Lage oder Folie aus einem anderen Kunstharz, einer Gummifolie o. dgl. bestehen.

Bei der Sonde 10 gemäß F1 g. 2 ist zwischen den einzelnen, benachbarten elektroakustisch'en Wandlern Luft eingeschlossen, deren akustische Impedanz sich von derjenigen der piezoelektrischen Elemente wesentlich unterscheidet. Der akustische Kopplungsfaktor zwischen den Wandlern 101 ist daher außerordentlich klein. Da die dünne Folie 106 flexibel ist, d. h. geringe Steifigkeit besitzt, wird eine Störung der Schwingung zwischen den Wandlern 101-1 bis 101-Λ/ weitgehend unterdrückt. Da die dünne Folie 106 zudem wasserdicht bzw. für Flüssigkeit undurchlässig ist, wird selbst dann, wenn die Sonde in unmittelbare Berührung mit dem lebenden Körper gebracht wird, der mit einer Paste oder einem Kopplungsmedium zur Hersteilung eines innigen Kontakts zwischen Sonde und menschlichem Körper bestrichen ist, eine unmittelbare Berührung zwischen den Wandlern und diesem Kopplungsmedium vermieden, so daß die Wandler einwandfrei geschützt sind. Da die Folie 106 auch eine sehr geringe Dicke von z. B. 10— 100 μηι besitzt, wird zudem die Schwingjngsweise der Wandler durch diese dünne Folie nur sehr wenig beeinflußt.

Wenn als Folie 106 eine 10 μηι dicke Nylonfolie verwendet wird, ist diese gegenüber Reibung bzw. Abrieb oder anderer Beanspruchung nicht beständig. In diesem Fall muß ein anderes Schutzelement für diese Folie vorgesehen werden. Aus diesem Grund ist gemäß Fig. 3 eine zusätzliche Schutzfolie 107 aus einem flexiblen, abriebfesten Material, z. B. Epoxyharz oder Gummi, über der dünnen Folie 106 angeordnet. Zur Gewährleistung einer wirkungsvollen Signalübertragung in den Wandler sollte die akustische Impedanz der Folie 107 so gewählt werden, daß ihr Wert zwischen dem des piezoelektrischen Elements und demjenigen von Wasser oder des lebenden Körpers liegt, während die Dicke der Schutzfolie 107 gleich einem Viertel der Wellenlänge des ausgestrahlten Ultraschallimpulses gewählt wird. Die Schutzfolie 107 kann beispielsweise durch Aufstreichen von Epoxyharz auf die dünne Folie 106 gebildet werden. In diesem Fall kann außerdem das Kunstharz wegen des Vorhandenseins der dünnen Folie 106 nicht in die Zwischenräume zwischen den elektroakustischen Wandlern eindringen. Diese Wirkung wird noch verstärkt, wenn die dünne Folie 106 aus CinCm Wasserdichten uutrl iiiisMpkeiiMinniirrhr:ii.«.uTrn

Material besteht. Gemäß Tig. 3 kann die Schutzfolie 107 so ausgebildet sein, daß sie nicht nur die dünne Folie 106. sondern auch alle Seiten der Tragplatte 102 bedeckt oder umschließt. Hierbei sind die clektroakustischen Wandler in einem Raum eingeschlossen, der von der Tragplatte bzw. dem Substrat 102 und der Schutzfolie 107 begrenzt wird.

In l·" i g. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher zwischen den Wandlern 101 und der dünnen Folie 108 eine Zwischenschicht 108 angeordnet ist, deren akustische Impedanz so gewählt ist, daß sie zwischen derjenigen des piezoelektrischen Elements 103 und derjenigen von Wasser oder des lebenden Körpers liegt, während ihre Dicke etwa einem Viertel der Wellenlänge der ausgestrahlten Ultraschallimpulse entspricht. Als Material für die Zwischenschicht 108 kann beispielsweise Epoxyharz verwendet werden. Auf Grund der Verwendung der Zwischenschicht 108 erzeugen die Wandler 101 Impulse enger Impulsbreite, d. h. Ultraschallimpulse mit großen Amplituden. Bei der Herstellung der Sonde gemäß Fig.4 wird zunächst eine an Ober- und Unterseite mit Elektroden versehene piezoelektrische Platte an einer Tragplatte befestigt. Zur Bildung der Zwischenschicht 108 wird beispielsweise Epoxyharz auf die Elektrode an der Oberseite des piezoelektrischen Elements aufgestrichen. Sodann werden die piezoelektrische Platte 103, die oberen und unteren Elektroden 104, 105 sowie die Zwischenschicht 108 mittels einer geeigneten Schneid- oder Trennvorrichtung durchgetrennt, so daß eine Reihe von parallel und in gleichen Wandlern gebildet wird, olic 106 an der Zwischen-

Abständen angeordneten
Schließlich wird die dünne
schicht 108 angebracht.

Anstelle der flachen Schutzfolie 107 bei der Sonde 10 gemäß F i g. _J kann gemäß den F i g. 5 und 6 auch eine Schutzfolie 109 bcnut/l werden, die in Form einer Zylinderlinse ausgebildet ist. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, besitzt die Schutzfolie 109 in Richtung der Anordnung der Wandler 101 konstante Dicke, während sie gemäß F i g. 6 im Querschnitt im Mitielbereich dick ausgebildet ist und auf die beiden Fndabschnitte zu fortlaufend dünner wird. Die Schutzfolie 109 besteht beispielsweise aus Silikongummi, in welchem sich die Ultraschallwelle langsamer bewegt als in Wasser oder in einem lebenden Körper. Mit der Sonde 10 gemäß F i g. 5 und 6 wird ein von den Wandlern 101 ausgestrahlter Ultraschallstrahl auf einen Punkt auf der Mittelachse des Wandlers gebündelt.

Anstelle der flachen Schutzfolie 107 der Sonde 10 gemäß Fi g. 3 kann ebenso eine Schutzfolie 110 der in F i g. 7 dargestellten Art verwendet werden. Ebenso wie die Schutzfolie 109 gemäß F i g. 5 besitzt die Schutzfolie 110 längs der Reihe der Wandler eine konstante Dicke. Gemäß F i g. 7 ist jedoch der Querschnitt der Schutzfolie 110 im Mittclbereich dünn und zu beiden Enden hin zunehmend dicker. Die Schutzfolie 110 besteht aus einem Material, wie Acrylharz, in welchem die Ultraschallwelle mit höherer Geschwindigkeit läuft als in Wasser oder in einem lebenden Körper. Die Sonde gemäß F i g. 7 kann daher Ultraschallwellen auf dieselbe Weise liefern wie die Sonde gemäß F i g. 5 und 6.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Ultraschallsonde für ein Ultraschalldiagnosegeräl mit sektorförmiger Abtastung, mit einer Halterung für mehrere in einer Linie angeordnete elektroakustische Wa.ndlerelemente, deren freie Flächen im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf den freien Fliichen der Wandlerelemente (101) eine die offenen Enden der Zwischenräume zwischen den Wandlerelementen verschließende flexible Folie (106) derart angeordnet ist, daß sie nicht in die Zwischenräume (104) eindringt.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Folie aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material hergestellt ist.

3. Sonde nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist.

4. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der flexiblen Folie zusätzlich eine Schutzfolie (107; 109; 1 i0) angeordnet ist.

5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie (107; 109; 110) eine akustische Impedanz besitzt, die zwischen derjenigen der elektroakustischen Wandler und derjenigen von Wasser liegt.

6. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie aus einem Material hergestellt ist, in welchem sich Ultraschallwellen langsamer bewegen als in Wasser, und daß die Schutzfolie längs der Linie, auf welcher die Wandlerelemente angeordnet sind, eine konstante Dicke besitzt, während sie im Querschnitt im Mittelbereich dick und an beiden Endabschnitten dünn ist.

7. Sonde nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie längs der Linie, auf welcher die Wandlerelemente angeordnet sind, eine konstante Dicke besitzt, während sie im Querschnitt im Mittelbereich dünn und an beiden Endabschnitten dick ist.

8. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der flexiblen Folie und der Halterung eine Schutzfolie angeordnet ist, welche die elektroakustischen Wandlerelemente im Zusammenwirken mit dem Tragelement luftdicht einschließt.

9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie eine zwischen den akustischen Impedanzen der elektroakustischen Wandlerelemente und von Wasser liegende akustische Impedanz besitzt.

10. Sondenach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Folie aus an den elektroakustischen Wandlerelementen befestigten Zwischenschichten und einer auf diesen vorgesehenen Lage gebildet ist, wodurch die Zwischenräume zwischen benachbarten Wandlern verschlossen sind.

11. Sonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Impedanz der Zwischenschichten zwischen derjenigen der elektroakustischen Wandlerelemente und derjenigen von Wasser liegt.