DE3324575A1

DE3324575A1 - Behandlungskopf zur elektrotherapeutischen behandlung von koerperteilen mit ultraschall

Info

Publication number: DE3324575A1
Application number: DE19833324575
Authority: DE
Inventors: Ralph Dipl.-Ing. Meissner; Richard Dipl.-Ing Soldner (FH), 8520 Erlangen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-07-22
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3324575C2

Description

Behandlungskopf zur elektrotheraweutischen Behandlung
von Körperteilen mit Ultraschall Die Erfindung bezieht sich auf einen Behandlungskopf zur elektrotherapeutischen Behandlung von Körperteilen mit Ultraschall, bei dem ein Applikatorteil zur Anlage an die Behandlungsfläche aus einer Membran besteht, auf deren beiden Seiten ultraschalleitende Scheiben der Dicke t/4 oder deren Vielfaches angebracht sind und zusammen einen Schwingerträger bilden, wobei der innen liegende Teil des Schwingerträgers mit einem Schallwandler zur Erzeugung von Ultraschall gekoppelt ist.
Ultraschall-Behandlungsköpfe sind vom Stand der Technik bekannt. Dabei wird bisher im wesentlichen das eigentliche Applikationsteil raumformmäßig derart ausgebildet, daß die Applikationsfläche als ultraschallabstrahlende Fläche nach Größe und Kontur an die Behandlungsfläche angepaßt ist. Dazu kommt als Nebenbedingung für die Länge des Applikationsteiles, daß sie » 2 bzw. deren ganzzahligen Vielfachen, wobei A die Wellenlänge in Schallfortpflanzungsrichtung ist, entspricht; es handelt si ch also im allgemeinen um Longitudinalwellen.
Beispielsweise aus der EU-PS 00 04 845 ist ein Behandlungskopf, insbesondere für die Ultraschalltherapie, vorbekannt, bei dem einem Applikator mit erster Behandlungsfläche ein Adapterstück mit von der ersten Behandlungsfläche unterschiedlicher Behandlungsfläche vorschaltbar ist. Derartige Vorschaltadapter dienen insbesondere zur Anpassung der ultraschallabstrahl enden Applikationsfläche entsprechend unterschiedlicher Bedürfnisse. Die eigentliche Applikationsfläche ist dabei eben ausgebildet.
Des weiteren ist aus der DE-PS 887 574 eine Einrichtung zur Übertragung von Schallene gie aus einem allseitig geschlossenen Gehäuse bekannt, bei der eine oder mehrere übereinander liegende mit der Gehäusewandung über membranartigesZwische Jtück symmetrisch verbundene Platten vorhanden sind, welche Platten die somit gegebene Knotenebene beiderseits um etwa oder ganzzahlige Vielfache davon überragen, so daß die Gesamtdicke des Plattensystems h /2 oder ganzzahlige Vielfache davon beträgt. Insbesondere das membranartige Zwischenstück soll beim Stab der Technik als Folie ausgebildet sein.
Aufgrund verschärfte Sicherheitsvorschriften bei Ultraschall-Therapiegeräten muß zukünftig immer die effektiv strahlende Fläche des Behandlungskopfes ermittelt werden. Dabei wird die effektiv strahlende Fläche geringer sein als die eigentliche Applikationsfläche. Durch Messungen an zur Zeit benutzten Therapie-2 köpfen, die eine Applikationsfläche von 4 cm haben, mit Hilfe eines Hydrophones im Wasserbad, konnte bestätigt werden, daß die effektiv strahlende Fläche 2 immer ganz erheblich unter 4 cm liegt. Dabei ergaben sich überdies erhebliche Schwankungen in den Heßergebnissen.
Bisher wurden bei Ultraschall-Therapieköpfen die effektiv strahlenden Flächen nicht angegeben; insbesondere die Problematik der stark unterschiedlich streuenden effektiven Abstrahlflächen blieb daher unerlianat. Aufgabe der Erfindung it esdgen, e=en Schallkopf zu schaffen, bei dem ein günstiges Verhältnis von effektiv strahlender Fläche zur Applikationsfläche erreicht ist und bei dem die effektiv strahlende Fläche innerhalb eines Toleranzbereiche reproduzierbar gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran fest mit dem Schwingerträger verbundenst, an der Membran applikationsseitig eine Scheibe mit X/4 oder dessen ungeradzahligem Vielfachen und zum Schallwandler hin eine Scheibe mit k4 oder dessen ungeradzahXgem Vielfachen angeordnet ist, so daß die Membran sich immer im Schwingungsknoten der Ultraschall-Wellen befindet, urxldßdie Scheiben einschließlich Membran ein einziges Formstück aus einheitlichem Material bilden.
Mit der Erfindung kann die effektiv strahlende Fläche 2.
bei einem Wert von 4 cm innerhalb der Toleranz von + 20 % reproduzierbar gehalten werden. Es ergibt sich so gegenüber den bisher bekannten Schallköpfen ein erheblicher technischer Fortschritt.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß schallphysikalisch betrachtet die bisher bekannten Therapieköpfe eine sehr ungünstige Befestigung des Schwingerträgers aufweisen. Die Halterung erfolgte bei den Schallköpfen des Standes der Technik üblicherweise im Schwingungsbauch des Schalldruckes. Erst die Erfindung beseitigt diesen Mangel durch die Halterung des Schwingerträgers im Schwingungsknoten nach Art einer festen Membran. Eine Schwingungsknotenebene befindet sich im Abstand von »4 von der Schallaustrittsfläche, wobei Xdie Schallwellenlänge in dem betreffenden Schwingerwerkstoff bedeutet. Die gesamte Länge des Schwingerträger ist dabei vorzugsweise auf n wobei n jede ganze Zahl sein kann, abgestimmt.
Bei der Erfindung ergibt sich in vorteilhafter Weise, daß die Anordnung aufgrund der festen Halterung im Schwingungsknoten die Eigenschaft eines Filters hat, welches die Serienfrequenz-der Piezoschwingerscheibe bevorzugt abgibt.
Die Membran ist also auf jeden Fa'l starr im Schwingungsknoten angeordnet. Es kann so praktisch keine Energie in die zugehörige Halterung übertragen werden. Wenn der radiale Abstand des Schwingerträgers zusätzlich mit n X /4 gewählt wird, wobei n ung~radzahlig ist und der Wellenlänge in diesem Schwingungsmode entspricht, kann die ungewollte Energieübertragung weitgehend ausgeschlossen werden. Insgesamt kann daher keine Schwingung energie unerwünschterweise durch Abgabe an die übrigen Teile des Applikators vernichtet werden, wie es beim Stand der Technik möglich war.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausfuhrungsbeispieles. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Schallkopfes, Fig. 2 den eigentlichen Applikatorteil in Schnittdarstellung.
In der Figur 1 ist mit 1 der gesamte Behandlungskopf bezeichnet, der zur Handhabung etwa birnenförmig mit einem griffteil 2 ausgebildet ist. Der Behandlungskopf trägt stirnseitig ein metallisches Applikationsteil 3 mit einem internen Schallwandler (in Figur 1 nicht sichtbar)0 Nit 4 ist ein Kabelanschlußteil des Behandlungskopfes 1 bezeichnet, das über ein Betriebskabel 5 an die zugehörigen Betriebsgeräte ansdließbar ist.
Die Raumform des Applikationsteiles 3 ist aus der Schnittdarstellung der Figur 2 im einzelnen ersichtlich. Das Applikationsteil ist hier mit 30 bezeichnet und besteht aus einem Schwingertzer der Länge zu , der geräteintern an einem Piezoschwinger, beispiels weise aus Keramik auf der Grundlage BlzsZirkonat-Titanat (Pb (ZrxTix~1) 03) als Schallwandler, angekoppelt ist. Im einzelnen bedeutet 31 ein #/4 Plättchen, das frontseitig über die Applikationsfläche heraussteht.
32 kennzeichnet den internen 3/4 # dicken Schwingerträger, der mit dem Wandler 35 verklebt ist.
Durch Anordnung einer Halterungsmembran 33 als feste Membran im Bereich von A/4, also im Schwingungsknotenbereich, wird die Schallabstrahlung optimiert. Die Dicke der Membran 33 ist dabei gering im Vergleich zur Dicke des Schwingungsträgers und endet außen in einem Halterungsteil 34, Der radiale Abstand des Schwingerträgers 30 von der ringförmigen Halterung ist mit n . #' /4 gewählt, wobei n ungerad)igistund oder Wellenlänge in diesem Schwingungsmode entspricht. Durch eine solche konstruktive Ausbildung ist die ungewollte Energieübertragung vom Schwingerträger 30 auf die Halterung weitgehend ausgeschlossen.
Schwingerträger 30, Membran 33 und Halterung 34 bilden ein einziges Formstück, welches z.B. aus einem Aluminium-Massivteil herausgedreht bzw. -gefräst ist. Dabei sind an geeigneten Stellen in das Halterungsteil innen und außen Ringnuten 36 und 37 eingefräst, so daß das gesamte Applikationsteil 3 leicht in das Griffteil 2 befestigt, beispielsweise eingeschraubt werden kann. Über die äußere umlaufende Ringnut 36 sind Vorschaltadapter mit einem in der EU-PS 00 04 845 beschriebenen Halterungsmechanismus aufsetzbar.
Der vorgeschlagene Ultraschall-Therapiekopf wurde im Rahmen von experimentellen Untersuchungen mit den bisher bekannten Therapieköpfen verglichen. Dabei waren Piezoschwinger sowie Halterungen im wesentlichen identisch.
Die vorbekannten und der neue Therapiekopf unterschieden sich also im wesentlichen nur durch den k4 Vorsprung des mit der Erfindung vorgeschlagenen Schwingerträgers.
Es ergaben sich nun überraschende Meßergebnisse, die die vorteilhaften Eigenschaften de - neuen Therw iekopfes bestätigen. Im einzelnen ergab sich folgendes: a) Es wurde ein bis zu 50 96 höherer Wirkungsgrad gemessen.
b) Die unerwünschte Erwärmung des Applikationsteiles ist bei dem vorgeschlagenen Theraiekopf erheblich geringer als bei dem vorbekannten Therapiekopf. Dabei wurde nacn der IEC-Vorschrift 601-2 gemessen und statt Temperaturerhöhung von # T # 10° lediglich Temperaturerhöhungen von 6T t 6° zugemessen.
c) Es ergaben sich gleichmäßigere Feldverteilungen als beim vorbekannten Therapiekopf. Dies hat eine unmittelbare Wirkung für die Messung der effektiv strahlenden Fläche.
d) Beim erfindungsgemäßen Applikationsteil wurde nahezu keine seitliche Streustrahlung gemessen.
Insgesamt hielten sich solche Störeffektein der Größenordnung von t 1,5mW/cm2.
Außer der Anwendung der beschriebenen Schallköpfe für eine elektrotherapeutische Behandlung ist die Erfindung gleichermaßen für die Schallapplikation bei Ultraschall-Bädern, bei Ultraschall-Verneblern oder auch im industriellen Bereich verwendbar. Bei Herstellung der erfindungsgemäßen Ultraschallköpfe ergibt sich praktisch kein Mehraufwand.
2 Figuren 10 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentahsprüche 1. Behandlungskopf zur elektrotherapeutischen Behandlung von Körperteilen mit Ultraschall, bei dem ein Applikatorteil zur Anlage an die i landlungsfläche aus einer Membran besteht, auf deren beiden Seiten ultraschalleitende Scheiben der Dicke # /4 oder deren Vielfaches angebracht sind und zusammen einen Schwingerträger bilden, wobei der innen liegende Teil des Schwingerträgers mit einem Schallwandler zur Erzeugung von Ultraschall gekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daii a) die Membran (33) fest mit dem Schwingerträger (30) verbunden ist, b) an der Membran (33) applikationsseitig eine Scheibe (31) mit/4 oder dessen ungeradzahligem Vielfachen und zum Schallwandler (35) hin eine Scheibe (32) mit k/4 oder dessen ungeradzahligem Vielfachen angeordnet ist, so daß die Membran (33) sich immer im Schwingungsknoten der Ultraschall-Wellen befindet, und c) die Scheiben (31, 32) einschließlich Membran (33) ein einziges Formstück (30) aus einheitlichem Material bilden.
2. Behandlungskopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke des Schwingerträgers (31, 32) # /2 oder ein Vielfaches davon ist, wobei die Membran (33) im Abstand von bzw. einem ungeradzahligen Vielfachen von%/4 von der Applikationsseite bzw. Schallwandlerseite angeordnet ist.
3. Behandlungskopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (33) eine Dicke aufweist, die gering im Vergleich zur Wellenlänge ( ) ist, und daß deren Ausdehnung beidseitig symmetrisch den Scheiben zugeteilt ist.
4. Behandlungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der radiale Abstand des Schwingerträgers (30) zur zugehörigen Halterung (34) n 2/4 ist, wobei n ungeradzahlig ist.
5. Behandlungskopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schallwandler ein A /2 Schwinger ist.
6. Behandlungskopf nach den Ansprüchen 1 und 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schallwandler aus piezoelektrischem Material,beispielsweise Keramik auf der Grundlage von Blei-Zirkonat-Titanat (Pb (ZrxTix 1) 03) besteht.
7. Behandlungskopf nach Anspruch 1, d a d u r c.h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingerträger (30) und der Schallwandler (35) miteinander verklebt sind.
8. Behandlungskopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Applikationsteil mit Schwingerträger (30) aus Membran (33) und zugehörigen Scheiben (31, 32) zusammen mit der Halterung (34) aus einem Massivteil gedreht oder gefräst ist.
9. Behandlungskopf nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halterung (34) innen ein Schraubgewinde (36) zum Verschrauben mit einem Griffteil (2) aufweist.
10. Behandlungskopf nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d die Halterung (34) außen eine Ringnut (37) aufweist.