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BESCHREIBUNG:
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allgemein Die Erfindung/allgemein Ultraschallsonden zum Ermitteln
bestimmter Eigenschaften von Gegenständen, an denen die Sonde angebracht wird, indem
Ultraschallschwingungen über die Sonde übertragen und reflektierte Schwingungen
von verschiedenen Teilen des Gegenstandes empfangen werden.
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Insbesondere betrifft die Erfindung Sonden mit biegsamen Membranen
am Ende einer Strömungsmittelkammer, in der die Membrane mit dem Gegenstand in Berührung
steht.
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Ultraschallschwingungen oder Schallwellen werden häufig beispielsweise
in der Medizin eingesetzt, um Information über bestimmte innere Eigenschaften einer
Person, eines Organs oder eines Gegenstandes zu gewinnen. Die Ultraschallschwingungen
werden normalerweise durch eine sondenartige Vorrichtung übertragen, die mit dem
Körper des Patienten oder einem anderen Gegenstand in Berührung gebracht wird, wobei
die von inneren Einzelteilen oder Organen reflektierten Schwingungen von der Sonde
empfangen werden. Ein Anwendungsbeispiel betrifft eine Ultraschallsonde zum Messen
verschiedener Innenteile des Auges. Diese Sonde weist einen Wandler auf, der die
Ultraschallschwingungen überträgt und empfängt sowie eine hohle Strömungsmittelkammer,
die am Ende des Wandlers befestigt ist und dort ein offenes Ende besitzt. Eine dünne
biegsame Membrane ist über das offene Ende der Strdmungsmittelkammer gespannt und
dichtend auf diesem befestigt. Die Strömungsmittel- oder Flüssigkeitskammer ist
mit Wasser oder einem anderen ultraschallübertragenden Strömungsmittel gefüllt,
das in der Kammer durch die biegsame Membrane gehalten wird. Das membranseitige
Ende der Sonde wird in sanfter Berührung mit der Honrhaut des Auges auf diese aufgebracht,
wobei Ultraschallschwingungen durch das Strömungsmittel bzw. die-Flüssigkeit in
das Auge gelangen, wo sie von
den verschiedenen inneren Einzelteilen
des Auges reflektiert werden. Diese reflektierten Ultraschallschwingungen werden
in elektrische Signale umgesetzt, die verarbeitet werden können, um Größen und Formen
der inneren Augenorgane zu ermitteln und andere Daten zu gewinnen. Eine Einrichtung,
mit der auf diese Weise Augenmessungen durchgeführt werden können, ist der "Compu-Scan"
Biometric Ruler (Biometermaß "Compu-Scan") der Storz Instrument Company, St. Louis,
Missouri, USA.
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Obwohl die Leistung der vorstehend beschriebenen Ultraschallsonde
mit der Verarbeitungseinrichtung tadelllos ist, weist die Erfindung bedeutende Verbesserungen
der Funktion, Leistung, Genauigkeit und Gebrauchsfreundlichkeit der vorstehend beschriebenen
Sonde sowie Sonden für andere Bauarten von Ultraschalleinrichtungen auf. Erfindungsgemäß
ist eine verbesserte biegsame Membrane für Ultraschallsonden der allgemeinen vorstehend
beschriebenen Bauart lösbar und dichtend am offenen Ende der Flüssigkeits-oder Strömungsmittelkammer
angebracht. Die Membrane wölbt sich am offenen Ende der Strömungsmittelkammer aus
nach außen, so daß der Innenraum der gewölbten Membrane in Strömungsmittel- und
Schallwellenverbindung mit dem Innenraum der Strömungsmittelkammer steht. Dadurch
wird der Innenraum der gewölbten Membrane mit Ultraschall-Leitflüssigkeit gefüllt,
wenn diese Flüssigkeit oder dieses Strömungsmittel in die Kammer eingefüllt wird.
Da die verbesserte Membrane vorzugsweise aus einem dünnen biegsamen filmähnlichen
Werkstoff gefertigt ist, ist sie elastisch verformbar, so daß sich mindestens ein
Teil ihrer Außenfläche leicht verformt und damit im wesentlichen der Form des Gegenstandes
entspricht, an den die Membrane angedrückt wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
wölbt sich die Membrane um einen bestimmten Abstand von der Wandleroberfläche nach
außen und verformt
sich elastisch, ehe eine wesentliche Verformung
des Gegenstandes auftreten kann, an den sie angedrückt wird.
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Bei einer Anwendung, bei welcher die Sonde zur Ermittlung verschiedener
innerer Eigenschaften des Auges eingesetzt wird, kann die Membrane aus einem im
wesentlichen durchsichtigen Werkstoff gefertigt sein, so daß der Patient am Wandler
eine Leuchtquelle sehen kann. Eine solche Leuchtquelle kann so angepaßt und angeordnet
werden, daß sie vom Patient gesehen und geortet werden kann, wenn die Sonde und
das Auge richtig fluchten. Die bevorzugte erfindungsgemäße Ultraschallsonde kann
auch ein verbessertes Ventil aufweisen, um die Ultraschall-Leitflüssigkeit in die
Strömungsmittelkammer einzuführen, nachdem die Membrane dichtend auf das Ende der
Kammer aufgebracht wurde. Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in
der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher
Bedeutung sein. Die-Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ultraschallanlage
einer erfindungsgemäßen Ultraschallsonde; Fig. 2 einen seitlichen Längsriß einer
früheren Ultraschallsonde; Fig. 3 eine Längssprengzeichnung der Ultraschallsonde
der Fig. 1; Fig. 4 eine Meßvorrichtung zum richtigen Einbau der biegsamen Membrane
in die Ultraschallsonde der Fig. 3; Fig. 5 einen seitlichen Längsschnitt einer vollständig
zusammengebauten erfindungsgemäßen Ultraschallsonde, bei der eine andere Membransperrvorrichtung
zum Einsatz kommt.
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Die Figuren 1, sowie 3-5 zeigen lediglich Beispiele der Erfindung
für Beschreibungszwecke. Man erkennt leicht aus der folgenden Beschreibung, daß
die Grundsätze der Erfindung ebenso auf andere Ultraschallvorrichtungen sowie andere
Bauarten und Ausführungen von Ultraschallsonden anwendbar sind.
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Fig. 1 zeigt als Beispiel eine Ultraschallanlage 10 zum Ermitteln
verschiedener körperlicher Abmessungen eines Auges 12, um die Grundlagen der Erfindung
darzustellen.
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Eine Ultraschallsonde 20 ist elektrisch mit einer signalverarbeitenden
Vorrichtung 22 über ein Eingangskabel 24 verbunden. Die Vorrichtung 22 kann beispielsweise
der Compu-Scan Biometric Ruler (Biometer ~Compu-Scan") sein, der von der Storz Instrument
Company, St. Louis, Missouri, USA auf den Mark gebracht wird.Die Ultraschallsonde
20 weist ein Wandlergehäuse 28 mit einem Wandler an der Endfläche 29, eine am Außenende
des Wandlergehäuses 28 befestigte Strömungsmittel- oder Flüssigkeitksammer 30 sowie
eine biegsame Membrane 32 auf, die lösbar und dichtend am Außenende der Strömungsmittelkammer
30 befestigt ist. Die Strömungsmittel- oder Flüssigkeitskammer 30 sowie der Innenraum
der biegsamen Membrane 32 sind mit Wasser oder einer anderen Ultraschall-Leitflüssigkeit
gefüllt, wobei die Sonde 20 so positioniert wird, daß die biegsame Membrane 32 die
Hornhaut 34 des Auges 12 berührt. Eine geeignete Ultraschall-Leitflüssigkeit ist
Aquasonic 100 Ultrasound Transmission Gel der Parker Laboratories,Inc., Orange,
New Jersey,USA Die verschiedenen Bauteile der Ultraschallsonde 20 werden nachstehend
näher beschrieben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der zu Erläuterungszwecken in Fig. 1 gezeigten
Ultraschallanlage überträgt der Wandler 28 Ultraschallschwingungen durch das Strömungsmittel
oder die Flüssigkeit in der Kammer 30 zum Auge 12. Die Ultraschallwellen oder -schwingungen
werden zum Wandler 28 reflektiert, wenn sie von einem Medium in ein anderes übergehen.Daher
werden beispielsweise Ultraschallschwingungen reflektiert, wenn die Wellen von der
Hornhaut 34 zum Kammerwasser 36, von dort zur Linse 40, dann zum Glaskörper 42 und
schließlich zur Netzhaut 46 gelangen. Der Wandler 28 nimmt die reflektierten Ultraschallschwingungen
auf und setzt sie in elektrische Signale um, die von der Signalverarbeitungsvorrichtung
22 verarbeitet werden, um axiale Abmessungen zwischen den Punkten im Auge anzuzeigen,
an denen die Reflexionen auftreten. Diese axialen Abmessungen können in numerischer
Form auf einem Ausdruck der Signalverarbeitungsvorrichtung oder auch in graphischer
Form angezeigt werden, wie sie z. B. in Fig. 1 dargestellt ist. In der graphischen
Form kann eine Reihe von Nagelimpulsen auf einem Kurvenschreibpapier angezeigt werden,
wobei der erste Nagelimpuls 48 die axiale Stellung desAußenendes des Wandlers darstellt,
der die Ultraschallschwingungen ausstrahlt. Ein zweiter Nagelimpuls 50 zeigt die
axiale Stellung der Hornhaut 34 an, die im wesentlichen der axialen Stellung der
äußersten Fläche der biegsamen Membrane 32 entspricht. Der dritte, vierte und fünfte
Nagelimpuls 52, 54 und 56 zeigen jeweils die Axialstellungen der Vorderfläche der
Linse 40 (bzw. der Iris), der Rückfläche der Linse 40 und der Netzhaut 46 an. Werden
diese kritischen Axialabmessungen bestimmt, so kann ein Artz wertvolle und notwendige
Informationen über die körperliche Form und die Bedinung des Auges 12 erlangen.Diese
Informationen können zur Behandlung des Auges verwendet werden, beispielsweise zum
Auswä#hlen der richtigen künst-
lichen Linse einer Linsenübertragungsoperation
oder dergleichen. Es sei bemerkt, daß die Ultraschallsonde 20 normalerweise für
den Einsatz in einem Stände befestigt ist, der Flächen aufweist, deren Lage gegenüber
der Sonde feststeht und auf denen der Patient sein Kinn und seine Stirn auflegt.
Diese Vorrichtungen werden meist als Spaltlampenständer bezeichnet.
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Fig. 2 zeigt eine frühere Ultraschallsonde 60 mit einem Wandlergehäuse
62 und einer Wandlerfläche 63, einer Strömungsmittelkammer 64, die am Außenende
des Wandlergehäuses 62 befestigt ist und von diesem herausragt. Die Kammer 64 weist
ein offenes Außenende 66 mit einer früheren Membrane 68 auf, die am Ende lösbar
und dichtend befestigt ist.
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Diese frühere Membrane 68 ist im allgemeinen eben ausgeformt, mit
Ausnahme des O-Dichtungsringes 70,und ist über die offene Seite 66 der Kammer 64
gespannt. Eine Einlaßöffnung 72 für ein Strömungsmittel oder eine Flüssigkeit ragt
durch die Wand der Kammer 64, um Wasser oder andere Ultraschall-Leitflüssigkeiten
in den Innenraum der Kammer einzuspritzen, nachdem die frühere Membrane auf dieser
installiert wurde. Eine Lichtquelle 76 kann am äußersten Ende des Wandlers 62 eingebaut-sein,
auf die der Patient fixiert liegt, um die richtige Fluchtung von Auge und Ultraschallsonde
60 zu gewährleisten.
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In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße verbesserte Ultraschallsonde der
Fig. 1 als Sprengzeichnung dargestellt. Das Wandlergehäuse 28 weist vorzugsweise
eine Vorsprung 26 von kleinerem Durchmesser auf, der sich vom Außenende des Gehäuses
28 nach außen erstreckt und in seiner End-oder Abschlußfläche 29 ein Wandlerelement
beherbergt.
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Der Durchmesser des Vorsprungs 26 ist so bemessen, daß der Vorsprung
von der Seitenwand 82 der Strömungsmittelkammer 30 aufgenommen und in sie hineinragen
kann. Ein
O-Ring 84 ist vorzugsweise in einer Nut 86 angeordnet,
die sich über den Umfang des Vorsprungs 26 erstreckt, wobei der O-Ring 84 eine Dichtung
zwischen der Seitenwand 82 der Strömungsmittelkammer 30 und dem Vorsprung 26 darstellt.
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Bei der Montage der bevorzugten Ultraschallsonde 20 wird das offene
Ende 98 der verbesserten biegsamen Membrane 32 über das offene Außenende 88 der
Strömungsmittelkammer 30 geschoben, wobei es elastisch mit dem dünneren Abschnitt
90 der Strömungsmittelkammer in Eingriff kommt. Ein O-Ring 92 drückt dichtend den
Seitenwandabschnitt 96 der biegsamen Membrane 32 in die Nut 94, die sich iiber den
Umfang des dünneren Abschnittes 90 der Strömungsmittelkammer 30 erstreckt. Zur leichteren
Montage kann der O-Ring auch vorher angebracht werden oder mit der biegsamen Membrane
32 einstückig ausgeformt sein.
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Die verbesserte biegsame Membrane 32 besteht vorzugsweise aus einem
dünnen biegsamen und elastischen Film, der hauptsächlich für Ultraschallschwingungen
und vorzugsweise auch für Lichtwellen durchlässig ist. Ein für diese Zwecke zulässiger
Werkstoff ist Tonofilm, der ein Produkt aus Naturkautschuk ist und von der Clini-Tech
in Littlestown, Pennsylvania USA auf den Marktgebracht wird. Nach Bedarf kann die
Membrane steril und wegwerfbar oder nicht steril und wiederverwendbar sein.
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Wenn, wie nachstehend erläutert wird, die biegsame Membrane 32 am
offenen Außenende 88 der Strömungsmittelkammer 30 montiert wird und die Kammer mit
Wasser oder einer anderen Ultraschall-Leitflüssigkeit gefüllt wird, wölbt sich die
im allgemeinen sphärische Abschlußwand 100 der Membrane um einen gewissen Weg oder
Abstand von der Endfläche 29 des Wandlers nach außen. Die gefüllte biegsame Membrane
ist
genügend stark elastisch verformbar, so daß sich beim Anlegen der Membrane an die
Hornhaut des Auges 12 (Fig.1) die Abschlußwand 100 im wesentlichen der Form der
Hornhaut des Auges anpaßt. Ebenso verformt sich die Membrane elastisch, wenn sie
an-die Hornhaut angedrückt wird, ehe eine wesentliche Verformung des Auges auftritt.
Dadurch stellt die erfindungsgemäße biegsame Membrane 32 ein weiches, elastisches
Kissen dar, welches die Möglichkeit von Beschwerden oder Reizungen verringert, wenn
die Sonde mit seinem Auge in Berührung gebracht wird. Da auch die Biegsamkeit der
Membrane 32 so ausgebildet ist, daß sie sich elastisch verformt, ehe eine wesentliche
Verformung des Auges 12 eintritt, sind sehr genaue Messungen wie die in Fig. 1 dargestellten
viel leichter durchzuführen, weil axiale Verformungen und Verziehungen der verschiedenen
Teile des Auges vermieden werden, die sich aus dem Zusammendrücken des Auges ergeben
können.
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Fig. 3 zeigt auch ein verbessertes Ventil für den Einlaß von Wasser
oder einer anderen Ultraschall-Leitflüssigkeit in den Innenraum der Strömungsmittelkammer
30 und der biegsamen Membrane 32. Der Vorsprung 26 am Wandlergehäuse 28 weist einen
vertieften Abschnitt 102 an seinem Außenende auf. Wegen des dichtenden Schlusses
durch den O-Ring 84 zwischen der Strömungsmittelkammer 30 und dem Vorsprung 26 kann
die Kammer 30 frei drehbar am Vorsprung 26 montiert werden. Damit kann die Kammer
30 in eine Stellung gedreht werden, in welcher ein Füllstutzen oder eine Füllöffnung
104 in der Seitenwand 82 mit der Vertiefung 102 am Vorsprung 26 fluchtet. Dieses
Fluchten bietet eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Außen- und Innenseite
der Strömungsmittelkammer durch die Füllöffnung 104 und die Vertiefung 102. Nachdem
die Kammer 30 und die biegsame Membrane 32 mit Wasser oder einer anderen Ultraschall-Leitflüssigkeit
gefüllt sind, werden verbleibende Luft-
bläschen dadurch entfernt,
daß die Kammer beispielsweise leicht an eine harte Fläche angeschlagen wird. Dann
wird die Kammer 30 wieder so gedreht, daß die Füllöffnung 104 nicht mehr mit der
Vertiefung 102 fluchtet, wodurch die vorerwähnte Strömungsmittelverbindung zwischen
der Außen-und der Innenseite der Kammer versperrt wird, so daß keine Flüssigkeit
aus der Kammer austreten kann.
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Um die richtige Leistung und den gewünschten Grad der elastischen
Verformung der gefüllten biegsamen Membrane 32 zu erzielen, muß die Membrane am
dünneren Abschnitt 90 der Kammer so montiert werden, daß die Abschlußwand 100 der
Membrane sich um einen bestimmten Weg von der Wandlerendfläche 29 aus nach außen
wölbt. Ein vorgegebener zulässiger Abstand ergab sich im Bereich von 28 mm bis 32
mm für eine biegsame Membrane mit einer Seitenwanddicke von 0,1 + 0,02 mm. Um der
Bedienungskraft der Ultraschallanlage bei der richtigen Montage der biegsamen Membrane
32 zu helfen, so daß ihre Endwand 100 sich von der Strömungsmittelkammer aus um
den vorgegebenen Abstand nach außen wölbt, kann eine Meßvorrichtung wie die der
beispielsweise in Fig. 4 gezeigten Meßvorrichtung 120 eingesetzt werden.
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Die Meßvorrichtung 120 weist eine Grundplatte 122 sowie eine Meßstange
124 auf. Um die biegsame Membrane 32 richtig zu montieren, wird die Strömungsmittelkammer
30 über die Meßstange 124 bis zur Grundplatte 122 geschoben, so daß die Meßstange
außen aus dem offenen Ende 88 der Kammer herausragt. Das offene Ende 98 der biegsamen
Membrane 32 wird dann über den dünneren Abschnitt 90 der Strömungsmittelkammer geschoben,
mit dem es elastisch in Eingriff kommt, bis die Abschlußwand 100 das Außenende der
Meßstange 124 berührt. Dann wird der O-Ring 92 montiert, wobei er elastisch und
unter Druck die Seitenwand 96 der biegsamen Membrane 32 zwischen ihm und der Nut
94 am
dünneren Abschnitt 90 festhält. Wenn somit die Strömungsmittelkammer
30 mit der auf ihr montierten biegsamen Membrane 32 von der Meßstange 124 abgenommen
und nach vorstehender Beschreibung auf dem Wandler 28 montiert wird, und wenn die
Strömungsmittelkammer 30 sowie die Membrane 32 mit Ultraschall-Leitflüssigkeit aufgefüllt
werden, wölbt sich die Abschlußwand 100 der biegsamen Membrane 32 von der Fläche
29 des Wandlers um den Sollabstand nach außen.
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Fig. 5 zeigt einen Teilquerschnitt einer Ultraschallsonde 20 mit einer
anderen Haltevorrichtung für die biegsame Membrane 32. Falls es gewünscht oder erforderlich
ist, die biegsame Membrane 32 auf der Strömungsmittelkammer 30 stärker zu befestigen,
um ein Lecken der Ultraschall-Leitflüssigkeit sicher zu verhindern, kann die verbesserte
Ultraschallsonde 20 mit einem anderen Halterohr oder einer Haltemuffe 110 versehen
werden, welche gleitbar den dünneren Abschnitt 90 der Strömungsmittelkammer 30 umschließt.
Das Halterohr 110 wird einwärts gefahren, bis die biegsame Membrane montiert ist,
wobei ihre Seitenwand 96 elatisch mit dem dünneren Abschnitt 90 in Eingriff kommt,
und der O-Ring 92 nach der vorstehenden Beschreibung montiert ist. Das-Halterohr
110 kann dann unter Druck nach außen verschoben werden, wo es die Seitenwand 96
der biegsamen Membrane 32 und den O-Ring 92 unter Druck umschließt, um stärker und
sicherer die biegsame Membrane 32 mit der Strömungsmittelkammer 30 zu verankern
und abzudichten.
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Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch
weitere möglich, ohen den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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