DE4015686A1 - Ultraschallbehandlungsgeraet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallbehandlungsgerät für Ultraschall­ frequenzen oberhalb von 100 kHz, mit einer Strom-/Spannungsversorgung, einem Oszillator und einem Ultraschall-Wandlerelement.

Derartige Geräte sind im Prinzip seit längerem bekannt. Vorzugsweise arbeiten diese Geräte im Bereich von einem Megahertz (MHz) oder darüber, um eine ausreichende Tiefenwirkung zu erzielen. Ultraschallfrequenzen unterhalb von 100 kHz haben eine ausreichende Tiefenwirkung.

Die bekannten Ultraschallgeräte bestehen jedoch im wesentlichen aus zwei getrennten, durch ein Kabel verbundenen Teilen, wobei der erste Teil ein Stand- bzw. Tischgehäuse ist, welches die wesentlichen Teile der gesamten Elektronik aufnimmt, während das zweite Teil ein sogenannter Ultraschall-Behandlungskopf ist, welcher im wesentlichen nur den Ultraschallwandler, im allgemeinen einen piezokeramischen Schwinger, enthält, welcher verdeckt auf der Innenseite einer Resonanzplatte angebracht ist, die mit ihrer Außenseite auf den Körper aufgesetzt und über das zu behandelnde Körperteil geführt wird.

Ultraschall-Behandlungskopf und zugehörige Elektronik sind über ein Hochfre­ quenzkabel miteinander verbunden. Die Elektronik weist im Regelfall ein Netzteil und einen entsprechenden Netzanschluß auf.

Die mit derartigen Geräten abzustrahlenden Intensitäten liegen in der Größenord­ nung von 0,1 bis etwa 5 Watt pro cm².

Es versteht sich, daß derartige zweiteilige Geräte einerseits wegen des erforderli­ chen Netzanschlusses, andererseits jedoch auch wegen der Kabelverbindung zwischen Ultraschall-Behandlungskopf und Elektronikteil in ihrem Einsatzbereich beschränkt sind. Das Kabel ist bei vielen Anwendungen hinderlich, und ein ambulanter Einsatz des Gerätes, z. B. bei Hausbesuchen oder dergleichen ist sehr umständlich, da immer auch das entsprechende Elektronikteil mitgenommen werden muß, dessen Gehäusegröße in etwa der eines üblichen Stereoverstärkers für Hifi-Anlagen entspricht.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Behandlungsgerät mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welches netzunabhängig und vielseitiger, insbesondere auch ambulant, einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Strom-/Spannungsversorgung netzunabhängig ist und einen Akkumulator (1) oder eine Batterie aufweist, daß alle Teile des Gerätes in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, welches in einer Hand haltbar und über ein zu behandelndes Körperteil führbar ist, und daß eine Energiesparschaltung vorgesehen ist, welche kurzzeitige Unterbrechungen der Utraschallabstrahlung derart vorsieht, daß insgesamt nur während eines Bruchteils der Behandlungszeit Ultraschallenergie abgestrahlt wird.

Zwar ist es bereits an sich bekannt, die Ultraschallbehandlung mit derartigen Geräten nicht nur im Dauerstrich, sondern auch impulsartig mit längeren Unterbrechungen zwischen den einzelnen Impulsen vorzunehmen. Dies geschah jedoch grundsätzlich nur zu dem Zweck, bestimmte Reizfrequenzen und Ansprechempfindlichkeiten des zu behandelnden (menschlichen oder tierischen) Körpers auszunutzen. Daneben liefern die bekannten Geräte auch Ultraschallener­ gie im Dauerstrich, d. h. ohne Unterbrechung. Demgegenüber sieht jedoch die vorliegende Erfindung gezielt vor, daß die Abstrahlung von Ultraschallenergie derart unterbunden wird, daß der Energiebedarf des Gerätes insgesamt reduziert wird. Dies hängt unmittelbar damit zusammen, daß alle Teile des Gerätes in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, welches in einer Hand gehalten werden und mit der entsprechenden Ankopplungsfläche über ein Körperteil geführt werden soll. Damit sind die Baugröße sämtlicher Komponenten und selbstverständlich auch die Abmessungen der Strom-/Spannungsversorgung, insbesondere eines entsprechenden Akkumulators, begrenzt. Dabei ist die Schaltung zweckmäßigerweise so vorgesehen, daß nicht nur die Ultraschall­ abstrahlung unterbunden wird, sondern daß während der Unterbrechungszeiten alle energieintensiven Elemente der Elektronikschaltung, insbesondere eine Endverstärkerstufe, praktisch stillgelegt werden. Hierdurch, und durch eine entsprechend geschickte Anordnung und Formgebung der übrigen Elemente ist es möglich geworden, sämtliche Teile des Gerätes in einem einzelnen Gehäuse unterzubringen, welches leicht in einer Hand zu halten ist und über eine zu behandelnde Körperoberfläche geführt werden kann.

Die entsprechende Miniaturisierung, die mit der Schaffung des neuen Ultraschall- Behandlungsgerätes vorgenommen wurde, ist keineswegs trival und läßt sich nicht ohne weiteres mit Miniaturisierungen im Bereich der Unterhaltungselektronik vergleichen. Grundsätzlich wird bei der Miniaturisierung von Geräten der Unterhaltungselektronik und deren Leistung beträchtlich, oft um einen Faktor 100 oder mehr, reduziert. Dagegen muß die Leistung des neuen, miniaturisierten Ultraschall-Behandlungsgerätes nach wie vor in der Größenordnung von etwa einem Watt, bei einer Ultraschallfrequenz von etwa 1 MHz, liegen, damit eine wirksame Behandlung mit einem solchen Gerät vorgenommen werden kann. Auf die Art und Weise der Behandlung, die Anwendungsmöglichkeiten und die erzielten Wirkungen braucht an dieser Stelle nicht näher eingegangen zu werden, da es in dieser Hinsicht bei dem neuen Gerät keine nennenswerten Unterschiede zu bekannten Ultraschall-Behandlungsgeräten gibt, welche in diesem Frequenzbe­ reich arbeiten. Der besondere Vorteil des entsprechend miniaturisierten Ultraschall- Behandlungsgerätes liegt auf der Hand, da ein solches Gerät leicht an jeden Ort mitgenommen werden kann und so netzunabhängig und ohne störendes Kabel Behandlungen beliebiger Körperteile ermöglicht. Das Gerät kann leicht um Gliedmaßen herumgeführt werden, ohne dabei gleichzeitig ein Kabel mit aufzuwickeln.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verhältnis der Unterbrechungszeiten zu der Zeitdauer der Ultraschallabstrahlung mindestens 4 : 1 beträgt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Unterbrechungszeiten jeweils kleiner als eine Sekunde, vorzugsweise kleiner als eine zehntel Sekunde sind. Konkret wird die Energiesparschaltung dadurch verwirklicht, daß zwischen einen Oszillator und den Ultraschallwandler eine Treiberstufe und ein Endverstär­ ker in dieser Reihenfolge geschaltet sind. Die Treiberstufe ihrerseits wird von einer Impulsstufe angesteuert, welche beispielsweise kurzzeitige Rechteckimpulse auf die Treiberstufe gibt, so daß jeweils kurzzeitig in Betrieb gesetzt wird und den Endverstärker ansteuert, welcher dann seinerseits entsprechend der Zeitdauer des Rechteckimpulses den Ultraschallwandler in Schwingungen versetzt.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das Gehäuse im wesentlichen die Form einer Taschenlampe hat, wobei die vordere Stirnfläche als Ankopplungsfläche ausgebildet ist. Ein Gerät mit dieser Form ist sehr einfach in der Hand zu halten und läßt sich auch leicht unter Kontakt der Ankopplungsflä­ che mit der Körperoberfläche über ein Körperteil hinwegführen.

Dabei ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher eine Kopplungskontrollschaltung vorgesehen ist, die ein Warnsignal abgibt, wenn die Ankopplungsfläche nicht wirksam an die Körperoberfläche angekoppelt ist. Die behandelnde Person kann dann den Andruck der Ankopplungsfläche bzw. den Anstellwinkel des Gerätes relativ zur Körperoberfläche so verändern, daß das Verschwinden des Warnsignales wieder eine wirksame Kopplung zwischen Ultraschallwandler bzw. Ankopplungsfläche und der Körperoberfläche anzeigt.

Dabei ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders bevorzugt, bei welcher die Ultraschall-Energieerzeugung und -Abstrahlung reduziert wird, wenn die Ankopplungsfläche nicht wirksam an die Körperoberfläche angekoppelt ist. Konkret kann man dies dadurch erreichen, daß die Kopplungskontrollschaltung auch mit der Impulsstufe verbunden ist und diese derart ansteuert, daß diese noch größere Zeitabstände zwischen den Rechteckimpulsen und/oder noch kürzere Rechteckimpulse vorsieht, so daß auch während dieser Zeit Energie eingespart wird.

Zweckmäßigerweise ist zur Begrenzung der gesamten Behandlungsdauer eine Zeitbegrenzungsschaltung vorgesehen.

Bei einer Ausführungsform mit Akkumulator sollte außerdem die Möglichkeit zum Nachladen bestehen, wozu an dem Gerät ein entsprechender Steckanschluß vorgesehen ist. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche das Einschalten des Gerätes blockieren, während der Akkumulator geladen wird.

Außerdem ist in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das gesamte Gehäuse hermetisch dicht abgeschlossen, so daß es auch in Naßräumen, z. B. in Badezimmern, oder sogar im und unter Wasser verwendet werden kann, ohne daß Wasser eindringt, wodurch die Elektronik Schaden nehmen könnte.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich an Hand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ultraschallbehandlungsgerät mit schematisch angedeuteten Baugruppen und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der zugrundeliegenden elektronischen Schaltung.

In Fig. 1 erkennt man ein Gehäuse 9 mit einer dicht eingesetzten oder eingeschraubten, kappenartigen Resonanzplatte 11. An der Innenfläche der Resonanzplatte ist als Ultraschallwandler ein piezokeramischer Schwinger 3 fest angebracht. Die Resonanzplatte 11 besteht vorzugsweise aus Metall, während das Gehäuse 9 vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Eine wasserdichte Verbindung zwischen der Resonanzplatte 11 und dem Gehäuse 9 kann beispielsweise durch Einlegen einer Dichtung auf einem stufenförmigen Absatz am linken Ende des Gehäuses 9 erreicht werden. Die Resonanzplatte 11 wird in die in Fig. 1 links liegende Gehäuseöffnung eingepreßt oder eingeschraubt.

Das Gehäuse 9 ist im wesentlichen zylindrisch, wobei die Mantelfläche sowohl zur linken als auch zur rechten Öffnung hin leicht konisch aufgeweitet ist, um der Hand, welche das Gehäuse 9 umgreift, einen anatomisch günstigen Griff zu bieten.

Die rechte offene Seite des zylindrischen Gehäuses 9 ist durch eine Schaltplatte 18 abgedeckt, welche Schalter 14 mit Leuchtdioden und einer Ladebuchse 15 aufweist und welche an der Außenseite durch eine auf den Rand des Gehäuses 9 und die Schaltplatte 18 aufgeklebte Abdeckfolie 17 abgedeckt ist. Die Abdeckfo­ lie 17 sorgt so gleichzeitig auch für eine wirksame Abdichtung des Gerätes und ist nur im Bereich der Ladebuchse 15 offen, die ihrerseits eine wasserdichte elektrische Durchführung durch die Schaltplatte 18 hindurch aufweisen kann.

Wie man sieht, sind auch die Schalter 14 und entsprechende Leuchtdioden durch die Folie 17 abgedeckt, wobei eine Betätigung der Schalter 14 auf Grund der Elastizität der Folie 17 und durch diese hindurch möglich ist.

Die einzelnen Bauteile im Inneren des Gehäuses 9 sind vorzugsweise auf einer Platine 19 angeordnet, wobei die Platine 19 in der dargestellten Ausführungsform eine Aussparung für die Aufnahme eines Akkumulators 1 aufweist. Im übrigen ist die Platine in zwei (nicht dargestellten) gegenüberliegenden Führungsnuten im Gehäuse 9 eingeschoben und wird so mechanisch sicher gehalten. Im einzelnen sind in Fig. 1 noch zu erkennen der Oszillator 2, die Impulsstufe 4, die Kopplungskontrollschaltung 7, die Endstufe 6 und eine HF-Spule 12. Am anderen Ende der Platine befinden sich Schaltrelais 13, eine Zeitbegrenzungsschaltung 8 und ein akustischer Signalgeber 16, welcher von der Kopplungskontrollschaltung 7 angesteuert wird.

Die Schaltung der einzelnen Bauteile ist schematisch in Fig. 2 wiedergegeben. Der Akkumulator 1 ist über die Zeitbegrenzungsschaltung 8 mit dem Oszillator 2 verbunden. Nach dem Einschalten des Gerätes wird die Zeitbegrenzungsschal­ tung 8 in Betrieb gesetzt und unterbricht automatisch die Energiezufuhr vom Akkumulator 1 zum Oszillator 2 nach einer vorgegebenen Behandlungszeit, z. B. fünf Minuten. Zum Fortsetzen der Behandlung oder für eine neue Behandlung muß dann gegebenenfalls das Gerät kurz aus- und wieder eingeschaltet werden.

Das Oszillatorsignal läuft über eine Treiberstufe 5 zu einem Endverstärker 6, von welchem aus das entsprechend verstärkte Oszillatorsignal als hochfrequente Wechselspannung auf einen piezokeramischen Schwinger gegeben wird. Es versteht sich, daß nach Möglichkeit die Oszillatorfrequenz mit einer Eigenfrequenz des piezokeramischen Schwingers übereinstimmt, um maximale Schwingungsampli­ tuden und eine entsprechend große abgestrahlte Ultraschall-Schwingungsenergie zu erhalten.

Die Treiberstufe 5 wird von einer Impulsstufe 4 angesteuert, welche kurze Rechteckimpulse abgibt, wobei das Tastverhältnis, d. h. die Breite eines Rechteckim­ pulses im Vergleich zur gesamten Periodenlänge, d. h. dem Abstand benachbarter Anstiegsflanken, im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 20 liegt. Eine Kopplungskontrollschaltung 7 registriert, ob der Schwinger 3 mit Resonanzplatte 11, an welcher er angebracht, vorzugsweise angeklebt ist, Energie auf ein Körperteil überträgt oder mehr oder weniger frei schwingt. Wird keine oder nur sehr wenig Ultraschallenergie von der Resonanzplatte 11 abgegeben, so löst die Kopplungskontrollschaltung über einen akustischen Signalgeber 16 ein Warnsignal, z. B. einen Summ- oder Piepton, aus.

Das gesamte Gerät kann mit einem Außendurchmesser in der Größenordnung von etwa 50 mm und einer Länge von 120 bis 150 mm hergestellt werden. Es ist damit sehr leicht in einer Hand zu halten und über eine Körperoberfläche zu führen.

Die abgestrahlte Ultraschall-Intensität kann bei einem solchen Gerät etwa 1 Watt/cm², gemäß einem hergestellten Prototyp 0,8 W/cm² betragen.

Claims (10)

1. Ultraschallbehandlungsgerät für Ultraschallfrequenzen oberhalb von 100 kHz mit einer Strom-/Spannungsversorgung, einem Oszillator (2) und einem Ultraschall-Wandlerelement (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-/Span­ nungsversorgung netzunabhängig ist und einen Akkumulator (1) oder eine Batterie aufweist, daß alle Teile des Gerätes in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet sind, welches in einer Hand haltbar und über ein zu behandelndes Körperteil führbar ist, und daß eine Energiesparschaltung (4, 5) vorgesehen ist, welche zur Energieeinsparung kurzzeitige Unterbrechungen der Ultraschallabstrah­ lung vorsieht, so daß in der Leistungsstufe (6) nur während eines Bruchteils der Behandlungszeit Energie verbraucht wird.

2. Ultraschallbehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Unterbrechungszeit zu Abstrahlungszeit mindestens 4 : 1 beträgt.

3. Ultraschallbehandlungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Unterbrechungszeiten jeweils kleiner als eine Sekunde, vorzugsweise kleiner als eine zehntel Sekunde sind.

4. Ultraschallbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Oszillator (2) und das Ultraschallwandlerele­ ment (3) eine Treiberstufe (5) und eine Endstufe (6) aufeinanderfolgend geschaltet sind, wobei eine Impulsstufe (4) die Treiberstufe (5) im Betrieb des Gerätes durch kurzzeitige Impulse mit Unterbrechungen aktiviert.

5. Ultraschallbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im wesentlichen die Form einer Taschenlampe hat, wobei die vordere Stirnfläche als Resonanzplatte (11) mit Ankopplungsfläche ausgebildet ist.

6. Ultraschallbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kopplungskontrollschaltung (7) vorgesehen ist, welche ein Warnsignal abgibt, wenn die Ankopplungsfläche des Gerätes nicht wirksam angekoppelt ist.

7. Ultraschallbehandlungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstufe (4) reduzierte Impulse an die Treiberstufe (5) abgibt, während die Kopplungskontrollschaltung eine nicht wirksame Ankopplung der Ankopplungsflä­ che registriert.

8. Ultraschallbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitbegrenzungsschaltung (8) für die Gesamtdauer einer Behandlung vorgesehen ist.

9. Ultraschallbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steckanschluß (15) zum Laden eines Akkumulators (1) im Gerät vorgesehen ist.

10. Ultraschallbehandlungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche das Einschalten des Gerätes während des Ladens blockiert.