DE4342771A1

DE4342771A1 - Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers

Info

Publication number: DE4342771A1
Application number: DE4342771A
Authority: DE
Inventors: Hayakawa Kenichi; Watanbe Kazuhiro; Matsui Kiyoto; Takeda Shiro
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: US5882557A; DE4342771C2; JPH06181922A; JP3272792B2

Description

Die vor liegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers, der zwischen einer Ultraschallsonde und einem zu beobachtenden Objekt beim Gebrauch eines Ultraschall-Diagnosesystems eingefügt ist.

Es ist bereits generell ein Ultraschalldiagnosesystem für die Anzeige eines tomographischen Bildes des menschlichen Körpers unter Ausnutzung von Ultraschall angewandt worden. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nunmehr ein Fall erläutert werden, bei dem ein derartiges Ultraschalldiagno sesystem dazu benutzt wird, diagnostische Bereiche des menschlichen Körpers, beispielsweise eine Schilddrüse, eine Halsschlagaderarterie und eine Brustdrüse zu beobach ten, die alle nahe der Körperoberfläche vorhanden sind.

Fig. 7 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Zustand, bei dem eine Ultraschallsonde für die Aussendung und Auf nahme von Ultraschallwellen die Körperoberfläche direkt berührt. Fig. 8 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht einen Zustand, bei dem ein Ultraschallkoppler, der für Ultraschall ausreichend leitend ist, zwischen einer Ultraschallsonde und der Körperoberfläche plaziert ist.

Wie in Fig. 7 veranschaulicht, ist in einem Falle, bei dem eine Ultraschallsonde 10 die Körperoberfläche 12 direkt berührt, ein Konvergenzpunkt eines Ultraschallstrahls 14 durch eine Position 16 gegeben, die in Abstand von der Körperoberfläche 12 vorgesehen ist. Wenn ein Diagnose bereich 18, der nahe der Körperoberfläche 12 vorhanden ist, beobachtet wird, wird demgemäß das Auflösungsvermögen sich verschlechtern. Um in einem solchen Fall zur Verbes serung des Auflösungsvermögens beizutragen, ist die Anord nung demgemäß so getroffen, wie dies in Fig. 8 veranschau licht ist, wonach ein Ultraschallkoppler 20 zwischen der Ultraschallsonde 10 und der Körperoberfläche 12 derart plaziert ist, daß der Ultraschallstrahl 14 in der Umgebung des Diagnosebereichs 18 konvergieren kann.

Ein derartiger Ultraschallkoppler besteht aus einer nicht- wasserhaltigen Gelsubstanz, die einen Urethan-Gummi, einen Silikon-Gummi oder dergleichen enthält bzw. alternativ aus einer polymerischen wasserhaltigen Gelsubstanz, wie einem Polyvinylalkohol (PVA), einem Polyvinylpyrrolidon (PVP) und einem Polyethylenoxid (PEO) und dergleichen.

Im Falle der Anwendung der nicht-wasserhaltigen Gelsubstanz für den Ultraschallkoppler werden die von einer Ultraschall sonde abgegebenen Ultraschallwellen während des Passierens des aus der nicht-wäßrigen Gelsubstanz bestehenden Ultra schallkopplers gedämpft, da die Dämpfung der Ultraschall wellen in der nicht-wäßrigen Gelsubstanz im allgemeinen hoch ist (etwa 2 dB/cm/MHz). Demgemäß treten die Ultraschall wellen kaum in den zu überwachenden Gegenstand bzw. das zu überwachende Objekt ein. In entsprechender Weise werden auch die durch das innere überwachte Objekt reflektierten Ultraschallwellen während des Passierens des Ultraschall kopplers bedämpft. Dies ruft somit eine Verschlechterung eines Störabstands hervor.

Andererseits ist es im Falle der Anwendung des aus der polymerischen wäßrigen Gelsubstanz bestehenden Ultraschall kopplers möglich, einen hohen Störabstand zu verwirklichen, da die Dämpfung der Ultraschallwellen in der polymerischen wäßrigen Gelsubstanz extrem gering ist (etwa 0,1 dB/cm/MHz). Falls ein derartiger Ultraschallkoppler in einer Atmosphäre gelassen wird, verdunstet jedoch Wasser, und die Funktion des Ultraschallkopplers wird verschlechtert. Deshalb ist es notwendig, den Ultraschallkoppler in einem verschlosse nen Behälter aufzubewahren, wenn er nicht benutzt wird. Ferner gleitet ein derartiger Ultraschallwandler leicht aus, und es ist schwierig, ihn von Hand festzuhalten. In Anbetracht der vorstehend aufgezeigten Sachlage wird ein Ultraschallkoppler 24, wie er in Fig. 9 gezeigt ist, ver wendet, an welchem Verbindungsglieder 22 zum Anschluß des Kopplers an der Ultraschallsonde 10 angebracht sind. Eine wäßrige Lösung, die ein PVA in der polymerischen wäßrigen Gelsubstanz enthält, weist eine solche Charakteristik auf, daß dann, wenn die wäßrige Lösung unterhalb des Gefrier punkts gefroren ist und auf Zimmertemperatur aufgetaut wird, eine Überbrückung zwischen Molekülen fortschreitet, wodurch es zur Gelierung kommt. Eine Wiederholung des Frie rens und Auftauens fördert eine zusätzliche Überbrückung (siehe JP-PS Sho. 47-12854). Die Gelierungssubstanz (PVA- Gel) weist eine ausgezeichnete mechanische Charakteristik an Stellen hoher Reißfestigkeit auf und zeigt eine volle Elastizität. Demgemäß ist die Gelierungssubstanz für den Ultraschallkoppler geeignet.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen von den Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers das konventionelle Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers erläutert werden, der aus einer PVA enthaltenden wäßrigen Lösung besteht.

Die Fig. 10A bis 10F veranschaulichen in Schnittansichten Herstellungsschritte zur Herstellung eines Ultraschall kopplers.

Zunächst wird, wie in Fig. 10A veranschaulicht, eine be stimmte Konfiguration einer Form 30 hergestellt. Anschlies send wird, wie in Fig. 10B gezeigt, eine das PVA enthaltende wäßrige Lösung 34 von einem Einlaß 32 der betreffenden Form 30 her in die Form 30 gegossen. Nach dem Gießen der wäßrigen Lösung 34 erfolgt ein Gefrieren unterhalb des Gefrierpunktes. Die wäßrige Lösung 34 nimmt, wenn sie gefroren ist, im Volumen etwa 10% zu. Demgemäß wird es, wie dies beispielsweise in Fig. 10C veranschaulicht ist, geschehen, daß ein Bruchsegment 36 der Form 30 zerstört oder erweiterte Bereiche gebildet werden. Infolgedessen wird, wie in Fig. 10D veranschaulicht, ein Gel 38 mit einem Vorsprung 40 gebildet. Die Schritte gemäß Fig. 10C und 10D werden wiederholt ausgeführt. Danach wird, wie in Fig. 10E veranschaulicht, das Gel 38 von der Form getrennt. Schließ lich wird, wie in Fig. 10F gezeigt, der erweiterte Bereich oder der Vorsprung 40 derart entfernt, daß eine Neu- bzw. Nachformung in eine festgelegte Konfiguration des Ultra schallkopplers 44 erfolgt.

Da, wie oben beschrieben, bei dem konventionellen Herstel lungsverfahren die PVA enthaltende wäßrige Lösung im Volu men um etwa 10% zunimmt, wenn sie gefroren ist, werden aufgrund der Gelierung Vorsprünge gebildet. Somit ist es notwendig, die Vorsprünge zu entfernen oder zu beseitigen, was lästig ist. Ferner wird eine durch Beseitigen von Vor sprüngen gebildete Oberfläche eine schlechte Glätte aufwei sen. Falls eine derartige Oberfläche mit einer Körperober fläche oder einer Ultraschallsonde in Kontakt ist, ruft dies eine starke Bedämpfung der Ultraschallwellen hervor.

Mit Rücksicht auf die vorstehend aufgezeigte Sachlage liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her stellung eines Ultraschallkopplers zu schaffen, wobei durch dieses Verfahren eine bestimmte Konfiguration eines Ultra schallkopplers in weniger Schritten als beim konventionellen Verfahren hergestellt werden können soll, wobei der Ultra schallkoppler durch Gefrieren und Auftauen der wäßrigen Lösung hergestellt wird, die ein Polymer, wie das PVA, enthält, und darüber hinaus soll das zu schaffende Her stellungsverfahren imstande sein, eine günstige Glätte einer Oberfläche des hergestellten Ultraschallkopplers zu liefern.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt grundsätzlich fol gende Schritte:
Herstellen einer Form für die Herstellung des Ultraschall kopplers, wobei zumindest ein Teil der Form mit einem gummi artigen elastischen Körper versehen ist, der Ausdehnungs- und Zusammenziehungseigenschaften aufweist,
Eingießen einer wäßrigen Lösung, die ein Polymer enthält, in die betreffende Form zur Herstellung des Ultraschall kopplers,
und Herstellen des Ultraschallkopplers durch Gefrieren und Auftauen der gegossenen wäßrigen Lösung.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers weist der gummiartige elastische Körper zumindest einen Teil mit einer Dicke von 2 mm oder weniger auf.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers kann ferner die Form für die Herstellung des Ultraschallkopplers eine erste Form und eine zweite Form umfassen. Die erste Form weist ein konvexes, einem umgedrehten T-förmigen Segment entsprechendes Segment für die Bildung einer Verbindungsebene des Ultraschallkopplers und einer den Ultraschallkoppler als Teil der Konfiguration des betreffenden Ultraschallkopplers berührende Ultraschall sonde auf. Die zweite Form wird in Verbindung mit der ersten Form für die Bildung sämtlicher Teile der Konfiguration des Ultraschallkopplers mit Ausnahme der Verbindungsebene verwendet. Die erste Form ist an einem Verbindungsteil zur Verbindung des Ultraschallkopplers mit der Ultraschall sonde lösbar anbringbar.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers ist überdies die erste Form eine Ober teilform, die in einer solchen Konfiguration ausgestaltet ist, daß das konvexe, umgedrehte T-artige Segment nach unten zeigt und daß ein Einlaß zum Eingießen der wäßrigen Lösung weiter nach oben zeigend gebildet ist als das kon vexe, umgedrehte T-artige Segment. Die zweite Form ist eine untere Form mit einer Bodenwand, die einen gummiarti gen elastischen Körper mit einer Dicke von 2 mm oder weniger enthält.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, wie es oben beschrieben worden ist, ist ferner der gummi artige elastische Körper ein Silikongummi, und ein Ausdeh nungskoeffizient des gummiartigen elastischen Körpers be trägt 40% oder mehr.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers, wie er oben beschrieben worden ist, ist ferner das Polymer ein Polyvinylalkohol.

Zumindest ein Teil einer Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers, die bei einem Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, besteht aus einem gummiartigen elastischen Körper. Der gummiartige elastische Körper dehnt sich aus und zieht sich zusammen in Übereinstimmung mit der Aus dehnung bzw. Zusammenziehung der wäßrigen Lösung, was aus dem Gefrieren und Auftauen der wäßrigen Lösung resultiert, die von einem Einlaß her eingegossen wird. Diese Eigen schaften ermöglichen es, eine Zerstörung der Form zu ver meiden, und darüber hinaus ermöglichen sie zu verhindern, daß sich die Ausdehnungsbereiche oder Vorsprünge infolge der Gelierung bilden. Somit ist kein Bedarf an einer solchen Arbeit vorhanden, durch die die Ausdehnungsteile beseitigt werden. Da der gummiartige elastische Körper der Ausdehnung und der Zusammenziehung der wäßrigen Lösung folgt, ist keine Oberfläche gebildet, die eine schlechte Glätte aufweist, während nach dem Stand der Technik eine der Beseitigung der Ausdehnungsteile ausgesetzte Oberfläche eine schlechte Glätte aufweist.

In einem Fall, in welchem der gummiartige elastische Körper der Form für die Herstellung des Ultraschallkopplers, wie oben erläutert, zumindest einen Teil mit einer Dicke von 2 mm oder weniger gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, kann erwartet werden, daß der gummiartige elastische Körper in günstigerer Weise einer Veränderung im Volumen folgt, welches mit dem Gefrieren und Auftauen der wäßrigen Lösung verbunden ist, wodurch ein Ultraschallkoppler erhalten wird, der hinsichtlich der Glätte seiner Oberfläche zufrie denstellender ist. Ferner ist es in einem Fall, gemäß dem die Form zur Herstellung des Ultraschallkopplers, wie oben erwähnt, in eine erste Form und in eine zweite Form aufge teilt ist und gemäß dem ein Verbindungsteil für die Verbin dung einer Ultraschallsonde mit dem Ultraschallkoppler an der ersten Form angebracht ist, möglich, den mit dem Verbin dungsteil versehenen Ultraschallkoppler herzustellen.

In einem Falle, gemäß dem die erste Form eine obere Form ist, die in einer solchen Konfiguration gebildet ist, daß das konvexe, umgekehrte T-artige Segment nach unten zeigt und ein Einlaß für das Eingießen der wäßrigen Lösung weiter oben als das konvexe, umgekehrte T-artige Segment gebildet ist, und die zweite Form eine untere Form mit einer Boden wand ist, die einen gummiartigen elastischen Körper mit einer Dicke von 2 mm oder weniger aufweist, ist überdies kein Teil (ein Gießtrichter) vorhanden, der auf den ent sprechenden Kontaktoberflächen des hergestellten Ultra schallkopplers mit der Ultraschallsonde und mit der Körper oberfläche zu entfernen ist. Dies kann zur Glätte des Ultra schallkopplers beitragen. Demgemäß ist es möglich, eine Dämpfung der sich dazwischen ausbreitenden Ultraschall wellen zu reduzieren.

Als gummiartiger elastischer Körper wird ein Silikongummi bevorzugt, da er chemisch stabil und sowohl hinsichtlich der thermischen Beständigkeit (300°C) als auch hinsichtlich der Kältebeständigkeit (-70°C ∼ -120°C) ausgezeichnet ist und darüber hinaus keinen schlechten Geruch hat. Nebenbei bemerkt hat sich durch Experiment erwiesen, daß ein Aus dehnungskoeffizient des gummiartigen elastischen Körpers von 40% oder höher wünschenswert ist.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Ultraschallkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung wird die das PVA enthal tende wäßrige Lösung verwendet, und es ist möglich, den Ultraschallkoppler zu erhalten, der eine genügende Flexi bilität, um sich an eine Unebenheit des menschlichen Körpers anzupassen, und eine hohe Zerreißfestigkeit aufweist, und überdies ist durch ihn eine Dämpfung der Ultraschallwellen extrem gering.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1A bis 1F zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wobei Fig. 1A bis 1D jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Herstellung des Ultraschall kopplers veranschaulichen.

Fig. 2A bis 2F zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallkopp lers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wobei Fig. 2A bis 2D jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Herstellung des Ultraschall kopplers zeigen.

Fig. 3A bis 3F zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wo bei Fig. 3A bis 3D jeweils in einer Schnittan sicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers veranschaulichen.

Fig. 4A bis 4E zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wo bei Fig. 4A bis 4C jeweils in einer Schnittan sicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers veranschaulichen.

Fig. 5A bis 5F zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wo bei Fig. 5A bis 5D jeweils in einer Schnittan sicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers veranschaulichen.

Fig. 6A bis 6F zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wo bei Fig. 6A bis 6D jeweils in einer Schnittan sicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers veranschaulichen.

Fig. 7 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht einen Zustand, gemäß dem eine Ultraschallsonde die Körperoberfläche direkt berührt.

Fig. 8 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht einen Zustand, gemäß dem ein Ultraschallkoppler zwischen einer Ultraschallsonde und der Körper oberfläche plaziert ist.

Fig. 9 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht einen Ultraschallkoppler, an dem Verbindungs glieder für den Anschluß des Kopplers an der Ultraschallsonde befestigt sind.

Fig. 10A bis 10F zeigen Ansichten, die für das Verständnis der Schritte zur Herstellung eines Ultraschallkopplers gemäß dem Stand der Technik von Nutzen sind, wobei Fig. 10A bis 10D jeweils in einer Schnittansicht die konventionelle Form für die Herstellung des Ultraschallkopplers veranschaulichen.

Nunmehr werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die Fig. 1A bis 1F zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallkopplers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wobei die Fig. 1A bis 1D jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers veranschaulichen.

Wie in Fig. 1A veranschaulicht, besteht eine Form 50 für die Herstellung des Ultraschallkopplers aus Einzelteilen bzw. Gliedern 52a, 52b, 52c und 52d, deren jedes aus Sili kongummi besteht. An dem Einzelteil 52a ist ein Eingießein laß 54 zum Eingießen einer wäßrigen Lösung, die ein PVA enthält, gebildet. Zur Herstellung des Ultraschallkopplers wird zuerst, wie in Fig. 1B veranschaulicht ist, eine wäßrige Lösung 56, die ein PVA-Polymersystem enthält, von dem Eingießeinlaß 54 in die Form 50 eingegossen. Die mit der wäßrigen Lösung gefüllte Form 50 wird einem Abkühlungs schritt unterzogen, bei dem sie unter dem Gefrierpunkt abgekühlt wird, sowie dem Schritt zur Wiedererlangung der Zimmertemperatur, um ein Zusammenbacken bzw. einer Brückenbildung des PVA und dadurch eine Gelierung sich entwickeln zu lassen. Die ein PVA-Polymersystem enthaltende wäßrige Lösung 56 nimmt im Volumen um etwa 10% zu, wenn sie gefriert, und das Volumen wird auf den früheren Wert bei Zimmertemperatur wieder hergestellt. Demgemäß werden die Ausdehnung und Zusammenziehung bezüglich der wäßrigen Lösung 56 wiederholt ausgeführt. Wie oben erwähnt, bestehen die Einzelteile 52a, 52b, 52c und 52d, die in ihrer Kombina tion die Ultraschallkoppler-Herstellungsform 50 bilden, jeweils aus Silikongummi. Demgemäß wird, wie in Fig. 1C veranschaulicht, beispielsweise die Form 50 in Überein stimmung mit der Ausdehnung der wäßrigen Lösung 56 beim Gefrieren 58 ausgedehnt. Demgemäß ist kein Anlaß dafür vorhanden, daß die Form 50 zerstört wird oder daß irgend eines der Einzelteile 52a, 52b, 52c und 52d, die die Form 50 bilden, sich ablöst, so daß von der Form 50 vorstehende Bereiche gebildet werden. Das Gel 60, welches dem Abkühl schritt unterhalb des Gefrierpunktes und dem Rückführungs schritt auf Zimmertemperatur in einer bestimmten Häufigkeit unterzogen worden ist und das schließlich auf Zimmertempe ratur aufgetaut ist, wie dies in Fig. 1D veranschaulicht ist, ist mit der nach der Ultraschallkoppler-Herstellungs form 50 gemusterten Konfiguration versehen. Nachdem das Einzelteil 52a entfernt ist, wie dies Fig. 1E veranschau licht, wird das Gel 60 abgetrennt. Der ausgebildete Gieß trichterteil 62 wird entfernt, so daß das Gel in eine be stimmte Konfiguration des Ultraschallkopplers 64, wie in Fig. 1F gezeigt, umgeformt wird.

In einem Fall, bei dem ein Ultraschallkoppler unter Verwen dung der Ultraschallkoppler-Herstellungsform gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, wie dies oben beschrieben worden ist, dehnt sich die Ultraschallkoppler- Herstellungsform in Übereinstimmung mit der Ausdehnung der wäßrigen Lösung aus und zieht sich in Übereinstimmung mit deren Zusammenziehung zusammen. Diese Eigenschaften ermöglichen es, eine Zerstörung der Form zu vermeiden, und darüber hinaus ermöglichen sie, die Bildung von Aus dehnungsbereichen oder Vorsprüngen aufgrund der Gelierung zu vermeiden. Demgemäß besteht keinerlei Forderung nach einer Arbeit zur Entfernung von Ausdehnungsbereichen. Da bei der vorliegenden Ausführungsform kein vorstehender Bereich bzw. Teil gebildet wird, ist es ferner möglich, eine Glattheit des Ultraschallkopplers zu erwarten, während nach dem Stand der Technik eine durch Entfernen der ausge dehnten Gelbereiche freiliegende Oberfläche eine schlechte Glätte aufweist.

Im folgenden wird die zweite Ausführungsform der vorliegen den Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 2A bis 2F beschrie ben.

Die Fig. 2A bis 2F zeigen Ansichten, die für ein Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallkopplers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, und Fig. 2A bis 2D zeigen jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers.

Eine Form 70 für die Herstellung des Ultraschallkopplers ist im Grundaufbau dieselbe Form wie die in Fig. 1A gezeig te Ultraschallkoppler-Herstellungsform 50, wobei allerdings von den Einzelteilen 72a, 72b, 72c und 72d lediglich das Einzelteil 72a einen Deckel und das Einzelteil 72c einen Boden jeweils aus Silikongummi bilden, während die übrigen Einzelteile aus metallischem Material bestehen. Die Gelbe reiche 60a und 60c (Fig. 2E), die mit dem Einzelteil 72a bzw. mit dem Einzelteil 72c in Kontakt gelangen, bilden Kontaktflächen mit der Körperoberfläche bzw. einem Ultra schallsensor. Damit ist es für diese Bereiche möglich, Glätte aufzuweisen. Das Verfahren zur Herstellung des Ultraschallkopplers 74 unter Verwendung dieser Form ist dasselbe Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform.

Sogar dann, wenn bei der zweiten Ausführungsform der Sili kongummi lediglich für die Einzelteile 72a und 72c verwen det wird, die mit den Bereichen 60a und 60c in Kontakt gelangen, welche Glätte erfordern, ist es möglich, denselben Effekt wie bei der ersten Ausführungsform zu erwarten.

Im folgenden wird die dritte Ausführungsform der vorliegen den Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3F er läutert.

Die Fig. 3A bis 3F zeigen Ansichten, die für das Verständ nis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallkopp lers gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, und die Fig. 3A bis 3D veran schaulichen dabei jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Herstellung des Ultraschallkopplers.

Eine Form 80 für die Herstellung des Ultraschallkopplers ist dabei im Grundaufbau dieselbe Form wie die in Fig. 1A gezeigte Ultraschallkoppler-Herstellungsform 50, wobei allerdings lediglich ein Einzelteil 82c aus Silikongummi in einer Dicke von 2 mm oder weniger hergestellt ist, und die Einzelteile 82b und 82d bestehen aus metallischem Material. Das Herstellungsverfahren zur Herstellung des Ultraschallkopplers 74 unter Verwendung dieser Form ist daßelbe Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.

Wenn bei der dritten Ausführungsform das Einzelteil 82c aus Silikongummi mit einer Dicke von 2 mm oder weniger in Form eines Filmes hergestellt ist, kann erwartet werden, daß das Einzelteil 82c in günstigerer Weise einer Volumen veränderung folgt, die mit dem Gefrieren und Auftauen der wäßrigen Lösung 56 verbunden ist, wodurch die geformte Oberfläche 60c (Fig. 3E) erzielt wird, die mit dem Einzel teil 82c in Kontakt gelangt, was hinsichtlich der Glätte zufriedenstellender ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4E die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be schrieben.

Die Fig. 4A bis 4E zeigen Ansichten, die für das Verständnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallkopplers gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, wobei die Fig. 4A bis 4C jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers veranschaulichen.

Eine Form 90 für die Herstellung des Ultraschallkopplers umfaßt eine Form 92, die aus taschenartigem Silikongummi mit einer Dicke von 2 mm oder weniger gebildet ist, und eine Form 96, die ein Loch 94 (Fig. 4D) bildet, welches für den Einsatz einer Ultraschallsonde 93 geeignet bzw. hergerichtet ist. Da die Ultraschallkoppler-Herstellungs form 90 die aus taschenartigem Silikongummi hergestellte Form 92 ist, ist keinerlei Anlaß dafür vorhanden, daß die Form aufgrund des Gefrierens und Auftauens der ein PVA- Polymersystem enthaltenden wäßrigen Lösung zerstört wird. Wenn die Form 96 entfernt wird, ist das Loch 94 für den Anschluß der Ultraschallsonde 93 bei der Herstellung eines Ultraschallkopplers 97 gebildet.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 5A bis 5F die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrie ben.

Die Fig. 5A bis 5F zeigen Ansichten, die für das Verständ nis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegen den Erfindung von Nutzen sind, wobei die Fig. 5A bis 5D jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Her stellung des Ultraschallkopplers veranschaulichen.

Eine Form 100 für die Herstellung des Ultraschallkopplers umfaßt eine obere Form 102 und eine untere Form 104 jeweils aus Silikongummi. Die obere Form 102 ist mit einem Ein laß 106 versehen für das Eingießen der wäßrigen Lösung, die ein PVA-Polymersystem enthält. In der Mitte der unte ren Form 104 ist ein konvexes -artiges Segment 105, im folgenden kurz konvexes, umgedrehtes T-artiges Segment genannt, gebildet, welches eine Verbindungsebene zwischen einer Ultraschallsonde (nicht dargestellt) und dem Ultra schallkoppler bildet. An dem konvexen, umgedrehten T-artigen Segment 105 ist ein Verbindungsteil 107 für die Verbindung der Ultraschallsonde mit dem Ultraschallkoppler angebracht.

Um den Ultraschallkoppler herzustellen, wird zunächst, wie in Fig. 5B veranschaulicht, eine ein PVA-Polymersystem enthaltende wäßrige Lösung 108 vom Gießeinlaß 106 in die Form 100 eingegossen. Die mit der wäßrigen Lösung 108 gefüllte Form 100 wird dem Abkühlungsprozeß unterhalb des Gefrierpunktes sowie dem Rückführungsprozeß auf Zimmer temperatur in einer solchen Häufigkeit unterzogen, daß eine Überbrückung des PVA fortschreitet, wodurch eine Gelierung fortschreitet. Die ein PVA-Polymersystem enthal tende wäßrige Lösung 108 nimmt im Volumen um etwa 10% zu, wenn sie gefroren ist, und das Volumen wird auf den früheren Wert bei Zimmertemperatur wiederhergestellt. Damit werden Ausdehnung und Zusammenziehung bezüglich der wäßrigen Lösung 108 wiederholt durchgeführt. Wie oben erwähnt, bestehen die obere Form 102 und die untere Form 104, die in ihrer Kombination die Ultraschallkoppler-Herstellungsform 100 bilden, jeweils aus Silikongummi. Damit dehnt sich die Form 100 in Übereinstimmung mit der Ausdehnung der gefrore nen wäßrigen Lösung 110 unterhalb des Gefrierpunktes aus. Demgemäß ist keinerlei Anlaß dafür gegeben, daß die Form 100 zerstört wird oder daß irgendeine Form der oberen Form 102 und der unteren Form 104, welche die Form 100 bilden, sich ablöst, so daß von der Form 100 abstehende Bereiche gebildet sind. Das Gel 112, welches dem Abkühlungsprozeß unterhalb des Gefrierpunktes sowie dem Wiederherstellungsprozeß auf Zimmertemperatur in einer bestimmten Häufigkeit unterzogen worden ist und das schließlich auf Zimmertemperatur aufge taut ist, wie dies in Fig. 5D veranschaulicht ist, ist mit der Konfiguration ausgestattet, die nach der Ultra schallkoppler-Herstellungsform 100 gemustert ist. Wie in Fig. 5E veranschaulicht, wird das Gel in Form des Ultra schallkopplers 114 abgelöst. Der an dem Ultraschallkoppler 114 gebildete Eingießtrichterteil 116 wird entfernt, so daß das Gel in eine bestimmte Konfiguration des Ultra schallkopplers 114 umgeformt wird, an dem das Verbindungs teil 107 angebracht ist, wie dies in Fig. 5F veranschaulicht ist.

In Übereinstimmung mit dem Verfahren zur Herstellung des Ultraschallkopplers unter Verwendung der Ultraschallkopp ler-Herstellungsform, wie sie oben erwähnt worden ist, ist es möglich, den Ultraschallkoppler herzustellen, der mit dem Verbindungsteil für den Anschluß der Ultraschall sonde versehen ist. Da die untere Form mit dem konvexen, umgedrehten T-artigen Segment versehen ist, welches nach der Konfiguration der Verbindungsebene des Ultraschall kopplers der Ultraschallsonde ausgeführt ist, zeigt die gebildete Verbindungsebene eine ausgezeichnete Glätte.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6A bis 6F die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be schrieben.

Die Fig. 6A bis 6F zeigen Ansichten, die für das Verständ nis eines Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschall kopplers gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung von Nutzen sind, wobei die Fig. 6A bis 6D jeweils in einer Schnittansicht eine Form für die Her stellung des Ultraschallkopplers veranschaulichen.

Eine Form 120 für die Herstellung des Ultraschallkopplers umfaßt eine obere Form 122 aus Metall und eine untere Form 124 aus Silikongummi. Die obere Form 122 ist mit einem Einlaß 126 für das Eingießen in der ein PVA enthaltenden wäßrigen Lösung versehen. In der Mitte der oberen Form 122 ist ein konvexes -artiges Segment 128, kurz konvexes, umgedrehtes T-artiges Segment genannt, gebildet, dessen eine Fläche 128a eine Verbindungsebene zwischen einer (nicht dargestellten) Ultraschallsonde und dem Ultraschallkoppler bildet. Das konvexe, umgedrehte T-artige Segment 128 ist mit solcher Konfiguration gebildet, daß die Fläche 128 nach unten weist. An dem konvexen, umgedrehten T-artigen Segment 128 ist ein Verbindungsteil 130 für die Verbindung der Ultraschallsonde mit dem Ultraschallkoppler angebracht. Die untere Form 124 weist eine Bodenwand 124a mit einer Dicke von 2 mm oder weniger auf. Damit kann erwartet werden, daß die untere Form 124 in günstigerer Weise einer Volumen änderung folgt, die mit dem Gefrieren und Auftauen der wäßrigen Lösung verbunden ist.

Um den Ultraschallkoppler herzustellen, wird zunächst, wie in Fig. 6B veranschaulicht, eine ein PVA-Polymersystem enthaltende wäßrige Lösung 132 vom Gießeinlaß 126 in die Form 120 eingegossen. Für die wäßrige Lösung 132 genügt es, soweit eingegossen zu werden, bis die Verbindungsebene 128a bedeckt ist; es ist unnötig, die wäßrige Lösung 132 soweit einzugießen, bis die Form 120 vollständig mit der wäßrigen Lösung 132 gefüllt ist. Nachdem die wäßrige Lösung 132 in die Form 120 gegossen ist, wird die Form 126 dem Abkühlungsprozeß unterhalb des Gefrierpunktes und dem Wiederherstellungsprozeß zur Wiederherstellung auf Zimmer temperatur in einer Häufigkeit unterzogen. Diese Prozesse sind bis zum Auftauen der wäßrigen Lösung auf Zimmertem peratur, wie in Fig. 6D veranschaulicht, dieselben, wie jene bei der in Fig. 5A bis 5E gezeigten fünften Ausfüh rungsform. Demgemäß sind in Fig. 6A bis 6D und in Fig. 5A bis 5D dieselben Einzelteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine zugehörige Erläuterung wird hier weg gelassen.

An dem Ultraschallkoppler 134 wird nach dem Ablösen, wie in Fig. 6E gezeigt, ein Verbindungsteil 130 angebracht. Eine bestimmte Konfiguration des Ultraschallkopplers 134, an welchem das Verbindungsteil für den Anschluß der Ultra schallsonde angebracht ist, wird ohne Notwendigkeit nach einem Entfernungsprozeß zur Entfernung eines Eingießtrich terteiles hergestellt.

Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Ultraschallkopplers unter Verwendung der Ultraschallkoppler-Herstellungsform, wie sie oben beschrieben worden ist, ist es möglich, den Ultraschallkoppler herzustellen, der mit dem Verbindungs teil für den Anschluß der Ultraschallsonde ausgestattet ist. Da die obere Form mit dem konvexen, umgedrehten T-arti gen Segment versehen ist, welches nach der Konfiguration der Verbindungsebene des Ultraschallkopplers mit der Ultra schallsonde ausgeführt bzw. gemustert ist, zeigt die ge bildete Verbindungsebene eine ausgezeichnete Glätte. In einem Falle, bei dem die Form nicht mit der wäßrigen Lösung ausgefüllt ist, wird überdies kein Eingießtrichterteil gebildet. Sogar dann, wenn der Eingießtrichterteil gebildet ist, besteht keinerlei Notwendigkeit nach einem Entfernungs prozeß zur Entfernung eines Eingießtrichterteiles. Somit ist es möglich, die Herstellungskosten zu senken. Die untere Form ist überdies mit einer Bodenwand versehen, die eine Dicke von 2 mm oder weniger aufweist. Damit kann erwartet werden, daß die untere Form in günstigerer Weise einer Volumenänderung folgt, die mit dem Gefrieren und Auftauen der wäßrigen Lösung verbunden ist. Wenn die der unteren Form zugeordnete Ebene als Kontaktebene mit der Körper oberfläche dient, kann daher eine Dämpfung der Ultraschall wellen weiter vermindert werden.

Es sei noch angemerkt, daß in Übereinstimmung mit den ent sprechenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben worden sind, ein Silikongummi als gummiartiger elastischer Körper verwendet wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der gummiartige elasti sche Körper nicht auf Silikongummi beschränkt ist. Irgend ein Körper bzw. Stoff ist als gummiartiger elastischer Körper akzeptabel, der chemisch stabil ist und der sowohl eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit als auch eine aus gezeichnete Kältebeständigkeit zeigt und der darüber hinaus der Ausdehnung und Zusammenziehung der wäßrigen Lösung folgen kann.

Die in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Ausfüh rungsformen hergestellten Ultraschallkoppler werden in wünschenswerter Weise in einem geschlossenen Behälter oder Gefäß aufbewahrt, wenn sie nicht benutzt werden, und zwar zum Zwecke der Vermeidung eines Verdunstens von Wasser.

Wenn die ein PVA enthaltende wäßrige Lösung, die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, der Ausdehnung und Zusammenziehung unterworfen ist, wird sie zu einem Gel, welches eine genügende Flexibilität (Härte bzw. Zähigkeit: 2,0 × 10⁴ dyn/cm²) aufweist, um sich an eine Unebenheit des menschlichen Körpers anzupassen, und welches eine hohe Zerreißfestigkeit (Festigkeit: 2,0 × 10⁶ dyn/cm²) aufweist. Darüber hinaus ist mit dem erzielten Gel eine Dämpfung der Ultraschallwellen extrem niedrig (Dämpfungskoeffizient: 0,1 dB/cm/MHz), und es zeigt eine ausgezeichnete akustische Anpassung an den menschlichen Körper (akustische Impedanz: 1,52 × 10⁶ kg/m²/s). Falls ein derartiges Gel als Ultraschall-Ausbreitungsmaterial verwendet wird, wird es somit möglich sein, einen ausge zeichneten Ultraschallkoppler zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallkopplers, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen einer Form für die Herstellung des Ultraschall kopplers (64), wobei zumindest ein Teil der Form mit einem gummiartigen elastischen Körper versehen ist, der Ausdeh nungs- und Zusammenziehungseigenschaften aufweist,
Eingießen einer ein Polymer enthaltenden wäßrigen Lösung (56) in die betreffende Form für die Herstellung des Ultra schallkopplers
und Herstellen des Ultraschallkopplers (64) durch Gefrieren und Auftauen der eingegossenen wäßrigen Lösung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß für den gummiartigen elastischen Körper zumindest ein Teil (52c) mit einer Dicke von 2 mm oder weniger verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Form zur Her stellung des Ultraschallkopplers eine erste Form (104) mit einem konvexen, umgedrehten T-artigen Segment (105) zur Bildung einer Verbindungsebene des Ultraschallkopplers für eine damit in Kontakt zu bringende Ultraschallsonde als Teil der Konfiguration des betreffenden Ultraschall kopplers und eine zweite Form (102) verwendet wird, die in Verbindung mit der genannten ersten Form zur Bildung der Konfiguration des Ultraschallkopplers aus allen Einzelteilen mit Ausnahme der genannten Verbindungsebene verwendet wird, wobei an der genannten ersten Form (104) ein Verbindungs teil (107) für die Verbindung des Ultraschallkopplers mit der Ultraschallsonde lösbar anbringbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß als erste Form (104) eine obere Form mit einer solchen Konfiguration verwendet wird, daß das konvexe, umgedrehte T-artige Segment nach unten zeigt und ein Einlaß für das Eingießen der wäßrigen Lösung weiter oben als das konvexe, umgedrehte T-artige Segment gebildet ist, und daß als zweite Form (102) eine untere Form mit einer Bodenwand verwendet wird, die einen gummiartigen elastischen Körper mit einer Dicke von 2 mm oder weniger aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gummiartiger elasti scher Körper ein Silikongummi verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer ein Poly vinylalkohol verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß ein gummi artiger elastischer Körper mit einem Ausdehnungskoeffi zienten von 40% oder mehr verwendet wird.