DE60314834T2

DE60314834T2 - Ultraschallsonde

Info

Publication number: DE60314834T2
Application number: DE60314834T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Omura; Tohru Mizuguchi; Koumei Hatano
Original assignee: GSK Corp Fuchu; Olympus Corp; GSK Corp
Current assignee: GSK Corp Fuchu; Olympus Corp; GSK Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: EP1430838B1; US20040215079A1; JP2004201138A; DE60314834D1; EP1430838A1; US7400079B2; JP4004396B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, der in einer Körperkavität vorzugsweise für eine Ultraschalldiagnose und dgl. verwendet wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein mechanisches Abtast-Ultraschallendoskop wird zur spektrografischen Diagnose der luminalen Oberflächenorgane und zur Ultraschalldiagnose der peripheren Organe und Gewebe durch Einführen eines speziellen Endoskops in den Verdauungstrakt z. B. die Speiseröhre, den Magen, den Zwölffingerdarm, den Dickdarm oder in den Harntrakt z. B. die Harnröhre, die Blase und den Harnleiter verwendet. Ein Ultraschallwandler zum Senden und Empfangen von Ultraschallwellen ist am distalen Endabschnitt des mechanischen Abtast-Ultraschallendoskops angebracht.
Der Ultraschallwandler des mechanischen Abtast-Ultraschallendoskops ist mit einer Außenkappe abgedeckt, die ein Harzelement zur Ultraschallsendung enthält. Die Außenkappe ist mit einem akustischen Medium gefüllt. Das akustische Medium sorgt für eine wirksame Ausbreitung der vom Ultraschallwandler erzeugten Ultraschallwellen im lebenden Körper. Das akustische Medium enthält als allgemeines Material isolierendes Öl wie flüssiges Paraffin und Butanediol.
Das isolierende Öl hat jedoch eine hohe Schalldämpfungsrate. Als Folge tritt beim hochfrequenten Ultraschallendoskop, das ein Bild mit hoher Auflösung liefern kann, das Problem auf, dass ein Ultraschallsignal im akustischen Medium gedämpft und deshalb kein gutes Bild erhalten wird.
Um zu verhindern, dass dieses Problem auftritt, enthält das akustische Medium Wasser mit geringer Schalldämpfung oder eine wässrige Lösung, die durch Hinzufügen eines Additivs zum Wasser erhalten wird (im Folgenden einfach als wässrige Lösung bezeichnet).
Der Ultraschallwandler ist der wässrigen Lösung über einen langen Zeitraum ausgesetzt, weshalb sich die Eigenschaften des Ultraschallwandlers allmählich verschlechtern. Um die Verschlechterung der Eigenschaften des Ultraschallwandlers zu verhindern, wird deshalb die wässrige Lösung bei jeder Ultraschallendoskopuntersuchung eingespritzt und nach Abschluss der Untersuchung wieder entfernt.
Wenn jedoch das Ultraschallendoskop in die Körperkavität eingeführt ist, gestalten sich Einspritzen und Entfernen der wässrigen Lösung vor bzw. nach der Untersuchung für den Bediener angesichts der Konfiguration des Ultraschallendoskops schwierig.
Beim Ultraschallendoskop mit dem hochfrequenten Ultraschallwandler wird der Ultraschallwandler mit einer Dünnfilmbeschichtung (im Folgenden: wasserdichte Beschichtung) versehen, für die ein Harz mit hoher Wasserbeständigkeit verwendet wird.
Wenn der Ultraschallvibrator jedoch mit der wasserdichten Beschichtung versehen ist und über eine lange Zeit in der wässrigen Lösung verbleibt, ist es schwer, die Verschlechterung der Leistung des Ultraschallvibrators vollständig zu verhindern.
Verschiedene Studien verdeutlichen dominante Faktoren der Leistungsverschlechterung des Ultraschallvibrators. Der Ultraschallvibrator bleibt nämlich lang in der wässrigen Lösung eingetaucht, die wässrige Lösung dringt durch die wasserdichte Beschichtung und in den Vibrator und erreicht schließlich das den Ultraschallvibrator bildende Stützelement, wodurch dieses aufquellt und seine Eigenschaften ändert.
Die EP-A-0589396 und die US-A-5884627 offenbaren Ultraschallwandler gemäß dem Stand der Technik, während die US-A-5766703 einen synthetischen Kautschuk offenbart, der NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), EPDM (ethylen-propylene terpolymer) und feine anorganische Pulver enthält.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallsonde und einen Ultraschallvibrator für Körperkavitäten mit einem Stützelement bereitzustellen, das in hohem Maße wasserdicht ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Ultraschallsonde einen Ultraschallwandler der durch aufeinander folgende Schichtbildung aus einer akustischen Linse, einer akustischen Anpassungsschicht, eines piezoelektrischen Elements und eines Stützelements gebil det wird. Das Stützelement, das am piezoelektrischen Element auf der der Oberfläche gegenüberliegenden Seite der akustischen Anpassungsschicht und der akustischen Linse angeordnet ist, besteht aus einem synthetischen Kautschuk zur Dämpfung der Ultraschallwellen, der Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (NBR; acrylonitrile-butadiene rubber), Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM; ethylen-propylene terpolymer) und ein Gemisch mit zumindest anorganischen feinen Pulvern enthält.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Gesamtkonfiguration einer diagnostischen Ultraschallvorrichtung;
2 ist ein Diagramm der Konfiguration eines Ultraschallwandlers, der an der Seite des distalen Endes eines Ultraschallendoskops angeordnet ist; und
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist ein diagnostisches Ultraschallsystem 1 im Wesentlichen ein Ultraschallendoskop 2 und eine Ultraschall-Beobachtungsvorrichtung 6 auf. Das Ultraschallendoskop 2 hat z. B. eine Ultraschallsonde und ein optisches Beobachtungsmittel und ist trennbar mit der Ultraschall-Beobachtungsvorrichtung 6 verbunden.
Der distale Endabschnitt eines Einführabschnitts des Ultraschallendoskops 2 hat ein piezoelektrisches Element (siehe 2) 4, das einen Ultraschallwandler 3 zum Senden und Empfangen von Ultraschallwellen zu/von einem Objekt bildet.
Die Ultraschall-Beobachtungsvorrichtung 6 führt die Signalverarbeitung für das piezoelektrische Element 4 aus und erzeugt ein Bildsignal zur Anzeige eines tomografischen Ultraschallbildes (B-Mode-Bild) auf einem Monitor 5.
Das Ultraschallendoskop 2 hat einen länglichen flexiblen Einfuhrabschnitt 11, der in die Körperkavität eingeführt wird. Ein Bedienungsabschnitt 12 ist am proximalen Ende des Einführabschnitts 11 angeordnet. Ein Kabelabschnitt 13 erstreckt sich vom Bedienungsabschnitt 12 aus. Ein Steckverbinder 14 ist an einem Endabschnitt des Kabelabschnitts 13 angeordnet. Der Steckverbinder 14 wird trennbar mit der Ultraschall-Beobachtungsvorrichtung 6 verbunden.
Eine flexible Welle 21 ist im Einfuhrabschnitt 11 des Ultraschallendoskops 2 eingebaut. Der Ultraschallwandler 3 ist am distalen Ende der flexiblen Welle 21 über eine starre Welle 41 angebracht. Das proximale Ende der flexiblen Welle 21 ist mit einem Motor 22 verbunden, der im Bedienungsabschnitt 12 angeordnet ist.
Durch die Rotation des Motors 22 rotieren die flexible Welle 21 und der Ultraschallwandler 3. Damit werden die vom piezoelektrischen Element 4, das den Ultraschallwandler 3 bildet, gesendeten Ultraschallwellen mechanisch radial abgetastet.
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist ein Koaxialkabel 23 mit dem piezoelektrischen Element 4 im Ultraschallwandler 3 verbunden. Das Koaxialkabel 23 wird in einen hohlen Abschnitt der flexiblen Welle 21 eingeführt und mit einem Schleifring 24 im Bedienungsabschnitt 12 verbunden. Ein mit dem Kontakt an der Statorseite des Schleifrings 24 verbundenes Kabel 25 wird an einen Sende- und Empfangsabschnitt 27 zum Senden und Empfangen des Signals in der Ultraschall-Beobachtungsvorrichtung 6 angeschlossen.
Ein Drehcodierer 28 zum Erfassen des Motors 22 und des Rotationswinkels des Motors 22 ist über das Kabel 25 mit einer Systemsteuerung 29 in der Ultraschall-Beobachtungsvorrichtung 6 verbunden.
Die Systemsteuerung 29 steuert die Rotation des Motors 22 sowie Senden und Empfangen der Ultraschallwellen. Der Sende- und Empfangsabschnitt 27 legt ein Treibersignal an das piezoelektrische Element 4 im Ultraschallwandler 3 an, wodurch die Ultraschallwellen gesendet werden. Ein vom piezoelektrischen Element 4 gesendetes und vom Objekt reflektiertes Signal wird vom piezoelektrischen Element 4 empfangen und in ein Echosignal gewandelt. Das Echosignal wird verstärkt, dann von einem A/D-Wandler (nicht dargestellt) in ein digitales Signal gewandelt und unter der Steuerung der Systemsteuerung 29 in einem Hilfsbildspeicher 30 gespeichert.
Die im Bildspeicher 30 gespeicherten Echosignaldaten sind Rasterdaten in radialer Richtung, werden von einem digitalen Abtastwandler (im Folgenden mit DSC (digital scan converter) abgekürzt) 31 in Daten des orthogonalen Koordinatensystems gewandelt und über den D/A-Wandler 32 an den Monitor 5 ausgegeben. Folglich wird das B-Mode-Bild auf dem Bildschirm des Monitors 5 angezeigt.
Eine Außenkappe 36 zum Abdecken des Ultraschallwandlers 3 ist am distalen Endabschnitt 35 des Einführabschnitts 11 angebracht. Die Außenkappe 36 ist mit einem akustischen Medium 37 wie einer wässrigen Lösung gefüllt, um die Ultraschallwellen gering gedämpft zu senden.
Der distale Endabschnitt 35 hat ein optisches Beleuchtungsfenster und ein optisches Beobachtungsfenster, um so ein optisches Beobachtungsmittel für die endoskopische Untersuchung bereitzustellen.
Nachfolgend wird die Konfiguration des Ultraschallwandlers 3 unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Der Ultraschallwandler 3 ist mit einem Halter 42 verbunden und daran befestigt. Wie aus den 2 und 3 zu ersehen ist, weist der Ultraschallwandler 3 hauptsächlich das piezoelektrische Element 4, eine akustische Anpassungsschicht 45, eine akustische Linse 46 und ein Stützelement 47 auf.
Das piezoelektrische Element 4 ist scheibenförmig. Elektroden 44a und 44b sind jeweils an der einen und der anderen Seite an den Oberflächen des piezoelektrischen Elements 4 vorgesehen. Der Übersichtlichkeit halber werden die Elektroden 44a und 44b in 3 als obere Elektrode 44a bzw. untere Elektrode 44b bezeichnet.
Die akustische Anpassungsschicht 45 ist scheibenförmig und auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements 4 in Senderichtung des Ultraschalls angeordnet. Die Senderichtung des Ultraschalls ist in 2 mit dem Bezugszeichen O gekennzeichnet. Die Oberfläche des piezoelektrischen Elements 4 in Senderichtung des Ultraschalls wird als vordere oder obere Oberfläche und in funktionaler Hinsicht als Ultraschallsende- und -empfangsoberfläche bezeichnet.
Wenn die Wellenlänge der Mittenfrequenz der im piezoelektrischen Element 4 erzeugten Ultraschallwelle als λ ausgedrückt wird, beträgt das Dickenmaß der akustischen Anpassungsschicht 45 1/4 von λ, d. h. λ/4. Die akustische Anpassungsschicht besteht aus einem Material mit einem Wert zwischen der akustischen Impedanz des piezoelektrischen Elements 4 und der akustischen Impedanz des akustischen Mediums 37.
Die akustische Linse 46 ist optisch plankonvexförmig und auf der oberen Oberfläche der akustischen Anpassungsschicht 45 angeordnet. Die akustische Linse 46 konvergiert die vom piezoelektrischen Element 4 gesendeten Ultraschallwellen.
Das Stützelement 47 ist an der hinteren Oberfläche gegenüber der Seite in Senderichtung O des Ultraschalls des piezoelektrischen Elements 4 angeordnet. Das Stützelement 47 dämpft die Ultraschallwellen.
Eine Masseleitung 23b und eine Signalleitung 23a des Koaxialkabels 23 sind mit der oberen Elektrode 44a bzw. der unteren Elektrode 44b verbunden.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, ist die Oberfläche des Ultraschallwandlers 3 in der Außenkappe 36 durch einen Halter 42 und einen Oberflächenbeschichtungsfilm 48 wie Parylen geschützt.
Zumindest ein dem Ultraschallwandler 3 gegenüberliegender Abschnitt der Außenkappe 36 besteht aus einem Material, das die Ultraschallwellen durchlässt, wie einem Polyethylenharzelement, und bildet ein akustisches Fenster zum Senden und Empfangen der Ultraschallwellen.
Gemäß der Ausführungsform enthält das Stützelement 47, das an der hinteren Oberflächenseite als die der Ultraschallsende- und -empfangsoberfläche des piezoelektrischen Elements 4 gegenüberliegende Oberfläche angeordnet ist, einen synthetischen Kautschuk, der hauptsächlich Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (NBR; acrylonitrile-butadiene rubber), Ethylen-Propy len-Terpolymer (EPDM; ethylen-propylene terpolymer) und dem ferner mindestens ein Füllstoff aus anorganischen feinen Pulvern wie Metall- und Glaspulvern beigemischt ist.
Durch Variieren der Menge des Füllstoffs erhält das Stützelement 47 eine Härte, einen Ultraschall-Absorptionskoeffizienten und eine akustische Impedanz, die der Härte gemäß JIS-AHS von 94, dem Ultraschall-Absorptionskoeffizienten 15[dB/mm] bei 5 MHz und der akustischen Impedanz von 5,7 × 10⁶ [kg/(m²·sec)] eines herkömmlichen Ferrit enthaltenden Stützelements entspricht.
In diesem Fall besteht das Stützelement 47 aus einem Gemisch, das im Wesentlichen Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (NBR) und Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM) enthält und dem ferner mindestens ein Füllstoff aus anorganischen feinen Pulvern wie Metall- und Glaspulvern beigemischt ist. Bei dieser Konfiguration wird im Vergleich mit der herkömmlichen Technik ein synthetischer Kautschuk mit einer Härte 80 bis 100 Grad (JIS-AHS) auf der A-Skala gemäß JISK6253 und einem Ultraschall-Absorptionskoeffizienten 10 (dB/mm) oder darüber bei 5 MHz als Stützelement 47 verwendet, der somit eine höhere mechanische Festigkeit hat. Ferner wird die Eigenschaft der Wasserdichtheit verbessert, und in dem Fall, in dem das Stützelement 47 im akustischen Element 37, das eine wässrige Lösung mit geringer Dämpfung enthält, verwendet wird, wird die alterungsbedingte Verschlechterung der Ultraschalleigenschaften wie Empfindlichkeit und Spektrum auf ein Minimum gesenkt. Das bedeutet, dass der Ultraschallwandler 3 mit stabilen Eigenschaften verwirklicht wird.
Wenn das Stützelement 47 einen Absorptionsprozentsatz 2,5% oder weniger (gemäß JISK6258 und JISK7209) und eine akustische Impedanz von 1 × 10⁶ bis 8 × 10⁶ [kg/(m²·sec)] als Eigenschaften hat, wird die Verschlechterung der Ultraschalleigenschaften wie Empfindlichkeit und Spektrum auf ein Minimum gesenkt.
Es sind verschiedene Verfahren zur Messung des Absorptionsprozentsatzes geprüft worden. Z. B. ist bei dem in der JIS7209 vorgeschriebenen Prüfsystem der Absorptionsprozentsatz von Kunststoff die Masseänderung des Gegenstands, nachdem dieser unter konstanten zeitlichen Bedingungen und konstanten Temperaturbedingungen in Wasser getaucht worden war.
Der Absorptionsprozentsatz des das Stützelement im Ultraschallwandler bildenden synthetischen Kautschuks wird im Wesentlichen gemäß der JISK6258 gemessen und ist die Masseänderung des Gegenstands, nachdem dieser in Wasser getaucht worden war.
Gemäß der Ausführungsform wird das Prüfsystem unter den tatsächlichen Umgebungsbedingungen wie folgt aufgebaut.
Dabei ist der Gegenstand (auch als Prüfling bezeichnet) ein Plattenelement mit den Abmessungen 20 mm × 20 mm und einer Dicke von 1,5 bis 2 mm, und die Masse M0 wird mittels einer elektronischen Präzisionswaage bestimmt. Dann wird der Prüfling in 15 bis 20 mm tiefes Wasser getaucht und 48 ± 1 Stunde lang in einer thermostatischen Kammer mit einer Umgebungstemperatur von 55 ± 2°C belassen.
Nach der vorgegebenen Zeit wird der Prüfling aus der thermostatischen Kammer entnommen und trocknet 15 bis 30 Minuten an der Luft. Die Masse M1 des Prüflings wird mittels der elektronischen Präzisionswaage ermittelt.
Danach wird der Absorptionsprozentsatz nach der Formel (M1 – M0)/M0 mit dem oben bestimmten Wert berechnet.
Wolfram kann als Metallpulver des Füllstoffs verwendet werden. Seit kurzem wird als diagnostische Ultraschallanwendung die Ultraschalluntersuchung während der Erstellung eines offenen Kernsein-(MRI; nuclear magnetic resonance imaging) Tomogramms angewendet. Ein Ultraschallwandler für die offene MRI-Maschine wird entwickelt. Das am Ultraschallwandler angebrachte Stützelement ist mit magnetischem Pulver wie Ferrit gefüllt, so dass die Diagnose störende Artefakte im MRI-Bild entstehen könnten. Deshalb kann in diesem Fall, das das Stützelement 47 im Ultraschallwandler 3 bildende Füllmittel Metalloxide wie nicht magnetisches und nicht leitfähiges Wolframoxid enthalten, um eine Beeinflussung des MRI-Bildes zu verhindern.
Wie oben erwähnt weist die Ultraschallsonde des Ultraschallendoskops 2 hauptsächlich den Ultraschallwandler 3, die Außenkappe 36, das akustische Medium 37, den Kabelabschnitt 13 und den Steckverbinder 14 auf.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Ausführungsform beschrieben.
Der Einfuhrabschnitt 11 des Ultraschallendoskops 2 von 1 wird in den lebenden Körper eingeführt. Wenn zusätzlich zur optischen Untersuchung mittels des Beobachtungsmittels am distalen Endabschnitt 35 eine akustische Untersuchung erforderlich ist, wird die Außenkappe 36 mit der Oberfläche des zu untersuchenden Abschnitts in Berührung gebracht.
Danach wird ein einen Impuls übertragendes Signal von der Sende- und Empfangseinheit 27 an das piezoelektrische Element 4 des Ultraschallwandlers 3 gelegt. Die Ultraschallwellen werden vom piezoelektrischen Element 4 angeregt, zur akustischen Linse 46 konvergiert und gesendet.
Die Ultraschallwellen breiten sich durch das akustische Medium 37 aus, werden zu einem akustischen Fensterabschnitt in der Außenkappe 36 gegenüber dem piezoelektrischen Element 4 gesendet und zu der den lebenden Körper berührenden Seite des akustischen Fensterabschnitts gesendet.
Die akustische Impedanz des lebenden Körpers beträgt ca. 1,5 × 10⁶ [kg/(m²·sec)]. Die akustische Impedanz des akustischen Fensterabschnitts entspricht etwa der des lebenden Körpers und deshalb werden die reflektierten Wellen der Ultraschallwellen an der Kontaktfläche zwischen der Außenoberfläche und dem lebenden Körper reduziert.
Die zur Seite des lebenden Körpers gesendeten Ultraschallwellen werden von einem Abschnitt reflektiert, wo sich die akustische Impedanz an der Seite des lebenden Körpers ändert. Die reflektierten Ultraschallwellen verlaufen über einen Weg entgegengesetzt dem der Aussendung. D. h., die Ultraschallwellen werden vom piezoelektrischen Element 4 empfangen, in ein elektrisches Signal, d. h. ein Echosignal, gewandelt, von der Sende- und Empfangseinheit 27 erfasst und verstärkt, danach A/D-gewandelt und sequentiell im Bildspeicher 30 als Rasterdaten der Ultraschalldaten gespeichert.
Die Rasterdaten werden vom DSC 31 in die Rasterdaten des orthogonalen Koordinatensystems gewandelt, vom D/A-Wandler 32 in ein analoges Videosignal gewandelt und zusammen mit einem Synchronsignal (nicht dargestellt) an den Monitor 5 ausgegeben. Folglich wird das B-Mode-Bild auf dem Bildschirm des Monitors 5 angezeigt.
Gemäß der Ausführungsform ist die Außenkappe 36 am distalen Endabschnitt des Ultraschallendoskops 2 mit dem akustischen Medium 37 wie Wasser gefüllt und der Ultraschallwandler ist in das akustische Medium 37 getaucht. Das Stützelement 47 zum Dämpfen der Ultraschallwellen enthält das vorzugsweise wasserdichte Material, das einen hohen Absorptionskoeffizienten hat, an der hinteren Oberfläche der der Ultraschallsende- und -empfangsoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des die Ultraschallwellen im Ultraschallwandler 3 erzeugenden piezoelektrischen Elements 4. Die alterungsbedingte Änderung wird deshalb auf ein Minimum reduziert, d. h. die alterungsbedingte Verschlechterung der Ultraschalleigenschaften wird im Vergleich zur herkömmlichen Technik minimiert.

In der folgenden Tabelle werden die Ergebnisse der Tests zur Bestimmung des Absorptionsprozentsatzes gemäß JISK7209 (Masseänderung nach 48-stündigem Tauchen in destilliertem Wasser von 55°C) mit dem Stützelement 47 gemäß der Ausführungsform und mit dem herkömmlichen Ferrit enthaltenden Stützelement zum Vergleich zusammengestellt. (48-stündiges Tauchen in destilliertem Wasser von 55°C)

STÜTZELEMENT	ABSORPTIONSPROZENTSATZ	AKUSTISCHE IMPEDANZ [kg/(m²·sec)]	ULTRASCHALLABSORPTIONSKOEFFIZIENT [dB/mm] (5 MHz)
STÜTZELEMENT GEMÄSS AUSFÜHRUNGSFORM	0,5%	5,7 × 10⁶	17,2
FERRIT ENTHALTENDES STÜTZELEMENT	4,9%	5,7 × 10⁶	15,0

Wie in der Tabelle angegeben ist im Vergleich zum herkömmlichen Ultraschallwandler mit dem Ferrit enthaltenden Stützelement die Eigenschaft der Wasserdichtheit beim Ultraschallwandler 3 mit dem Stützelement 47 als Hauptbestandteil gemäß der Ausführungsform extrem verbessert und die alterungsbedingte Verschlechterung der Eigenschaften minimiert worden.
Die akustische Impedanz wird durch Verringern des Füllstoffs auf 1 × 10⁶ [kg/(m²·sec)] gesenkt.
Weiterhin wird der Ultraschallwandler mit hoher Empfindlichkeit durch Optimieren der akustischen Anpassungsschicht und des Stützelements 47 mit niedriger akustischer Impedanz gebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das akustische Medium nicht auf die wässrige Lösung mit geringer Dämpfung der Ultraschallwellen beschränkt, sondern kann auch Öl mit geringer Dämpfung der Ultraschallwellen sein.
Nachdem die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, dürfte es sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf genau diese Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass der Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vornehmen könnte, ohne vom Gültigkeitsbereich der Erfindung gemäß Definition in den angefügten Ansprüchen abzuweichen.

Claims

Ultraschallsonde, die einen Ultraschallwandler (3) aufweist, wobei der Ultraschallwandler durch aufeinander folgende Schichtbildung ferner aufweist: eine akustische Linse (46); eine akustische Anpassungsschicht (45); ein piezoelektrisches Element (4); und ein Stützelement (47), dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement zur Dämpfung der Ultraschallwellen, das auf einer der Oberfläche gegenüberliegenden Seite der akustischen Anpassungsschicht und der am piezoelektrischen Element angeordneten akustischen Linse angeordnet ist, aus einem synthetischen Kautschuk mit einem Gemisch aus Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (NBR; acrylonitrile-butadiene rubber), Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM; ethylen-propylene terpolymer) und zumindest anorganischen feinen Pulvern besteht.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der das Stützelement die Eigenschaften hat: Härte 80 bis 100 Grad auf der A-Skala gemäß JISK6253 und Ultraschall-Absorptionskoeffizient 10 oder darüber [dB/mm] bei einer Frequenz von 5 MHz.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Außenkappe, durch die der Ultraschallwandler in ein akustisches Medium getaucht wird, wobei das in das akustische Medium getauchte Stützelement einen Absorptionsprozentsatz von 2,5% oder weniger und eine akustische Impedanz im Bereich von 1 × 10⁶ bis 8 × 10⁶ [kg(m²·sec)] hat.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine flexible Welle, die den Ultraschallwandler mittels eines Antriebsmotors dreht.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Beschichtungsfilm, der den Ultraschallwandler abdeckt und ihn gegen das akustische Medium schützt.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der das akustische Medium Wasser mit geringer Dämpfung der Ultraschallwellen, eine wässrige Lösung, die durch Hinzufügen eines Additivs zum Wasser erhalten wird, oder Öl mit geringer Dämpfung der Ultraschallwellen ist.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der der Ultraschallwandler mindestens aufweist: ein piezoelektrisches Element, das Ultraschallwellen empfängt und sendet; und ein Stützelement, das an der hinteren Oberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, wobei das Stützelement ein Gemisch enthaltend synthetischen Kautschuk aus Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM) und zumindest anorganische feine Pulver ist, und das Stützelement aus einem synthetischen Kautschuk besteht mit den Eigenschaften: Härte 80 bis 100 Grad auf der A-Skala gemäß JISK6253 und Ultraschall-Absorptionskoeffizient 10 oder darüber [dB/mm] bei einer Frequenz von 5 MHz.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der der Ultraschallwandler mindestens aufweist: ein piezoelektrisches Element, das Ultraschallwellen empfängt und sendet; und ein Stützelement, das an der hinteren Oberflächenseite des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, wobei das Stützelement ein Gemisch enthaltend synthetischen Kautschuk aus Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM) und zumindest anorganische feine Pulver ist, das Stützelement aus einem synthetischen Kautschuk besteht mit den Eigenschaften: Härte 80 bis 100 Grad auf der A-Skala gemäß JISK6253 und Ultraschall-Absorptionskoeffizient 10 oder darüber [dB/mm] bei einer Frequenz von 5 MHz, und das Stützelement ferner die Eigenschaft hat, dass der Absorptionsprozentsatz 2,5% oder weniger beträgt und die akustische Impedanz im Bereich von 1 × 10⁶ bis 8 × 106 [kg(m²·sec)] liegt.