DE69112527T2

DE69112527T2 - Hochbelastbare ultraschall-fokussiereinrichtung mit facettierter halterung.

Info

Publication number: DE69112527T2
Application number: DE69112527T
Authority: DE
Inventors: First Ford; Richard Grey
Original assignee: Credo Group Inc
Current assignee: Credo Group Inc
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: DE69112527D1; AU7306191A; EP0466910A4; EP0466910A1; US5050588A; ATE127263T1; EP0466910B1; WO1991011960A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Hochenergie-Ultraschalivorichtungen, welche Ultraschallenergie in einem Invivo-Fokussierpunkt konzentrieren für die Behandlung von Konkrementen und Koagulationen

Hintergrund

Lithotripsie (Steine brechende) Maschinen fokussieren Ultraschallenergie in Steinen (oder anderen internen Orten) um die Steine auf eine Grösse zu erodieren, die vom Patienten ausgeschieden werden kann. Die Ultraschallenergie wird durch piezoelektrische Kristallwandler erzeugt, welche in einer Linseneinrichtung angebracht sind. Die Wandler werden einer internen Spannung oder "Belastung" durch ein starkes elektrisches Feld unterworfen und gleichzeitig entlastet um einen gemeinsamen Ultraschallenergiepuls zu erzeugen.
Bis anhin wurden die Kristallwandler auf der Rückseite einer flachen Linsenplattenanordnung montiert, welche eine flache Montagefläche für die Wandler bot. Die Vorderseite der Linsenanordnung war eine einzige grosse konkave Oberfläche, welche dazu bestimmt war, die Ultraschallenergie von allen Wandlern in einem Invivo-Punkt im Patienten zu fokussieren. Das gleichzeitige Auslösen der Wandler förderte eine "Inphasen-" Beziehung zwischen den Einzelpulsen jedes Wandlers, wodurch die Pulsintensität des effektiven Pulses erhöht wurde.
Allerdings hatten Wandler nahe am Rand der flachen Linsenplattenanordnung eine längere Ultraschallweglänge zum Zielbereich als Wandler nahe beim Zentrum. Als Folge dieser Randverzögerung traf die Pulsenergie der peripheren Wandler später im Zielbereich ein. Der resultierende Phasenverlust reduzierte die Intensität des Sammelpulses. Eine Korrekturkurve für die Linsenanordnung war erforderlich, die eine im allgemeinen eliptische oder abgeplattete Form hatte, um den peripheren Astigmatismus zu korrigieren. Die Randverzögerung konnte nicht durch eine einfache konkave Kurve mit einer echt sphärischen Form korrigiert werden.
Die US A 4,787,394 offenbart bereits ein Ultraschallgerät gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesem Stand der Technik sind Ultraschallstrahlsender auf einer konkaven inneren Oberfläche einer gebogenen Halterungsplatte montiert.
Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Hochenergielinseneinrichtung zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine solche Linseneinrichtung zu schaffen, welche effizienter ist und höhere Pulsintensitäten bei geringerer Arbeitsspannung und Linsenfläche liefert.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine solche effiziente Linseneinrichtung zu schaffen, welche eine einfache Kurve mit einer echt sphärischen Oberfläche verwendet.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, solch eine Linseneinrichtung zu schaffen, welche die Ultraschallenergie mit minimaler Randverzögerung konvergieren lässt.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine solche Linseneinrichtung zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger ist.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine solche Linseneinrichtung zu schaffen, die eine höhere Standzeit hat und einfacher in der Wartung ist.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine solche Linseneinrichtung zu schaffen, die in Sektoren betrieben werden kann.
Um diese Ziele zu erreichen schafft die Erfindung eine Vorrichtung, wie sie im Anspruch definiert ist, und weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Kurzum, diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, dass ein starres gekrümmtes Halterungsmittel vorgesehen ist, welches einen Invivo-Zielbereich definiert. Die konvexe äussere Oberfläche des gekrümmten Halterungsmittel hat eine Mehrzahl von allgemein planaren auf ihr ausgebildeten Halterungsfacetten. Eine Mehrzahl von elektro-zuultraschall-Wandler sind auf der äusseren Oberfläche des Halterungsmittels angebracht. Jeder Wandler hat eine innere Halterungsfläche, welche allgemein planar für die Montage für eine der Halterungsfacetten ist. Die grössere Abmessung jedes Wandlers erstreckt sich allgemein parallel zur darunterliegenden Halterungsfacette und die kleinere Abmessung erstreckt sich im allgemeinen senkrecht zur darunterliegenden Halterungsfacette. Weiter hat jeder Wandler eine äussere Kontaktfläche für den Anschluss an eine Spannung. Ein elektrisches Anschlussmittel errichtet ein elektrisches Feld über jedem Wandler zwischen der äusseren Kontaktfläche und der inneren Halterungsfläche für die Umwandlung in Ultraschallenergie. Die konkave innere Oberfläche der inneren Halterung hat eine Mehrzahl von fokussierenden Oberfläche, wobei jeweils eine fokussierende Oberfläche unmittelbar gegenüberliegend zu jeder Halterungsfläche auf der äusseren Oberfläche vorgesehen ist. Jede fokussierende Oberfläche bildet eine Ultraschalleinheit mit der gegenüberliegenden Halterungsfläche und dem Wandler, welcher darüber montiert ist, um die Ultraschallenergie zum Wandler zu fokussieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Linsenanordnung und der Konvergenz der Ultraschallenergie werden ersichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnung, in welcher:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer allgemeinen Ultraschallithotripsiemaschine mit einer Hochenergie-Linsenanordnung ist;
Fig. 2 eine fragmentarische Querschnittansicht einer Linseneinrichtung ist, welche die äusseren Halterungsflächen und die inneren Fokussieroberfläche zeigt;
Fig. 3 eine Rückseitenansicht der Wandleranordnung ist, welche zeigt, dass die Wandlerzentren in einem Muster mit konzentrischen Hexagonen mit interstitiellen Räumen zwischen benachbarten Wandlern ist; und
Fig. 4 eine Querschnittansicht einer Wandleranordnung ist, welche Fokussierkappen aufweist, die auf der Innenseite der Linsenhalterung anstelle der bearbeiteten Oberfläche gemäss Fig. 2 angebracht sind.
Jedes Element der Erfindung ist mit einer Bezugszahl mit 2 Zifern bezeichnet. Die erste Ziffer zeigt die Figur an, in welcher das Element zum erstenmal gezeigt oder vorwiegend beschrieben ist. Die zweite Ziffer zeigt Merkmale und strukturelle Elemente an, die in allen Figuren gleich sind. Einige Bezugszahlen sind durch einen Buchstaben gefolgt, welcher einen Bestandteil des Merkmals dieses Elements angibt.

Allgemeine Ausführungsform (Fig. 1)

Ein Hochenergie-Ultraschall-Gerät 10 hat eine Linseneinrichtung 11, welche durch eine Anordnung von elektro-zu-Ultraschall- Wandlern 12 geformt wird, welche auf der konvexen äusseren Oberfläche des starren, schalenförmigen Halterungsmittels 13 angebracht sind. Die Kontur des Halterungsmittel definiert eine Fokusstiefe oder einen Invivo-Zielbereich 14. Der Patent 14B ist auf einem einstellbaren Tisch 14T positioniert nahe beim Energiefenster 14W, so dass der Invivo-Behandlungsort mit dem Zielbereich zusammenfällt. Der Raum zwischen der Linseneinrichtung und dem Patienten enthält eine geeignete Uebertragungsflüssigkeit 14F wie z.B. Wasser, Oel oder Glyzerin, innerhalb des starren Gehäuses 14H. Eine flexible Membran 14N über den Energiefenster erlaubt eine Flüssigkeit-zu-Patient Schnittfläche.
Kristallmaterial innerhalb der Wandler 12 wird periodisch belastet durch eine Hochspannung der Spannungsguelle 15V. Die Belastungsspannung wird auf jeden Wandler angewendet durch geeignete elektrische Verteilerleitungen wie z.B. das leitende Netzwerk 15N, welches an einem Ende der Spannung angeschlossen ist. In der Ausführungsform der Fig. 1 ist das Halterungsmittel 13 unter den Wandlern leitfähig und wirkt als innerer Verteilungsleiter, welcher am anderen Spannungsanschluss angehängt ist. Die angewendete Spannung errichtet ein elektrisches Feld über jedem Kristallwandler. Die Wandler werden schnell entlastet durch das Schaltungssystem 16. Der Einzelultraschallenergiepuls jedes Wandlers geht ein in einen Sammelpuls, welcher gegen den Zielbereich konvergiert und hochkonzentriert wird.
Ein Entgasungssystem 17 extrahiert kontinuierlich gasförmiges Material wie athmosphärische Luft, welches aufgelöst oder in Suspension gegangen ist in der Uebertragungsflüssigkeit. Die konzentrierte Ultraschallenergie, welche durch die Flüssigkeit hindurchgeht bringt gasförmiges Material zur Bildung von Blasen welche Ultraschallwellen streuen oder ablenken.

Halterungsfacetten (Fig. 2)

Die hintere oder äussere Seite des Halterungsmittels 13 hat eine konvexe Oberfläche, welche so bearbeitet worden ist, dass eine Mehrzahl von planaren Halterungsflächen 23F gebildet wird. Jede Fläche hat eine normale zentrale Linie 23N welche senkrecht zur Ebene der Facette ist. Die Facetten sind so orientiert, dass die zentralen Linien durch ein gemeinsames Krümmungszentrum 14C im Zielbereich 14 laufen. Das Halterungsmittel ist symmetrisch um eine primäre Achse 13P gekrümmt, welche vorzugsweise die normale zentrale Linie durch den Zentrumswandler 32P ist (siehe Fig. 3).
Jeder Wandler 12 hat eine innere Halterungsfläche 22M, welche mit einer der Halterungsfacetten 23F entlang einer Verbindungslinie 22B im Eingriff steht. Jeder Wandler hat eine hintere oder äussere Elektrodenfläche 22E, welche elektrisch an das Netzwerk 25N durch ein geeignetes leitendes Medium, wie z.B. leitendes Epoxy 25E anschliesst. In der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist der Hochspannungsanschluss (HV) der Belastungsspannung am leitenden Netzwerk angeschlossen und der Erdungsanschluss ist mit dem Halterungsmittel verbunden. Die Wandler 12 können scheibenförmig sein mit einer grösseren Abmessung 22A, welche sich allgemein parallel zur darunterliegenden Halterungsfacette erstreckt, und mit einer kleineren Abmessung 22a, welche sich allgemein senkrecht zur Halterungsfacette erstreckt.
Die Halterungsfacette jedes Wandlers ist im allgemeinen flach, um auf die flache Oberfläche der darunterliegenden Halterungsfacette zu passen, welche eine gleichförmig dünne Verbindungslinie 22B schafft. Diese Verbindungslinien bewirken stärkere Bindungen mit einer höheren Standzeit. Zudem haben dünne Verbindungslinien einen kleinen elektrischen Widerstand und werden weniger Spannung zerstreuen während dem Be- und Entlasten der Wandler.
Spannung, die durch die Bindungslinie verloren gegangen ist, reduziert die angewendete Hochspannung der Quelle 15V, die effektiv über den Kristallwandlern erscheint. Der durch die Verbindungslinie bedingte Spannungsverlust kann weiter minimiert werden durch die Zugabe eines leitfähigen Additivs wie Silber zu Epoxy. Eine leitfähige Verbindungslinie kann als innerer elektrischer Verteilungsleiter für nicht-leitfähige Halterungsmittel aus isolierenden Materialien wie Plastik oder Keramik wirken.

Fokussierende Oberfläche (Fig. 2)

Die innere oder Zielseite des Halterungsmittels 13 ist eine grosse konkave Oberfläche mit einer Mehrzahl von kleineren Konkavenlinsen oder an ihr angebrachten fokussierenden Oberflächen 23S. Jede der kleinen Fokussierlinsen ist zentriert vor einer genüberliegenden flachen Halterungsfacette auf der anderen Seite des Halterungsmittels, und ist symmetrisch um eine Symmetrieachse, welche durch den gemeinsamen Punkt 140 läuft. Jede Linse 235 fokussiert den einzelnen Energiepuls eines einzelnen Wandlers zum Zielbereich 14, wo die Einzelpulse in einen starken Sammelpuls eingehen.
Der Durchmesser der konkaven Linsen ist viel kleiner als die Fokusstiefe des Halterungsmittels, wodurch eine Randverzögerung innerhalb eines Einzelpulses reduziert wird. D.h. die Weglänge der Engergie vom Rand eines Wandlers durch den Rand der Linse zum Zielbereich ist nur geringfügig grösser als die Weglänge der Energie vom Zentrum des Wandlers durch das Zentrum der Linse. Diese relative Grössen- und Weglängen-Beziehung erlaubt die Verwendung von echt sphärischen Sektoroberflächen für die zu fokussierende Oberfläche ohne bemerkenswerte Kompromisse in der Inphasen-Bedingung. Gewünschtenfalls können die Linsen geringförmig abgeplattet sein, um die InPhasen-Beziehung innerhalb des Sammelpulses zu verbessern. Die Kurve des Halterungsmittels kann also echt oder abgeplattet sein, abhängig von der erforderlichen Korrektur.

Snellius Gesetz

Der Krümmungsradius einer jeden sphärischen fokussierenden Oberfläche ist auf ihrer Symmetrieachse lokalisiert und kann durch das Gesetz von Snellius für die Brechung von Ultraschallwellen in einem spezifischen Halterungsmittelmaterial und Uebertragungsmedium berechnet werden:
Rlen = (Rsup) (1-Vm/Vs)
wobei Rlen = Krümmungsradius der fokusssierenden Oberfläche
Rsup = Krümmungsradius des Halterungsmittels
Vm = Schallgeschwindigkeit im Uebertragungsmedium
Vs = Schallgeschwindigkeit im Halterungsmittelmaterial
Der Krümmungsradius der konkaven fokussierenden Oberfläche ist immer kleiner als der Krümmungsradius des Halterungsmittels wegen den relativen Schallgeschwindigkeiten Vm und Vs. Allerdings wird die Ultraschallenergie in einem gemeinsamen Zentrum der Krümmung 14C fokussiert, obwohl das Zentrum der Krümmung der fokalen Oberfläche vor dem Zielbereich liegt.

Ultraschalleinheiten

Eine unabhängige Ultraschalleinheit wird gebildet durch jede fokussierende Oberfläche, die unmittelbar gegenüberliegenede Halterungsfacette und den darüber montierten Wandler zur Erzeugung eines Einzelpulses von Ultraschallenergie zwecks Fokussierung im Zielbereich. Der Wandler jeder Einheit ist vorzugsweise auf der darunterliegenden Facette zentriert; und die Symmetrieachse für die fokussierende Oberfläche in jeder Einheit fällt mit der normalen zentralen Linie der gegenüberliegenden Halterungsfacette zusammen. Der Einheitsfokussierpunkt jeder fokussierenden Oberfläche ist auf der Symmetrieachse derselben in einem Abstand von Rlen.
Die Kontur des Halterungsmittels bestimmt die Distanz vom Halterungsmittel zum Zielbereich. Die Grösse des Zielbereichs und die Intensität der darin fokussierten Ultraschallenergie wird bestimmt durch die Fertigungstoleranzen der Halterungsfacetten und fokussierenden Oberflächen. Ganz allgemein neigt eine Linseneinrichtung mit kleinem Zielbereich dazu, das in Invivo-Zielobjekt in eine kleinere Restgrösse zu erodieren. Ein Zielbereich von etwa 1.5-2mm ist für viele Anwendungen geeignet.

Ausführungsform mit Hexagon-Muster (Fig. 3)

Die Wandlerzentren können in einem Muster konzentrischer Hexagone von zunehmender Grösse um eine zentrale Position 32P, welche durch einen Wandler oder eine Zugangsöffnung für einen ultraschallabbildenden Messfühler gebildet sein kann, angeordnet sein. In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 sind die Wandler rund und bilden mit ihren Zentren die Hexagone. Die Anzahl der Wandler in jedem Hexagon nimmt jeweils um sechs zu. Das erste Hexagon um die zentrale Position hat sechs Wandler, das zweite Hexagon hat zwölf Wandler usw.
Benachbarte Wandler innerhalb desselben Hexagons sind durch einen intra-hexagonalen interstitiellen Raum 32H getrennt. Benachbarte Wandler von aneinander angrenzenden Hexagonen sind getrennt durch inter-hexagonale interstitielle Räume 32B. Die Linseneinrichtung ist gekrümmt, nicht flach. Dadurch werden die interstitiellen Zwischenräume kleiner mit zunehmender Grösse der Hexagone.
Die interstitiellen Räume haben einen keilförmigen Querschnitt wie in Fig. 2 gezeigt. Die Räume sind enger entlang des unteren Teils nahe des Halterungsmittels und weiter im oberen Bereich nahe der äusseren Kontaktfläche der Wandler. Ein geeignetes nachgiebiges Polstermaterial, wie ein keilförmiges Gitter sich durch die ganze Wandleranordnung hindurch erstreckend, kann verwendet werden, um zu verhindern, dass benachbarte Wandler gegeneinander schlagen während der Erzeugung von Ultraschallenergie. Das Puffermaterial kann ein Isolator zur Isolierung der Hochspannung an der äusseren Kontaktfläche des Wandlers gegenüber dem Erdpotential auf dem Halterungsmittel sein. Ohne geeignete Isolation können Randdurchbrüche entlang der Peripherie der Wandler auftreten.

Sektorbetrieb

Die Wandler können als gesamte Anordnung betrieben werden, oder sie können sektorisiert sein, um als mehrere kleinere Anordnungen betrieben zu werden, wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 gezeigt ist. Die zentrale Anordnung 38H hat drei sich schneidende Linien von Wandlern, welche durch die Eckpunkte der Hexagone gebildet sind. Sechs symmetrische Seitenanordnungen 38B, 38C, 38D, 38E, 38F und 38G sind gebildet durch die Wandler zwischen den Linien der Unteranordnung 38A. Die Wandler der zentralen Anordnung sind miteinander verbunden und an der Hochspannung angeschlossen durch drei Streifenleiter 35A. Jede der sechs Seitenanordnungen hat ein separates Netzwerk und einen separaten Anschluss 35B, 35C, 35D, 35E, 35F und 35G für die Hochspannung und kann unabhängig von den anderen aktiviert werden. Isolierende Teiler 32B, 32C, 32D, 32E, 32F und 32G erstrecken sich entlang des interstitiellen Raums zwischen den Sektoren zur Isolation der auf die aktivierten Sektoren angewendeten Hochspannung von dem nicht-aktivierten Sektoren.

Ausführungsform mit fokussierender Kappe (Fig. 4)

Es können fokussierende Kappen 43C verwendet werden, welche entlang der inneren konkaven Oberfläche des Halterungsmittels 43 angebracht sind. Um eine fokussierende Oberfläche für die Ultraschallenergie zu schaffen anstelle von gefertigten fokussierenden Oberflächen 235 der Ausführungsform gemäss Fig. 2. Die Kappen können leicht geformt oder vor der Montage in der Linseneinrichtung vorgefertigt werden. Die fokussierende Oberfläche kann entweder echt sphärisch oder leicht abgeplattet sein. Die Halterungsoberfläche 43M der Kappe kann flach sein wie gezeigt oder gekrümmt, um die Befestigung an der anschliessenden inneren Oberfläche des Halterungsmittels zu erleichtern. Die Kappe kann aus irgend einem geeigneten Material mit einer akustischen Impedanz nahe der akustischen Impedanz des Halterungsmittels sein. Das Material der Kappe kann mit dem Ziel ausgewählt sein, die akustische Anpassung zwischen der Halterung und dem Uebertragungsmedium zu verbessern. Vorzugsweise ist das Verbindungsmaterial in der Kappen-zu-Halterungsverbindungslinie 43B um die akustische Uebertragung zu fördern.

Spezifisches Ausführungsbeispiel

Die nachfolgenden Einzelheiten der Linseneinrichtung sind im Sinne eines illustrativen Beispiels für die vorliegende Erfindung angegeben:
Halterungsmittel 13 - Sektor von 16" (40.6 cm) echt sphärisch, Fläche von ca. 1'200 cm², hergestellt aus Aluminium mit anodisierter Oberfläche.
Haltungsfacette 23F - ca. 2" (5.08 cm) im Durchmesser.
Wandler 12 - 60 Scheiben 2" (5.08 cm) im Durchmesser und eine 1/2" (1.27 cm) dick, hergestellt aus keramischem piezoelektrischem Material wie Bleizirkonat und fähig ein elektrisches Feld von ca. 20 V pro mil auszuhalten.
Fokussierende Oberfläche 23S - Sektor einer echten Kugeloberfläche mit einer Krümmung von ca. 12" (30.5 cm) berechnet aus dem Gesetz von Snellius:
Rlen = Rsup (1 - Vw/Va)
wobei
Rlen = Krümmungsradius der fokussierenden Fläche
Rsup = Krümmungsradius der Halterungsoberfläche
Vw = Schallgeschwindigkeit im Uebertragungsmedium Wasser
Va = Schallgeschwindigkeit in der Aluminiumhalterung.
Isolierender Puffer 22L - Nylonkeil,
100 mil (0.256 cm) an der Oberseite
60 mil (0.154 cm) auf der Unterseite.
Hochspannung - ca. 10'000 V.
Die obenangegebenen Wertangaben, Dimensionen und Materialien sollen nicht einschränkend für die Erfindung verstanden werden. Eine Vielzahl anderer Konstruktionen und Konfigurationen ist möglich.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Es ist für den Fachmann erkennbar, dass die Ziele dieser Erfindung erreicht worden sind durch Schaffung einer Linseneinrichtung, welche geringere Phasenverluste zwischen den einzelnen Energiepulsen der Wandler aufweist. Die einzelnen Pulse kommen im Zielbereich in einer enger geschlossenen Gruppe zeitlich enger aneinander anschliessend an. Wegen dieser verbesserten Phasenbedingung ist die Linseneinrichtung effizienter und liefert die max. Pulsintensität bei minimaler Betriebsspannung und Linsenfläche. Das Halterungsmittel und die Fokussierlinsen sind einfache Kurven mit einer echt sphärischen Oberfläche um eine einfachere und kostengünstigere Linseneinrichtung zu schaffen.

Claims

1. Hochbelastbare Ultraschallvorrichtung (10) für die in-Vivo- Behandlung, aufweisend:

ein unelastisches gekrümmtes Halterungsmittel (13) für die Bestimmung eines in-vivo-Zielbereiches (14),

eine Anzahl von auf das gekrümmte Halterungsmittel (13) montierten Meßwandlern für die Umwandlung elektrischer Meßgrößen in Ultraschallmeßgrößen (12), wobei jeder Meßwandler (12) eine sich allgemein parallel zum darunterliegenden Halterungsteil des gekrümmten Halterungsmittels (13) erstreckende große Ausdehnung (22A) und eine sich allgemein senkrecht zum darunterliegenden Halterungsteil erstreckende kleine Ausdehnung (22a) hat, und elektrische Anschlußmittel (25N, HV, 15N) für den Anschluß der Meßwandler (12) an eine Spannung (15V) und für die Errichtung eines sich über jeden Meßwandler (12) erstreckenden elektrischen Feldes für die Umwandlung in Ultraschallenergie,

eine konkave innere Oberfläche auf dem gekrümmten Halterungsmittel (13) mit einer Anzahl von auf ihr befindlichen Fokussiermitteln (23S, 43C),

gekennzeichnet durch eine konvexe äußere Halterungsoberfläche auf dem gekrümmten Halterungsmittel (13) mit einer Anzahl von auf ihr gebildeten, allgemein planaren facettierten Halterungen (23F),

wobei die Meßwandler (12) direkt auf die konvexe äußere Oberfläche des gekrümmten Halterungsmittels (13) montiert sind, jeder Meßwandler (12) eine innere Halterungsfläche (22M), die allgemein planar für die Montage auf eine der facettierten Halterungen (23F) ist, und jeder Meßwandler (12) eine äußere Kontaktfläche (22E) für den Anschluß an die Spannung (15V) hat, wobei das sich über jeden Meßwandler (12) erstreckende elektrische Feld zwischen der äußeren Kontaktoberfläche (22E) und der inneren Halterungsfläche (22M) des Meßwandlers errichtet wird, und

ein Fokussiermittel (235, 43C), das jeder facettierten Halterung (23F) auf der äußeren Halterungsoberfläche unmittelbar gegenüberliegt, wobei jedes Fokussiermittel (23S, 43C) mit der gegenüberliegenden facettierten Halterung (23F) und dem darüber montierten Meßwandler (12) eine Ultraschalleinheit bildet, um die Ultraschallenergie aus den Meßwandlern zu fokussieren.

2. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ultraschalleinheit aus Meßwandler, facettierter Halterung und Fokussiermittel mit den anderen Ultraschalleinheiten identisch ist.

3. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Meßwandler (12) eine runde Scheibe ist.

4. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus runden Scheiben bestehenden Meßwandler (12) in einem Muster konzentrischer Sechsecke von zunehmender Größe angeordnet sind.

5. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Musters konzentrischer Sechsecke um Vielfache von sechs Meßwandlern wächst.

6. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster konzentrischer Sechsecke ein erstes Sechseck mit 6 Meßwandlern, ein zweites Sechseck mit zwölf Meßwandlern, ein drittes Sechseck mit 18 Meßwandlern und ein viertes Sechseck mit 24 Meßwandlern hat.

7. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster konzentrischer Sechsecke einen zentralen Meßwandler (32P) innerhalb des ersten Sechsecks hat.

8. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Scheibenmeßwandler von den benachbarten Meßwandlern im selben Sechseck durch die Bildung eines Zwischenraumes (32H) innerhalb des Sechsecks und von den benachbarten Meßwandlern im angrenzenden Sechseck durch die Bildung eines Grenzzwischenraumes abgegrenzt ist.

9. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Grenzzwischenraum bei jedem größeren Sechseck geringfügig verkleinert.

10. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 5, weiterhin gekennzeichnet durch ein elastisches Puffermittel (22L) im Zwischenraum zwischen benachbarten Meßwandlern (12).

11. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Halterungsmittel (13) um eine Primärachse (13P), die durch den vom gekrümmten Halterungsmittel (13) bestimmten Zielbereich (14) verläuft, symmetrisch gekrümmt ist.

12. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Halterungsmittel (13) ein Segment einer wahren Kugel mit dem Zielbereich (14) in ihrem Krümmungsmittelpunkt ist.

13. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Halterungsmittel (13) ein Segment einer abgeplatteten Kugel mit dem Zielbereich (14) in ihrem Mittelpunkt ist.

14. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Mittelachse (23N) jeder facettierten Halterung (23F) in jeder Ultraschalleinheit durch einen gemeinsamen Punkt (14C) im Zielbereich (14) verläuft, der durch die Krümmung des gekrümmten Halterungsmittels (13) bestimmt wird.

15. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussiermittel (23S, 43C) in jeder Ultraschalleinheit eine gekrümmte Fokussieroberfläche (23S, 43S) für die Bestimmung eines Brennpunktes der Einheit (14C) entlang der senkrechten Mittelachse (23N) der Ultraschalleinheit aufweist.

16. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius Rlen der Fokussieroberfläche (23S, 43S) und dem Krümmungsradius Rsup des gekrümmten Halterungsmittels (13) ungefähr

Rlen = (Rsup) (1 - Vm/Vs) beträgt,

wobei gilt:

Rlen = Krümmungsradius der Fokussieroberfläche,

Rsup = Krümmungsradius des Halterungsmittels,

Vm = Schallgeschwindigkeit im übertragungsmedium

und

Vs = Schallgeschwindigkeit im Material des Halterungsmittels.

17. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fokussieroberfläche (23S) in jeder Ultraschalleinheit eine auf der konkaven inneren Oberfläche des gekrümmten Halterungsmittels (13) gebildete gekrümmte Oberfläche ist.

18. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch eine Anzahl von Fokussierkappen (43C), die auf die konkave innere Oberfläche des gekrümmten Halterungsmittels (13) unmittelbar an der facettierten Halterung innerhalb jeder Ultraschalleinheit montiert sind, wobei jede Fokussierkappe eine innere Halterungsoberfläche (43M) für den Verbund mit der konkaven inneren Oberfläche des gekrümmten Halterungsmittels und jede Kappe eine gekrümmte äußerer Brennfläche (43S) für die Bestimmung eines Brennpunktes entlang der Mittelachse der Ultraschalleinheit hat.

19. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Fokussieroberfläche (23S, 43S) eine wahre Kugel ist.

20. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Fokussieroberfläche (23S, 43S) eine abgeplattete Kugel ist.

21. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußmittel weiterhin äußere Elektrodenmittel, die sich über die äußere Kontaktfläche (22E) jedes Meßwandlers (12) erstrecken,

innere Elektrodenmittel (22B), die sich über die innere Halterungsfläche (22M) jedes Meßwandlers (12) erstrecken,

äußere Verteilerleitermittel (15N) für den Anschluß der äußeren Elektrodenmittel an einen Pol einer elektrischen Spannung (15V)

und

innere Verteilerleitermittel für den Anschluß der inneren Elektrodenmittel an den anderen Pol der elektrischen Spannung (15V) aufweisen.

22. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Elektrodenmittel ein leitfähiges Netz (25N) ist, das sich über die äußeren Kontaktflächen (22E) der Meßwandler (12) auf der konvexen Halterungsoberfläche des gekrümmten Halterungsmittels (13) erstreckt.

23. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 22, weiterhin gekennzeichnet durch ein leitfähiges Epoxidharz (25E) für das Kitten des leitfähigen Netzes (25N) an die äußere Kontaktfläche (22E) der Meßwandler (12).

24. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Halterungsmittel (13) leitfähig ist und die inneren Elektrodenmittel bildet.

25. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Halterungsmittel (13) aus Aluminium besteht.

26. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Halterungsmittel (13) aus Aluminium mit einer darüber befindlichen anodisch oxidierten Schicht besteht.

27. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (12) durch ein Epoxidharz mit dem gekrümmten Halterungsmittel (13) verbunden sind und das innere Elektrodenmittel durch einen leitfähigen Zusatzstoff des Epoxidharzez gebildet wird.

28. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Elektrodenmittel an die Hochspannungsseite der elektrischen Spannung (15V) angeschlossen sind und das innere Elektrodenmittel an die Masseseite der elektrischen Spannung angeschlossen ist.

29. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Meßwandlern in Sektoren (38A- 38G) mit einem Meßwandlerzwischenraum zwischen benachbarten Sektoren unterteilt ist, und das äußere Verteilerleitermittel einen getrennten Anschluß (35B-35G) von dem einen Pol der elektrischen Spannung (15V) zu jedem Meßwandlersektor darstellt.

30. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 29, weiterhin gekennzeichnet durch isolierende Abteilmittel (32B-32G) im Meßwandlerzwischenraum zwischen benachbarten Meßwandlersektoren.

31. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwandlerzwischenraum einen keilförmigen Querschnitt hat, wobei sich der breite Teil des Keils unmittelbar an der äußeren Elektrode und der enge Teil unmittelbar an der inneren Elektrode befindet.

32. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (12) in einem Muster von Sechsecken von zunehmender Größe angeordnet sind.

33. Die Ultraschallvorrichtung nach Patentanspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren weiterhin einen Mittelsektor (38A), der durch die Meßwandler (12) an den Scheitelpunkten der Sechsecke im Muster gebildet wird, und sechs seitensektoren (38B-38G), die durch die Meßwandler (12) zwischen den Scheitelpunkten gebildet werden, aufweisen.