DE8220944U1

DE8220944U1 - Behandlungskopf zur elektrotherapeutischen Behandlung von Körperteilen mit Ultraschall

Info

Publication number: DE8220944U1
Application number: DE8220944U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1983-04-14

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 82 G 3774 DE

Behandlungskopf zur elektrotherapeutisehen Behandlung von Körperteilen mit Ultraschall

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behandlungskopf zur elektrotherapeutisehen Behandlung von Körperteilen mit Ultraschall, bei dem ein Applikatorteil zur Anlage an die Behandlungsfläche aus einer Membran besteht, auf deren beiden Seiten ultraschalleitende Scheiben der Dicke A-/4 oder deren Vielfaches angebracht sind und zusammen einen Schwingerträger bilden, wobei der innen liegende Teil des Schwingerträgers mit einem Schallwandler zur Erzeugung von Ultraschall gekoppelt ist.

Ultraschall-Behandlungsköpfe sind vom Stand der Technik bekannt. Dabei wird bisher im wesentlichen das eigentliehe Applikationsteil raumformmäßig derart ausgebildet, daß die Applikationsfläche als ultraschallabstrahlende Fläche nach Größe und Kontur an die Behandlungsfläche angepaßt ist. Dazu kommt als Nebenbedingung für die Länge des Applikationsteiles, daß sie A/² bzw. deren ganzzahligen Vielfachen, wobei Λ. die Wellenlänge in Schallfortpflanzungsrichtung ist, entspricht; es handelt sich also im allgemeinen um Longitudinalwellen.

Beispielsweise aus der EU-PS 00 04 84-5 ist ein Behandlungskopf, insbesondere für die Ultraschalltherapie, vorbekannt, bei dem einem Applikator mit erster Behandlungsfläche ein Adapterstück mit von der ersten Behandlungsfläche unterschiedlicher Behandlungsfläche vorschaltbar ist. Derartige Vorschaltadapter dienen insbesondere zur Anpassung der ultraschallabstrahlenden Applikationsfläche entsprechend unterschiedlicher Bedürfnisse. Die eigentliche Applikationsfläche ist dabei eben ausgebildet.

Wht 5 Rl / 12.07.1982

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Des weiteren ist aus der DE-PS 887 574 eine Einrichtung zur Übertragung von Schallenergie aus einem allseitig geschlossenen Gehäuse bekannt, bei der eine oder mehrere übereinander liegende mit der Gehausewandung über membranartiges Zwischenstück symmetrisch verbundene Platten vorhanden sind, welche Platten die somit gegebene Knotenebene beiderseits um etwa <A/4 oder ganzzahlige Vielfache davon überragen, so daß die Gesamtdicke des Plattensystems /Λ,/2 oder ganzzahlige Vielfache davon beträgt. Insbesondere das membranartige Zwischenstück soll beim Stand der Technik als Folie ausgebildet sein.

Aufgrund verschärfter Sicherheitsvorschriften bei Ultraschall-Therapiegeräten muß zukünftig immer die effektiv strahlende Fläche des Behandlungskopfes ermittelt werden. Dabei wird die effektiv strahlende Fläche geringer sein als die eigentliche Applikationsfläche. Durch Messungen an zur Zeit benutzten Therapie-

2 köpfen, die eine Applikationsfläche von 4 cm haben, mit Hilfe eines Hydrophones im Wasserbad, konnte bestätigt werden, daß die effektiv strahlende Fläche immer ganz erheblich unter 4 cm liegt. Dabei ergaben sich überdies erhebliche Schwankungen in den Meßergebnissen.

Bisher wurden bei Ultraschall-Therapieköpfen die effektiv strahlenden Flächen nicht angegeben; insbesondere die Problematik der stark unterschiedlich streuenden effektiven Abstrahlflächen blieb daher unerkannt. Aufgabe der Erfindung äst es dahr, eänen Schallkopf zu schaffen, bei dem ein günstiges Verhältnis von effektiv strahlender Fläche zur Applikationsfläche erreicht ist und bei dem die effek+iv strahlende Fläche innerhalb eines Toleranzbereiches reproduzierbar gehalten werden kann.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran fest mit dem Schwingerträger verbunden äst, daß an der Membran applikationsseitig eine Scheibe mit A,A oder dessen ungeradzahligem Vielfachen und zum Schallwandler hin eine Scheibe mit \jk oder dessen ungeradzahljgem Vielfachen angeordnet ist, so daß die Membran sich immer im Schwingungsknoten der Ultraschall-Wellen befindet, und d=ß die Scheiben einschließlich Membran ein einziges Formstück aus einheitlichem Material bilden.

Mit der Erfindung kann die effektiv strahlende Fläche bei einem Wert von 4 cm innerhalb der Toleranz von +_ 20 % reproduzierbar gehalten werden. Es ergibt, sich so gegenüber den bisher bekannten Schallköpfen ein erheblicher technischer Fortschritt.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß schallphysikalisch betrachtet die bisher bekannten Therapieköpfe eine sehr ungünstige Befestigung des Schwingerträgers aufweisen. Die Halterung erfolgte bei den Schallköpfen des Standes der Technik üblicherweise im Schwingungsbauch des Schalldruckes. Erst die Erfindung beseitigt diesen Mangel durch die Halterung des Schwingerträgers im Schwingungsknoten nach Art einer festen Membran. Eine Schwingungsknotenebene befindet sich im Abstand von /v/4 von der Schallaustrittsflache, wobei /vdie Schallwellenlänge in dem betreffenden Schwingerwerkstoff bedeutet. Die gesamte Länge des Schwingerträger ist dabei vorzugsweise auf η · /\_/2, wobei η jede ganze Zahl sein kann, abgestimmt.

Bei der Erfindung ergibt sich in vorteilhafter Weise, daß die Anordnung aufgrund der festen Halterung im Schwingungsknoten die Eigenschaft eines Filters hat, welches die Serienfrequenz"der Piezoschwingerscheibe bevorzugt abgibt.

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Die Membran ist also auf jeden Fall starr im Schwingungs- f knoten angeordnet. Es kann so praktisch keine Energie f in die zugehörige Halterung übertragen werden. Wenn der % radiale Abstand des Schwingerträgers zusätzlich mit I

η · A./4 gewählt wird, wobei η ungeradzahlig ist und A^ \ der Wellenlänge in diesem Schwingungsmode entspricht, kann die ungewollte Energieübertragung weitgehend ausgeschlossen werden. Insgesamt kann daher keine Schwingungsenergie unerwünschterweise durch Abgabe an die übrigen Teile des Applikators vernichtet werden, wie es beim Stand der Technik möglich war.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Schallkopfes, i

Fig. 2 den eigentlichen Applikatorteil in Schnittdarstellung.

In der Figur 1 ist mit 1 der gesamte Behandlungskopf bezeichnet, der zur Handhabung etwa birnenförmig mit einem Griffteil 2 ausgebildet ist. Der Behandlungskopf trägt ^: stirnseitig ein metallisches Applikationsteil 3 mit einem internen Schallwandler (in Figur 1 nicht sichtbar). Mit 4 ist ein Kabelanschlußteil des Behandlungskopfes 1 bezeichnet, das über ein Betriebskabel 5 an die zugehörigen Betriebsgeräte ansdiießbar ist.

Die Raumform des Applikationsteiles 3 ist aus der Schnittdarstellung der Figur 2 im einzelnen ersichtlich. Das Applikationsteil ist hier mit 30 bezeichnet und besteht aus einem Schwingerträger der Länge A^ , der geräteintern an einem Piezoschwinger, beispiels-

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weise aus keramik auf der Grundlage BletZirkonat-Titanat (Pb (Zr„Ti ^)O,) als Schallwandler, angekoppelt ist. Im einzelnen bedeutet 31 einA/4 Plättchen, das frontseitig über die Applikationsfläche heraussteht. 32 kennzeichnet den internen 3/4^ dicken Schwingerträger, der mit dem Wandler 35 verklebt ist.

Durch Anordnung einer Halterungsmeinbran 33 als feste Membran im Bereich von A/4, also im Schwingungsknotenbereich, wird die Schallabstrahlung optimiert. Die Dicke der Membran 33 ist dabei gering im Vergleich zur Dicke des Schwingungsträgers und endet außen in einem Halterungsteil 34, Der radiale Abstand des Schwingerträgers 30 von der ringförmigen Halterung ist mit η ♦A/4 gewählt, wobei η ungeradahligistund \ der Wellenlänge in diesem Schwingungsmode entspricht. Durch eine solche konstruktive Ausbildung ist die ungewollte Energieübertragung vom Schwingerträger 30 auf die Halterung weitgehend ausgeschlossen.

Schwingerträger 30, Membran 33 und Halterung 34 bilden ein einziges Formstück, welches z„B. aus einem Aluminiura-Massivteil" herausgedreht bzw. -gefräst ist. Dabei sind an geeigneten Stellen in das Halterungsteil innen und außen Ringnuten 36 und 37 eingefräst, so daß das gesamte Applikationsteil 3 leicht in das Griffteil 2 befestigt, beispielsweise eingeschraubt werden kann. Über die äußere umlaufende Ringnut 36 sind Vorschaltadapter mit einem in der EU-PS 00 04 845 beschriebenen Halterungsmechanismus aufsetzbar.

Der vorgeschlagene Ultraschall-Therapiekopf wurde im Rahmen von experimentellen Untersuchungen mit den bisher bekannten Therapieköpfen verglichen. Dabei waren Piezoschwinger sowie Halterungen im wesentlichen identisch. Die vorbekannten und der neue Therapiekopf unterschieden

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sich also im wesentlichen nur durch den Ajh Vorsprung des mit der Erfindung vorgeschlagenen Schwingerträgers. Es ergaben sich nun überraschende Meßergebnisse, die die vorteilhaften Eigenschaften des neuen Therqs iekopfes bestätigen. Im einzelnen ergab sich folgendes:

a) Es wurde ein bis zu 50 % höherer Wirkungsgrad gemessen.

b) Die unerwünschte Erwärmung des Applikationsteiles ist bei dem vorgeschlagenen Therapiekopf erheblich geringer als bei dem vorbekannten Therapiekopf. Dabei wurde nach der IEC-Vorschrift 601-? gemessen und statt Temperaturerhöhung von A Τ ζ. 10° lediglich Temperaturerhöhungen von *l T ^ 6° gemessen.

c) Es ergaben sich gleichmäßigere Feldverteilungen als beim vorbekannten Therapiekopf. Dies hat eine unmittelbare Wirkung für die Messung der effektiv strahlenden Fläche.

d) Beim erfindungsgemäßen Applikationsteil wurde nahezu "keine seitliche Streustrahlung gemessen. Insgesamt hielten sich solche Störeffektein der Größenordnung von £.1,5 mW/cm .

Außer der Anwendung der beschriebenen Schallköpfe für eine elektrotherapeutische Behandlung ist die Erfindung gleichermaßen für die Schallapplikation bei Ultraschall-Bädern, bei Ultraschall-Verneblern oder auch im industriellen Bereich verwendbar. Bei Herstellung der erfindungsgemäßen Ultraschallköpfe ergibt sich praktisch kein Mehraufwand.

2 Figuren

10 Schutzansprüche

Claims

- 7 - VPA 82 G 3774 DE Schutzansprüche

1. Behandlungskopf zur elektrotherapeutisehen Behandlung von Körperteilen mit Ultraschall, bei dem ein Applikatorteil zur Anlage an die Behandlungsfläche aus einer Membran besteht, auf deren beiden Seiten ultraschalleitende Scheiben der Dicke \,lk oder deren Vielfaches angebracht sind und zusammen einen Schwingerträger bilden, wobei der innen liegende Teil des Schwingerträgers mit einem Schallwandler zur Erzeugung von Ultraschall gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet , daß

a) die Membran (33) fest mit dem Schwingerträger (30) verbunden ist,

b) an der Membran (33) applikationsseitig eine Scheibe (31) mity\./4 oder dessen ungeradzahligem Vielfachen und zum Schallwandler (35) hin eine Scheibe (32) mit /v/^ oder dessen ungeradzahligem Vielfachen angeordnet ist, so daß die Membran (33) sich immer im Schwingungsknoten der Ultraschall-Wellen befindet, und

c) die Scheiben (31, 32) einschließlich Membran (33) ein einziges Formstück (30) aus einheitlichem Material bilden.

2. Behandlungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schwingerträgers (31, 32) ,Λ,/2 oder ein Vielfaches davon ist, wobei die Membran (33) im Abstand von \,lh bzw. einem ungeradzahligen Vielfachen von von der Applikationsseite bzw. Schallwandlerseite angeordnet ist.

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3. Behandlungskopf nach Anspruch 1, dadurch

^! gekennzeichnet, daß die Membran (33)

' eine Dicke aufweist, die gering im Vergleich zur

Wellenlänge ( AS) ist, und daß deren Ausdehnung beidseitig symmetrisch den Scheiben zugeteilt ist.

4. Behandlungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der radiale Abstand des Schwingerträgers (30) zur zugehörigen Halterung (34) η · \,/h ist, wobei η ungeradzahlig ist.

5. Behandlungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß der Schallwandler ein A>/2 Schwinger ist.

6. Behandlungskopf nach den Ansprüchen 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler aus piezoelektrischem Material,beispielsweise Keramik auf der Grundlage von Blei-Zirkonat-Titanat (Pb (Zr Ti _Λ) 0^) besteht.

7. Behandlungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwingerträger (30) und der Schallwandler (35) miteinander verklebt sind.

8. Behandlungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Applikationsteil mit Schwingerträger (30) aus Membran (33) und zugehörigen Scheiben (31, 32) zusammen mit der Halterung (34) aus einem Massivteil gedreht od;r gefräst ist.

9. Behandlungskopf nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, daß die Halterung (34)

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innen ein Schraubgewinde (36) zum Verschrauben mit einem Griffteil (2) aufweist.

10. Behandlungskopf nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Halterung (34) außen eine Ringnut (37) aufweist.