DEP0003027DA - Einrichtung zur Behandlung mit Ultraschall. - Google Patents

Description

Untersuchungen über die biologischen Wirkungen des Untraschalls haben zu Ergebnissen geführt, die sich in vielen Fällen widersprechen. Diese Widersprüche glaubte man bisher auf Unterschiede in der Beschallungsdauer und in der Schall-Leistung der benutzten Generatoren zurückführen zu können. Eingehende, der Erfindung zugrunde liegende Messungen der Schallintensität im Behandlungsobjekt während der Behandlung brachten aber die Erkenntnis, dass die genannten Widersprüche in erster Linie durch das sich vor dem Schwinger ausbildende Interferenzfeld bedingt sind.

In der Figur 1 ist der Verlauf der relativen Schallintensität <Nicht lesbar> längs der Mittelnormalen z eines in Behandlungseinrichtungen gebräuchlichen <Nicht lesbar> erregten kreisförmigen mechanischen Schwingers von Radius R = 4 cm in Wasser (Schallgeschwindigkeit 1480 m/sec.) bei einer Frequenz von 350 kHz unter Vernachlässigung der Absorption veranschaulicht. Demnach liegen die Energie-Maxima und -Minima in Schwingernähe dicht beieinander, ihr gegenseitiger Abstand wird mit grösser werdender Entfernung vom Schwinger immer grösser, jedoch entsteht in dem dargestellten Fall die letzte Nullstelle erst in einem Abstand von fast 20 cm vom Schwinger und das letzte Energiemaximum ist sogar fast 40 cm vom Schwinger entfernt. Innerhalb dieses ausgedehnten Interferenzfeldes liegt bei Verwendung der bekannten Behandlungseinrichtungen stets das Behandlungsobjekt. Dass die hierdurch bedingten, unübersichtlichen Energieverhältnisse im Behandlungsobjekt zu widersprechenden Behandlungsergebnissen führen können, liegt auf der Hand.

Diese Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass bei einer Einrichtung zur Anwendung von Untraschall dem Schwinger ein dem Behandlungsobjekt hinsichtlich seines Schallwiderstandes weitestgehend angepasstes Übertragungsmedium mindestens von solchen Abmessungen insbesondere von einer solchen Höhe vorgelagert ist, dass sich die durch Interferenz auf der Mittelsenkrechten des Schwingers entstehenden Intensitätsminima zum grössten Teil in diesem Übertragungsmedium ausbilden.

Die Forderung, dass dabei das Übertragungsmedium hinsichtlich seines Schallwiderstandes weitestegehend dem Behandlungsobjekt anzupassen ist, beruht auf der Erkenntnis, dass an jeder Grenzschicht zwischen Übertragungsmedium verschiedener Schallwiderstände erneut ein Interferenzfeld entsteht, es sei dann, dass es sich um einer gegenüber der Schallwellenlänge sehr dünne Zwischenschicht handelt.

Für die Bemessung der Höhe des Übertragungsmediums ist es wesentlich , dass die Intensität der Strahlung zwar erst nach dem letzten Interferenzmaximum entsprechend dem Abstandsgesetz abnimmt, jedoch wegen des grossen Abstandes zwischen dem letzten Minimum und den letzten Maximum auch dieser Teil des Interferenzfeldes für die Behandlung brauchbar ist. Bei Behandlungsobjekten mit starker Absorption ist die Verwendung dieses Interferenzfeldteiles zur Behandlung sogar besonders zweckmässig, weil durch den Anstieg der Schallintensität in diesem Gebiet die Absorption wenigstens teilweise kompensiert wird.

Für den Abstand des letzten Interferenzminimums bzw. -maximums, auf der Mittelnormalen des Strahlers vom Strahler gilt für einen kreisförmigen Strahler mit dem Radius R für den Fall eines nichtabsorbierenden Übertragungsmediums die Beziehung wobei mit (Lambda) die Schallwellenlänge im Übertragungsmedium bezeichnet ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird man also bei kreisförmigen Strahlern zweckmässig die Bedingung erfüllen, dass die Höhe des Übertragungsmediums zwischen dem Strahler und dem Behandlungsobjekt grösser als , vorzugsweise grösser als ist.

Die Abmessungen des Übertragungsmediums quer zur Ultraschallstrahlung sollen möglichst gross sein, um weitere Interferenzen infolge einer Reflexion an der Wandung des das Übertragungsmedium begrenzenden Gefässes zu vermeiden. Brauchbare Ergebnisse wurden jedoch schon bei Verwendung eines Übertragungsmediums erzielt, dessen Abmessung quer zur Ultraschallstrahlung gleich der Abmessung der schallabstrahlenden Schwingerfläche ist.

Bei Einrichtungen zur Anwendung von Ultraschall, z.B. zur medizinischen Behandlung, ist es an sich bekannt, zwischen dem Schwinger und dem Behandlungsobjekt ein Übertragungsmedium anzuordnen. Dabei ist jedoch entweder die Höhe des Übertragungsmediums nicht so gross, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, oder der Schallwiderstand des Übertragungsmediums entspricht nicht überall dem des Behandlungsobjektes, oder es handelt sich um so enge und derart geformte schalleitende Zwischenstücke, dass sich infolge der an der Wandung der Zwischenstücke auftretenden Reflexion ein weiteres Interferenzfeld ergibt.

Die erfindungsgemässe verhältnismässig grosse Höhe des dem Schwinger vorgeschalteten Übertragungsmediums macht es erforderlich, ein Übertragungsmedium mit geringer Schallabsorption zu wählen. Für die medizinische Behandlung mit Ultraschall kommt deshalb in erster Linie weitgehend luftfreies Wasser als Übertragungsmedium in Betracht. Hinreichend luftfrei hat sich stark erwärmtes Wasser erwiesen, dessen Abkühlung noch nicht sehr lange zurückliegt.

Da jede quer zur Richtung der Schallstrahlung im Übertragungsmedium angeordnete reflektierende Trennschicht die Ausbildung des Interferenzfeldes stören würde, muss bei einer unter Umständen notwendigen, z.B. das flüssige Übertragungsmedium an der Schallaustrittsstelle abschliessenden Zwischenschicht entweder deren Schallwiderstand dem Schallwiderstand der durch die Zwischenschicht zu trennenden Medien angepasst sein oder ihre Dicke darf höchstens 1/20 der Schallwellenlänge in der Schicht betragen.

Die Figur 2 veranschaulicht als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung eine Ultraschallbehandlungseinrichtung für medizinische Behandlungen. Die Behandlungseinrichtung ist zum Teil in schaubildlicher Darstellung, zum Teil im Schnitt dargestellt, wobei die für die vorliegende Erfindung nicht wesentliche Befestigung der Behandlungseinrichtung an einem Stativ nicht veranschaulicht ist.

Der mit aufgestäubten Metallelektroden versehene kreisförmige Ultraschallschwinger 1 ist in den Abschlusskopf 2 des Kniestückes 3 eingebaut und wird durch den unter axialen Federdruck stehenden Metallteil 5 gegen die innere ringförmige Stirnfläche der mit dem Kopf 2 verschraubten Kappe 4 gepresst. Dabei wirken der ringförmige Rand des Metallteiles 5 und die ringförmige Stirnfläche der Kappe 4 als Stromzuführungen zu den Elektrodenflächen des Ultraschallschwingers 1. Diese Stromzuführungen sind mit dem zweiadrigen Kabel 9 verbunden. Die an die untere Schwingerfläche anliegende kreisförmige Korkscheibe 6 verhindert eine Schallabstrahlung von dieser Fläche. Die kreisförmige Schallaustrittsöffnung in der Kappe 4 ist durch die Folie 8, die zwischen der äusseren ringförmigen Stirnfläche der Kappe und dem Ring 11 unter Zwischenfügung der Gummidichtung 12 eingeklemmt ist, flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Der nur wenige Millimeter hohe Raum zwischen dem Schwinger 1 und der Folie 8 ist, wie der ganze Kopf, mit Transformatoröl 7 ausgefüllt. Der Ring 11 bildet den Abschluss des unteren Endes des zur Aufnahme der Übertragungsflüssigkeit vorgesehenen Rohres 10. Dieses Rohr ist an seinem oberen Ende nach aussen umgestülpt und nach vollständiger Füllung mit der Übertragungsflüssigkeit durch die Folie 17 flüssigkeitsdicht verschlossen, die zwischen dem Ring 13 und der umgestülpten Rohrwandung 15 unter Zwischenfügung der Dichtung 14 eingespannt ist. Als Übertragungsflüssigkeit ist frisch abgekochtes, also weitgehend luftfreies Wasser verwendet. Die umgestülpte Wandung 15 des Roh- res 10 ist mit der Innenwandung des kurzen Rohres 16 verschweisst, das das eigentliche Behandlungsgefäss bildet. Der obere Rand des Rohres 16, das ebenfalls vollständig mit luftfreiem Wasser gefüllt ist, dient dem Behandlundlungsobjekt als Auflage. Mit dem Ring 18 mit Aussengewinde, der mit der Aussenwandung des Rohres 10 verschweisst ist, ist das Becken 19 mit seiner unteren Öffnung unter Einfügung zur Sammlung der bei Füllende des Rohres 16 überlaufenden Flüssigkeit, sein oberer Rand gibt grösseren Behandlungsobjekten eine weitere Abstützung.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für die Behandlung biologischer Gewebe, gekennzeichnet durch die Verwendung von weitgehend luftfreiem Wasser als Übertragungsmedium.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem flüssigen Übertragungsmedium oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsflüssigkeit durch eine höchstens (Lambda)/20 dicke Folie an der Schallaustrittsstelle abgeschlossen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie den Boden des eigentlichen Behandlungsbeckens bildet.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Behandlung mit Ultraschall mit einem Schwinger vorgelagerten Übertragungsmedium für die Schallstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmedium dem Behandlungsobjekt hinsichtlich seines Schallwiderstandes weitestgehend angepasst ist und seine Abmessungen mindestens so gross sind, dass sich die durch Interferenz auf der Mittelsenkrechten des Schwingers entstehenden Intensitätsminima zum grössten Teil im Übertragungsmedium ausbilden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung des Übertragungsmediums quer zur Einrichtung der Schallstrahlung gleich der oder grösser als die Abmessung der schallabstrahlenden Schwingerfläche und in Richtung der Schallstrahlung grösser als ,

vorzugsweise grösser als ist, wobei mit R der Radius der kreisförmigen schallabstrahlenden Schwingerfläche und mit (Lambda) die Schallwellenlänge im Übertragungsmedium bezeichnet ist.