DEP0054966DA - Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke - Google Patents

Description

Es ist bekannt, unter Ausnutzung des reziproken Piezo-Effekts eine Quarzplatte zur Erzeugung von Ultraschall-Schwingungen zu benutzen. Solche Quarzschwinger werden üblicherweise für therapeutische Zwecke in einem sog. Behandlungskopf untergebracht, der aus Gründen einer griffigen Form im allgemeinen aus einem rohrförmigen Handgriff besteht, dessen Inneres normalerweise nicht zur Aufnahme von Kostruktionsteilen voll ausgenutzt ist.

An solche Behandlungsköpfe bringt man mittels eines Spezialkabels die elektrische Hochfrequenzenergie, deren Spannung maximal 4000 V beträgt. Diese hohe Spannung stellt sehr hohe Anforderungen an die Durchschlagsfestigkeit des Kabels, das infolgedessen reichlich dick und sehr wenig flexibel gebaut werden muß.

Um diesen Nachteil zu beheben, ist es inzwischen auch bekannt geworden, mit niedrigeren Spannungen über das Kabel zu gehen und im Behandlungskopf einen ölisolierten Autotrafo einzubauen, um die Spannung erst im Kopf heraufzusetzen.

Die bisher bekannt gewordenen Schaltungen haben jedoch den Nachteil mit sich gebracht, daß ein solcher Behandlungskopf eine außerordentlich scharfe Resonanzfrequenz hat, sodaß es erforderlich geworden ist, um den Sender genau auf dieser Frequenz zu halten, diesen als vierstufigen quarzstabilisierten Sender zu bauen.

Sämtliche im vorangehenden beschriebenen Nachteile lassen sich erfindungsgemäss folgendermaßen sehr gut beheben:

Es besteht bereits ein Vorschlag, nach dem die Verwendung zweier lose gekoppelter Kreise im Generator erhebliche Vorteile mit sich bringt. Diesen Vorteilen stand als einziger nur der Nachteil gegenüber, daß bei Auswechslung eines Kabels oder eines Behandlungskopfes jedes mal der zweite Kreis von einem Fachmann nachgestimmt werden muß.

Wir haben nunmehr eine Anordnung getroffen, bei der dieser zweite Kreis nicht im Generator, sondern im Behandlungskopf untergebracht ist.

Gemäß der Abbildung 1 soll also der Generator einen Schwingkreis, bestehend aus der Spule A und den Kondensator B, enthalten, während der Behandlungskopf den zweiten Schwingkreis, bestehend aus der Spule C und dem Quarz D, enthält. Außerdem gehört zu dem Schwingkreis elektrisch noch die Kapazität E, die jedoch nicht durch ein besonderes Bauelement, sondern durch die Kapazität des Zuleitungskabels gebildet wird.

Die Spule C wird durch Veränderung eines beweglichen Eisenkernes abstimmbar gemacht und kann nun der Kreis, der aus der Induktivität und der Reihenschaltung der Kapazität von D und E besteht, genau oder nahezu genau auf die Eisenfrequenz des Quarzes D abgestimmt werden.

Hierbei gewinnt man folgende Vorteile:

1.) Das Kabel braucht eine Spannung von nur beispielsweise 300 V zu übertragen, kann also sehr dünn und infolgedessen gut flexibel sein.

2.) Die Kabelkapazität E und damit die Länge des Kabels gehen nur sehr unerheblich und zwar im wesentlichen nur durch eine geringfügige Beeinflussung des Kopplungsgrades in die elektrischen Daten des Systems ein, sodaß bei einer Auswechslung des Kabels keinerlei zusätzliche Feinabstimmung erforderlich ist.

3.) Die Abstimmung des Schwingkreises im Behandlungskopf kann in der Fabrik erfolgen und jeder Laie kann eine Auswechslung eines Kabels oder eines Behandlungskopfes oder beider, sofern sie aus Gründen einer Reparatur erforderlich werden sollte, leicht durchführen.

4.) Da bei dieser Schaltung die Kapazität des zweiten Kreises sehr klein ist, wird sein Resonanzwiderstand sehr groß, sodaß eine gute Anpassung an den hochohmigen Quarz leicht möglich ist und an die Güte der Spule keine sehr großen Anforderungen gestellt zu werden brauchen.

5.) Dies hat wieder zur Folge, daß der elektrische Kreise ziemlich breit, mindestens z.B. 10 kHz breit sein darf, sodaß die Abstimmung des Senders auf die Quarzfrequenz nicht sehr kritisch ist.

6.) Alle sonstigen in dem oben angegebenen Vorschlag erwähnten Vorteile der Schaltung mit zwei Kreisen z.B. die automatische Leistungsregelung, die Anzeige der Leistungsübertragung usw. bleiben erhalten.

Die technische Ausführungsform der vorgenannten Erfindung wurde so gewählt, daß auf einen Trolitulkörper mit mehreren getrennten Kammern Hochfrequenzlitze gewickelt wurde und daß die so hergestellte Spule in dem Handgriff des Behandlungskopfes untergebracht wird. Besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Sprüherscheinungen, wie eine abgerundete Kappa aus Kupfer auf der Hochspannungsseite haben dazu geführt, daß Luft als Dielektrikum ansreichend isoliert, sodaß der vorgenannte Behandlungskopf nicht mit Öl gefüllt zu werden braucht.

Bei allen sonst bekannten Schaltungen ist stets die Kabelkapazität insofern störend, als das Verhältnis L / C nicht beliebig groß und infolgedessen auch der Resonanzwiderstand nicht beliebig groß gewählt werden kann. Da aber der Schwingquarz einen sehr hohen

Widerstand hat, macht die elektrische Anpassung solcher Kreise stets Schwierigkeiten und ließ sich bisher nur durch Kreise sehr hoher Güte bewerkstelligen. Diese hohe Güte, die ihrerseits sehr scharfe Resonanzbedingungen zur Folge hat, ist bei der vorstehenden Erfindung ebenfalls nicht nötig, da der stark induktive Kreis einen hohen Widerstand besitzt und infolgedessen keine große Güte verbunden mit scharfer Resonanz zu besitzen braucht. Da der Schwingquarz im mechanisch bedämpften Zustand eine große Resonanzbreite besitzt, ist es für die Anwendung durchaus erwünscht, daß auch der elektrische Kreis entsprechend breit ist.

In Abbildung 2 ist schematisch mit F die Resonanzkurve des gedachten Schwingkreises ohne Quarz gezeichnet, wobei anstelle des Quarzes eine entsprechend kleine Kapazität geschaltet zu denken ist. Solange der Quarz mechanisch unbedämpft ist, ist seine Resonanz sehr scharf und sein Resonanzwiderstand beträgt nur wenige Kiloohm, infolgedessen bedämpft dieser Quarz den elektrischen Schwingkreis und dessen resultierende Resonanzkurve zeigt den Verlauf der Kurve G. Wird aber der Quarz mechanisch bedämpft, wie es bei der technischen Anwendung jedes Ultraschallerzeugers der Fall ist, so steigt sein Resonanzwiderstand auf einige hundert Kiloohm und die resultierende Resonanzkurve nimmt infolgedessen den Verlauf der Kurve H an, da die scharfe Einsattelung in der Mitte wegfällt.

Ein parallel zum Kabel (parallel zur Kabelkapazität E) geschaltete Meßinstrument I zeigt infolgedessen eine Frequenzabhängigkeit nach den Kurven F bzw. G, bzw. H, je nachdem, ob der Quarz D entfernt und nur durch eine gleich große Kapazität ersetzt ist (F) oder ob er selbst unbedämpft (G) oder an er mechanisch bedämpft (H) mit dem Schwingkreis zusammengeschaltet ist. Der Ausschlag am Instrument wird also bei zunehmender Energieabstrahlung des Quarzes ansteigen. Infolge der großen Resonanzbreite ist die

Senderfrequenz unkritisch und kann leicht innerhalb des durch einen Pfeil in Bild 2 gekennzeichneten Frequenzbereiches von etwa 10 kHz Breite festgehalten werden.

Eine besondere Frequenzstabilisierung des Senders ist daher vollständig überflüssig und die abgegebene Ultraschall-Leistung ist in jedem Falle außerordentlich groß, da sie auch bei einer merklichen Verstimmung aus der Resonanzfrequenz noch nicht wesentlich zurückgeht.

Der Kopplungsgrad zwischen Sender und Behandlungskopf, der durch die Kabelkapazität B gegeben ist, läßt sich nachträglich auf Wunsch variieren, indem man in Reihe zu dem Kabel einen veränderlichen Kondensator oder Trimmer (T) schaltet. Mit ihm lassen sich z.B. größere Längenänderungen des Kabels leicht ausgleichen.

Claims (1)

1. Anspruch 1.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke dad.gek.,d.im Handgriff ein elektrischer Schwingungskreis untergebracht ist, der die zur Erregung des Schwingquarzes erforderliche elektrische Spannung herauftransformiert und daß dieser Schwingungskreis sehr lose an den Sendekreis des Generators angekoppelt ist.

   Anspruch 2.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke dad.gek.,d. die lose Kopplung durch einen kapazitiven Spannungsteiler erfolgt.

   Anspruch 3.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke nach Anspruch 1 und 2 dad.gek.,d. die Kapazität des Zuführungskabels allein oder mindestens teilweise als Kopplungskapazität dient.

   Anspruch 4.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke nach Anspruch 1 dad.gek.,d. die Schwingkreisspule in mehreren Kammern gewickelt und luftisoliert ist.

   Anspruch 5.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke nach Anspruch 1 und 4 dad.gek.,d.die Schwingkreisspule einen verschiebbaren Kern aus Hochfrequenzeisen enthält, mittels dessen Schwingkreis auf die Quarzfrequenz angestimmt werden kann.

   Anspruch 6.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke nach Anspruch 1,4,5 dad. gek.,d. der Schwingungskreis außer der Kapazität des Schwingquarzes und des Kopplungs-Kondensators und der natürlichen Spulenkapazität keine zusätzlichen Kondensatoren enthält.

   Anspruch 7.

   Ultraschall-Behandlungskopf füt therapeutische Zwecke nach Anspruch 1 dad.gek.,d. außer den in Anspruch 6 genannten Kapazitäten ein Trimmer oder ein Dreh-Kondensator vorhanden ist, mittels dessen der Schwingungskreis auf die Quarzfrequenz abgestimmt werden kann.

   Anspruch 8.

   Ultraschall-Behandlungkopf für therapeutische Zwecke nach einem der vorangehenden Ansprüche dad.gek.,d. das Verhältnis L / C des Schwinungskreises und seine Güte so gewählt werden, daß die Resonanzbreite ca. 10 kHz beträgt.

   Anspruch 9.

   Ultraschall-Behandlungskopf für therapeutische Zwecke nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 8 dad.gek.,d. der Kopplungsgrad zwischen den beiden Kreisen durch einen Blindwiderstand geregelt werden kann.