DEP0054966DA

DEP0054966DA - Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes

Info

Publication number: DEP0054966DA
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Mugele
Original assignee: Dr. Lehfeldt & Co GmbH, Marquartstein (Obb)
Publication date: 1951-02-01

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.It is known to use a quartz plate to generate ultrasonic vibrations while utilizing the reciprocal piezo effect. Such quartz oscillators are usually accommodated for therapeutic purposes in a so-called treatment head which, for reasons of a handy shape, generally consists of a tubular handle, the interior of which is normally not fully used to accommodate structural parts.

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.A special cable is used to bring high-frequency electrical energy to such treatment heads, the maximum voltage of which is 4000 V. This high voltage places very high demands on the dielectric strength of the cable, which as a result has to be built very thick and very little flexible.

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.In order to remedy this disadvantage, it has become known in the meantime to use lower voltages via the cable and to install an oil-insulated autotransformer in the treatment head in order to increase the voltage in the head.

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.However, the circuits known so far have the disadvantage that such a treatment head has an extremely sharp resonance frequency, so that it has become necessary to keep the transmitter exactly at this frequency to build it as a four-stage quartz-stabilized transmitter.

Sämtliche im vorangehenden beschriebenen Nachteile lassen sich erfindungsgemäss folgendermaßen sehr gut beheben:All the disadvantages described above can be remedied very well according to the invention as follows:

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.There is already a suggestion that two loosely coupled circles should be used in the generator brings with it considerable advantages. These advantages were only offset by the disadvantage that every time a cable or a treatment head was replaced, the second circuit had to be readjusted by a specialist.

Wir haben nunmehr eine Anordnung getroffen, bei der dieser zweite Kreis nicht im Generator, sondern im Behandlungskopf untergebracht ist.We have now made an arrangement in which this second circuit is not housed in the generator but in the treatment head.

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.According to Figure 1, the generator should contain an oscillating circuit, consisting of the coil A and the capacitor B, while the treatment head contains the second oscillating circuit, consisting of the coil C and the quartz D. In addition, the oscillating circuit electrically also includes the capacitance E, which, however, is not formed by a special component, but by the capacitance of the supply cable.

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.The coil C is made tunable by changing a movable iron core and the circuit, which consists of the inductance and the series connection of the capacitance of D and E, can now be tuned exactly or almost exactly to the iron frequency of the quartz D.

Hierbei gewinnt man folgende Vorteile:This gives you the following advantages:

1.) Das Kabel braucht eine Spannung von nur beispielsweise 300 V zu übertragen, kann also sehr dünn und infolgedessen gut flexibel sein.1.) The cable only needs to transmit a voltage of, for example, 300 V, so it can be very thin and consequently very flexible.

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.2.) The cable capacitance E and thus the length of the cable are only very insignificant and essentially only by slightly influencing the degree of coupling in the electrical data of the system, so that no additional fine-tuning is required when the cable is replaced.

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.3.) The tuning of the resonant circuit in the treatment head can be done in the factory and any layperson can easily change a cable or a treatment head or both, should it become necessary for reasons of repair.

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.4.) Since the capacitance of the second circuit is very small in this circuit, its resonance resistance becomes very large, so that a good adaptation to the high-ohmic quartz is easily possible and the quality of the coil does not have to be very demanding.

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.5.) This again has the consequence that the electrical circuit may be quite wide, e.g. at least 10 kHz wide, so that the tuning of the transmitter to the crystal frequency is not very critical.

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.6.) All other advantages of the circuit with two circuits mentioned in the above proposal, e.g. the automatic power control, the display of the power transfer, etc. are retained.

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.The technical embodiment of the above-mentioned invention was chosen so that high-frequency stranded wire was wound onto a Trolitul body with several separate chambers and that the coil produced in this way is accommodated in the handle of the treatment head. Special measures to avoid spray phenomena, such as a rounded kappa made of copper on the high-voltage side, have led to the fact that air is sufficiently insulated as a dielectric, so that the aforementioned treatment head does not need to be filled with oil.

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 hohenIn all other known circuits, the cable capacitance is always disruptive to the extent that the L / C ratio cannot be arbitrarily large and, consequently, the resonance resistance cannot be arbitrarily large. But since the quartz crystal has a very high

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.Has resistance, the electrical adjustment of such circuits is always difficult and has so far only been possible with circuits of very high quality. This high quality, which in turn results in very sharp resonance conditions, is also not necessary in the above invention, since the highly inductive circuit has a high resistance and consequently does not need to have a high quality combined with sharp resonance. Since the quartz oscillator has a large resonance range in the mechanically damped state, it is absolutely desirable for the application that the electrical circuit is also correspondingly wide.

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.In Figure 2, the resonance curve of the imaginary resonant circuit without quartz is drawn schematically with F, whereby a correspondingly small capacitance is to be thought of connected instead of the quartz. As long as the quartz is mechanically undamped, its resonance is very sharp and its resonance resistance is only a few kiloohms.As a result, this quartz dampens the electrical oscillating circuit and its resulting resonance curve shows the course of curve G. However, if the quartz is mechanically damped, as is the case with the technical If every ultrasound generator is used, its resonance resistance increases to a few hundred kiloohms and the resulting resonance curve consequently takes on the shape of curve H, since the sharp dip in the middle disappears.

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 dieA measuring instrument I connected parallel to the cable (parallel to the cable capacitance E) consequently shows a frequency dependency according to the curves F or G or H, depending on whether the crystal D is removed and only replaced by an equally large capacitance (F) or whether it is undamped (G) or mechanically damped (H) with the resonant circuit. The deflection on the instrument will therefore increase as the energy emitted by the quartz increases. Due to the large resonance range, the

Senderfrequenz unkritisch und kann leicht innerhalb des durch einen Pfeil in Bild 2 gekennzeichneten Frequenzbereiches von etwa 10 kHz Breite festgehalten werden.Transmitter frequency is not critical and can easily be kept within the frequency range of around 10 kHz, indicated by an arrow in Figure 2.

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.A special frequency stabilization of the transmitter is therefore completely superfluous and the emitted ultrasound power is extremely high in any case, since it does not decrease significantly even with a noticeable detuning from the resonance frequency.

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.The degree of coupling between the transmitter and the treatment head, which is given by the cable capacitance B, can be varied afterwards if desired by connecting a variable capacitor or trimmer (T) in series with the cable. It can be used, for example, to easily compensate for larger changes in the length of the cable.

Claims

Claim 1.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes dad.gek., D.In the handle, an electrical oscillation circuit is housed, which transforms the electrical voltage required to excite the quartz crystal and that this oscillation circuit is very loosely coupled to the transmitter circuit of the generator.

Claim 2.

Ultrasound treatment head for therapeutic purposes dad.gek., D. the loose coupling takes place through a capacitive voltage divider.

Claim 3.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to claims 1 and 2 dad.gek., D. the capacitance of the feed cable serves solely or at least partially as coupling capacitance.

Claim 4.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to claim 1 dad.gek., D. the resonant circuit coil is wound in several chambers and air-insulated.

Claim 5.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to claims 1 and 4 dad.gek., I.e. the oscillating circuit coil contains a displaceable core made of high-frequency iron, by means of which the oscillating circuit can be tuned to the quartz frequency.

Claim 6.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to claim 1,4,5 dad. k., d. Apart from the capacitance of the quartz crystal and the coupling capacitor and the natural coil capacitance, the oscillation circuit does not contain any additional capacitors.

Claim 7.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to claim 1 dad.gek., D. In addition to the capacitances mentioned in claim 6, a trimmer or a rotary capacitor is present, by means of which the oscillating circuit can be tuned to the quartz frequency.

Claim 8.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to one of the preceding claims dad.gek., D. the ratio L / C of the oscillation circuit and its quality can be chosen so that the resonance range is approx. 10 kHz.

Claim 9.

Ultrasonic treatment head for therapeutic purposes according to one of the preceding claims 1 - 8 dad.gek., D. the degree of coupling between the two circuits can be regulated by a reactance.