EP0079351A1 - Vorrichtung zur abstrahlung und zum empfang fokussierter ultraschallwellen - Google Patents

Vorrichtung zur abstrahlung und zum empfang fokussierter ultraschallwellen

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EP0079351A1
EP0079351A1 EP19820901511 EP82901511A EP0079351A1 EP 0079351 A1 EP0079351 A1 EP 0079351A1 EP 19820901511 EP19820901511 EP 19820901511 EP 82901511 A EP82901511 A EP 82901511A EP 0079351 A1 EP0079351 A1 EP 0079351A1
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EP
European Patent Office
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liquid
plane
oscillator
liquid lens
lens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19820901511
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst-Günter LIERKE
Helmut Sudhof
Karl Flögel
Rudolf Grossbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Battelle Institut eV
Original Assignee
Battelle Institut eV
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19813120611 external-priority patent/DE3120611A1/de
Priority claimed from DE19813142639 external-priority patent/DE3142639A1/de
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Publication of EP0079351A1 publication Critical patent/EP0079351A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

Definitions

  • the invention relates to a device for emitting and receiving focused ultrasonic waves, in particular for local heating of biological tissues, e.g. Tumors with a piezoelectric ultrasonic transducer system and a lens.
  • Ultrasonic waves can be focused just like any other type of wave. At operating frequencies between 0.5 and 5 MHz, the corresponding wavelengths are e.g. in liquids (water) between 3 and 0.3 mm and
  • the present invention is therefore based on the object of developing a focusing ultrasound transducer system with which the area to be examined or treated can be scanned in a targeted manner without great technical effort.
  • a focusing ultrasound transducer system with which the area to be examined or treated can be scanned in a targeted manner without great technical effort.
  • Such a device should be usable in all relevant areas of medicine and biology as well as material testing and should be constructed as possible so that the transducer system is interchangeable.
  • the ultrasonic transducer system has a disk-shaped plane oscillator, in front of which a liquid chamber with a first liquid is arranged, in which one is filled with a second liquid Liquid lens is located, the focal length of the liquid lens being variable by changing the volume of the second liquid and / or the focal point in the focal plane is mechanically displaceable.
  • the device according to the invention can be used both in medical diagnosis, for example for locating tumors, kidney stones or the like, and in therapy, for example. be used for local hyperthermia treatment.
  • the main advantage in these areas compared to the previously known devices of this type is that the focusing converter can be easily adapted to commercially available therapy or diagnostic devices or material testing devices. As a result, a relatively large volume area can be scanned automatically with considerable gain for the useful level-noise level ratio, or any volume area can be treated as gently and specifically as possible.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention, in which the focal point in the focal plane 25 can be shifted linearly or azimuthally and the focal length can be varied;
  • FIG. 2 shows a top view of the mounting of the ultrasound transducer system in order to achieve a linear or azimuthal displacement of the focal point in the focal plane;
  • FIG. 3 shows the formation of a plano-convex liquid lens *, - k -
  • FIG. 4 shift of the focal point in the focal plane by rotation
  • FIG. 5 shows a transducer composed of diagnostic and therapeutic parts and proposed according to the invention
  • FIG. 6 shows the effective range of the sound during therapy operation with an axial sound-free zone
  • the device according to the invention essentially consists of a liquid chamber 1, which contains a liquid lens 2 and a, comprising the ultrasonic transducer system 3, with the liquid chamber 1 e.g. outer housing 5 detachably connected by a threaded closure 4
  • the liquid lens 2 is formed from two, more or less spherically curved, elastic and hydraulically deformable membranes 6, between which a liquid, e.g. Frigen, glycerin or the like at the speed of sound c. is included.
  • the liquid in the liquid chamber 1 has a different speed of sound c ⁇ and is preferably water.
  • the liquid volume of the lens 2 can be varied via a line 7, a cylinder 8 with a piston, which is operated by a gearwheel with a transmission 9 and a motor 10.
  • membranes 6 are more or less curved. From the radius of curvature r. , r_ of the two membranes 6 and from the sound velocities c,, c_ the focal length f of the liquid lens 2 thus formed can be calculated, according to the formula
  • the rear half of the liquid chamber 1 does not need to be closed off by a membrane or film if the ultrasound transducer 3 is permanently installed and directly coupled.
  • the film 12 to which the transducer must in turn be acoustically coupled by means of a suitable coupling medium ensures unimpeded passage of energy.
  • a flexible bearing 15 is provided towards the liquid chamber 1 so that the planar oscillator 3 lies taut on the film 12 even when its angle of inclination with respect to the optical axis of the liquid lens 2 changes.
  • the storage 15 is e.g. made of a metal bellows and forms part of the lateral wall of the liquid chamber 1.
  • the faceplate 3 is placed in a housing 16 on its n ⁇ 2-thick base plate 17, e.g. made of metal, fastened.
  • the housing of the planar transducer 3 in such a housing 16 facilitates the interchangeability of the ultrasonic transducer system. This is expedient for a versatile applicability of the device according to the invention.
  • damped pulses can be obtained to achieve short pulses and e.g. undamped circular disk-shaped piezoelectrically arranged face-plates are used in therapy.
  • the outer housing 5 is either uncoupled from the liquid chamber 1 or provided with a window 18 through which manipulation is made possible. So that the contact with the film 12 is not lost when the angle of inclination of the planar transducer 3 or the base plate 17 changes, the housing 16 or the planar transducer is on the side opposite the liquid chamber 1 via a spring-loaded, central, in the direction of the surface normal rod 19 ge ge. This rod 19 moves. in the hollow cylinder 2o in the axial direction and the suspension 21 ensures in the zu ⁇
  • the rod 19 is on a disc 22 arranged perpendicular to the optical axis of the liquid lens 2 in a radial groove 23
  • modification enables the angle of inclination of the plane transducer with respect to the optical axis of the liquid lens 2, and thus a linear Ver ⁇ shift of the focal point in the focal plane.
  • the adjustment of the actuator 24 can be done manually as well as m x. motorized.
  • the disk 22 is designed as a turntable, which is driven by a motor 27 with a gear ratio 28 in Rotation can be offset.
  • a circular movement of the support point on the turntable, while at the same time changing the support point 24, is achieved.
  • only a linear or only a circular displacement can also be brought about.
  • the liquid lens with the second liquid 29 can also be formed by the plane oscillator 3 on the one hand and a film 3o on the other hand, as shown in FIG. 3.
  • a liquid chamber is only between the lens system and the area to be treated. However, this is also unnecessary if the therapy is carried out in a water bath.
  • FIG. 1 A further, simpler focus shift is shown schematically in FIG.
  • the unit containing the plane vibrator 3 and the liquid lens 2 is arranged eccentrically to the axis of rotation.
  • the rotation can be brought about by a motor.
  • the focal length can be done manually or periodically by means of a pump by changing the lens volume.
  • the plane oscillator consists of two parts, namely an outer ring 31, which is undamped and is used for line radiation, and a central part 32, which is damped with a damping substance 33, for pulse echo - Business. Both parts are fastened concentrically on the base plate 34 of the housing (not shown here).
  • n can be the same or different.
  • the proposed combination enables diagnosis and treatment to be carried out simultaneously.
  • the temperature rise in the focal point of the therapy head is registered with a thermocouple and must be kept constant within predetermined temperature limits.
  • the diagnostic insert 32 the focal point can be adjusted precisely to the target area, ie the thermocouple located in the center of the target area, before the therap is carried out via the same, now adjustable lens system.
  • FIG. 6 shows that tissue overheating in the region of the focal point of the lens 35 is made possible when the transducer part 31, which is only intended for therapy, is used. At the same time, the sound-free leading section 36 is protected.
  • the target area can be diagnostically explored and monitored immediately before and during therapy without the treatment head having to be replaced. If only the converter head with a lens system is adapted, simultaneous diagnosis and therapy can be carried out with commercially available generators or diagnostic devices.
  • the low-performance use of diagnostics in the center of the therapy head reduces the transmission power only slightly in proportion to the area with the same intensity, but has a favorable influence on the axial temperature profile in the distance between the lens and the focal point.
  • the transducer construction according to the invention enables tissue overheating in the area of the acoustic focal point of the lens while protecting the leading section at the same time.
  • the inventive device for hyperthermia in combination with radiation therapy of tumors can be gleich ⁇ sets.

Description

_
Vorrichtung zur Abstrahlung und zum Em¬ pfang fokussierter Ultraschallwellen
20 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstrahlung und zum Empfang fokussierter Ultraschallwellen, insbe¬ sondere zur lokalen Aufheizung biologischer Gewebe, z.B. Tumoren mit einem piezoelektrischen Ultraschallwandler¬ system und einer Linse .
25
Ultraschallwellen lassen sich ebenso wie jede andere Wellenart fokussieren. Bei Arbeitsfrequenzen zwischen o,5 und 5 MHz liegen die entsprechenden Wellenlängen z.B. in Flüssigkeiten (Wasser) zwischen 3 und o,3 mm und
30 in Festkörpern (Stahl) zwischen lo und 1 mm. Man erreicht damit Brennfleckdurchmesser im Millimeterbereich. Der Vorteil fokussierter Strahlung liegt bei typischen Anwen-. düngen in der Diagnostik und der Defektoskopie im besse¬ ren Auflösungsvermögen und gesteigerter Empfindlichkeit
35 und bei Anwendung in der Therapie, in der Möglichkeit tiefliegende kranke Gewebebereiche lokal und unter Schonung des gesamten Umfeldes zu behandeln.
Zur Fokussierung von Ultraschallwellen sind neben späri- schen und zylindrischen Hohlspiegeln Hohlschwinger ver¬ schiedenster Geometrie sowie Flussigkeits- und Feststoff¬ linsen bekannt. Daneben existieren Wandler mit synthe¬ tischerApertur, bei denen die Fokussierung mit entspre¬ chenden elektronischen Mitteln erfolgt. Alle bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß eine gezielte Brennpunktvariation sowohl in lateraler als auch in axialer Richtung nicht möglich bzw. relativ aufwendig ist. Eine solche Maßnahme ist jedoch in den relevanten Anwendungsgebieten im Hinblick auf die gezielte Be¬ reichser assung sehr wesentlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu¬ grunde, ein fokussierendes Ultraschallwandlersystem zu entwickeln, mit dem der zu untersuchende bzw. zu behan¬ delnde Bereich ohne großen technischen Aufwand gezielt abtastbar ist. Eine solche Vorrichtung sollte in allen in Frage kommenden Gebieten der Medizin und Biologie so¬ wie der Materialprüfung einsetzbar und möglichst so konstruiert sein, daß das Wandlersystem austauschbar ist.
Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art lösen läßt, in der das Ultraschallwandlersystem einen scheibenförmigen Planschwinger aufweist, vor dem eine Flüssigkeitskammer mit einer ersten Flüssigkeit angeordnet ist, in der sich eine, mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeits¬ linse befindet, wobei die Brennweite der Flüssigkeitslinse durch Änderung des Volumens der zweiten Flüssigkeit variierbar und/oder der BrennDunkt in der Brennebene mechanisch verschiebbar ist. Weitere Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprü- chen 2 bis 14 erläutert . r
.f. 5 Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl in der t medizinische Diagnostik, z.B. zur Ortung von Tumoren, Nierensteinen o.a. als auch in der Therapie , z-.B. zur lokalen Hyperther iebehandlung eingesetzt werden. Der wesentliche Vorteil auf diesen Gebieten im Vergleich 10 zu den bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art liegt darin, daß der fokussierende Wandler in einfacher Weise an handelsübliche Therapie- oder Diagnostikgeräte, bzw. Materialprüfgeräte angepaßt werden kann. Dadurch läßt sich ein relativ großes Volumengebiet unter beträcht- 15 liche Gewinn für das Nutzpegel-Störpegel-Verhältnis automatisch abtasten bzw. ein beliebiger Volumen¬ bereich möglichst schonend und gezielt therapieren.
Die Erfindung wird anhand beiliegender, lediglich einen 20 Ausführungsweg darstellender Zeichnungen näher erläu¬ tert. Es zeigt in schematischer Vereinfachung
Figur 1 eine Ausführung der erfindugsge äßen Vorrich¬ tung, bei der der Brennpunkt in der Brennebene 25 linear bzw. azimutal verschiebbar und die Brenn¬ weite variierbar ist;
Figur 2 in Draufsicht die Lagerung des Ultraschallwand¬ lers ystems zur Erzielung einer linearen bzw. 30 azimutalen Verschiebung des Brennpunktes in der Brennebene ;
Figur 3 die Ausbildung einer plankonvexen Flüssigkeits¬ linse*, - k -
Figur 4 Verschiebung des Brennpunktes in der Brenn¬ ebene durch Rotation;
Figur 5 einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wandler aus Diagnostik- und Therapieteilen und
Figur 6 den Wirkungsbereich des Schalls beim Therapie¬ betrieb mit einer axialen schallfreien Zone
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen aus einer Flüssigkeitskammer 1, die eine Flüssigkeitslinse 2 enthält und einem, das Ultraschallwandlersystem 3 umfassenden, mit der Flüssigkeitskammer 1 z.B. durch einen Gewindeverschluß 4 lösbar verbundenen Außengehäuse 5
Die Flüssigkeitslinse 2 wird aus zwei, mehr oder weniger stark sphärisch gekrümmten, elastischen und hydraulisch deformierbaren Membranen 6 gebildet, zwischen denen eine Flüssigkeit, z.B. Frigen, Glycerin oder dergleichen mit Schallgeschwindigkeit c. eingeschlossen ist. Die Flüssig¬ keit in der Flüssigkeitskammer 1 besitzt eine davon unter schiedliche Schallgeschwindigkeit c~ und ist vorzugsweise Wasser.
Das Flüssigkeitsvolumen der Linse 2 ist über eine Leitung 7, einen Zylinder 8 mit Kolben, der durch ein Zahnrad mit Übersetzung 9 und einem Motor lo betrieben wird, variier¬ bar. In Abhängigkeit von dem Volumen der Linsenflüssigkei werden Membranen 6 mehr oder weniger stark gekrümmt . Aus dem Krümmungsradius r. , r_ der beiden Membranen 6 sowie aus den Schallgeschwindigkeiten c, , c_ kann die Brennweite f der so gebildeten Flüssigkeitslinse 2 be¬ rechnet werden, und zwar nach der Formel Die hintere Hälfte der Flüssigkeitskammer 1 braucht nicht durch eine Membran bzw. Folie abgeschlossen zu werden, wenn der Ultraschallwandler 3 fest installiert und direkt angekoppelt Ist . Bei austauschbaren Wand¬ lern sorgt die Folie 12 an- die der Wandler wiederum durch ein geeignetes Koppelmedium akustisch angekoppelt werden muß, für einen ungehinderten Energiedurchgang.
Damit der Planschwinger 3 auch bei Änderung seines Nei¬ gungswinkels in Bezug auf die optische Achse der Flüs¬ sigkeitslinse 2 straff auf die Folie 12 liegt, ist zur Flüüsigkeitskammer 1 hin eine flexible Lagerung 15 vor¬ gesehen. Die Lagerung 15 besteht z.B. aus einem Falten¬ balg aus Metall und bildet einen Teil der seitlichen Wan¬ dung der Flüssigkeitskammer 1.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird der Planschwinger 3 in einem Gehäuse 16 auf dessen nλ 2-dicke Bodenplatte 17, z.B. aus Metall, befestigt. Die Unter¬ bringung des Planschwingers 3 in einem solchen Gehäuse 16 erleichtert die Auswechselbarkeit des Ultraschallwand lersystems. Dies ist für eine vielseitige Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig - . So könnne für Impuls-Echo-Anwendungen, wie sie in der Diagnostik und Defektoskopie vorkommen, zur Erzielung kurzer Impulse bedämpfte und für den Dauer-Betrieb z.B. in der Therapie unbedämpfte kreisscheibenförmige piezoelektrisch ange¬ legte Planschwinger jeweils Verwendung finden .
Zum Auswechseln der Wandler 3 wird das Außengehäuse 5 ent¬ weder von der Flüssigkeitskammer 1 ausgekoppelt oder seit¬ lich mit einem Fenster 18 versehen, durch das hindurch eine Manipulation ermöglicht wird. Damit bei wechselndem Neigungswinkel des Planschwingers 3 bzw. der Bodenplatte 17 der Kontakt mit der Folie 12 nicht verloren geht, wird das Gehäuse 16 bzw. der Plan¬ schwinger an der der Flüssigkeitskammer 1 entgegenge¬ setzten Seite über eine gefederte, zentrale, in der Richtung der Flächennormalen verlaufende Stange 19 ge¬ lagert. Diese Stange 19 bewegt sich. in dem Hohlzylinder 2o in axialer Richtung und die Federung 21 sorgt im Zu¬
10 sammenwirken mit der Elastizität des Lagerelementes 15 für eine straffe Spannung des Planschwingers 3 bzw. der Bodenplatte 17 auf der Folie 12. Die Stange 19 wird auf einer senkrecht zur optischen Achse der Flüssigkeits¬ linse 2 angeordneten Scheibe 22 in einer radialen Nute 23
15 exzentrisch verschiebbar gelagert. Diese Lagerung wird in Figur 2 in Draufsicht verdeutlicht. Die Verstellung de Stange 19 bzw. deren Auflagepunkt 24 (s. Figur 2) in der Nute 23, wird über ein in die Nute 23 geführtes Stell¬
20 glied, z.B. eine Schraube 25 erzielt. Eine Federung 26 von der entgegengesetzten Seite sorgt dafür, daß der Auflagepunkt 24 der Stange 19 bei zurückgezogenem Stell¬ glied 25 sich in entgegengesetzter Richtung in der Nute 23 bewegt. Diese Hin- und Herbewegung des Auflagepunktes
__ 24 in der Nute 23 ermöglicht eine, Veränderung des Neigung winkels des Planschwingers in Bezug auf die optische Achse der Flüssigkeitslinse 2 und damit eine lineare Ver¬ schiebung des Brennpunktes in der Brennebene. Die Ver¬ stellung des Stellgliedes 24 kann sowohl manuell als auch m x. motorbetrieben erfolgen.
Für eine effektive Abtastung, z.B. bei Defektoskopie, wird erfindungsgemäß der oben beschriebenen linearen Vers bung des Brennpunktes eine azimutale 3ewegung überlagert . 3c Hierfür wird die Scheibe 22 als eine Drehscheibe ausge¬ bildet, die durch Motor 27 mit Zahnradübersetzung 28 in Rotation versetzt werden kann. Bei festem Auflagepunkt 24 der Stange 19 wird dadurch eine kreisförmige, bei gleichzeitig veränderlichem Auflagepunkt 24 eine spri- ralför ige Bewegung des Auflagepunktes auf der Drehscheib erzielt. Erfindungsgemäß kann auch z.B. nur eine lineare oder eine nur kreisförmige Verschiebung bewirkt werden.
Die Flüssigkeitslinse mit der zweiten Flüssigkeit 29 kann auch durch den Planschwinger 3 einerseits und eine Folie 3o anderseits gebildet werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In diesem Fall befindet sich eine Flüssigkeitskammer nur zwischen dem Linsensystem und dem zu behandelnden Bereich. Diese ist jedoch ebenfalls ent¬ behrlich, wenn die Therapie im Wasserbad durchgeführt wird.
In Figur 4 wird eine weitere, einfachere Brennpunktver¬ schiebung schematisch dargestellt . Hier wird die den Planschwinger 3 und die Flüssigkeitslinse 2 enthaltende Einheit exzentrisch zu der Rotationsachse angeordnet. Die Rotation kann wie üblich durch einen Motor bewirkt werden. Die Brennweite kann manuell oder periodisch¬ pulsierend mittels einer Pumpe durch Änderung des Linsen¬ volumens erfolgen.
In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Planschwinger aus zwei Teilen und zwar aus einem äußeren Ring 31, der unbedämpft ist und zur Leitungs- abstrahlung dient, und einem zentralen Teil 32, der mit ' einem Dämpfungsstoff 33 bedämpft ist, für Impuls-Echo- Betrieb. Beide Teile werden konzentrisch auf der Boden¬ platte 34 des hier nicht gezeigten Gehäuses befestigt. Die Platte 34 besitzt eine* Dicke von n λ /2 bei n=l,2,3.. Für den ringförmigen Teil 31 und für den zentralen be- dämpften Teil 32 kann n gleich oder verschieden sein. Durch die vorgeschlagene Kombination kann simultan diagnostiziert und therapiert werden. Bei bestimmten therapeutischen Anwendungen, z.B. Hyperthermie, wird mit einem Thermoelement der Temperaturanstieg im Brennpunkt des Therapiekopfes registriert und muß innerhalb vorge¬ gebener Temperaturgrenzen konstant gehalten werden. Mit dem Diagnostikeinsatz 32 kann der Brennpunkt genau auf das Zielgebiet, d.h. das im Zentrum des Zielgebietes stehende Thermoelement justiert werden, bevor die Therap über das gleiche, nunmehr justierbare Linsensystem er¬ folgt.
Aus Figur 6 geht hervor, daß bei Anwendung des nur zur Therapie vorgesehenen Wandlerteils 31 eine Gewebeüber- hitzung im Bereich des Brennpunktes der Linse 35 er¬ möglicht wird. Gleichzeitig wird die schallfreie Vor¬ laufstrecke 36 geschont.
Durch die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführung form kann unmittelbar vor und während der Therapie das Zielgebiet diagnostisch erkundet und überwacht werden, ohne daß der Behandlungskopf ausgetauscht werden muß. Wenn nur der Wandlerkopf mit Linsensystem angepaßt ist, können simultane Diagnostik und Therapie mit handels- üblichen Generatoren bzw. Diagnostikgeräten durchge¬ führt werden. Der leistungsschwache Diagnostikeinsatz im Zentrum des Therapiekopfes reduziert flächenpropor¬ tional bei gleicher Intensität die Sendeleistung nur ge¬ ringfügig, beeinflußt aber das axiale Temperaturprofil in der Strecke zwischen Linse und Brennpunkt günstig. Bei derlokalen Hyperthermie tieferliegender Gewebe¬ bereiche ermöglicht die erfindungsgemäße Wandlerkon¬ struktion eine Gewebeüberhitzung im Bereich des akusti¬ schen Brennpunktes der Linse bei gleichzeitiger Scho- nung der Vorlaufstrecke. - o _
Durch den Ersatz des Diagnostikteils 31 durch eine Strahlenquelle , z .B . *' lr für -Strahlen , kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Hyperthermie in Kombination mit Strahlentherapie von Tumoren einge¬ setzt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Abstrahlung und zum Empfang fokussierter Ultraschallwellen insbesondere zur lokalen Aufheizung biologischer Gewebe, z.B. Tumoren, mit einem piezo¬ elektrischen Ultraschallwandlersystem und einer Linse . dadurch gekennzeichnet . daß das Ultraschallwandler¬ system einen scheibenförmigen Planschwinger (3) auf¬ weist, vor dem eine Flüssigkeitskammer (1) mit einer ersten Flüssigkeit angeordnet ist, in der sich eine, mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeits¬ linse (2) befindet, und daß die Brennweite der Flüs¬ sigkeitslinse (2) durch Änderung des Volumens der zweiten Flüssigkeit variierbar und/oder der Brenn¬ punkt in der Brennebene verschiebbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitslinse (2) durch zwei elastische, schalldurchlässige Membranen (6) gebildet wird.
OM
Yλ/_ WΠ
3. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit (29)' sich zwischen dem Planschwinger (3) und einer mit diesem verbundenen elastischen, schalldurchlässigen Membran (3o) be¬ findet, so daß eine plankonvexe Flüssigkeitslinse ge¬ bildet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. da¬ durch gekennzeichnet . daß durch Rotation der den Planschwinger (3), die Flüssigkeitskammer (1) und die Flüssigkeitslinse (2) aufweisenden Einheit der Brennpunkt in der Brennebene verschiebbar ist. wobei diese Einheit exzentrisch zur Rotationsachse ange¬ ordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet . daß durch Einstellung eines beliebigen Neigungswinkels des Planschwingers (3) in Bezug auf die optische Achse der Flüssigkeitslinse (2) der Brennpunkt in der Brennebene verschiebbar ist.
6- Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Planschwinger (3) über eine zentrale, in der Richtung seiner Flächennormalen verlaufenden Lager¬ ungsstange (19 ) auf einer senkrecht zur optischen Achse der Flüssigkeitslinse (2) angeordneten Scheibe (22) in einer radialen Nute (23) gelagert ist. wobei der Auflagepunkt (24) der Lagerunsstange (19) innerhalb dieser Nute (23) verschiebbar ist. so daß sich ein va¬ riabler Neigungswinkel zwischen der optischen Achse der Flüssigkeitslinse (2) und der Strahlungsrichtung des Planschwingers (3) ergibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet. daß der Planschwinger (3) über eine zentrale, in der Richtung seiner Flächennor¬ malen verlaufende Lagerungsstange (19) auf einer senkrecht zur optischen Achse der Flüssigkeits¬ linse (2) angeordneten Drehscheibe (22) gelagert ist. wobei der Auflagepunkt (24) der Lagerungs- stänge (9) auf der Drehscheibe (22) bei Rotation eine azimutale Bewegung beschreibt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. da¬ durch gekennzeichnet, daß der Planschwinger (3) mit der Flüssigkeitskammer (1) über ein elastisches Lagerungselement (15) vorzugsweise. lösbar gekoppelt ist, wobei das Lagerungselement (15) zumindest einen Teil der seitlichen Wandung der Flüssigkeits¬ kammer (1) bildet, und daß die Lagerungsstange (19) zur Erzielung einer festen Kopplung zwischen dem Planschwinger (3) und der Flüssigkeitskammer (1) gefedert (21) ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (1 an der Koppelstelle zum Planschwinger (3) und zur Abstrahlungsseite durch je eine schalldurchlässige Folie (11. 12) abgeschlossen ist und daß ein akustischer Durchgang zwischen dem Planschwinger
(3) und der Folie (12) ermöglicht ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß der Planschwinger (3) in einem abmontierbaren Gehäuse (16) auf der n /2- dicken 3odenplatte (17) des Gehäuses (15) befestigt ist .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis lo, da¬ durch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeitskammer (1) eine luftgefüllte, elastisch abgeschlossene Ausgleichkammer (14) zum Volumenausgleich bei Vo¬ lumen- bzw. Brennweitenänderung der Flüssigkeits¬ linse (2) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Planschwinger aus zwei konzentrisch angeordneten Teilen (31, 32) zu¬ sammengesetzt ist, wobei ein äußerer ringförmiger unbedämpfter Teil (31) zur Leisungsabstrahlung und ein zentraler, bedampfter Teil (32) für Impuls-Echo- Betrieb vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planschwinger (1,2) auf einer Platte (34) montiert ist, die eine Dicke von n 'λ /2 , bei n=l,2,3. besitzt, wobei die ganze Zahl n für den Zentral¬ teil (32) sich von der des entsprechenden ringför¬ migen Teils (31) unterscheiden kann.
1 . Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 , dadurch ge- kennezeichnet, daß zur kombinierten Hyperthermie- und Strahlenbehandlung der bedämpfte Teil (32) durch eine Strahlenquelle ersetzt ist.
; R
O?
EP19820901511 1981-05-23 1982-05-19 Vorrichtung zur abstrahlung und zum empfang fokussierter ultraschallwellen Withdrawn EP0079351A1 (de)

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