EP2249762A2 - System und verfahren zur erzeugung von ultraschallwellen - Google Patents

System und verfahren zur erzeugung von ultraschallwellen

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EP2249762A2
EP2249762A2 EP09719522A EP09719522A EP2249762A2 EP 2249762 A2 EP2249762 A2 EP 2249762A2 EP 09719522 A EP09719522 A EP 09719522A EP 09719522 A EP09719522 A EP 09719522A EP 2249762 A2 EP2249762 A2 EP 2249762A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
ultrasonic waves
generating
frequencies
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09719522A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ilja Kruglikov
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.)
Wellcomet GmbH
Original Assignee
Wellcomet GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Wellcomet GmbH filed Critical Wellcomet GmbH
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Priority to EP15196960.7A priority patent/EP3031439B8/de
Publication of EP2249762A2 publication Critical patent/EP2249762A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
    • A61H23/02—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive
    • A61H23/0245—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive with ultrasonic transducers, e.g. piezoelectric
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • A61N2007/0008—Destruction of fat cells
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    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N2007/0073—Ultrasound therapy using multiple frequencies

Definitions

  • the invention relates to a system for generating ultrasonic waves according to the preamble of claim 1, and to a method for generating ultrasonic waves according to the preamble of claim 17.
  • Ultrasonic waves are used to apply to biological tissue for medical, therapeutic or cosmetic applications, as well as for research purposes.
  • the term ultrasonic waves refers to vibrations having a frequency greater than 20 kHz. Often this is the use of low frequency ultrasonic frequencies in the range of 20 kHz to 100 kHz and the use of high frequency ultrasonic frequencies above 0.8 MHz.
  • Systems for generating ultrasonic waves for the treatment of biological tissue usually have a signal generator which serves to generate periodic electrical signals. Further, typical systems include an ultrasound probe which is connected by an electrical lead to a signal output of the signal generator. The ultrasound head has an area for resting on the biological tissue, wherein in the ultrasound head in the vicinity of this support area, the periodic electrical signals generated by the signal generator are converted into ultrasound waves.
  • an ultrasonic transducer is designed to convert electrical signals at a fixed frequency.
  • ultrasonic heads are also known which can convert electrical signals of different frequencies into corresponding ultrasonic waves:
  • CONFIRMATION COPY US 5,460,595 describes a system for generating ultrasonic waves in which the signal generator and the ultrasound head are designed such that ultrasound waves with three different frequencies can be generated without having to replace the ultrasound head.
  • This system provides the user with three different ultrasonic frequencies to effect three different penetration depths into the biological tissue.
  • the half-depth of an ultrasonic wave at 3 MHz frequency is about 1 cm, and for an ultrasonic wave at 1 MHz, it is about 3 cm.
  • the half-value depth is independent of the irradiated intensity, whereas the energy absorbed to a certain depth in the biological tissue depends on both the frequency and the intensity of the ultrasonic radiation.
  • the half-power depth can be varied by means of the used ultrasonic frequency and the energy absorbed up to a certain depth by means of the selected intensity.
  • the massage effect that is, the relative movement of individual parts of the treated biological tissue.
  • the invention has for its object to provide a system and a method for generating ultrasonic waves, which extends the possibilities of influencing biological tissue by ultrasonic waves, in particular new massage effects.
  • This object is achieved in that is switched at least during a predetermined period of time between at least two predetermined frequencies f, and f 2 , wherein after switching to the frequency f 1 ultrasonic waves are generated at this frequency for a period T 1 and after switching to the Frequency f 2 ultrasonic waves are generated at this frequency for a different time period T 2 to T 1 and wherein the time associated with the higher frequency is greater than the time associated with the lower frequency.
  • T 1 is greater than T 2 and vice versa.
  • the invention is based on the following finding:
  • the ultrasound application leads in the biological tissue alternately to regions of overpressure and regions of negative pressure, wherein the pressure value, that is, in particular the difference in pressure between the areas of positive pressure and the areas of negative pressure is independent of frequency.
  • Frequency dependent is the removal of the areas of overpressure and the areas of negative pressure.
  • Two areas with overpressure are located approximately at a distance from each other, which corresponds to the wavelength of the ultrasound radiation used. Approximately in the middle between these areas with overpressure, that is approximately half a wavelength away, there is an area with negative pressure. The higher the frequency, the smaller the wavelength and thus the distance between areas with positive and negative pressure. Even if the level of pressure does not change with the frequency of the ultrasound radiation used, however, the distance between regions with overpressure and underpressure and thus the pressure gradient in the tissue changes.
  • the speed with which the at least two ultrasonic frequencies are changed that is the Switching frequency, quite essential for the therapeutic effect of the treatment.
  • the switching frequency indicates how often per second a frequency change takes place, that is, from the current ultrasonic frequency to the next ultrasonic frequency.
  • the switching frequencies according to the invention are in an optimal relation to the intrinsic elasticity of the tissue cells, in particular the cell membranes.
  • a significantly more intense action on the cell was registered with an increase in the permeability of the cell membranes up to 200%.
  • This improvement in cell diffusion leads to a significant tightening of the tissue, which is particularly beneficial for cellulites, but can also be used for the treatment of osteoarthritis and arthritis.
  • the frequencies are from 0.7 MHz to about 10 MHz, the lower frequencies being recommended for a high penetration depth of a few centimeters into the tissue, and high frequencies for a more superficial tissue treatment with a penetration depth of less than 1 centimeter.
  • the inventive system for generating ultrasonic waves is therefore designed such that after switching to the frequency f 1 for a given time period T 1 ultrasonic waves is generated at this frequency and also after switching to the frequency f 2 ultrasonic waves for a predetermined period of time T 2 are generated at the frequency I 2 , wherein T 1 and T 2 are different.
  • the time associated with the higher frequency is greater than the time associated with the lower frequency. This is due to the Applicant's finding that unwanted side effects typically occur to a greater extent at lower frequencies. Lower frequencies have a greater penetration depth and thus there is a higher risk, for example, that a bone underlying the tissue to be treated also experiences an energy input which leads to undesirable side effects, such as eg periosteum pain or periostitis. Therefore, in the method according to the invention, the lower frequency is assigned a shorter time duration, so that the lower frequency is applied continuously with a shorter time duration.
  • the frequency f 1 and f 2 is switched back and forth between the frequencies f 1 and f 2 during each predetermined treatment time, the respective frequency being specifically predetermined for each frequency after each switching process Period of time is generated and according to the tissue is applied for this period of time with ultrasonic waves at the generated frequency.
  • the time periods T 1 and T 2 are in the range of 0.5 ms (milliseconds) to 50 ms, preferably in the range of 1 ms to 20 ms. This ensures a sufficiently fast frequency change.
  • time intervals less than or equal to 10 ms, preferably less than or equal to 2 ms, are advantageous.
  • the ultrasound head has to be moved back and forth in order to avoid an excessive load, in particular of the bone or the periosteum.
  • time periods T 1 and T 2 have a ratio T 1 ZT 2 of about 3/7 or about 1/3 or about 1/4, if f-, smaller than f 2 or the corresponding reciprocal values if f 1 is greater than f 2 .
  • a time period T 1 of 1 msec is prescribed and for frequency f 2 set a period of time T 2 of 4 ms or for the frequency f 1 a period of time T 1 of 3 ms given and for frequency f 2 for a period T 2 of 7 ms or for the frequency I 1 given a time period T 1 of 5 ms and for frequency f 2 a period T 2 of 15 ms.
  • the frequency values between which are switched back and forth relatively far apart, namely in the ratio 1: 2 to 1: 10, in particular 1: 2.5 to 1: 5. It has been found that at such frequency intervals, the cells are applied more intensively than at frequency intervals which are outside this range.
  • frequencies Z 1 and f 2 are predetermined, which are in a non-integer relationship to one another.
  • the aforementioned signal generator is preferably designed such that frequencies U and f 2 for generation by the Signal generator can be specified, which are in a non-integer ratio.
  • the ability to specify frequencies in non-integer ratios has several advantages:
  • the ultrasonic waves are generated such that the
  • Signal generator generates an electrical signal of the predetermined frequency and this signal is fed to a conversion unit for generating ultrasonic waves from the electrical signal, typically an ultrasonic head.
  • a conversion unit for generating ultrasonic waves from the electrical signal typically an ultrasonic head.
  • Such conversion units typically have a plurality of oscillating elements, for example a piezoelectric element, on which an additional layer is applied.
  • the efficiency of such a conversion unit i. H. the ratio of the electrical power input to the converting unit to the acoustic power of the outgoing ultrasonic wave depends on several factors, such as the material constants of the materials used for the vibrating elements.
  • the acoustic output power is increased or it is a lower electrical input power to achieve a desired acoustic output power required, so that a lower stress on the components used and a smaller dimensioning with respect to the electrical power of the signal generator are possible.
  • the frequency optimized for a given desired frequency is typically to be chosen differently for each ultrasound head, since the efficiency of process parameters such as temperature and
  • the system according to the invention for generating ultrasonic waves is advantageously designed such that optionally at least one of a plurality of ultrasound heads can be connected by means of an electrical connection and that in each case individual frequencies U and f 2 can be predetermined for the respective ultrasound head. This makes it possible, for each ultrasound head as described above, to determine optimal frequencies for each predetermined desired frequencies and to operate the ultrasound heads with each individually optimized frequencies.
  • the ultrasound head or the electrical connection of the ultrasound head has a memory element in which the frequencies optimized for this ultrasound head are stored and, accordingly, the system according to the invention preferably has a read-out unit for reading out the stored optimum frequencies and passing them on to the signal generator.
  • the signal generator is designed such that frequencies can be predetermined with an accuracy of 1 Hz, so that a fine tuning with respect to the optimum frequency is possible.
  • the signal generator comprises an oscillator and a frequency modulation unit which generates at least two different frequencies from the oscillator frequency.
  • the oscillator only needs to generate one frequency, from which the modulation unit then derives the desired different frequencies.
  • the signal generator comprises an oscillator, a frequency controller and an amplification unit.
  • the oscillator generates the fundamental, with the frequency at which the oscillator oscillates being regulated by the frequency controller connected to the oscillator.
  • the output of the oscillator is connected to the input of the amplification unit, so that at the output of the Amplification unit is the vibration signal of the oscillator in amplified form.
  • the amplification factor can be specified at the amplification unit.
  • the output of the amplification unit is connected to the signal output of the signal generator, so that the amplified oscillator signal is forwarded to the ultrasound transducer.
  • control unit is designed as a microcontroller, that is, as a control unit, which includes an electronic control.
  • the microcontroller can be realized for example by a computer.
  • About a control output is the
  • Microcontroller connected to the input of the frequency controller, so that the microcontroller finally specifies the frequency, which is applied to the signal output of the signal generator.
  • control unit additionally controls the intensity of the ultrasonic wave.
  • control unit may on the one hand be connected to a control input of the amplification unit and on the other hand to be connected via a signal input to a signal output of the amplification unit.
  • the actual intensity of the signal present at the signal output of the signal generator can thus be checked via the signal input of the control unit, and accordingly the amplification factor can be corrected and forwarded accordingly to the control input of the amplification unit, so that a signal having a predetermined intensity is present at the signal output.
  • the system for generating ultrasonic waves has at least two ultrasound heads with different sizes.
  • Ultrasonic heads of different sizes have a different sized support surface for resting on the biological tissue to be irradiated.
  • a suitable ultrasonic head can be selected.
  • the signal output of the signal generator is designed such that either one or the at least two ultrasound heads can be connected to the signal output at the same time.
  • either a suitable ultrasound head can be selected for use, or several ultrasound heads can be connected, so that at the same time several sites of the biological tissue can be exposed to ultrasonic radiation.
  • the system has at least two ultrasound heads, which can be connected to the signal output of the signal generator, wherein the signal output comprises a signal control unit, which automatically forwards the signal to one of the connected ultrasound heads.
  • the signal control unit has a memory for storing treatment programs, in which the duration of treatment and possibly other parameters such as strength and frequency of the ultrasound radiation or switching frequency are predetermined for a particular ultrasound head.
  • the signal control unit is connected to a control unit of the ultrasound heads for controlling said further parameters. After the predetermined treatment period, the signal control automatically switches to the next specified in the program ultrasound head and indicates this by an optical and / or acoustic signal.
  • the signal controller transmits the further parameters to the control unit. The treatment can then be continued with the now active ultrasound head with the predetermined further parameters.
  • the system has a stimulation current generator which generates a stimulation current and outputs it at a stimulus current output.
  • the stimulus current output is connected to a contact unit, which can be embodied, for example, as a per se known electrode, so that the stimulation current can be transmitted to the biological tissue via the contact unit.
  • the contact unit is integrated in the ultrasound head so that both the stimulation current and the ultrasound radiation can penetrate into the tissue by placing the ultrasound head on the biological tissue.
  • the system according to the invention has a vacuum unit with a vacuum connection, wherein the vacuum unit is arranged on the ultrasound head such that upon application of the ultrasound head to the biological tissue a negative pressure
  • the vacuum unit may be formed, for example, as a vacuum bell. This forms a structural unit with the ultrasound head, so that by laying the ultrasound head on the biological tissue, an approximately fluid-tight connection between the biological tissue and the vacuum bell can be produced automatically.
  • the system according to the invention comprises an infrared unit for generating infrared radiation, which comprises an infrared radiation source, such as an incandescent tube, and a power supply for infrared radiation source.
  • the infrared radiation source is integrated into the ultrasound head and oriented in such a way that when the ultrasound head is placed on the biological
  • the infrared radiation of the infrared radiation source acts on the surface of the biological tissue.
  • Particularly useful is the combination of the described system with a device for generating high-frequency currents, which are transmitted at a frequency between 300 kHz to 10 MHz via at least one outgoing electrode to the tissue. This can be done simultaneously or at different times for ultrasound treatment.
  • Ultrasound treatment results when combined with cosmetic liposuction.
  • the reason for this is the significantly improved permeability of the cell walls due to the ultrasound treatment according to the invention.
  • fat can be extracted from the same extraction point from a much greater distance than before.
  • the better permeability of the cells makes the local fat concentration even. Bumps or waves on the treated body parts are excluded.
  • the ultrasound treatment is expediently carried out once directly before the liposuction and a total of three to four times after the liposuction, preferably every day or every other day.
  • the treatment time is preferably between 30 and 60 minutes.
  • Figure 1 is a perspective view of an inventive
  • Ultrasonic head and Figure 2 is a block diagram of a system according to the invention for generating ultrasonic waves.
  • the ultrasound head shown in FIG. 1 comprises a housing 1, which has a head part 2 at the front end, on which a protector 3 is arranged. On the protector 3, a support surface is formed, for application to the biological tissue. On the side lying in the head part 2 of the protector 3, a piezo element is attached to the protector, which generates the ultrasonic vibrations and passes them on to the protector 3.
  • a corresponding control electronics for the piezoelectric element is further included, which can be connected via a connecting line 5 and a plug 4 with a (not shown) signal generator.
  • the control electronics contained in the housing 1 converts in conjunction with the piezoelectric element electrical signals which are transmitted via the cable 5 in ultrasonic waves, so that by applying the protector 3 on biological tissue this can be acted upon by ultrasonic waves.
  • the housing 1 further comprises a coupling control 2.
  • the coupling control registers whether the protector 3 is pressurized, that is, whether the protector 3 rests against biological tissue. If this is the case, then the coupling control 2 outputs a corresponding signal via the cable 5 and the plug 4 to the (not shown) microcontroller of the system according to the invention for generating ultrasonic radiation.
  • the plug 4 is also a memory module, are stored on the calibration data of the ultrasound head, in particular the piezoelectric element.
  • the memory module can over in the plug 4th attached contacts are connected to the microcontroller, so that the microcontroller read the stored data and depending on the calibration data, the intensity of the signals present at the signal output of the signal generator select such that an ultrasound radiation with a predetermined intensity is generated by the piezoelectric element.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the system according to the invention for generating ultrasound radiation.
  • An oscillator 11 generates periodic electrical signals, which are subsequently amplified in an amplification unit.
  • This amplification unit consists of a preamplifier 12 and an output stage 13.
  • the output signal from the output stage is forwarded by the connector 4 shown in Figure 1 and the cable 5 to the ultrasound head, so that in the ultrasonic head 14, the electrical signal can be converted into ultrasonic waves.
  • the frequency with which the oscillator 1 1 oscillates is regulated by a frequency controller 15. This is in turn controlled by a control unit 16, which is designed as a microcontroller, which specifies the currently generated frequency. For operation, the following variables are specified in the microcontroller:
  • the desired intensity of the ultrasonic radiation is the desired intensity of the ultrasonic radiation
  • the microcontroller first for 0.001 seconds, the signal to the frequency controller 15 to generate a frequency of 1 MHz, then the signal for 0.005 seconds Generation of a frequency of 3 MHz, then for 0.015 seconds, the signal to generate a frequency of 10 MHz and repeats this cycle continuously. Accordingly, a corresponding periodic signal is generated at the desired frequency and is present at the output of the output stage 13. This output is connected via a line 13a to a signal input of the microcontroller, so that in the microcontroller actually applied to the power amplifier
  • the microcontroller is now via the line 12a a corresponding signal to the preamplifier 12, so that at the output of the output stage 13, a signal with the desired intensity is applied.
  • the calibration data of the ultrasound head read. With the aid of this calibration data, the microcontroller calculates the desired intensity at the output of the output stage 13 in such a way that ultrasound radiation with the predetermined intensity of 1 W / cm 2 is generated by the ultrasound head.
  • the microcontroller is connected via a line 17b to the coupling control 7 of the ultrasound transducer 4.
  • the coupling control sends a signal to the microcontroller and the microcontroller is designed such that it emits a positive signal to the preamplifier only when the coupling control signal is present. This means that in the absence of signal of the coupling control, that is, when the protector 3 shown in Figure 1 is not applied to the biological tissue, no positive signal is delivered to the preamplification and thus no gain takes place, so at the output of the power amplifier 3 at most a Low intensity signal is present.

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Abstract

System und Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen, insbesondere zur kosmetischen und therapeutischen Behandlung mit einem elektrisch angesteuerten Ultraschallkopf, der Ultraschallwellen mit zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzen f1, f2 erzeugt, wobei eine Steuereinheit permanent oder zumindest während vorgegebener Zeitspannen zwischen den zumindest zwei vorgegebenen Frequenzwerten f1, f2 umschaltet. Wesentlich dabei ist, dass nach Umschalten auf die Frequenz f1 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine Zeitspanne T1 erzeugt werden und nach Umschalten auf die Frequenz f2 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine zu T1 unterschiedliche Zeitspanne T2 erzeugt werden, wobei die der höheren Frequenz zugeordnete Zeitspanne größer ist als die der niedrigeren Frequenz zugeordnete Zeitspanne.

Description

System und Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von Ultraschallwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Ultraschallwellen werden zur Beaufschlagung von biologischem Gewebe für medizinische, therapeutische oder kosmetische Anwendungen, sowie für Forschungszwecke benutzt. Üblicherweise werden mit dem Begriff Ultraschallwellen Schwingungen mit einer Frequenz größer 20 kHz bezeichnet. Häufig ist hierbei die Verwendung von niederfrequenten Ultraschallfrequenzen im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz und die Verwendung von hochfrequenten Ultraschallfrequenzen über 0,8 MHz.
Systeme zur Erzeugung von Ultraschallwellen für die Behandlung von biologischem Gewebe weisen üblicherweise einen Signalgenerator auf, welcher zur Erzeugung von periodischen elektrischen Signalen dient. Ferner umfassen typische Systeme einen Ultraschallkopf, welcher mittels einer elektrischen Leitung mit einem Signalausgang des Signalgenerators verbunden ist. Der Ultraschallkopf besitzt einen Bereich zur Auflage auf das biologische Gewebe, wobei im Ultraschallkopf in der Nähe dieses Auflagebereiches die vom Signalgenerator erzeugten periodischen elektrischen Signale in Ultraschallwellen umgewandelt werden.
Typischerweise ist ein Ultraschallkopf auf die Umwandlung von elektrischen Signalen mit einer festen Frequenz ausgelegt. Es sind jedoch auch Ultraschallköpfe bekannt, welche elektrische Signale mit unterschiedlichen Frequenzen in entsprechende Ultraschallwellen umwandeln können:
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die US 5,460,595 beschreibt ein System zur Erzeugung von Ultraschallwellen, bei dem der Signalgenerator und der Ultraschallkopf derart ausgelegt sind, dass Ultraschallwellen mit drei verschiedenen Frequenzen erzeugt werden können, ohne dass der Ultraschallkopf ausgetauscht werden müsste.
Dieses System stellt dem Anwender drei verschiedene Ultraschallfrequenzen zur Verfügung, um drei verschiedene Eindringtiefen in das biologische Gewebe zu bewirken.
Wie tief und mit welcher Intensität der Ultraschall in den Körper eindringt, hängt von der Frequenz der Ultraschallwelle ab. Ein Maß für die Eindringtiefe ist die so genannte Halbwertstiefe, das heißt die Strecke, nach der sich die Schallintensität in dem biologischen Gewebe auf 50 % durch Absorption vermindert hat. Je geringer die Frequenz, desto höher die Eindringtiefe. Für typisches biologisches Gewebe eines Menschen beträgt die Halbwertstiefe einer Ultraschallwelle mit Frequenz 3 MHz etwa 1 cm und für eine Ultraschallwelle mit der Frequenz 1 MHz etwa 3 cm.
Die Halbwertstiefe ist unabhängig von der eingestrahlten Intensität, wohingegen die bis zu einer gewissen Tiefe in dem biologischen Gewebe absorbierte Energie sowohl von der Frequenz als auch von der Intensität der Ultraschallstrahlung abhängt.
Mit dem bekannten System lassen sich somit die Halbwertstiefe mittels der benutzten Ultraschallfrequenz und die bis zu einer bestimmten Tiefe absorbierte Energie mittels der gewählten Intensität variieren. Wünschenswert wäre es jedoch, bei der Ultraschallbehandlung die Massagewirkung, das heißt die Relativbewegung einzelner Teile des behandelten biologischen Gewebes stärker beeinflussen zu können.
Systeme mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 und 17 sind durch die US 6148225, EP 1 262 160 und US 5178134 bekannt geworden. Dort wird jeweils die Behandlungsfrequenz ständig geändert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen zu schaffen, welches die Möglichkeiten der Beeinflussung von biologischem Gewebe durch Ultraschallwellen erweitert, insbesondere neue Massagewirkungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest während einer vorgegebenen Zeitspanne zwischen zumindest zwei vorgegebenen Frequenzen f, und f2 umgeschaltet wird, wobei nach Umschalten auf die Frequenz f1 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine Zeitspanne T1 erzeugt werden und nach Umschalten auf die Frequenz f2 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine zu T1 unterschiedliche Zeitspanne T2 erzeugt werden und wobei die der höheren Frequenz zugeordnete Zeitspanne größer ist als die der niedrigeren Frequenz zugeordnete Zeitspanne. Ist somit U größer als f2, so ist auch T1 größer als T2 und umgekehrt.
Dabei geht die Erfindung von folgender Erkenntnis aus:
Die Ultraschallbeaufschlagung führt in dem biologischen Gewebe abwechselnd zu Bereichen mit Überdruck und Bereichen mit Unterdruck, wobei der Druckwert, das heißt insbesondere die Differenz des Drucks zwischen den Bereichen mit Überdruck und den Bereichen mit Unterdruck frequenzunabhängig ist.
Frequenzabhängig ist jedoch die Entfernung der Bereiche mit Überdruck und der Bereiche mit Unterdruck. Zwei Bereiche mit Überdruck sind in etwa um eine Strecke voneinander entfernt, welche der Wellenlänge der verwendeten Ultraschallstrahlung entspricht. Etwa mittig zwischen diesen Bereichen mit Überdruck, das heißt in etwa eine halbe Wellenlänge entfernt, befindet sich ein Bereich mit Unterdruck. Je höher die Frequenz, desto geringer die Wellenlänge und damit der Abstand zwischen Bereichen mit Über- und Unterdruck. Auch wenn sich die Höhe des Drucks mit der Frequenz der verwendeten Ultraschallstrahlung nicht ändert, so ändert sich jedoch der Abstand zwischen Bereichen mit Über- und Unterdruck und damit der Druckgradient im Gewebe.
Nach Untersuchungen der Anmelderin ist die Geschwindigkeit, mit der zwischen den mindestens zwei Ultraschall-Frequenzen gewechselt wird, also die Umschaltfrequenz, ganz wesentlich für den therapeutischen Effekt der Behandlung. Die Umschaltfrequenz gibt an, wie oft pro Sekunde ein Frequenzwechsel stattfindet, d. h. von der aktuellen Ultraschallfrequenz zu der nächsten Ultraschall-Frequenz übergegangen wird.
Dabei hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäßen Umschaltfrequenzen in einer optimalen Relation zur Eigenelastizität der Gewebezellen, insbesondere der Zellmembranen stehen. So wurde durch Anwendung der genannten Umschaltfrequenzen eine bedeutend intensivere Einwirkung auf die Zelle registriert mit einer Steigerung der Durchlässigkeit der Zellmembranen bis auf 200 %. Diese Verbesserung der Zeil-Diffusion führt zu einer deutlichen Straffung des Gewebes, was insbesondere bei Cellulites von Vorteil ist, aber auch zur Behandlung von Arthrose und Arthritis eingesetzt werden kann.
Daneben ist auch die Wahl der Ultraschall-Frequenzen von Bedeutung.
Vorzugsweise wird mit Frequenzen von 0,7 MHz bis etwa 10 MHz gearbeitet, wobei die geringeren Frequenzen für eine hohe Eindringtiefe von einigen Zentimetern in das Gewebe, die hohen Frequenzen für eine eher oberflächliche Gewebebehandlung mit einer Eindringtiefe von weniger als 1 Zentimeter empfehlenswert sind.
Eine wesentliche Erkenntnis hierbei ist, dass über die Frequenzwahl nicht nur die Eindringtiefe vorgegeben wird, sondern für unterschiedliche Frequenzen auch eine unterschiedliche Beanspruchung des Gewebes erfolgt. Es ist daher wünschenswert, nicht nur mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zwischen den Frequenzen hin- und herzuschalten, sondern darüber hinaus für unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Zeitspannen vorzugeben, sodass das Gewebe mit unterschiedlichen Frequenzen beaufschlagt wird und für jede Frequenz eine spezifische Zeitspanne vorgebbar ist.
Hierdurch wird eine weitere Optimierung des Behandlungsvorgangs erreicht, denn für jede Frequenz kann die jeweils optimale Zeitspanne vorgegeben werden.
Das erfindungsgemäße System zur Erzeugung von Ultraschallwellen ist daher derart ausgeführt, dass nach Umschalten auf die Frequenz f1 für eine vorgegebene Zeitspanne T1 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz erzeugt wird und ebenso nach Umschalten auf die Frequenz f2 Ultraschallwellen für eine vorgegebene Zeitspanne T2 mit der Frequenz I2 erzeugt werden, wobei T1 und T2 unterschiedlich sind.
Hierbei ist die der höheren Frequenz zugeordnete Zeitspanne größer als die der niedrigeren Frequenz zugeordnete Zeitspanne. Dies ist in der Erkenntnis der Anmelderin begründet, dass unerwünschte Nebeneffekte typischerweise in größerem Maße bei niedrigeren Frequenzen auftreten. Geringere Frequenzen weisen eine größere Eindringtiefe auf und dadurch besteht beispielsweise eine höhere Gefahr, dass ein unter dem zu behandelnden Gewebe liegender Knochen ebenfalls einen Energieeintrag erfährt, der zu unerwünschten Nebeneffekten führt, wie beispielsweise Knochenhautschmerzen oder eine Knochenhautentzündung. Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der geringeren Frequenz eine geringere Zeitdauer zugeordnet, so dass die geringere Frequenz mit einer kürzeren Zeitdauer kontinuierlich angewandt wird.
Sofern das erfindungsgemäße System lediglich zur Erzeugung zweier Frequenzen f1 und f2 ausgebildet ist, wird während der vorgegebenen Behandlungszeit somit zwischen den Frequenzen f1 und f2 hin- und hergeschaltet, wobei nach jedem Umschaltvorgang die jeweilige Frequenz für eine für diese Frequenz spezifisch vorgegebene Zeitspanne erzeugt wird und entsprechend das Gewebe für diese Zeitspanne mit Ultraschallwellen mit der erzeugten Frequenz beaufschlagt wird.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass vorteilhafterweise die Zeitspannen T1 und T2 im Bereich 0,5 ms (Millisekunden) bis 50 ms liegen, vorzugsweise im Bereich 1 ms bis 20 ms. Hierdurch ist ein ausreichend schneller Frequenzwechsel gewährleistet.
Wird eine Ultraschallbehandlung über eine längere Zeitdauer mit einer konstanten Frequenz statisch durchgeführt, so bildet sich in dem Gewebe eine stehende Welle aus. Dies kann zur Ausbildung so genannter „Hot Spots" führen, d. h. lokalen Bereichen mit hohem Energieeintrag und Wärmeentwicklung. Diese Hot Spots können unter Anderem Knochenhautschmerzen oder
Kochenhautentzündungen zur Folge haben. Daher ist es vorteilhaft, wie zuvor angegeben, zum Einen unterschiedliche Frequenzen zu verwenden und zwischen diesen schnell umzuschalten, so dass eine Frequenz nur für eine kurze Zeitdauer vorzugsweise in den zuvor angegebenen Bereichen für die Zeitspannen T1 und T2 angewendet werden. Insbesondere sind Zeitspannen kleiner gleich 10 ms, vorzugsweise kleiner gleich 2 ms vorteilhaft.
Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform und die Vermeidung von Hot Spots ist es insbesondere möglich, eine Behandlung ohne Bewegung des Ultraschallkopfes durchzuführen. Bei dem im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen muss typischerweise der Ultraschallkopf hin- und herbewegt werden, um eine zu hohe Belastung insbesondere des Knochens oder der Knochenhaut zu vermeiden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Zeitspannen T1 und T2 ein Verhältnis T1ZT2 von etwa 3/7 oder etwa 1/3 oder etwa 1/4 aufweisen, sofern f-, kleiner als f2 ist bzw. die entsprechenden Reziprokwerte, sofern f1 größer als f2 ist.
Vorzugsweise ist für die Frequenz f1 eine Zeitspanne T1 von 1 ms vorgegeben wird und für Frequenz f2 eine Zeitspanne T2 von 4 ms vorgegeben oder für die Frequenz f1 eine Zeitspanne T1 von 3 ms vorgegeben und für Frequenz f2 eine Zeitspanne T2 von 7 ms oder für die Frequenz I1 eine Zeitspanne T1 von 5 ms vorgegeben und für Frequenz f2 eine Zeitspanne T2 von 15 ms.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, die Frequenz f, mit etwa 1 MHz zu wählen und die Frequenz I2 mit etwa 3 MHz zu wählen oder die Frequenz I1 mit etwa 3 MHz zu wählen und die Frequenz f2 mit etwa 10 MHz.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass insbesondere die nachfolgend aufgelisteten Kombinationen von Frequenzen und Zeitspannen für die Gewebebehandlung vorteilhaft sind:
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, mehr als zwei unterschiedliche Frequenzen zu erzeugen und entsprechend zwischen mehr als zwei unterschiedlichen Frequenzen in einer vorgegebenen Abfolge umzuschalten. Hierbei wird für jede der vorgegebenen Frequenzen jeweils eine dieser Frequenz zugeordneten Zeitspanne vorgegeben und bei dem Umschaltvorgang werden nach dem Umschalten auf eine Frequenz Ultraschallwellen dieser Frequenz für die zu dieser Frequenz vorgegebenen Zeitspanne erzeugt, worauf der Umschaltvorgang auf die nächste Frequenz gemäß der vorgegebenen Abfolge vorgenommen wird.
Vorteilhafterweise liegen die Frequenzwerte, zwischen denen hin und her geschaltet wird, relativ weit auseinander, nämlich im Verhältnis 1 :2 bis 1 : 10, insbesondere 1 :2,5 bis 1 :5. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Frequenzabständen die Zellen intensiver beaufschlagt werden als bei Frequenzabständen, die außerhalb dieses Bereiches liegen.
Grundsätzlich stehen dem Fachmann für die Erzeugung der Ultraschallwellen wie auch für die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Frequenzen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Besonders zweckmäßig ist es, wenn mit einem Signalgenerator gearbeitet wird, der zumindest zwei Frequenzen erzeugt, die in Ultraschallwellen mit entsprechenden Frequenzen umgewandelt werden, und dass die Steuereinheit die Umschaltung zwischen den Frequenzen bewirkt. In erster Linie ist hierbei an eine Umschaltung zwischen den Frequenzen der elektrischen Signale des Signalgenerators gedacht. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, stattdessen oder zusätzlich zwischen den Frequenzen der Ultraschallwellen umzuschalten.
Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Frequenzen Z1 und f2 vorgegeben, die in einem nicht ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Entsprechend ist der zuvor genannte Signalgenerator vorzugsweise derart ausgebildet, dass Frequenzen U und f2 zur Erzeugung durch den Signalgenerator vorgebbar sind, die in einem nicht ganzzahligen Verhältnis stehen. Die Möglichkeit, Frequenzen in nicht ganzzahligen Verhältnissen vorzugeben, ergibt mehrere Vorteile:
Typischerweise werden die Ultraschallwellen derart erzeugt, dass der
Signalgenerator ein elektrisches Signal der vorgegebenen Frequenz erzeugt und dieses Signal in eine Umwandlungseinheit zur Erzeugung von Ultraschallwellen aus dem elektrischen Signal eingespeist wird, typischerweise ein Ultraschallkopf. Solche Umwandlungseinheiten weisen typischerweise mehrere schwingende Elemente auf, beispielsweise ein Piezoelement, auf welches eine zusätzliche Schicht aufgebracht ist. Der Wirkungsgrad solch einer Umwandlungseinheit, d. h. das Verhältnis der in die Umwandlungseinheit eingebrachten elektrischen Leistung zu der akustischen Leistung der ausgehenden Ultraschallwelle ist von mehreren Faktoren abhängig, wie beispielsweise den Materialkonstanten der für die schwingenden Elemente verwendeten Materialien.
Daher liegt typischerweise für eine vorgegebene Wunschfrequenz der Ultraschallwelle eine optimale Frequenz mit einer geringfügigen Abweichung zu dieser Wunschfrequenz, welche einen optimierten Wirkungsgrad aufweist.
So konnte von der Anmelderin gezeigt werden, dass für einen speziellen Ultraschallkopf zur Erzeugung von Ultraschallfrequenzen im Bereich von 3 MHz einerseits und 10 MHz andererseits die Beaufschlagung mit geringfügig abweichenden Frequenzen (3,128 MHz und 9,752 MHz) zu einer erheblichen
Erhöhung des Wirkungsgrades für die jeweils erzeugte Ultraschallfrequenz führt. Hierdurch wird die akustische Ausgangsleistung erhöht bzw. es wird eine geringere elektrische Eingangsleistung zur Erzielung einer gewünschten akustischen Ausgangsleistung benötigt, so dass eine geringere Beanspruchung der verwendeten Komponenten und eine geringere Dimensionierung hinsichtlich der elektrischen Leistung des Signalgenerators möglich sind.
Die für eine vorgegebene Wunschfrequenz optimierte Frequenz ist jedoch typischerweise für jeden Ultraschallkopf anders zu wählen, da der Wirkungsgrad auch von Verfahrensparametern wie beispielsweise Temperatur und
Diffusionsvorgang beim Verkleben mehrerer Schichten abhängt, so dass im Ergebnis zwei verschiedene Ultraschallköpfe in der Regel unterschiedliche Abhängigkeiten des Wirkungsgrades und daher auch unterschiedliche optimale Frequenzen aufweisen.
Daher ist das erfindungsgemäße System zur Erzeugung von Ultraschallwellen vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass mittels eines elektrischen Anschlusses wahlweise mindestens einer von mehreren Ultraschallköpfen anschließbar ist und dass für den jeweiligen Ultraschallkopf jeweils individuelle Frequenzen U und f2 vorgebbar sind. Hierdurch ist es möglich, für jeden Ultraschallkopf die wie zuvor beschrieben, optimalen Frequenzen für jeweils vorgegebene Wunschfrequenzen zu bestimmen und die Ultraschallköpfe mit den jeweils individuell optimierten Frequenzen zu betreiben.
Vorteilhafterweise weist der Ultraschallkopf oder der elektrische Anschluss des Ultraschallkopfes ein Speicherelement auf, in dem die für diesen Ultraschallkopf optimierten Frequenzen abgespeichert sind und entsprechend weist das erfindungsgemäße System vorzugsweise eine Ausleseeinheit auf, zum Auslesen der abgespeicherten optimalen Frequenzen und Weitergabe an den Signalgenerator.
Vorteilhafterweise ist der Signalgenerator derart ausgeführt, dass Frequenzen mit einer Genauigkeit von 1 Hz vorgebbar sind, so dass eine feine Abstimmung hinsichtlich der optimalen Frequenz möglich ist.
Vorteilhafterweise umfasst der Signalgenerator einen Oszillator und eine Frequenz-Modulationseinheit aufweisen, die aus der Oszillatorfrequenz zumindest zwei verschiedene Frequenzen erzeugt. In diesem Fall braucht der Oszillator nur eine Frequenz erzeugen, aus der die Modulationseinheit dann die gewünschten unterschiedlichen Frequenzen ableitet.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform weist der Signalgenerator einen Oszillator, einen Frequenzcontroller und eine Verstärkungseinheit auf. Der Oszillator erzeugt die Grundschwingung, wobei die Frequenz, mit der der Oszillator schwingt, über den mit dem Oszillator verbundenen Frequenzcontroller reguliert wird. Der Ausgang des Oszillators ist mit dem Eingang der Verstärkungseinheit verbunden, so dass am Ausgang der Verstärkungseinheit das Schwingungssignal des Oszillators in verstärkter Form vorliegt. Der Verstärkungsfaktor kann an der Verstärkungseinheit vorgegeben werden. Der Ausgang der Verstärkungseinheit ist mit dem Signalausgang des Signalgenerators verbunden, sodass das verstärkte Oszillatorsignal an den Ultraschallkopf weitergeleitet wird.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Steuereinheit als Mikrocontroller ausgeführt, das heißt als Kontrolleinheit, welche eine elektronische Steuerung umfasst. Der Mikrocontroller kann beispielsweise durch einen Computer realisiert sein. Über einen Steuerausgang ist der
Mikrocontroller mit dem Eingang des Frequenzcontrollers verbunden, sodass der Mikrocontroller letztendlich die Frequenz vorgibt, welche am Signalausgang des Signalgenerators anliegt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit zusätzlich die Intensität der Ultraschallwelle steuert. Hierzu kann die Steuereinheit zum einen mit einem Steuereingang der Verstärkungseinheit verbunden sein und zum anderen über einen Signaleingang mit einem Signalausgang der Verstärkungseinheit verbunden sein. Über den Signaleingang der Steuereinheit kann somit die tatsächliche Intensität des am Signalausgang des Signalgenerators anliegenden Signals überprüft werden und entsprechend kann der Verstärkungsfaktor korrigiert und entsprechend an den Steuereingang der Verstärkungseinheit weitergeleitet werden, sodass am Signalausgang ein Signal mit einer vorgegebenen Intensität anliegt.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das System zur Erzeugung von Ultraschallwellen mindestens zwei Ultraschallköpfe mit unterschiedlicher Größe aufweist. Ultraschallköpfe mit unterschiedlicher Größe haben eine unterschiedlich große Auflagefläche zur Auflage auf das zu bestrahlende biologische Gewebe. Je nach Form des Gewebes und abhängig von der gewünschten zu bestrahlenden Fläche kann so ein passender Ultraschallkopf ausgewählt werden. Hierzu ist der Signalausgang des Signalgenerators derart ausgeführt, dass wahlweise ein oder die mindestens zwei Ultraschallköpfe gleichzeitig mit dem Signalausgang verbunden werden können. Dadurch kann entweder ein passender Ultraschallkopf zur Verwendung ausgewählt werden oder es können mehrere Ultraschallköpfe angeschlossen werden, sodass gleichzeitig mehrere Stellen des biologischen Gewebes mit Ultraschallstrahlung beaufschlagt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System mindestens zwei Ultraschallköpfe auf, welche mit dem Signalausgang des Signalgenerators verbunden werden können, wobei der Signalausgang eine Signalsteuereinheit umfasst, welche automatisch das Signal an jeweils einen der angeschlossenen Ultraschallköpfe weiterleitet. Die Signalsteuereinheit weist einen Speicher zum Abspeichern von Behandlungsprogrammen auf, in denen die Behandlungsdauer und eventuell weitere Parameter wie Stärke und Frequenz der Ultraschallstrahlung oder Umschaltfrequenz für einen bestimmten Ultraschallkopf vorgegeben sind. Die Signalsteuereinheit ist hierfür mit einer Steuereinheit der Ultraschallköpfe verbunden, zur Steuerung der genannten weiteren Parameter. Nach Ablauf der vorgegebenen Behandlungsdauer schaltet die Signalsteuerung automatisch auf den nächsten im Programm angegebenen Ultraschallkopf um und gibt dies durch ein optisches und/oder akustisches Signal an. Weiterhin übermittelt die Signalsteuerung die weiteren Parameter an die Steuereinheit. Die Behandlung kann daraufhin mit dem nun aktiven Ultraschallkopf mit den vorgegebenen weiteren Parametern fortgesetzt werden.
Um die Kombination einer Beschallung des biologischen Gewebes mit Ultraschall mit einer Reizstrombehandlung zu ermöglichen, weist das System in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einen Reizstromgenerator auf, welcher einen Reizstrom generiert und an einem Reizstromausgang ausgibt. Der Reizstromausgang ist mit einer Kontakteinheit, welche beispielsweise als an sich bekannte Elektrode ausgeführt sein kann, verbunden, sodass über die Kontakteinheit der Reizstrom auf das biologische Gewebe übertragen werden kann. Die Kontakteinheit ist in den Ultraschallkopf integriert, sodass durch Auflegen des Ultraschallkopfes auf das biologische Gewebe sowohl der Reizstrom als auch die Ultraschallstrahlung in das Gewebe eindringen können.
Ebenso ist eine Kombination des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von Ultraschallwellen mit einer Vakuumeinheit vorteilhaft. Hierzu weist das erfindungsgemäße System eine Vakuumeinheit mit einem Vakuumanschluss auf, wobei die Vakuumeinheit derart an dem Ultraschallkopf angeordnet ist, dass bei Anlegen des Ultraschallkopfes an das biologische Gewebe ein Unterdruck
- l i - erzeugt werden kann, welcher das biologische Gewebe an den Ultraschallkopf andrückt. Die Vakuumeinheit kann beispielsweise als Vakuumglocke ausgebildet sein. Diese bildet mit dem Ultraschallkopf eine bauliche Einheit, so dass durch Auflegen des Ultraschallkopfes auf das biologische Gewebe automatisch eine annähernd fluiddichte Verbindung zwischen biologischem Gewebe und Vakuumglocke hergestellt werden kann.
Ebenso ist die Kombination des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von Ultraschallwellen mit einer Infraroteinheit zur Wärmebehandlung des biologischen Gewebes vorteilhaft. Hierzu weist das erfindungsgemäße System eine Infraroteinheit zur Erzeugung von Infrarotstrahlung auf, welche eine Infrarotstrahlungsquelle, wie beispielsweise eine Glühröhre, und eine Energieversorgung für Infrarotstrahlungsquelle umfasst. Die Infrarotstrahlungsquelle ist in den Ultraschallkopf integriert und derart ausgerichtet, dass bei Auflegen des Ultraschallkopfs auf das biologische
Gewebe die Infrarotstrahlung der Infrarotstrahlungsquelle auf die Oberfläche des biologischen Gewebes einwirkt.
Besonders zweckmäßig ist die Kombination des beschriebenen Systems mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen, die mit einer Frequenz zwischen 300 kHz bis 10 MHz über zumindest eine nach außen laufende Elektrode auf das Gewebe übertragen werden. Dies kann gleichzeitig oder zeitlich versetzt zur Ultraschallbehandlung erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der beschriebenen
Ultraschallbehandlung ergibt sich bei Kombination mit der kosmetischen Fettabsaugung. Ursächlich hierfür ist die durch die erfindungsgemäße Ultraschallbehandlung signifikant verbesserte Durchlässigkeit der Zellwände. Dadurch kann von der gleichen Absaugstelle Fett aus wesentlich größerer Entfernung als bisher abgesaugt werden. Gleichzeitig vergleichmäßigt die bessere Durchlässigkeit der Zellen die lokale Fettkonzentration. Einbeulungen oder Wellenbildung an den behandelten Körperpartien werden dadurch ausgeschlossen.
Dabei erfolgt die Ultraschall-Behandlung zweckmäßig einmal direkt vor dem Fettabsaugen und insgesamt drei- bis viermal nach der Fettabsaugung, vorzugsweise täglich oder jeden 2. Tag. Die Behandlungszeit liegt vorzugsweise jeweils zwischen 30 und 60 min.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sowie aus der Zeichnung; dabei zeigt
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Ultraschallkopfes und Figur 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von Ultraschallwellen.
Der in Figur 1 dargestellte Ultraschallkopf umfasst ein Gehäuse 1 , welches an dem vorderen Ende ein Kopfteil 2 aufweist, an dem ein Protektor 3 angeordnet ist. An dem Protektor 3 ist eine Auflagefläche ausgebildet, zum Anlegen an das biologische Gewebe. Auf der im Kopfteil 2 liegenden Seite des Protektors 3 ist an dem Protektor ein Piezoelement angebracht, welches die Ultraschallschwingungen erzeugt und an den Protektor 3 weitergibt. In dem Gehäuse 1 ist ferner eine entsprechende Ansteuerelektronik für das Piezoelement enthalten, welche über eine Anschlussleitung 5 und einen Stecker 4 mit einem (nicht dargestellten) Signalgenerator verbunden werden kann. Die in dem Gehäuse 1 enthaltene Ansteuerelektronik wandelt in Verbindung mit dem Piezoelement elektrische Signale, welche über das Kabel 5 übertragen werden, in Ultraschallwellen um, sodass durch Auflegen des Protektors 3 auf biologisches Gewebe dieses mit Ultraschallwellen beaufschlagt werden kann.
Das Gehäuse 1 umfasst ferner eine Kopplungskontrolle 2. Die Kopplungskontrolle registriert, ob der Protektor 3 mit Druck beaufschlagt ist, das heißt ob der Protektor 3 an biologischem Gewebe anliegt. Ist dies der Fall, so gibt die Kopplungskontrolle 2 ein entsprechendes Signal über das Kabel 5 und den Stecker 4 an den (nicht dargestellten) MikroController des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von Ultraschallstrahlung.
In dem Stecker 4 befindet sich ferner ein Speicherbaustein, auf dem Kalibrierungsdaten des Ultraschallkopfes, insbesondere des Piezoelementes gespeichert sind. Der Speicherbaustein kann über in dem Stecker 4 angebrachte Kontakte mit dem Mikrocontroller verbunden werden, sodass der MikroController die gespeicherten Daten auslesen und abhängig von den Kalibrierungsdaten die Intensität der am Signalausgang des Signalgenerators anliegenden Signale derart wählen, dass eine Ultraschallstrahlung mit einer vorgegebenen Intensität durch das Piezoelement erzeugt wird.
In Figur 2 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von Ultraschallstrahlung dargestellt. Ein Oszillator 1 1 erzeugt periodische elektrische Signale, die anschließend in einer Verstärkungseinheit verstärkt werden. Diese Verstärkungseinheit besteht aus einer Vorverstärkung 12 und einer Endstufe 13. Das von der Endstufe ausgegebene Signal wird durch den in Figur 1 dargestellten Stecker 4 und das Kabel 5 an den Ultraschallkopf weitergeleitet, so dass im Ultraschallkopf 14 das elektrische Signal in Ultraschallwellen umgewandelt werden kann.
Die Frequenz, mit der der Oszillator 1 1 schwingt, wird durch einen Frequenzcontroller 15 reguliert. Dieser wird wiederum von einer Steuereinheit 16, welche als Microcontroller ausgeführt ist gesteuert, welcher die aktuell zu erzeugende Frequenz vorgibt. Für den Betrieb sind in dem Mikrocontroller folgende Größen vorgegeben:
Die gewünschte Intensität der Ultraschallstrahlung,
- die Ultraschallfrequenzen, zwischen denen gewechselt werden soll,
- die Reihenfolge, in der zwischen den vorgegebenen Ultraschallfrequenzen gewechselt werden soll und
- die Umschaltfrequenz, mit der die Ultraschallfrequenzen gemäß der vorgegebenen Reihenfolge gewechselt werden.
Sind beispielsweise drei Ultraschallfrequenzen U - 1 MHz, f 2 = 3 MHz und U = 10 MHz, eine Wechselreihenfolge (1 MHz1 3 MHz, 10 MHz, 3 MHz, 1 MHz1 etc.), eine Intensität 1 W/cm2, und Zeitspannen T1 = 1 ms, T2 = 5 ms und T3 = 15 ms vorgegeben, so gibt der Mikrocontroller zunächst für 0,001 Sekunden das Signal an den Frequenzcontroller 15 zur Erzeugung einer Frequenz mit 1 MHz, danach für 0,005 Sekunden das Signal zur Erzeugung einer Frequenz mit 3 MHz, dann für 0,015 Sekunden das Signal zur Erzeugung einer Frequenz mit 10 MHz und wiederholt diesen Zyklus fortlaufend. Demgemäß wird ein entsprechendes periodisches Signal mit der gewünschten Frequenz erzeugt und liegt am Ausgang der Endstufe 13 an. Dieser Ausgang ist über eine Leitung 13a mit einem Signaleingang des Mikrocontrollers verbunden, sodass im Mikrocontroller die tatsächlich an der Endstufe anliegende
Signalstärke bestimmt werden kann. Der Mikrocontroller gibt nun über die Leitung 12a ein entsprechendes Signal an die Vorverstärkung 12, sodass am Ausgang der Endstufe 13 ein Signal mit der gewünschten Intensität anliegt. Zur Berechnung der gewünschten Intensität des am Ausgang der Endstufe 13 anliegenden elektrischen Signals werden von dem Mikrocontroller über die Leitung 14a die Kalibrierungsdaten des Ultraschallkopfes eingelesen. Mit Hilfe dieser Kalibrierungsdaten berechnet der Mikrocontroller die gewünschte Intensität am Ausgang der Endstufe 13 derart, dass durch den Ultraschallkopf Ultraschallstrahlung mit der vorgegebenen Intensität von 1 W/cm2 erzeugt wird.
Darüber hinaus ist der Mikrocontroller über eine Leitung 17b mit der Kopplungskontrolle 7 des Ultraschallkopfes 4 verbunden. Die Kopplungskontrolle gibt bei Anliegen des in Figur 1 dargestellten Protektors 3 an biologischem Gewebe ein Signal an den Mikrocontroller und der Mikrocontroller ist derart ausgeführt, dass er nur bei anliegendem Signal der Kopplungskontrolle ein positives Signal an die Vorverstärkung abgibt. Dies bedeutet, dass bei fehlendem Signal der Kopplungskontrolle, das heißt, wenn der in Figur 1 dargestellte Protektor 3 nicht an dem biologischen Gewebe anliegt, kein positives Signal an die Vorverstärkung abgegeben wird und somit keinerlei Verstärkung stattfindet, sodass am Ausgang der Endstufe 3 allenfalls ein Signal mit geringer Intensität anliegt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . System zur Erzeugung von Ultraschallwellen, insbesondere zur kosmetischen und therapeutischen Behandlung mit einem elektrisch angesteuerten Ultraschallkopf (14), der Ultraschallwellen mit zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzen fu f2 erzeugt, wobei eine Steuereinheit (16) permanent oder zumindest während vorgegebener
Zeitspannen zumindest zwischen den zwei vorgegebenen Frequenzwerten f1 t f2 umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass nach Umschalten auf die Frequenz fή Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine vorgegebene Zeitspanne T1 erzeugt werden und nach
Umschalten auf die Frequenz f2 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine zu T1 unterschiedliche vorgegebene Zeitspanne T2 erzeugt werden und dass die der höheren Frequenz zugeordnete Zeitspanne größer ist als die der niedrigeren Frequenz zugeordnete Zeitspanne.
2. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen T1 und T2 im Bereich 0,5 ms bis 50 ms liegen, vorzugsweise im Bereich 1 ms bis 20 ms.
3. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen Ti und T2 ein Verhältnis T1ZT2 aufweisen, das in etwa 3/7 oder in etwa 1 /3 oder in etwa 1/4 beträgt.
4. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen T-i und T2 mit 7", = 1 ms und T2 = 4 ms oder mit T1 = 3 ms und T2 = 7 ms oder mit T1 = 5 ms und T2 = 15 ms vorgegeben sind.
5. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwellen Frequenzen im Bereich von 20 kHz bis 20 MHz1 insbesondere von 0,5 MHz bis etwa 10 MHz, vorzugsweise 0,7 MHz bis etwa 10 MHz aufweisen.
6. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten zwischen Ultraschallwellen erfolgt, deren Frequenzen etwa im Verhältnis 1 :2 bis 1 : 10, insbesondere 1 :2,5 bis 1 :5, vorzugsweise etwa 1 :3 zueinander stehen.
7. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es einen Signalgenerator (1 1 , 12, 13, 15) aufweist, der zumindest zwei Frequenzen f1 t f2 erzeugt, die in Ultraschallwellen mit entsprechenden Frequenzen umgewandelt werden.
8. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Signalgenerator erzeugten Frequenzen f-, und f2 in einem nicht ganzzahligen Verhältnis vorgebbar sind, insbesondere, dass die Frequenz f1 eine hinsichtlich des Wirkungsgrades zwischen elektrischer Eingangsleistung und akustischer Ausgangsleistung des Ultraschallkopfes optimierte Frequenz ist und ebenso die Frequenz f2.
9. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System mindestens einen elektrischen Anschluss zum wahlweise Anschließen mindestens eines von mehreren Ultraschallköpfen aufweist und dass für den jeweils angeschlossenen Ultraschallkopf individuelle Frequenzen f1 und f2 vorgebbar sind.
10. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator einen Oszillator und eine Frequenzmodulations- Einheit umfasst, die aus der Oszillator-Frequenz zumindest zwei verschiedene Frequenzen erzeugt.
1 1. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator einen Oszillator (1 1 ), einen Frequenzcontroller
(1 5) und eine Verstärkungseinheit (12, 13) umfasst, wobei der Frequenzcontroller (15) mit dem Oszillator (1 1 ) verbunden und derart ausgeführt ist, dass er für eine vorgegebene Frequenz derart auf den Oszillator (1 1 ) einwirkt, dass dieser mit der vorgegebenen Frequenz schwingt und wobei ein Ausgang des Oszillators (1 1 ) mit einem Eingang der
Verstärkungseinheit (12, 13) verbunden und die Verstärkungseinheit derart ausgeführt ist, dass sie das am Eingang anliegende Signal in etwa um einen vorgegebnen Faktor verstärkt und dass ein Ausgang der Verstärkungseinheit (12, 13) der Signalausgang des Signalgenerators ist.
12. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) als Microcontroller mit einem Steuerausgang ausgeführt ist, welcher mit einem Eingang des Frequenzcontrollers (15) verbunden ist, zur Steuerung der durch den Signalgenerator erzeugten Frequenz.
13. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) mit einem Steuereingang der Verstärkungseinheit (12, 13) verbunden ist, dass die Steuereinheit (16) einen Signaleingang aufweist, welcher mit dem Signalausgang der Verstärkungseinheit (12, 13) verbunden ist und dass die Steuereinheit (16) derart ausgeführt ist, dass sie abhängig von der Signalstärke des am Signaleingang der Steuereinheit (16) anliegenden Signals derart über den Steuereingang der
Verstärkungseinheit (12, 13) auf diese einwirkt, dass die Verstärkungseinheit (12, 13) ein periodisches elektrisches Signal mit einer durch die Steuereinheit (16) vorgegebenen Intensität erzeugt.
14. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mindestens zwei Ultraschallköpfe (14) insbesondere mit unterschiedlicher Größe aufweist und dass der Signalausgang des Signalgenerators derart ausgeführt ist, dass wahlweise ein oder die mindestens zwei Ultraschallköpfe (14) gleichzeitig mit dem Signalausgang des Signalgenerators verbunden werden können.
15. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich einen Reizstromgenerator aufweist, mit einem Reizstromausgang und dass der Ultraschallkopf (14) eine Kontakteinheit zur Übertragung eines
Reizstromes auf biologisches Gewebe aufweist und derart ausgeführt ist, dass die Kontakteinheit an den Reizstromausgang des
Reizstromgenerators anschließbar ist.
16. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich eine Vakuumeinheit aufweist mit einem Vakuumanschluss zum Erzeugen eines Unterdrucks und dass der Ultraschallkopf (14) eine Vakuumglocke umfasst und derart ausgeführt ist, dass die Vakuumglocke an den Vakuumanschluss der Vakuumeinheit anschließbar ist, wobei der Ultraschallkopf und die
Vakuumglocke derart ausgeführt sind, dass bei Anlegen des Ultraschallkopfes an biologisches Gewebe die Vakuumglocke nahezu fluiddicht an dem biologischen Gewebe anliegt, so dass zwischen biologischem Gewebe und Ultraschallkopf ein Unterdruck hergestellt werden kann.
17. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich eine Infraroteinheit zur Erzeugung von Infrarotstrahlung aufweist, umfassend mindestens eine
Infrarotstrahlungsquelle zur Erzeugung der Infrarotstrahlung und eine mit der Infrarotstrahlungsquelle verbundene Energieversorgung, wobei die Infrarotstrahlungsquelle mit dem Ultraschallkopf (14) eine bauliche Einheit bildet.
18. System zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen mit einer Frequenz zwischen 300 kHz bis 10 MHz aufweist und dieser Strom an zumindest eine nach außen laufende Elektrode übertragen wird.
19. Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen insbesondere zur kosmetischen Behandlung mit einem elektrisch angesteuerten
Ultraschallkopf, der Ultraschallwellen mit zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzen fu f2 erzeugt, wobei permanent oder zumindest zeitweise zwischen den zumindest zwei vorgegebenen Frequenzen f1 t f2 umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Umschalten auf die Frequenz f-, Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine Zeitspanne T1 erzeugt werden und nach Umschalten auf die Frequenz f2 Ultraschallwellen mit dieser Frequenz für eine zu T1 unterschiedliche Zeitspanne T2 erzeugt werden, wobei die der höheren Frequenz zugeordnete Zeitspanne größer ist als die der niedrigeren
Frequenz zugeordnete Zeitspanne.
20. Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen T1 und T2 im Bereich 0,5 ms bis 50 ms liegen, vorzugsweise im Bereich 1 ms bis 20 ms.
21. Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen T1 und T2 ein Verhältnis T1ZT2 aufweisen, das in etwa 3/7 oder in etwa 1/3 oder in etwa 1/4 beträgt.
22. Verfahren zur Erzeugung von Ultraschallwellen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen T1 und T2 mit T1 = 1 ms und T2 - 4 ms oder mit
T1 = 3 ms und T2 = 7 ms oder mit T1 = 5 ms und T2 = 15 ms vorgegeben sind.
23. Verfahren zum kosmetischen Fettbehandlung, insbesondere durch gezieltes Absaugen aus bestimmten Körperpartien, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnde Körperpartie vor und/oder nach dem Absaugen mit dem System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22 behandelt wird.
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