WO2010028890A1 - Vorrichtung zur behandlung von gewebe mit ultraschall - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for the treatment of tissue, in particular of poorly healing wounds, with ultrasound.
- open wounds The treatment of poorly healing or chronic wounds (often referred to as open wounds) represents a rapidly growing market in the medical field due to the increasing aging of the population structure. Diabetics are at an increased risk of being affected by such wounds. They account for about half of the patient numbers concerned. Other major causes of open wounds are deficient blood flow through venous or arterial occlusion and pressure ulcers due to bedsores. Finally, open wounds occur naturally also in injuries of the skin, for example, by cuts, animal bites, burns, u.a.
- Diabetic foot syndrome is one of the major complications in patients with diabetes mellitus. This so-called diabetic foot causes enormous treatment costs due to the long hospital stay of the patients or due to the still high number of amputations.
- treatment devices for accelerating the healing of wounds or for a successful treatment of hitherto non-healing wounds, both from the patient and the cost-bearer side.
- Shock wave generation in which a short ultrasonic pulse with a pulse duration of a few microseconds is generated by an underwater discharge.
- This pulse is either focused onto a focal point in the patient's body by means of a reflector (such as in the device "dermaPACE”, based on patent US 7,189,209 Bl; SANUWAVE AG) or reflected so that a nearly flat sound wave hits the treatment area (such as for example, the device “Dermagold”, based on patent application WO 2006/047082 A2, MTS Europe GmbH).
- Both devices require the activation of a spark gap with voltages in the range of several kV and a discharge of this spark gap under water.
- the mentioned devices are currently undergoing various clinical trials.
- high intensity ultrasonic pulses may be generated according to the electromagnetic or piezoelectric principle. Although underwater discharge is eliminated with these principles, high voltages of a few 1000 V to about 20000 V are still required when using flat coils or all-ceramic elements, in order to achieve the necessary deflection of an ultrasound transmitter surface.
- Multilayer piezoelectric actuators are here understood as meaning both monolithically sintered multilayer piezoactuators and so-called piezoelectric stack actuators made of individual ceramic elements as composite oscillators.
- a treatment device for treating tissue regions in particular wounds or wound tissue
- Ultrasonic pulses of high intensity and short duration pulse duration ⁇ 100 microseconds
- the ultrasound generation can be achieved with a relatively low drive voltage (about 100 V for multilayer piezo actuators and a maximum of about IkV for stack actuators).
- multilayer piezo actuators as well as stack actuators are characterized by short response times, high actuating forces and a high electromagnetic coupling factor in addition to their lower drive voltage.
- a possible control concept is offered by so-called switching amplifiers.
- the individual ultrasonic pulses are generated with low repetition rates ⁇ 100 Hz, in particular ⁇ 10 Hz, so that the continuous power remains low.
- the present invention makes it possible to realize a portable device in which the necessary electric power can be supplied through a battery or a rechargeable battery.
- the multilayer piezoelectric actuators are applied to at least one carrier.
- the carrier serves inter alia the mechanical stabilization of the overall arrangement. It can also act as a transmission element in order to transmit the vibration energy generated by the multilayer piezoelectric actuators as a mechanical wave into the tissue region to be treated.
- the carrier is mounted on the multi-layer piezoelectric actuators such that a low-loss transmission of the vibration energy generated by the multi-layer piezo actuators can be carried out on the carrier. Such a low-loss transmission is particularly conducive to a gap-free arrangement of the multi-layer piezoelectric actuators and their support to each other.
- Such a gap-free arrangement in turn can be achieved in several ways, for example, by the most accurate surface shaping of the contact surfaces of multi-layer piezoelectric actuator and its support, by mechanical pressing together of the contact surfaces (eg by screws or clamps) and / or by interposition of a sound-conducting layer, which eventually compensates for existing fitting deviations. It would be conceivable in this context, an adhesive layer which cures after assembly of multi-layer piezoelectric actuator and carrier.
- the multilayer piezoactuators are mechanically supported and held in a predetermined arrangement relative to one another by the support.
- the ultrasound emitting surface of the treatment device can be predetermined based on the sound coupling between the multilayer piezoactuator and the support by shaping the support. In this case, the ultrasound emitting area in relation to the area size and / or in relation to the surface shape (topology) are predetermined by appropriate design of the wearer.
- At least one of the carriers is replaceably arranged on the at least one multi-layer piezoelectric actuator.
- At least one of the carriers or the molded part mounted thereon has on an outer surface a planar shape, which is adapted to act on a tissue to be brought into contact with this carrier or with this molded part with flat ultrasonic wavefronts.
- an area of the treatment area corresponding to the area size of the outer area, for example the wound tissue, that is to say an area relatively large in area can be acted upon by ultrasound waves of the same intensity and energy density. This can be particularly advantageous in large-scale damage to the skin.
- At least one of the carriers or the molded part mounted thereon has on an outer surface a convex shape which is adapted to act on a tissue area to be brought into contact with this carrier or molded part with diverging ultrasonic wavefronts.
- the intensity of the ultrasound pulses generated by the multilayer piezoelectric actuators can be reduced in comparison with the planar variant described last. This can be advantageous, for example, if the wound healing status has already advanced.
- At least one of the carriers or the molded part mounted thereon has on an outer surface a concave shape which is adapted to act on a tissue to be brought into contact with this carrier or article with converging ultrasonic wavefronts.
- This makes it possible to concentrate the vibration energy generated by the multilayer piezoelectric actuators at one or more points in order to effect, for example, an accelerated wound healing process there.
- This embodiment is also particularly suitable for deeper lying in the body treatment regions, because the energy of the converging ultrasonic wavefronts can also be concentrated at a point in the interior of the body, preferably in the center of the tissue region to be stimulated.
- At least one of the carriers or the molded part mounted thereon has on an outer surface a shape which is formed on the surface of the tissue to be brought into contact with the carrier or the molded article.
- Anformung can be realized for example by mechanical casting or by computer-aided three-dimensional scanning of the body regions to be treated with subsequent inversion (production of the objective positive). In this way, even at topologically demanding regions of the body (for example at joints), a large-area ultrasound application can take place.
- both metallic and plastic materials can be used. If the carrier does not primarily fulfill the function of mechanical stabilization, gelatinous or liquid media can also be used as carrier material to improve the sound conduction properties.
- a potting compound e.g. Epoxy resin
- the mechanical stabilization and arrangement of the elements to each other not only by a carrier, but also by at least partially pouring the piezoelectric actuators into a potting compound, e.g. Epoxy resin, achieved.
- a potting compound e.g. Epoxy resin
- the multilayer piezoelectric actuators may be mechanically biased, preferably by subjecting the multilayer piezoelectric actuators to a compressive stress.
- a compressive stress can be built up for example by introducing the multilayer piezoelectric actuators between two carriers and then clamping the two carriers together.
- each single actuator may be biased separately.
- the treatment device according to the invention can be coupled to a power supply device for generating a drive voltage for the multilayer piezo actuators and a control device for controlling the drive voltage, with which the multilayer piezo actuators are acted upon.
- a power supply device for generating a drive voltage for the multilayer piezo actuators
- a control device for controlling the drive voltage, with which the multilayer piezo actuators are acted upon.
- the multilayer piezoelectric actuators can be interconnected electrically in parallel. But it is equally possible that the multi-layer piezoelectric actuators are individually controlled by the control device.
- the treatment device is preferably set up to deliver ultrasound pulses of short duration, in particular of 100 microseconds or shorter, to the tissue. If pulses are generated with very short rise times, this is also referred to as ultrasound shockwaves. It is advantageous to ensure a good sound coupling between the treatment device and body tissue. This can be achieved for example by the use of an ultrasonic coupling gel.
- FIG. 10 shows a tenth embodiment of the present invention
- Fig. 11 shows an eleventh embodiment of the present invention.
- FIG. 1 shows one of the possible implementations of the device according to the invention for the treatment of tissue with ultrasound pulses, which in this special representation comprises a multilayer piezoactuator 10 which is applied to a carrier 20.
- a multilayer piezoactuator 10 which is applied to a carrier 20.
- FIG 2 shows by way of example the replaceable arrangement of the carrier 20 on the multi-layer piezoelectric actuator 10.
- Interchangeable in this context means an easily detachable and easily recoverable connection of multi-layer piezoelectric actuator 10 and carrier 20.
- Such a reversible connection can, as in FIG 2, are realized by means of clips which engage in recesses in the multi-layer piezoelectric actuator 10.
- any other detachable connections are also conceivable, for example screw connections, plug connections, adhesive connections and many others.
- FIG. 3 shows an example of the interchangeable arrangement of the molded part 30 on the carrier 20, which is realized here by way of example in the form of resilient latches of the molded part 30, which engage in recesses in the carrier 20.
- all other reversible connections mentioned above under FIG. 2 are conceivable.
- Figures 4, 5 and 6 illustrate in principle representations a planar shape, a convex shape and a concave shape of the carrier 20 and the ultrasonic ultrasonic wavefronts I Ia emitted from these carrier shapes, divergent ultrasonic wavefront I Ib and ultrasonic converging wavefront I 1c. It goes without saying that such a shaping with a corresponding effect can also be used for the shaping of the molded part 30 shown in FIG. 3. Furthermore, more complex topologies for the ultrasound emitting outer surface of the carrier 20 or of the molded part 30 are possible both for the carrier 20 and for the molded part 30. Such a more complex topology can be achieved, for example, by any combination of planar, convex and concave shapes.
- the radii of curvature of the carrier 20 and the molding 30 can vary over the outer surface.
- the outer surface may also have the shape of a pyramid grid or a prism grid (eg the shape of a grid of round or square pins).
- a shaping of the carrier 20 or the molded part 30 is considered, in which an outer surface of the carrier 20 or of the molded part 30 has a shape which is integrally formed on the surface of the body tissue 5 to be brought into contact with the carrier 20 or the molded part 30.
- FIG. 7 shows the schematic structure of an ultrasonic treatment device according to the invention with a plurality of multi-layer piezo actuators 10 which are acoustically coupled with two carriers 20.
- the upper support 20 has a flat outer surface, so that it emits plane ultrasonic wavefronts 11 against the body tissue 5 lying on the upper support 20.
- Fig. 8 shows a similar construction as Fig. 7, except that the lower carrier 20 is omitted.
- the individual multi-layer piezoelectric actuator 10 are electrically connected in parallel and are driven by the drive voltage U.
- FIG. 9 shows the schematic structure of an ultrasonic treatment device according to the invention with a plurality of multi-layer piezo actuators 10, which are cast in a potting compound 21.
- the ultrasound waves emitted by the multi-layer piezoelectric actuators 10 are released via the potting compound 21 to the body tissue 5 resting on the potting compound 21.
- FIG. 10 shows a similar construction to FIG. 9, where the multi-layer piezoelectric actuators 10 are cast in a potting compound 21.
- the carrier 20 is arranged between the encapsulated multilayer piezoactuators 10, 21 and the body tissue 5.
- the carrier 20 may be as described above in connection with FIGS. Take 4 to 6 described sound wave forming function.
- FIG. 11 shows a block diagram of an embodiment of the processing device according to the invention, wherein the multilayer piezoelectric actuators 10 are provided with a
- Power supply device E for generating a drive voltage U for the multi-layer piezoelectric actuators 10 and are coupled to a control device C for controlling the drive voltage U, with which the multi-layer piezoelectric actuators 10 are driven.
- a control device C for controlling the drive voltage U, with which the multi-layer piezoelectric actuators 10 are driven.
- a rechargeable battery as a power supply device E in particular a mobile use of the treatment device is possible.
- the present invention relates to a device for the treatment of wound tissue with ultrasound pulses of high intensity, in which the generation of sound is achieved by the use of multi-layer piezoelectric actuators.
- the use of multi-layer actuators allows the generation of sound at significantly lower drive voltages compared to all-ceramic elements. This results in a cost advantage through cheaper components in the field of power electronics.
- the water volume necessary for the electrohydraulic principle is eliminated. This leads to smaller and lighter sound transmitters with less maintenance (no water treatment, no Electrode change).
- the power supply via a battery or an accumulator allows easy transport and a high level of user-friendliness of the device.
- inventions described above are particularly suitable for the treatment of a dermatological disease, for example for
- Treatment of a wound region for accelerated wound healing are also for the treatment of an orthopedic condition, such as heel spur (plantar fasciitis), missing or delayed bone fracture healing (pseudoarthrosis), patellar tendinopathy, tennis elbow (Epicondilitis humeri radialis and ulnar), calcification of the shoulder (Tendinosis calcarea), or for the treatment of a painful inflammation of the Achilles tendon (Achillodynia) can be used.
- the treatment so-called trigger points centers of increased irritability
- muscle tissue is a potential field of application of the present invention.
- the treated tissue region may be an internal organ, e.g. Heart, kidney, liver or brain, be assigned.
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Therapiegerät zur Behandlung von Gewebe, insbesondere schlecht heilende oder chronische Wunden. Dazu wird eine Vorrichtung zur Behandlung von Gewebe mit Ultraschallpulsen vorgeschlagen, welche zumindest einen Mehrschicht-Piezoaktor umfasst, welcher auf zumindest einem Träger angebracht ist.
Description
Beschreibung
Titel
VORRICHTUNG ZUR BEHANDLUNG VON GEWEBE MIT ULTRASCHALL
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Gewebe, insbesondere von schlecht heilenden Wunden, mit Ultraschall.
STAND DER TECHNIK
Die Behandlung schlecht heilender oder chronischer Wunden (oftmals auch als offene Wunden bezeichnet) stellt durch die zunehmende Alterung der Bevölkerungsstruktur einen stark wachsenden Markt im medizinischen Bereich dar. Dabei haben Diabetiker ein erhöhtes Risiko, von solchen Wunden betroffen zu sein. Sie stellen etwa die Hälfte der betreffenden Patientenzahlen. Weitere wesentliche Ursachen für offene Wunden sind Mangeldurchblutungen durch einen venösen oder arteriellen Verschluss sowie Druckgeschwüre durch Wundliegen. Schließlich treten offene Wunden natürlich auch bei Verletzungen der Haut auf, beispielsweise durch Schnitte, Tierbisse, Verbrennungen, u.a.
Die Zahl der Diabetiker ist in den letzten Jahren weltweit stark angestiegen. Im Zeitraum zwischen 1988 und 2004 stieg die Anzahl der Patienten in Deutschland, die wegen Diabetes mellitus behandelt wurden, um 54 %. Dabei ist das diabetische Fuß-Syndrom eine der Hauptkomplikationen bei Patienten mit Diabetes mellitus. Dieser sog. diabetische Fuß verursacht aufgrund der langen stationären Verweildauer der Patienten bzw. aufgrund der noch immer hohen Anzahl an Amputationen enorme Behandlungskosten. Damit besteht sowohl von Patienten- als auch von Kostenträgerseite aus ein hoher Bedarf an Behandlungsvorrichtungen zur Beschleunigung der Wundheilung bzw. zu einer erfolgreichen Behandlung bislang nicht heilender Wunden.
In zahlreichen Tierstudien konnte gezeigt werden, dass durch die Beschallung von Gewebe mit Ultraschall die Gewebezellen zu einer erhöhten Ausschüttung von Wachstumsfaktoren (VEGF, eNOS, PCNA) stimuliert werden können. Darüber konnte in vitro gezeigt werden, dass Ultraschall hoher
Intensität eine antibakterielle Wirkung besitzt. Beide Effekte zusammen führen zu einem signifikant schnelleren Wundverschluss. Erste klinische Studien bestätigen diese beschleunigte Wundheilung durch die Anwendung von Ultraschallpulsen.
Die Behandlung von Wunden mit Ultraschallpulsen befindet sich damit momentan in der klinischen Erprobung. Daneben ist der Einsatz von Ultraschallpulsen im Bereich der Lithotripsie (Steinzerstörung) oder Orthopädie (beispielsweise zur Behandlung von Fersensporn (Plantar fasciitis), fehlender oder verzögerter Knochenbruchheilung (Pseudoarthrose), Patellasehnenspitzensyndrom, Tennisarm (Epicondilitis humeri radialis und ulnaris), Verkalkung der Schulter (Tendinosis calcarea), oder einer schmerzhaften Entzündung der Achillessehne (Achillodynie)) bereits etabliert.
Basierend auf Geräten, wie sie in der Lithotripsie und Orthopädie Anwendung finden, existieren derzeit mehrere Behandlungsgeräte zur Behandlung von offenen Wunden mit hochintensiven Ultraschallpulsen. Diese Geräte arbeiten nach dem elektrohydraulischen Prinzip der
Stoßwellenerzeugung, bei dem durch eine Unterwasser-Entladung ein kurzer Ultraschallpuls mit einer Pulsdauer von wenigen Mikrosekunden erzeugt wird. Dieser Puls wird mit Hilfe eines Reflektors entweder auf einen Brennpunkt im Körper des Patienten gebündelt (wie z.B. beim Gerät „dermaPACE", basierend auf Patent US 7,189,209 Bl; SANUWAVE AG) oder so reflektiert, dass eine nahezu ebene Schallwelle auf das Behandlungsgebiet trifft (wie z.B. beim Gerät „Dermagold", basierend auf Patentanmeldung WO 2006/047082 A2, MTS Europe GmbH). Beide Geräte erfordern die Ansteuerung einer Funkenstrecke mit Spannungen im Bereich mehrerer kV sowie eine Entladung dieser Funkenstrecke unter Wasser. Mit den genannten Geräten werden momentan verschiedene klinische Studien durchgeführt.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Aus dem elektrohydraulischen Erzeugungsprinzip von Ultraschallpulsen ergeben sich die Nachteile einer hohen Ansteuerspannung und einer notwendigen Unterwasser-Entladung. Dies führt bei den entsprechenden derzeit verwendeten Behandlungsgeräten zu einem verhältnismäßig großen Volumen und zu hohem Gewicht, sowie zu der Notwendigkeit der Hochspannungsisolation.
Alternativ können Ultraschallpulse hoher Intensität nach dem elektromagnetischen oder piezoelektrischen Prinzip erzeugt werden. Bei diesen Prinzipien entfällt zwar die Unterwasser- Entladung, allerdings werden bei Verwendung von Flachspulen bzw. Vollkeramikelementen weiterhin hohe Spannungen von einigen 1000 V bis ca. 20000V benötigt, um die notwendige Auslenkung einer Ultraschall-Senderfläche zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung überwindet die oben beschriebene Problematik durch den Einsatz mindestens eines Mehrschicht-Piezoaktors. Als Mehrschicht-Piezoaktoren werden hier sowohl monolithisch gesinterte Multilayer-Piezoaktoren als auch sog. Piezo-Stapelaktoren aus Einzelkeramikelementen als Verbundschwinger verstanden.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Mehrschicht-Piezoaktoren kann ein Behandlungsgerät zur Behandlung von Geweberegionen, insbesondere von Wunden oder Wundgewebe, mit
Ultraschallpulsen hoher Intensität und kurzer Dauer (Pulsdauer < 100 Mikrosekunden) bereitgestellt werden, bei dem die Ultraschallerzeugung mit einer relativ niedrigen Ansteuerspannung (ca. 100 V bei Multilayer-Piezoaktoren und max. ca. IkV bei Stapelaktoren) erreicht werden kann. Sowohl Multilayer-Piezoaktoren als auch Stapelaktoren zeichnen sich im Gegensatz zu Vollkeramikelementen neben ihrer niedrigeren Ansteuerspannung durch kurze Ansprechzeiten, hohe Stellkräfte und einen hohen elektromagnetischen Kopplungsfaktor aus. Im Vergleich zu Vollkeramikelementen gleicher Baugröße fließen bei Mehrschicht-Piezoaktoren aufgrund der höheren Kapazität entsprechend höhere Ströme zur Erzeugung des gleichen elektrischen Feldes. Die durch die Verwendung von Mehrschicht- Piezoaktoren erzielte Reduzierung der Ansteuerspannung führt somit zu einer Erhöhung der zu schaltenden Ströme. Deshalb ist es vorteilhaft, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere bei der Verwendung von Multilayer-Aktoren nur einige wenige Piezoaktoren einzusetzen (beispielsweise 10 oder weniger), um eine geringe Gesamtkapazität zu erhalten. In diesem Fall kann die Ansteuerspannung im Vergleich zu Vollkeramikelementen drastisch reduziert werden, die auftretenden Ströme können noch mit handelsüblichen Schaltelementen (z.B. MOSFET's, IGBT's) geschaltet werden. Ein mögliches Ansteuerkonzept bieten sog. Schaltverstärker. Die einzelnen Ultraschallpulse werden mit niedrigen Wiederholraten < 100 Hz, insbesondere < 10 Hz erzeugt, so dass die Dauerleistung gering bleibt. Aus diesem Grund ermöglicht die vorliegende Erfindung die Realisierung eines portablen Gerätes, bei dem die notwendige elektrische Energie über eine Batterie oder einen Akkumulator bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise sind die Mehrschicht-Piezoaktoren auf zumindest einem Träger aufgebracht. Der Träger dient unter anderem der mechanischen Stabilisierung der Gesamtanordnung. Er kann auch als Übertragungselement wirken, um die von den Mehrschicht-Piezoaktoren erzeugte Schwingungsenergie als mechanische Welle in die zu behandelnde Geweberegion zu übertragen. Dabei ist es vorteilhaft, dass der Träger so an den Mehrschicht-Piezoaktoren angebracht ist, dass eine möglichst verlustarme Übertragung der von den Mehrschicht-Piezoaktoren erzeugten Schwingungsenergie auf den Träger erfolgen kann. Einer solchen verlustarmen Übertragung besonders förderlich ist eine spaltfreie Anordnung der Mehrschicht-Piezoaktore und ihrem Träger zueinander. Eine solche spaltfreie Anordnung wiederum kann auf mehrere Arten erreicht werden, beispielsweise durch möglichst passgenaue Oberflächenformung der Berührungsflächen von Mehrschicht-Piezoaktor und seinem Träger, durch mechanisches Aufeinanderpressen der Berührungsflächen (z.B. durch Schrauben oder Klemmen) und/oder durch Zwischenlage einer schallleitenden Schicht, welche eventuell vorhandene Passungsabweichungen ausgleicht. Denkbar wäre in diesem Zusammenhang eine Klebeschicht, welche nach dem Zusammenfügen von Mehrschicht-Piezoaktor und Träger aushärtet. Durch den Träger werden die Mehrschicht-Piezoaktore einerseits mechanisch unterstützt und in einer vorbestimmten Anordnung zueinander gehalten, andererseits kann auf Grundlage der Schallkopplung zwischen Mehrschicht-Piezoaktor und Träger durch Formgestaltung des Trägers die Ultraschall abgebende Fläche der Behandlungsvorrichtung vorgegeben werden. Dabei kann die Ultraschall abgebende Fläche in Bezug auf die Flächengröße
und/oder in Bezug auf die Flächenform (Topologie) durch entsprechende Formgestaltung des Trägers vorgegeben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zumindest einer der Träger auswechselbar an dem zumindest einen Mehrschicht-Piezoaktor angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Schalldruck oder die Schallintensität (z.B. über die Variation der Flächengröße des Trägers) und/oder die Richtung der Schallausbreitung (z.B. über die Flächenform des Trägers) der erfindungsgemäßen Vorrichtung je nach Behandlungsfall variiert werden kann.
Es ist auch möglich, auf einer der Kontaktfläche zwischen Mehrschicht-Piezoaktor und Träger abgewandten Fläche des Trägers ein Formteil auswechselbar an dem Träger anzuordnen. Dies kann sowohl zusätzlich zu der oben beschriebenen Auswechslung des Trägers erfolgen, als auch anstatt derselbigen. Letztere Variante hat den Vorteil, dass die strukturelle Integrität der Basisvorrichtung (Mehrschicht-Piezoaktor und Träger) bei einem Wechsel des Formteils nicht beeinflusst wird und trotzdem eine behandlungsspezifische Anpassung der Ultraschall abgebenden Fläche erfolgen kann.
Für die Anbringung des Formteils am Träger gilt in analoger Weise vollumfänglich das oben im Rahmen der Aufbringung der Mehrschicht-Piezoaktore auf den Träger Gesagte (verlustarme Übertragung der Schwingungsenergie, Spaltfreiheit, Zwischenschicht, etc.).
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist zumindest einer der Träger oder das auf ihm angebrachte Formteil an einer Außenfläche eine ebene Form auf, welche eingerichtet ist, ein mit diesem Träger oder mit diesem Formteil in Kontakt zu bringendes Gewebe mit ebenen Ultraschallwellenfronten zu beaufschlagen. Dadurch kann ein der Flächengröße der Außenfläche entsprechender Bereich des Behandlungsgebietes, beispielsweise des Wundgewebes, also ein flächenmäßig relativ großes Areal, mit Ultraschallwellen gleicher Intensität und Energiedichte beaufschlagt werden. Dies kann insbesondere bei großflächigen Beschädigungen der Haut von Vorteil sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist zumindest einer der Träger oder das auf ihm angebrachte Formteil an einer Außenfläche eine konvexe Form auf, welche eingerichtet ist, ein mit diesem Träger oder mit diesem Formteil in Kontakt zu bringendes Gewebeareal mit divergierenden Ultraschallwellenfronten zu beaufschlagen. Dadurch kann die Intensität der von den Mehrschicht-Piezoaktoren erzeugten Ultraschallpulse im Vergleich zu der zuletzt beschriebenen ebenen Variante verringert werden. Dies kann z.B. bei schon fortgeschrittenem Wundheilungsstatus von Vorteil sein. Außerdem ist es bei manchen Wundausprägungen vorteilhaft, auch das umliegende Gewebe der Wunde mit Ultraschallwellen zu beaufschlagen, was durch eine konvexe Form der Ultraschall abgebenden Außenfläche besonders gut ermöglicht wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist zumindest einer der Träger oder das auf ihm angebrachte Formteil an einer Außenfläche eine konkave Form auf, welche eingerichtet ist, ein mit diesem Träger oder mit diesem Formteil in Kontakt zu bringendes Gewebe mit konvergierenden Ultraschallwellenfronten zu beaufschlagen. Dadurch ist es möglich, die von den Mehrschicht-Piezoaktoren erzeugte Schwingungsenergie an einem oder mehreren Punkten zu konzentrieren, um dort beispielsweise einen beschleunigten Wundheilungsprozess zu bewirken. Diese Ausführungsform eignet sich außerdem besonders für tiefer im Körper liegende Behandlungsregionen, denn die Energie der konvergierenden Ultraschallwellenfronten lässt sich auch an einem Punkt im Inneren des Körpers konzentrieren, vorzugsweise im Zentrum der zu stimulierenden Geweberegion.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist zumindest einer der Träger oder das auf ihm angebrachte Formteil an einer Außenfläche eine Form auf, welche an die Oberfläche des mit dem Träger oder dem Formteil in Kontakt zu bringenden Gewebes angeformt ist. Eine solche Anformung ist beispielsweise durch mechanischen Abguss oder durch computergestützte dreidimensionale Scanverfahren der zu behandelnden Körperregionen mit anschließender Invertierung (Herstellung des gegenständlichen Positivs) realisierbar. Auf diese Weise kann auch an topologisch anspruchsvollen Regionen des Körpers (z.B. an Gelenken) eine großflächige Ultraschallbeaufschlagung erfolgen.
Für den Träger können sowohl metallische als auch Kunststoffmaterialien verwendet werden. Erfüllt der Träger nicht primär die Funktion einer mechanischen Stabilisierung, können zur Verbesserung der Schallleitungseigenschaften auch gelartige oder flüssige Medien als Trägermaterial verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die mechanische Stabilisierung und Anordnung der Elemente zueinander nicht durch einen Träger, sondern durch ein zumindest teilweises Eingießen der Piezoaktoren in eine Vergussmasse, z.B. Epoxydharz, erreicht.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform wird die mechanische Stabilisierung und Anordnung der Elemente zueinander nicht ausschließlich durch einen Träger, sondern auch durch ein zumindest teilweises Eingießen der Piezoaktoren in eine Vergussmasse, z.B. Epoxydharz, erreicht.
Die Mehrschicht-Piezoaktoren können mechanisch vorgespannt sein, vorzugsweise durch Beaufschlagung der Mehrschicht-Piezoaktoren mit einer Druckspannung. Eine solche Druckspannung kann beispielsweise durch das Einbringen der Mehrschicht-Piezoaktoren zwischen zwei Trägern und anschließendes Verspannen der beiden Träger miteinander aufgebaut werden. Alternativ kann jeder Einzelaktor separat vorgespannt sein.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung mit einer Energieversorgungseinrichtung zum Erzeugen einer Ansteuerspannung für die Mehrschicht- Piezoaktoren und einer Steuerungseinrichtung zum Steuern der Ansteuerspannung koppelbar ist, mit der die Mehrschicht-Piezoaktoren beaufschlagt werden. Im Falle der Verwendung eines Akkumulators
als Energieversorgungseinrichtung ist insbesondere auch ein mobiler Einsatz des Behandlungsgerätes möglich.
Die Mehrschicht-Piezoaktoren können elektrisch parallel miteinander verschaltet sein. Es ist aber genauso gut möglich, dass die Mehrschicht-Piezoaktoren jeweils einzeln von der Steuerungseinrichtung ansteuerbar sind.
Vorzugsweise ist das Behandlungsgerät eingerichtet, Ultraschallpulse von kurzer Dauer, insbesondere von 100 Mikrosekunden oder kürzer, an das Gewebe abzugeben. Werden Pulse mit sehr kurzen Anstiegszeiten erzeugt, spricht man auch von sog. Ultraschall- Stoßwellen. Dabei ist es vorteilhaft, eine gute Schallankopplung zwischen Behandlungsgerät und Körpergewebe zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines Ultraschall-Koppelgels erreicht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 11 eine elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt eine der möglichen Realisierungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Gewebe mit Ultraschallpulsen, welche in dieser speziellen Darstellung einen Mehrschicht- Piezoaktor 10 umfasst, welcher auf einem Träger 20 aufgebracht ist. Es ist natürlich auch möglich, mehrere Mehrschicht-Piezoaktoren 10 auf einem Träger 20 aufzubringen, einen Mehrschicht- Piezoaktor 10 mit mehreren Trägern 20 zu verbinden (in Fig. 1 z.B. den Multilayer- Aktor 10 oben mit noch einem Träger zu versehen), oder mehrere Mehrschicht-Piezoaktoren 10 mit mehreren Trägern zu versehen (wie dies beispielhaft auch in Fig. 7 gezeigt ist).
Fig. 2 zeigt exemplarisch die auswechselbare Anordnung des Trägers 20 an dem Mehrschicht- Piezoaktor 10. Unter „auswechselbar" wird in diesem Zusammenhang eine leicht lösbare und leicht wiederherstellbare Verbindung von Mehrschicht-Piezoaktor 10 und Träger 20 verstanden. Eine solche reversible Verbindung kann, wie in Fig. 2 dargestellt, durch Klammern realisiert werden, die in Ausnehmungen im Mehrschicht-Piezoaktor 10 eingreifen. Es sind aber auch beliebige andere lösbare Verbindungen denkbar, beispielsweise Schraubverbindungen, Steckverbindungen, Haftverbindungen und viele andere.
Fig. 3 zeigt exemplarisch die auswechselbare Anordnung des Formteils 30 am Träger 20, welche hier beispielhaft in Form von federnden Klinken des Formteils 30 realisiert ist, die in Ausnehmungen im Träger 20 einrasten. Auch hier sind jedoch alle anderen, oben unter Fig. 2 genannten reversiblen Verbindungen denkbar.
Die Figuren 4, 5 und 6 illustrieren in Prinzipdarstellungen eine ebene Form, eine konvexe Form und eine konkave Form des Trägers 20 und die von diesen Trägerformen jeweils abgegebenen ebenen Ultraschallwellenfronten I Ia, divergierenden Ultraschallwellenfronten I Ib und konvergierenden Ultraschallwellenfronten 1 Ic. Es versteht sich von selbst, dass eine derartige Formgebung mit entsprechender Wirkung auch für die Formgestaltung des in Fig. 3 gezeigten Formteils 30 Verwendung finden kann. Ferner sind sowohl für den Träger 20 als auch für das Formteil 30 komplexere Topologien für die Ultraschall abgebende Außenfläche des Trägers 20 oder des Formteils 30 möglich. Eine solche komplexere Topologie kann beispielsweise durch eine beliebige abschnittsweise Kombination der ebenen, der konvexen und der konkaven Form erreicht werden. Auch können die Krümmungsradien des Trägers 20 bzw. des Formteils 30 über die Außenfläche variieren. Die Außenfläche kann auch die Form eines Pyramidenrasters oder eines Prismenrasters (z.B. die Form eines Rasters aus runden oder eckigen Stiften) aufweisen. Als besonders vorteilhaft wird eine Formgebung des Trägers 20 bzw. des Formteils 30 angesehen, bei welcher eine Außenfläche
des Trägers 20 bzw. des Formteils 30 eine Form aufweist, welche an die Oberfläche des mit dem Träger 20 oder dem Formteil 30 in Kontakt zu bringenden Körpergewebes 5 angeformt ist.
Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsgerätes mit mehreren Mehrschicht-Piezoaktoren 10, welche mit zwei Trägern 20 akustisch gekoppelt sind. Der obere Träger 20 weist in diesem Beispiel eine ebene Außenfläche auf, so dass er ebene Ultraschallwellenfronten 11 an das auf dem oberen Träger 20 aufliegende Körpergewebe 5 abgibt.
Fig. 8 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 7, nur dass der untere Träger 20 weggelassen ist. Die einzelnen Mehrschicht-Piezoaktor 10 sind elektrisch parallel geschaltet und werden mit der Ansteuerspannung U angesteuert.
Fig. 9 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsgerätes mit mehreren Mehrschicht-Piezoaktoren 10, welche in eine Vergussmasse 21 eingegossen sind. Die von den Mehrschicht-Piezoaktoren 10 abgegebenen Ultraschallwellen werden über die Vergussmasse 21 an das auf der Vergussmasse 21 aufliegende Körpergewebe 5 abgegeben.
Fig. 10 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 9, wo die Mehrschicht-Piezoaktoren 10 in eine Vergussmasse 21 eingegossen sind. In der Fig. 10 ist jedoch im Gegensatz zur Fig. 9 der Träger 20 zwischen den vergossenen Mehrschicht-Piezoaktoren 10, 21 und dem Körpergewebe 5 angeordnet. Auf diese Weise kann der Träger 20 die oben im Zusammenhang mit Fign. 4 bis 6 beschriebene Schallwellenformungsfunktion übernehmen.
Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen B ehandlungs Vorrichtung, wobei die Mehrschicht-Piezoaktore 10 mit einer
Energieversorgungseinrichtung E zum Erzeugen einer Ansteuerspannung U für die Mehrschicht- Piezoaktore 10 und mit einer Steuerungseinrichtung C zum Steuern der Ansteuerspannung U gekoppelt sind, mit der die Mehrschicht-Piezoaktore 10 angesteuert werden. Im Falle der Verwendung eines Akkumulators als Energieversorgungseinrichtung E ist insbesondere auch ein mobiler Einsatz des Behandlungsgerätes möglich.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Wundgewebe mit Ultraschallpulsen hoher Intensität, bei dem die Schallerzeugung durch den Einsatz von Mehrschicht- Piezoaktoren erreicht wird. Die Verwendung von Mehrschicht- Aktoren erlaubt die Schallerzeugung bei deutlich niedrigeren Ansteuerspannungen im Vergleich zu Vollkeramikelementen. Damit ergibt sich ein Kostenvorteil durch preisgünstigere Komponenten im Bereich der Leistungselektronik. Weiterhin entfällt bei einem Schallsender auf Basis piezoelektrischer Aktoren das beim elektrohydraulischen Prinzip notwendige Wasservolumen. Dies führt zu kleineren und leichteren Schallsendern mit geringerem Wartungsaufwand (keine Wasseraufbereitung, kein
Elektrodenwechsel). Die Energieversorgung über eine Batterie oder einen Akkumulator erlaubt einen leichten Transport und eine hohe Bedienerfreundlichkeit des Gerätes.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich insbesondere zur Behandlung eines dermatologischen Krankheitsbildes, beispielsweise zur
Behandlung einer Wundregion zur beschleunigten Wundheilung. Sie sind aber ebenso zur Behandlung eines orthopädischen Krankheitsbildes, wie zum Beispiel Fersensporn (Plantar fasciitis), fehlende oder verzögerte Knochenbruchheilung (Pseudoarthrose), Patellasehnenspitzensyndrom, Tennisarm (Epicondilitis humeri radialis und ulnaris), Verkalkung der Schulter (Tendinosis calcarea), oder zur Behandlung einer schmerzhaften Entzündung der Achillessehne (Achillodynie) einsetzbar. Auch die Behandlung sog. Triggerpunkte (Zentren erhöhter Reizbarkeit) z.B. in Muskelgewebe ist ein mögliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung. Außerdem kann die behandelte Geweberegion einem inneren Organ, z.B. Herz, Niere, Leber oder Gehirn, zugeordnet sein.
Claims
1. Vorrichtung zur Behandlung von Gewebe mit Ultraschallpulsen (11), umfassend: zumindest ein Mehrschicht-Piezoaktor (10), welcher auf zumindest einem Träger (20) aufgebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der Träger (20) auswechselbar an dem zumindest einen Mehrschicht-Piezoaktor (10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein auf einer der Kontaktfläche zwischen Mehrschicht-Piezoaktor (10) und Träger (20) abgewandten Fläche des Trägers (20) angebrachtes Formteil (30) auswechselbar an dem Träger (20) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest einer der Träger (20) oder das auf ihm angebrachte Formteil (30) an einer Außenfläche eine ebene Form aufweist, welche eingerichtet ist, ein mit diesem Träger (20) oder mit diesem Formteil (30) in Kontakt zu bringendes Gewebe (5) mit ebenen Ultraschallwellenfronten (1 Ia) zu beaufschlagen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest einer der Träger (20) oder das auf ihm angebrachte Formteil (30) an einer Außenfläche eine konvexe Form aufweist, welche eingerichtet ist, ein mit diesem Träger (20) oder mit diesem Formteil (30) in Kontakt zu bringendes Gewebe (5) mit divergierenden Ultraschallwellenfronten (1 Ib) zu beaufschlagen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest einer der Träger (20) oder das auf ihm angebrachte Formteil (30) an einer Außenfläche eine konkave Form aufweist, welche eingerichtet ist, ein mit diesem Träger (20) oder mit diesem Formteil (30) in Kontakt zu bringendes Gewebe (5) mit konvergierenden Ultraschallwellenfronten (1 Ic) zu beaufschlagen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest einer der Träger (20) oder das auf ihm angebrachte Formteil (30) an einer Außenfläche eine Form aufweist, welche an die Oberfläche des mit dem Träger (20) oder dem Formteil (30) in Kontakt zu bringenden Gewebes
(5) angeformt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mehrschicht-Piezoaktore (10) mechanisch vorgespannt sind, vorzugsweise durch Beaufschlagung der Mehrschicht- Piezoaktore (10) mit einer Druckspannung.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: eine Energieversorgungseinrichtung (E) zum Erzeugen einer Ansteuerspannung (U) für die Mehrschicht-Piezoaktore (10) und eine Steuerungseinrichtung (C) zum Steuern der Ansteuerspannung (U), mit der die Mehrschicht-Piezoaktore (10) beaufschlagt werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mehrschicht-Piezoaktore (10) elektrisch parallel geschaltet sind oder jeweils einzeln von der Steuerungseinrichtung (C) ansteuerbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche eingerichtet ist, Ultraschallpulse (11) von kurzer Dauer, vorzugsweise von 100 Mikrosekunden oder kürzer, an das Gewebe (5) abzugeben.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der zumindest eine Träger (20) eine Vergussmasse (21) umfasst, in welche einer oder mehrere der Mehrschicht-Piezoaktore (10) ganz oder teilweise eingegossen ist/sind.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09780653 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09780653 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |