DE2260257B2 - Ultraschallwandleranordnung - Google Patents
UltraschallwandleranordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallwandleranordnung für die Patientenüberwachung mit einem mittigen
Wandler und weiteren, kreisförmig um diesen herum angeordneten Wandlern auf einem Träger.
Es sind verschiedene Arten von Wandleranordnungen für biologische Ultraschalluntersuchuiigen bekannt.
Bei einer bekannten Wandleranordnung der eingangs genannten Art (DE-OS 20 23 929) sind auf einem starren
Träger mehrere als Sender wirkende Wandler kreisförmig um einen als Empfänger wirkenden Wandler
angeordnet. Die einzelnen als Sender wirkende äußeren Wandlerelemente besitzen keine relative Beweglichkeit
zueinander. Der starre Träger ist durch ein kreisrundes Gehäuse gebildet. Mit dieser Anordnung soll eine
schwache Bündelung der abgestrahlten Schalleistung erzielt werden, die in einem kleinen Bereich in
verschiedenen Abständen vom Wandler wirksam wird. Auf diese Weise ist eine gute nutzbare Schallreflexion
eines über einen weiten Abstand schmalen Schallstrahls unter Verwendung geringer Schallenergie möglich. Dies
erfordert auch eine starre Ausbildung der Anordnung, weil gerade konzentrische Ultraschallwandleranordnungen
sehr ähnlich wie optische Systeme aufgebaut sind, bei der ebenfalls eine starre Zuordnung der
einzelnen Elemente zueinander wesentlich ist. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist es, daß sie von Hand an
den zu untersuchenden Körperteil gehalten werden müssen, unhandlich sind und sich nicht ohne weiteres
der gekrümmten Oberfläche des zu untersuchenden Körperteils anpassen. Bei der Patientenüberwachung
besteht allgemein die Forderung nach schneller und einfacher Anbringung, sowie nach einfachem Aufbau
und vielseitiger Einsatzmöglichkeit der Wandlerelemente. Für die meisten bekannten Wandler ist die
Plazierung für die Qualität der Messung ausschlaggebend, so daß sich diese Wandler für die Überwachung
eines größeren Flächenbereichs nicht gut eignen.
Für die mit der Erfindung angestrebten Untersuchungen eignen sich liniare Systeme mit abwechselnden
Sende- und Empfangswandlern nicht, auch wenn deren Träger flexibel ausgebildet ist, sie also eine Biegsamkeit
in Richtung der Wandlerreihc aufweisen, durch welche die Abstrahlungs- und Empfangscharakteristik prak-
lu tisch nicht verschlechtert wird(DD-PS 81 695). Gleiches
gilt für solche Anordnung, die beispielsweise zur Blutdruckuntersuchung um den Oberarm geschlungen
werden können (DD-PS 72 861).
Ein Gebiet, für das bisher keine zufriedenstellende Ultraschallwandleranordnung zur Verfügung steht, ist
das der fötalen Herzüberwachung. Es hat sich gezeigt, daß die kontinuierliche Erfassung der fötalen Herztätigkeit
infolge der ständigen Bewegung des Fötus mit Schwierigkeiten verbunden ist und bisher eine häufige
Nachführung der Wandleranordnung erforderte.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallwandleranordnung zu schaffen, mit
der ohne Veränderung ihrer Plazierung oder Anordnung ein größerer Flächenbereich mit möglichst
1i gleichmäßiger Empfindlichkeit überwacht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Ultraschallwandleranordnung vor, mit einem in an sich
bekannter Weise flexible ausgebildeten Träger mit einem Mittelteil und wenigstens drei von diesem
w streifenförmig ausgehenden, jeweils für sich flexiblen
Armen, einem im Mittelteil angebrachten Empfangswandler und jeweils an den Enden der Arme
angebrachten Sendewandlern. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß diese Anordnung die besten
i> Ergebnisse erzielt, wobei gegenüber allen bekannten
kreisförmigen Wandleranordnungen eine häufige Nachführung der Wandlerplazierung nicht erforderlich ist.
Zweckmäßigerweise werden die Arme mit den Sendewandlern in gleichen Winkelabständen voneinan-■"i
der um den Empfangswandler und von diesem mit gleichem Abstand angeordnet. Die Sendewandler sind
vorzugsweise gleich groß und etwa um den Faktor 1 '/2
kleiner als der Empfangswandler.
Eine gute Anpassungsfähigkeit an die Oberfläche des ■*">
zu untersuchenden Körperteils erreicht man, wenn die inneren Teile der Arme dünner sind als ihre äußeren
Teile und der Mittelteil des Trägers.
Ein Ausführungsbeispiel einer ertindungsgemäßen Ultraschallwandleranordnung ist anhand der Zeichnung
">" näher erläutert, in der zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf eine aus drei Sendewandlern und einem mittigen Empfangswandler bestehende
Wandleranordnung,
F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, >r>
und
F i g 3 eine schematische Darstellung der Sende- und Empfangscharakteristik der Wandleranordnung.
Die Ultraschallwandleranordnung besteht aus einem Träger 11, einem mittigen Kristall-Empfangswandler 12
w) mit einer Empfangslinse 13 und drei kreisförmig um
diesen mit Abstand angeordneten Kristall-Senderwandlern 14,15,16 mit jeweils zugeordneten Sendelinsen 17,
18, 19. Ein Kabel 21 dient zur Energieversorgung der Sendewandler und zur Verbindung des Empfangswand-
*>Γ>
lers 12 mit einem nicht dargestellten Empfänger.
Der Träger 11 besteht aus einem flachen Mittelteil mit drei ebenfalls flachen und im wesentlichen in einer
Ebene liegenden, in gleichen Winkelabständen vonein-
ander strahlenförmig abstehenden Armen 22. Er ist aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt beispielsweise aus
Polyurethan, der gleichzeitig gute Dämpfungseigenschaften für Ultraschallenergie besitzt :m ein Übersprechen
zwischen den einzelnen Wandlern zu verhindem. Am Ende der drei Arme 22 sind die Kristall-Sendewandler
14, 15, 16 angebracht Zu diesem Zweck besitzen die Arme 22 an ihren Enden eine Verbreiterung,
die den Sendewandlern Platz bietet Der Breitenunterschied zwischen den inneren Teilen der
Arme und der äußeren Verbreiterung beträgt etwa 20%. Zusätzlich besteht ein Dickenunterschied zwischen
den inneren Teilen der Arme und den Endteilen, an denen die Sendewandler montiert sind, um die
Flexibilität der Arme zu vergrößern. Die inneren Teile ι der Arme 22 sind etwa halb so dick wie die Endteile.
Aufgrund der großen Flexibilität der inneren Teile der A.rme können sich diese sehr leicht der Krümmung der
Oberfläche eines zu untersuchenden Körperteils anpassen, ohne sich gegenseitig oder den EmpfangskristaJi iu
mechanisch zu beeinflussen. Die verbreiteten und verdickten Endteile der Arme weisen Vertiefungen auf,
in denen die Sendewandler und die Linsen montiert sind und die gleichzeitig noch genügend Platz für die
Aufnahme eines während Langzeitmessungen dort verbleibenden Ultraschallkopplungsmittels bieten.
Es ist zu beachten, daß die Abmessungen der Wandler und die Abstände zwischen den Sende- und Empfangswandlern
kritische Größen sind. Alle diese Dimensionen wurden im Hinblick auf den Einsatz für die fötale J"
Herzüberwachung entwickelt, bei der für den mittleren Krümmungsradius der Körperoberfläche der Patientin
ein Wert von 20 cm angenommen wird. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter
Sendewandler beträgt etwa 8 cm und der Abstand zwischen den Mittelpunkten eines Sendewandlers und
des Empfangswandlers etwa 4,6 cm.
Die Sendewandler bestehen vorzugsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat
und der Empfangswandler entweder aus Quarz oder aus Blei-Metaniobat. Die Sendewandler 4"
haben die Form einer kreisförmigen Platte mit einem auf der dem Empfangswandler abgewandten Seite
abgeschnittenen Segment. Aufgrund dieser Form wird die Ultraschallenergie nur in einen bestimmten Raumsektor abgestrahlt. Die Sendewandler haben einen 4^
Durchmesser von etwa 1,9 cm, wobei ein Segment von 0,64 cm Höhe abgeschnitten ist. Auf diese Weise
besitzen die Sendewanciler eine Fläche von etwa 2 cm2. Der Empfangswandler hat eine Fläche von etwa 3,9 cm2,
ist also nicht ganz doppelt so groß wie die Sendewandler. Der Empfangswandler ist erheblich
größer als die Sendewandler, weil die Fläche, aus der er reflektierte Ultraschallenergie aufnehmen muß, wesentlich
größer ist als die von jedem Sendewandler bestrahlte Fläche. Die Linsen 17, 18, 19 für die
Sendewandler und Linse 13 für dem Empfangswandler besitzen etwa den gleichen Krümmungsradius. Wegen
der verschiedenen Größe der Kristalle der Wandler ist jedoch der theoretische Abstrahlungswinkel des Empfangswandlers
größer als der der Sendewandler. Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die Sendewandler
einen Abstrahlungswinkel von etwa 16°, während der Empfangswandler einen theoretischen Abstrahlungswinkel
von 22° aufweist
Wie in F i g. 3 dargestellt, sind die drei Sendewandler
so angeordnet, daß sich ihre Strahlenbündel überlappen, um eine große Fläche annähernd gleichmäßig zu
bestrahlen. In Wirklichkeit überlappen sich die Ultraschallstrahlen,
die durch die Wandler 15 und 16 beispielsweise ausgesendet werden, infolge der zusätzlichen
Abstrahiung von Ultraschallenergie durch die Seitenflächen der Kristalle und durch Streueffekte im
Körpergewebe stärker als in F i g. 3 gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde gefunden, daß
die Sendewandler in einer Tiefe von 5 cm etwa eine Fläche von 8 cmJ bestrahlen, während der Empfangswandler
in der gleichen Tiefe etwa eine Fläche von 16 cm2 erfaßt.
Wie ebenfalls in F i g. 3 dargestellt, gewährleistet die vorliegende Wandleranordnung, daß die Ultraschallenergie
jeweils den kürzest möglichen Weg zwischen dem Sendewandler, dem Reflektor und dem Empfangswandler zurücklegt. Wenn der Reflektor beispielsweise
durch den Punkt 27 gegeben ist, hat der Weg 26, 27, 28 eine Länge von etwa 13,25 cm, während der Weg 29,27,
28 15,25 cm lang ist. Bei Verwendung einer bisher üblichen starren Anordnung aus nur einem Sende- und
Empfangswandler, beispielsweise den Wandlern 16 und 12, müßte die Ultraschallenergie einen zusätzlichen
Weg von 2 cm im Gewebe zurücklegen, was eine Schwächung der Bestrahlungsieistung am On des
Reflektors um etwa 4 db und damit eine wesentlich niedrigere Signalamplitude am Empfänger zur Folge
hätte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Ultraschallwandleranordnuiig für die Patientenüberwachung
mit einem mittigen Wandler und weiteren, kreisförmig um diesen herum angeordneten
Wandlern auf einem Träger, gekennzeichnet durch einen in an sich bekannter Weise
flexibel ausgebildeten Träger (11) mit einem Mittelteil und wenigstens drei von diesem strahlenförmig
ausgehenden, jeweils für sich flexiblen Armen (22), einem im Mittelteil angebrachten Empfangswandler (12) und jeweils an den Enden der Arme (22)
angebrachten Sendewandlern (14,15,16).
2. Ultraschallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (22) mit den
Sendewandlern (14, 15, 16) in gleichen Winkelabständen voneinander um die Empfangswandler (12)
herum angeordnet sind.
3. Ultraschallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sendewandler (14, 15, 16) gleiche Abstände vom Empfangswandler (12) aufweisen.
4. Ultraschallwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendewandler (14,
15, 16) gleich groß und etwa um den Faktor IV2
kleiner sind als der Empfangswandler (12).
5. Ultraschallwandleranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Teile der
Arme (22) dünner sind als ihre äußeren Teile und der Mittelteil des Trägers (U).
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