Die Erfindung betrifft ein Therapiegerät zur Behandlung mit akustischen Wellen mit einer Quelle, die die akustischen Wellen aussendet.The invention relates to a therapy device for treatment withacoustic waves with a source that is acousticEmits waves.
Derartige Therapiegeräte werden zur Behandlung sowohl von benignen als auch malignen Gewebeveränderungen eingesetzt. Die Quellen strahlen dabei gewöhnlich akustische Wellen im Ultraschallbereich ab. Die Quellen enthalten gewöhnlich elektroakustische Wandler, die auf ihrer Resonanzfrequenz oder nahe bei ihrer Resonanzfrequenz mit einer definierten Frequenz, d. h. monofrequent, betrieben werden. Bei der Behandlung können im Falle von fokussierten akustischen Wellen im Fokus Temperaturen im Bereich von 40 bis 100°C erzeugt werden, wobei die Temperatur in Abhängigkeit von dem jeweils zu behandelnden Krankheitsbild gewählt wird. Die genannten Temperaturen werden von dem Patienten ertragen, solange das zu behandelnde Organ bzw. Gewebeteil nicht temperaturempfindlich ist. Befindet sich der zu behandelnde Bereich tief innerhalb des Patienten, ist im Falle fokussierter akustischer Wellen deren Intensität an der Eintrittsstelle in den Körper und damit auch die Erwärmung der temperaturempfindlichen Haut gering. Probleme treten erst bei der Behandlung von dicht bei der Körperoberfläche liegenden Bereichen mit fokussierten akustischen Wellen und/oder bei längeren Behandlungsdauern (mehrere Sekunden) auf, im letzteren Falle unabhängig davon, ob die akustischen Wellen fokussiert sind oder nicht.Such therapy devices are used to treat bothbenign as well as malignant tissue changes used.The sources usually emit acoustic waves in theUltrasound range. The sources usually containelectroacoustic transducers based on their resonance frequencyor close to their resonance frequency with a defined oneFrequency, d. H. be operated monofrequently. In theTreatment can be done in the case of focused acousticWaves in focus Temperatures in the range of 40 to 100 ° Care generated, the temperature depending on thedisease pattern to be treated is selected. Thetemperatures mentioned are borne by the patient,as long as the organ or tissue part to be treated is notis sensitive to temperature. Is the one to be treatedArea deep within the patient is in the eventfocused acoustic waves whose intensity at theEntry point into the body and thus also the warmingtemperature sensitive skin. Problems only arisein the treatment of close to the body surfacelying areas with focused acoustic wavesand / or for longer treatment times (several seconds)on, in the latter case regardless of whether the acousticWaves are focused or not.
Es kann dann nämlich zu schmerzlichen Verbrennungen der Haut kommen. Die Behandlung muß daraufhin abgebrochen werden.This can cause painful skin burnscome. The treatment must then be stopped.
Neben der erhöhten Intensität der akustischen Wellen an der Eintrittsstelle im Falle der Behandlung von oberflächennahen Bereichen mit fokussierten akustischen Wellen kommen die Probleme vor allem durch die Entstehung von stehenden Wellen in der Haut oder hautnahen Fettschichten, die akustisch wie zwei planparallele Platten wirken, zustande (siehe Do-Huu et al., "Deep and Local Heating Induced by an Ultrasound Phased Array Transducer", Proc. of the 1982 IEEE Ultrasonics Symposium, 735-738)
Die genannten Probleme lassen sich beispielsweise durch die Verwendung eines von P. M. Harari et al. in Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 21, (1991), 831-840, beschriebenen sogenannten Scanned Focused Ultrasound Hyperthermia Systems vermeiden, wobei mit der Realisierung eines solchen Systems jedoch ein ganz erheblicher technischer Aufwand verbunden ist.In addition to the increased intensity of the acoustic waves at the point of entry when treating near-surface areas with focused acoustic waves, the problems arise primarily from the formation of standing waves in the skin or fat layers close to the skin, which act acoustically like two plane-parallel plates (see Do-Huu et al., "Deep and Local Heating Induced by an Ultrasound Phased Array Transducer", Proc. Of the 1982 IEEE Ultrasonics Symposium, 735-738)
The problems mentioned can be solved, for example, by using a PM Harari et al. in Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 21, (1991), 831-840, to avoid so-called scanned focused ultrasound hyperthermia systems, but the implementation of such a system involves a very considerable technical outlay.
Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung der genannten Probleme besteht darin, daß die Quelle keinen Dauerschall, sondern nur kurze Bursts ("Wellenpakete") der akustischen Wellen abstrahlt, die durch längere Pausen voneinander getrennt sind (siehe G. Vallancien et al., "Focussed Extracorporeal Pyrotherapy: Experimental Results", Eur. Urol, 20, (1991), 211-219). Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Verlängerung der Behandlungsdauer.Another way to avoid the problems mentionedis that the source is not a continuous sound, but onlyshort bursts ("wave packets") of acoustic wavesemits that are separated from each other by longer pauses(See G. Vallancien et al., "Focussed ExtracorporealPyrotherapy: Experimental Results ", Eur. Urol, 20, (1991),211-219). However, this leads to an undesirable oneExtension of treatment time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Therapieeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf einfache Weise die Gefahr von Hautverbrennungen zumindest vermindert ist, ohne daß dies zu einer wesentlichen Erhöhung der Behandlungsdauer führt.The invention has for its object aTherapy device of the type mentioned abovetrain that easily the risk ofSkin burns are at least reduced without thisleads to a substantial increase in the duration of treatment.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Therapiegerät zur Behandlung akustischen Wellen mit einer Quelle zur Erzeugung der akustischen Wellen, die eine durch eine obere und eine untere Grenzfrequenz begrenzte Bandbreite ausfüllen. Die sich bei der Behandlung in dem zu behandelnden Objekt ausbreitenden akustischen Wellen sind somit inkohärent, womit die grundlegende Voraussetzung für die Entstehung von stehenden Wellen entfällt. Es wird also deutlich, daß die Gefahr von Hautverbrennungen im Vergleich zum Stand der Technik zumindest deutlich vermindert ist. Somit besteht zumindest unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung von Hautverbrennungen keine Notwendigkeit im Verlauf der Behandlungsdauer zeitliche Pausen einzulegen, d. h. die Vermeidung von Hautverbrennungen ist ohne Verlängerung der Behandlungsdauer möglich.According to the invention, this object is achieved by aTherapy device for the treatment of acoustic waves with aSource for generating the acoustic waves that pass through an upper and a lower limit frequency limited bandwidthto complete. Which is in the treatment in the to be treatedObject-propagating acoustic waves are thusincoherent, which is the basic requirement forThe formation of standing waves is eliminated. So it willclearly compared that the risk of skin burnsis at least significantly reduced compared to the prior art.Thus, at least from the point of view ofAvoiding skin burns no need imTake breaks during the course of the treatment,d. H. avoiding skin burns is withoutExtension of treatment time possible.
Als zweckmäßig hat es sich übrigens erwiesen, wenn die relative Bandbreite wenigstens gleich 5% der Mittenfrequenz der akustischen Wellen beträgt.Incidentally, it has proven useful if therelative bandwidth at least equal to 5% of the center frequencyof acoustic waves.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Quelle die akustischen Wellen in Form eines stochastischen akustischen Signals, insbesondere in Form von akustischem Rauschen, erzeugt. Durch die stochastische Natur der akustischen Wellen, d. h. durch innerhalb der Bandbreite statistische Verteilung von Amplitude und Frequenz, können zumindest im wesentlichen keine stehenden Wellen entstehen.According to a variant of the invention it is provided that theSource the acoustic waves in the form of a stochasticacoustic signal, especially in the form of acousticNoise, generated. Due to the stochastic nature of theacoustic waves, d. H. through within the bandwidthstatistical distribution of amplitude and frequencyat least essentially no standing waves arise.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Quelle die akustischen Wellen in Form eines deterministischen akustischen Signals erzeugt, und zwar gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Signal mit sich über der Zeit innerhalb der Bandbreite gleitend ändernder Frequenz. Auch in diesem Falle sind die sich in dem zu behandelnden Objekt ausbreitenden Schallwellen inkohärent, mit der Folge, daß sich zumindest im wesentlichen keine stehenden Wellen ausbilden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Frequenz in aufeinanderfolgenden Signalabschnitten jeweils über die gesamte Bandbreite ändert, da dann die gesamte zur Verfügung stehende Bandbreite für die Unterdrückung von stehenden Wellen ausgenutzt wird. Dabei kann sich die Frequenz in auf einanderfolgenden Signalabschnitten jeweils entweder gleitend von der unteren Grenzfrequenz auf die obere Grenzfrequenz oder umgekehrt ändern. Das heißt, die Frequenz der akustischen Wellen ändert sich zwischen auf einanderfolgenden Signalabschnitten sprunghaft. Um zu vermeiden, daß bei dieser sprunghaften Frequenzänderung unerwünschte Verzerrungsprodukte abgestrahlt werden, kann vorgesehen sein, daß sich die Frequenz in aufeinander folgenden Signalabschnitten abwechselnd von der unteren Grenzfrequenz auf die obere Grenzfrequenz und von der oberen Grenzfrequenz auf die untere Grenzfrequenz ändert.According to another variant of the invention,that the source is the acoustic waves in the form of agenerated deterministic acoustic signal, according toa particularly preferred embodiment as a signal withsliding over time within the rangechanging frequency. In this case, too, they are in thesound waves propagating to the object to be treated are incoherent,with the result that at least essentially nonetrain standing waves. It is particularly advantageousif the frequency is in consecutiveSignal sections changes over the entire bandwidth, because then the entire available bandwidth for theSuppression of standing waves is used. Herethe frequency can be in consecutiveSignal sections either sliding from the lower oneCutoff frequency to the upper cutoff frequency or vice versato change. That is, the frequency of the acoustic waves changesbetween successive signal sectionserratic. To avoid jumping at thisFrequency change emitted unwanted distortion productscan be provided that the frequency insuccessive signal sections alternating from thelower cutoff frequency to the upper cutoff frequency and from thechanges the upper limit frequency to the lower limit frequency.
Der technische Aufwand zur Realisierung der Frequenzänderung ist dann besonders gering, wenn sich diese gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung linear ändert.The technical effort to implement the frequency changeis particularly low if this changes according to apreferred embodiment of the invention changes linearly.
Im Interesse einer möglichst kurzen Behandlungsdauer folgen die Signalabschnitte vorzugsweise unmittelbar aufeinander.Follow in the interest of the shortest possible duration of treatmentthe signal sections preferably directly one on top of the other.
Um unter allen Umständen die Entstehung von stehenden Wellen ausschließen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Dauer der Signalabschnitte jeweils höchstens dem 100fachen, vorzugsweise höchstens dem 25fachen Kehrwert der Mittenfrequenz entspricht. Aus dem gleichen Grund ist es zweckmäßig, wenn sich die Frequenz innerhalb der einzelnen Signalabschnitte über der Zeit mit einer Rate ändert, die wenigstens gleich dem Quotienten der Bandbreite und des 100fachen Kehrwertes der Mittenfrequenz ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Mittenfrequenz und die Bandbreite der akustischen Wellen mit der Mittenfrequenz und der Bandbreite des Amplitudenfrequenzganges der Quelle wenigstens im wesentlichen identisch sind. Auf diese Weise wird eine optimale Ausnutzung der Bandbreite der Quelle ermöglicht. Bereits eine geringe relative Bandbreite, z. B. 5%, reicht zwar aus, jedoch sind möglichst große Bandbreiten im Interesse einer möglichst weitgehenden Vermeidung von stehenden Wellen günstig. Wenn die Quelle einen piezoelektrischen Wandler zur Erzeugung der akustischen Wellen enthält, sind relative Bandbreiten von mehr als 50% realisierbar.To the formation of standing waves under all circumstancesto be able to exclude, it is appropriate if the duration of theSignal sections at most 100 times,preferably at most 25 times the reciprocal ofCorresponds to the center frequency. For the same reason it isuseful if the frequency is within eachSignal sections change over time at a rate thatat least equal to the quotient of the bandwidth and theIs 100 times the reciprocal of the center frequency. EspeciallyIt is useful if the center frequency and bandwidththe acoustic waves with the center frequency and theBandwidth of the amplitude frequency response of the source at leastare essentially identical. In this way, oneallows optimal use of the bandwidth of the source.Even a small relative bandwidth, e.g. B. 5% is sufficient Although from, however, the widest possible bandwidth inInterested in avoidingstanding waves cheap. If the source is onepiezoelectric transducer for generating the acousticContains waves, are relative bandwidths of more than 50%realizable.
Falls im zu behandelnden Bereich derart hohe Intensitäten der akustischen Wellen benötigt werden, daß Schädigungen gesunden Gewebes zu erwarten sind, wenn dieses von den Schallwellen durchlaufen wird, ist es zweckmäßig vorzusehen, daß die Quelle fokussierte akustische Wellen erzeugt, da dann nur im zu behandelnden Bereich Intensitäten auftreten, die zu Schädigungen führen können.If such high intensities in the area to be treatedAcoustic waves are needed to heal damageTissue are expected if this is from the sound wavesis run through, it is appropriate to provide that theSource generates acoustic waves, because then only in theto be treated area intensities occur, tooCan cause damage.
Da zur Vermeidung von Hautverbrennungen Unterbrechungen des Behandlungsvorganges nicht erforderlich sind, ist es an sich im Interesse einer kurzen Behandlungsdauer zweckmäßig, wenn die Quelle die akustischen Wellen über einen Zeitraum kontinuierlich erzeugt. Es ist jedoch zu beachten, daß die Behandlung ein und derselben Zone über eine Dauer von wesentlich mehr als 10 Sekunden hinaus nicht zweckmäßig ist, da dann ein merklicher Energieabtransport durch Blutperfusion eintritt. Es sollte daher nach jeweils etwa 10 Sekunden eine andere Zone des zu behandelnden Bereich behandelt werden.Because to avoid skin burns, interruptions of theTreatment process are not necessary, it is in itselfuseful in the interest of a short duration of treatment ifthe source the acoustic waves over a period of timegenerated continuously. However, it should be noted that the Beaction in the same zone over a period of materialLich more than 10 seconds is not appropriate becausethen a noticeable removal of energy through blood perfusionentry. There should be one after every 10 secondsother zone of the area to be treated.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will now be described with reference to the accompanyingDrawings explained. Show it:
Fig. 1 in grob schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Therapiegerät,Fig. 1 shows an inventive therapy apparatus in a roughly schematic representation,
Fig. 2 für zwei unterschiedliche Betriebsarten des Gerätes gemäßFig. 1 den Amplitudenfrequenzgang der abgestrahlten akustischen Wellen,Fig. 2 for two different modes of operation of the apparatus ofFig. 1 the amplitude frequency response of the emitted acoustic waves,
Fig. 3 ein weiteres erfindungsgemäßes Therapiegerät,Fig. 3 is a further inventive therapy device,
Fig. 4 und 5 für zwei unterschiedliche Betriebsarten den Verlauf der Frequenz der von dem Gerät gemäßFig. 3 abgestrahlten akustischen Wellen über der Zeit,FIGS. 4 and 5 for two different modes of operation the course of the frequency of the of the device according toFIG. 3 emitted acoustic waves over time;
Fig. 6 eine Variante eines Details des Gerätes gemäßFig. 3, undFig. 6 shows a variant of a detail of the device according toFIG. 3, and
Fig. 7 für eine der Betriebsarten des Gerätes gemäßFig. 6 den Verlauf der Frequenz der akustischen Wellen über der Zeit.Fig. 7 for one of the operating modes of the device according toFIG. 6 shows the variation of the frequency of the acoustic waves over time.
InFig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Therapiegerät dargestellt, dessen Quelle akustischer Wellen insgesamt mit1 bezeichnet ist. Die grob schematisch veranschaulichte Quelle1 weist ein Gehäuse2 auf, das an seinem einen Ende mit einem piezoelektrischen Ultraschallwandler3 versehen ist, der auf einem Backing4 (Tragkörper) angebracht ist. Das mit Wasser als Ausbreitungsmedium für die von dem piezoelektrischen Wandler3 ausgehenden akustischen Wellen gefüllte Gehäuse2 ist an seinem anderen Ende durch eine flexible Koppelmembran5 verschlossen. Diese dient dazu, die Quelle1 zur akustischen Ankopplung an die Körperoberfläche eines schematisch angedeuteten Patienten P anzupressen. Zur Fokussierung der von dem piezoelektrischen Wandler3 ausgehenden akustischen Wellen ist in das in dem Gehäuse1 befindliche akustische Ausbreitungsmedium eine akustische Sammellinse6 eingesetzt. Durch deren Wirkung werden die akustischen Wellen in der inFig. 1 strichliert angedeuteten Weise auf eine Fokuszone F fokussiert.InFig. 1, a therapy device according to the invention is shown, the source of acoustic waves is designated by1 in total. The roughly schematically illustrated source1 has a housing2 , which is provided at one end with a piezoelectric ultrasound transducer3 , which is attached to a backing4 (support body). The housing2 filled with water as the propagation medium for the acoustic waves emanating from the piezoelectric transducer3 is closed at its other end by a flexible coupling membrane5 . This serves to press the source1 for acoustic coupling to the body surface of a schematically indicated patient P. To focus the acoustic waves emanating from the piezoelectric transducer3 , an acoustic converging lens6 is inserted into the acoustic propagation medium located in the housing1 . Due to their effect, the acoustic waves are focused on a focus zone F in the manner indicated by the broken line inFIG. 1.
Zur Durchführung einer Behandlung wird die Quelle1 mit Hilfe einer Ortungseinrichtung, die beispielsweise auf Röntgenund/oder Ultraschall-Basis arbeiten kann, so ausgerichtet, daß der jeweils zu behandelnde Bereich, im Falle derFig. 1 eine Gewebewucherung W, in der Fokuszone F zu Liegen kommt.To carry out a treatment, the source1 is aligned with the aid of a locating device, which can work, for example, on an X-ray and / or ultrasound basis, in such a way that the area to be treated in each case, in the case ofFIG. 1 a tissue growth W, in the focus zone F comes to rest.
Zum Antrieb des piezoelektrischen Wandlers3 ist eine schematisch als Blockschaltbild dargestellte Stromversorgung vorgesehen. Diese enthält einen elektrischen Rauschgenerator7, dessen Ausgangssignal über einen Leistungsverstärker8 dem piezoelektrischen Wandler3 zugeführt ist.A power supply, shown schematically as a block diagram, is provided for driving the piezoelectric transducer3 . This contains an electrical noise generator7 , the output signal of which is fed to the piezoelectric converter3 via a power amplifier8 .
Da der Amplitudenfrequenzgang des mit dem Backing4 verbundenen und an das akustische Ausbreitungsmedium angrenzenden piezoelektrischen Wandlers3 im Bereich von dessen Grundresonanz eine Bandpaßcharakteristik mit einer oberen und einer unteren Grenzfrequenz fo bzw. fu und einer Mittenfrequenz fm (2fm = fo+fu) aufweist und das von dem Rauschgenerator7 gelieferte elektrische Rauschsignal ein stochastisches Signal mit statistisch verteilten Frequenzen und Amplituden ist, strahlt die Quelle1 akustische Wellen ab, die die im Bereich der Grundresonanz vorhandene Bandbreite des Wandlers3 ausfüllen. Die relative Bandbreite des Wandlers3 und damit auch die der akustischen Wellen beträgt übrigens vorzugsweise wenigstens 5% der Mittenfrequenz, die einer der Resonanzfrequenzen, vorzugsweise der Grundresonanz, des mit dem Backing4 verbundenen und an das Ausbreitungsmedium angrenzenden Wandlers3 entspricht.Since the amplitude frequency response of the piezoelectric transducer3 connected to the backing4 and adjoining the acoustic propagation medium has a bandpass characteristic with an upper and a lower limit frequency fo and fu and a center frequency fm (2fm = fo + fu ) and the electrical noise signal supplied by the noise generator7 is a stochastic signal with statistically distributed frequencies and amplitudes, the source1 emits acoustic waves that fill the bandwidth of the transducer3 that is present in the range of the fundamental resonance. The relative bandwidth of the transducer3 and thus also that of the acoustic waves is preferably at least 5% of the center frequency, which corresponds to one of the resonance frequencies, preferably the fundamental resonance, of the transducer3 connected to the backing4 and adjacent to the propagation medium.
Infolge des Umstandes, daß es sich bei den abgestrahlten akustischen Wellen um ein die Bandbreite des Wandlers3 ausfüllendes stochastisches Signal handelt, sind die sich in dem Körper des Patienten P ausbreitenden akustischen Wellen inkohärent. Dies hat zur Folge, daß praktisch keine stehenden Wellen im Körper des Lebewesens entstehen können, mit der Folge, daß die Gefahr von Hautverbrennungen deutlich gemindert ist. Es besteht daher auch keine Notwendigkeit, während der Behandlung des Patienten P zur Vermeidung von Hautverbrennungen Behandlungspausen einzulegen, in denen die Abstrahlung der zur Behandlung dienenden akustischen Wellen unterbleibt.Due to the fact that the emitted acoustic waves are a stochastic signal filling the bandwidth of the transducer3 , the acoustic waves propagating in the patient P body are incoherent. The consequence of this is that practically no standing waves can arise in the body of the living being, with the result that the risk of skin burns is significantly reduced. There is therefore no need to take breaks during treatment of the patient P to avoid skin burns, during which the radiation of the acoustic waves used for the treatment does not occur.
Mittels eines Schalters9 kann zwischen den Rauschgenerator7 und den Leistungsverstärker8 wahlweise ein Tiefpaßfilter10 geschaltet werden, das oberhalb seiner Grenzfrequenz eine mit einer Flankensteilheit von -3 dB/Oktave abfallende Flanke aufweist. Da Rauschgeneratoren gewöhnlich weißes Rauschen erzeugen, besteht somit, sofern die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters10 nicht unterhalb der unteren Grenzfrequenz des piezoelektrischen Wandlers3 liegt die Möglichkeit, mit der Quelle1 akustische Wellen abzustrahlen, bei denen es sich wahlweise um weißes oder rosa Rauschen handelt, wobei zur Erzeugung von rosa Rauschen das Tiefpaßfilter10 zwischen dem Rauschgenerator7 und den Leistungsverstärker8 geschaltet sein muß.By means of a switch9 , a low-pass filter10 can optionally be connected between the noise generator7 and the power amplifier8 , said filter having a slope falling above its cut-off frequency with a slope of -3 dB / octave. Since noise generators usually produce white noise, there is therefore the possibility, provided the cut-off frequency of the low-pass filter10 is not below the lower cut-off frequency of the piezoelectric transducer3 , of emitting acoustic waves with the source1 , which are either white or pink noise, whereby To generate pink noise, the low-pass filter10 must be connected between the noise generator7 and the power amplifier8 .
Die entsprechenden Amplitudenfrequenzgänge des Schalldruckes p der akustischen Wellen (dicht bei dem piezoelektrischen Wandler3 gemessen) sind inFig. 2 dargestellt. Dabei sind fw die untere Grenzfrequenz fm die Mittenfrequenz und fo die obere Grenzfrequenz der Bandbreite des akustischen Rauschsignales.The corresponding amplitude frequency responses of the sound pressure p of the acoustic waves (measured close to the piezoelectric transducer3 ) are shown inFIG. 2. Here fw is the lower limit frequency fm the center frequency and fo the upper limit frequency of the bandwidth of the acoustic noise signal.
Zur Behandlung von Gewebeveränderungen sollte die Mittenfrequenz bei ca. 1 bis 3 MHz liegen. Obwohl auch geringere Werte ausreichen, sollten als Wert für die relative Bandbreite 40 bis 50% der Mittenfrequenz angestrebt werden.For the treatment of tissue changes, theCenter frequency is around 1 to 3 MHz. Although toolower values should suffice as a value for the relativeBandwidth 40 to 50% of the center frequency should be aimed for.
Um eine unnötige Beaufschlagung des piezoelektrischen Wandlers3 mit elektrischer Leistung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, in inFig. 1 nicht dargestellter Weise ein Bandpaßfilter zwischen den Rauschgenerator7 und den Leistungsverstärker8 zu schalten, der die Bandbreite des dem piezoelektrischen Wandler3 zugeführten Rauschsignals auf die Bandbreite des piezoelektrischen Wandlers3 beschränkt.In order to avoid unnecessary loading of the piezoelectric transducer3 with electric power, it is appropriate to switch to inFig. 1, not shown, a band-pass filter between the noise generator7 and the power amplifier8, which on the bandwidth of the piezoelectric transducer3 supplied noise signal the bandwidth of the piezoelectric transducer3 is limited.
Das erfindungsgemäße Therapiegerät gemäßFig. 3 unterscheidet sich von dem gemäßFig. 1 zunächst dadurch, daß die Fokussierung der von der Quelle1 erzeugten akustischen Wellen nicht mit Hilfe einer akustischen Sammellinse sondern durch eine sphärische Formgebung des wieder auf einem Backing4′ angebrachten piezoelektrischen Wandlers3′ erfolgt.1, the therapeutic device according to the invention shown inFig. 3 differs from that ofFIG. Initially characterized in that the focusing of the acoustic waves generated by the source1 not using an acoustic converging lens but by a spherical shape of the back 'mounted on a backing4 piezoelectric transducer3 'takes place.
Als Stromversorgung für den piezoelektrischen Wandler3′ ist ein Sinusgenerator11 vorgesehen, der wieder über einen Leistungsverstärker8′ mit dem piezoelektrischen Wandler3′ verbunden ist. Der Sinusgenerator11 ist frequenzmodulierbar und weist demnach einen Eingang für ein Modulationssignal auf, der mit einem dieses Signal erzeugenden Modulator12 verbunden ist. Der Modulator12 weist zwei Ausgänge auf. An dem einen Ausgang steht ein Sägezahn- und an dem anderen Ausgang ein Dreiecksignal zur Verfügung, wobei die Frequenz des Sägezahnsignals doppelt so groß wie die des Dreiecksignals ist. In Abhängigkeit von der Stellung eines Schalters13 ist dem Sinusgenerator11 als Modulationssignal entweder das Sägezahn- oder das Dreiecksignal zugeführt. Die Frequenz des mittels des Sinusgenerators11 erzeugten Sinussignals ändert sich linear in Abhängigkeit von der Amplitude des Modulationssignals. Demnach ergibt sich für die inFig. 3 dargestellte Stellung des Schalters13 ein Verlauf der Frequenz fe des Sinussignals, wie er inFig. 4 dargestellt ist. Für die inFig. 3 nicht dargestellte Stellung des Schalters13 ergibt sich der inFig. 5 dargestellte Verlauf der Frequenz fe des Sinussignals über der Zeit t.As a power supply for the piezoelectric transducer3 ', a sine generator11 is provided, which is again connected via a power amplifier8 ' to the piezoelectric transducer3 '. The sine generator11 can be frequency modulated and accordingly has an input for a modulation signal, which is connected to a modulator12 generating this signal. The modulator12 has two outputs. A sawtooth signal is available at one output and a triangular signal is available at the other output, the frequency of the sawtooth signal being twice that of the triangular signal. Depending on the position of a switch13 , either the sawtooth or the triangular signal is fed to the sine wave generator11 as a modulation signal. The frequency of the sine signal generated by the sine generator11 changes linearly as a function of the amplitude of the modulation signal. Accordingly, for the position of the switch13 shown inFIG. 3, there is a profile of the frequency fe of the sinusoidal signal, as shown inFIG. 4. For the position not shown inFig. 3 of the switch13, the course of the frequency shown inFIG. 5 produces fe of the sinusoidal signal over the time t.
Auch der piezoelektrische Wandler3′ der Quelle1′ weist einen bandpaßartigen Amplitudenfrequenzgang mit einer durch eine obere und eine untere Grenzfrequenz begrenzten Bandbreite auf. Die obere und die untere Amplitude des dem Sinusgenerator11 zugeführten Modulationssignals sind derart gewählt, daß sich die obere und die untere Grenzfrequenz fo bzw. fu des Sinussignals innerhalb der Bandbreite des Amplitudenfrequenzganges des piezoelektrischen Wandlers3′ befindet. Vorzugsweise sind die obere und die untere Amplitude des Modulationssignals so gewählt, daß die obere und die untere Grenzfrequenz fo und fu des Sinussignals mit der oberen und der unteren Grenzfrequenz der Bandbreite des piezoelektrischen Wandlers3′ übereinstimmen.The piezoelectric transducer3 'of the source1 ' has a bandpass-like amplitude frequency response with a bandwidth limited by an upper and a lower limit frequency. The upper and lower amplitudes of the modulation signal supplied to the sine wave generator11 are selected such that the upper and lower cutoff frequencies fo and fu of the sine wave signal are within the bandwidth of the amplitude frequency response of the piezoelectric transducer3 '. Preferably, the upper and lower amplitudes of the modulation signal are chosen so that the upper and lower cut-off frequencies fo and fu of the sine signal match the upper and lower cut-off frequencies of the bandwidth of the piezoelectric transducer3 '.
Der Verlauf der Frequenz fa der von dem piezoelektrischen Wandler3′ abgestrahlten akustischen Wellen über der Zeit t entspricht jedenfalls dem in derFig. 4 bzw. derFig. 5 dargestellten Verlauf, d. h., sie füllen die Bandbreite zwischen der oberen Grenzfrequenz fo und der unteren Grenzfrequenz fu aus. Damit sind die sich in dem Gewebe des Patienten P ausbreitenden Schallwellen nicht kohärent, mit der Folge, daß dem Entstehen von stehenden Wellen entgegengewirkt ist.The course of the frequency fa of the acoustic waves emitted by the piezoelectric transducer3 'over time t corresponds in any case to the course shown inFIG. 4 orFIG. 5, ie they fill the bandwidth between the upper limit frequency fo and the lower limit frequency fu . The sound waves propagating in the tissue of patient P are therefore not coherent, with the result that the formation of standing waves is counteracted.
Die einzelnen Signalabschnitte, in die der zeitliche Verlauf der akustischen Wellen unterteilt ist, weisen eine Zeitdauer T auf, die in der Größenordnung des 25fachen Kehrwertes der Mittenfrequenz der Bandbreite der akustischen Wellen liegt. Der Wert für T sollte höchstens in der Größenordnung des 100fachen Kehrwertes der Mittenfrequenz fm liegen.The individual signal sections into which the temporal course of the acoustic waves is divided have a time period T which is in the order of 25 times the reciprocal of the center frequency of the bandwidth of the acoustic waves. The value for T should be at most in the order of 100 times the reciprocal of the center frequency fm .
Innerhalb der einzelnen Signalabschnitte sollte sich die Frequenz der akustischen Wellen über der Zeit mit einer Rate ändern, die wenigstens gleich dem Quotienten aus der Bandbreite, d. h. der Differenz zwischen oberer und unterer Grenzfrequenz fo-fu, und der Dauer T der Signalabschnitte ist. Dies ist der Fall, da diese Rate im Falle des Therapiegerätes gemäßFig. 3 in der ausFig. 4 und 5 ersichtlichen Weise gleich dem genannten Quotienten ist.Within the individual signal sections, the frequency of the acoustic waves should change over time at a rate that is at least equal to the quotient out of the band, ie the difference between the upper and lower limit frequencies fo -fu , and the duration T of the signal sections is. This is the case since, in the case of the therapy device according toFIG. 3, this rate is the same as the quotient mentioned inFIGS. 4 and 5.
Durch beide vorgenannte Maßnahmen ist sichergestellt, daß stehende Wellen auch unter ungünstigen Umständen praktisch nicht entstehen können.Both of the above measures ensure thatstanding waves practical even under unfavorable circumstancescannot arise.
Wie schon im Falle der Therapieeinrichtung gemäßFig. 1 ist es nicht erforderlich, Behandlungspausen zur Vermeidung von Hautverbrennungen einzulegen. Vielmehr schließen sich aufeinanderfolgende Signalabschnitte unmittelbar aneinander an.As in the case of the therapy device according toFIG. 1, it is not necessary to take breaks to avoid skin burns. Rather, successive signal sections directly adjoin one another.
Eine Variante der inFig. 3 dargestellten Therapieeinrichtung ist inFig. 6 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der gemäßFig. 3 dadurch, daß zwischen den Schalter13 und den Sinusgenerator11 ein Analog-Addierer14 geschaltet ist, der dazu dient, dem mittels des Modulators12 erzeugten Sägezahnbzw. Dreiecksignal ein Sägezahn- bzw. Dreiecksignal und höherer Frequenz und vorzugsweise geringerer Amplitude zu überlagern. Zur Erzeugung dieses Signals ist ein Signalgenerator15 vorgesehen, der zwei Ausgänge aufweist, von denen einer das Sägezahn- und der andere das Dreiecksignal liefert. Über einen Schalter16 kann wahlweise das eine oder das andere Signal dem Addierer14 zugeführt werden. Somit kann sowohl dem von dem Modulator12 gelieferten Sägezahnsignal als auch dem von dem Modulator12 gelieferten Dreiecksignal wahlweise ein Sägezahn- oder ein Dreiecksignal überlagert werden.A variant of the therapydevice shown inFIG. 3 is shown inFIG. 6. This differs from that according toFIG. 3 in that an analog adder14 is connected between the switch13 and the sine generator11 , which serves to generate a sawtooth or triangular signal and higher for the sawtooth or triangular signal generated by the modulator12 Frequency and preferably lower amplitude superimpose. To generate this signal, a signal generator15 is provided which has two outputs, one of which supplies the sawtooth and the other the triangular signal. One or the other signal can optionally be supplied to the adder14 via a switch16 . Thus, both the sawtooth signal supplied by the modulator12 and the triangular signal supplied by the modulator12 may optionally be a sawtooth or a triangular signal are superimposed.
Für die inFig. 6 gezeigten Stellungen der Schalter13 und16 ergibt sich für das Ausgangssignal des Addierers14 der inFig. 7 gezeigte Verlauf der Frequenz fe des Sinussignals über der Zeit t. Den gleichen Verlauf der Frequenz fa über der Zeit t weisen auch die von dem piezoelektrischen Wandler3′ abgestrahlten akustischen Wellen auf. Es wird somit deutlich, daß sich durch die beschriebene Signalüberlagerung die Rate, mit der sich die Frequenz der akustischen Wellen über der Zeit ändert, nochmals steigern läßt. Es versteht sich, daß die Frequenz und die Amplitude der von dem Signalgenerator15 erzeugten Signale vorzugsweise derart gewählt sind, daß sich eine Vergrößerung der genannten Rate ergibt.For the positions of switches13 and16 shown inFIG. 6, the frequency fe of the sinusoidal signal over time t shown inFIG. 7 results for the output signal of adder14 . The same course of the frequency fa over time t also have the acoustic waves radiated from the piezoelectric transducer3 '. It is thus clear that the rate at which the frequency of the acoustic waves changes over time can be increased again by the described signal superimposition. It goes without saying that the frequency and the amplitude of the signals generated by the signal generator15 are preferably selected such that there is an increase in the said rate.
Im Falle derFig. 6 sind die Signale des Modulators12 und des Signalgenerators15 miteinander synchronisiert, was auch ausFig. 7 ersichtlich ist. Für den Modulator12 und den Signalgenerator15 ist ein gemeinsamer Taktgenerator17 vorgesehen, der mit einem Takteingang des Modulators12 bzw. des Signalgenerators15 verbunden ist. Dabei ist zwischen dem Taktgenerator17 und dem Modulator12 ein Teiler18 geschaltet, durch dessen Teilerverhältnis das Verhältnis festgelegt ist, in dem die Frequenzen der Ausgangssignale des Modulators12 und des Signalgenerators15 zueinander stehen.In the case ofFIG. 6, the signals of the modulator12 and the signal generator15 are synchronized with one another, which can also be seen fromFIG. 7. A common clock generator17 is provided for the modulator12 and the signal generator15 and is connected to a clock input of the modulator12 and the signal generator15 , respectively. A divider18 is connected between the clock generator17 and the modulator12 , the divider ratio of which determines the ratio in which the frequencies of the output signals of the modulator12 and the signal generator15 are related to one another.
Obwohl die beschriebenen Ausführungsbespiele ausschließlich Therapievorrichtungen betreffen, die einen piezoelektrischen Wandler enthalten, der übrigens sowohl aus einer Vielzahl von mosaikartig angeordneten Wandlerelementen als auch aus einem einzigen Wandlerelement bestehen kann, können statt des piezoelektrischen Wandlers auch andere, beispielsweise magnetostriktive Wandler vorgesehen sein. Allerdings sind piezoelektrische Wandler für die erfindungsgemäße Therapieeinrichtung besonders geeignet, da sich bei diesen durch gute Bedämpfung mit einem Backing und/oder eine gute Ankopplung an das akustische Ausbreitungsmedium leicht große relative Bandbreiten realisieren lassen. Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele werden als akustische Wellen fokussierte Ultraschallwellen abgestrahlt. Die akustischen Wellen müssen jedoch nicht notwendigerweise fokussiert sein. Außerdem muß es sich bei den akustischen Wellen nicht notwendigerweise um Ultraschallwellen handeln.Although the execution examples described are exclusiveTherapy devices relate to a piezoelectricConverters included, which by the way are both from a variety ofmosaic-like transducer elements as well as from onesingle transducer element can exist instead ofpiezoelectric transducer also others, for examplemagnetostrictive transducers may be provided. Howeverpiezoelectric transducer for the inventionTherapy facility particularly suitable, since theseby good cushioning with a backing and / or a good oneCoupling to the acoustic propagation medium slightly largehave relative bandwidths realized. In case ofExemplary embodiments described are called acousticWaves focused ultrasound waves emitted. Thehowever acoustic waves do not necessarily have tobe focused. In addition, the acousticWaves are not necessarily ultrasonic waves.
Die im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Signalformen sind nur beispielhaft zu verstehen; wesentlich ist, daß die akustischen Wellen eine Bandbreite ausfüllen und somit in der zur Vermeidung von stehenden Wellen erforderlichen Weise inkohärent sind.The in connection with the embodimentsThe waveforms described are only examplesunderstand; it is essential that the acoustic waves a Fill in bandwidth and thus in order to avoidstanding waves are incoherent.
Die Quellen im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen jeweils ein Backing auf. Dieses kann auch entfallen. Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle eines Backings oder zusätzlich zu diesem eine sogenannte λ/4-Ankoppelschicht zur Ankoppelung der Quelle bzw. des piezoelektrischen Ultraschallwandlers an das akustische Ausbreitungsmedium vorzusehen.The sources in the case of the described exemplary embodimentseach have a backing. This can also be omitted.There is also the option of using a backing orin addition to this a so-called λ / 4 coupling layer forCoupling the source or the piezoelectricUltrasonic transducer to the acoustic propagation mediumto provide.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2002068055A1 (en)* | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Rheologics, Inc. | Method and apparatus for mitigating renal failure using mechanical vibration including ultrasound and / or heat |
| EP2095844A1 (en)* | 2002-01-15 | 2009-09-02 | Ultrazonix DNT AB | Device for mini-invasive ultrasound treatment of an object by a heat-isolated transducer |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3499437A (en)* | 1967-03-10 | 1970-03-10 | Ultrasonic Systems | Method and apparatus for treatment of organic structures and systems thereof with ultrasonic energy |
| US4390026A (en)* | 1981-05-22 | 1983-06-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services | Ultrasonic therapy applicator that measures dosage |
| EP0324948A2 (en)* | 1988-01-21 | 1989-07-26 | Dornier Medizintechnik Gmbh | Concretions destruction device |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3499437A (en)* | 1967-03-10 | 1970-03-10 | Ultrasonic Systems | Method and apparatus for treatment of organic structures and systems thereof with ultrasonic energy |
| US4390026A (en)* | 1981-05-22 | 1983-06-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services | Ultrasonic therapy applicator that measures dosage |
| EP0324948A2 (en)* | 1988-01-21 | 1989-07-26 | Dornier Medizintechnik Gmbh | Concretions destruction device |
| Title |
|---|
| DO-HUU et al., "Deep and local Heating induced by Ultrasound Phased Array Transducer" in Proc. of the 1982 IEEE Ultrasonics Symposium, S.735-738* |
| G. VALLANCIEN et al., "Focussed extracorporal Pyrotherapy: Experimental Results" in Eur. Urol. 1991, 20, S.211-219* |
| Paul M. HARARI et al., "Development of scanned focussed Ultrasound hyperthermia clinical Response Evaluation" in Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. Vol.21, S.831-840* |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19742379C1 (en)* | 1997-09-25 | 1999-02-11 | Siemens Ag | Ultrasonic therapy device operating method |
| US6148225A (en)* | 1997-09-25 | 2000-11-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultrasound therapy apparatus and method for operating same during MR monitoring |
| WO2002068055A1 (en)* | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Rheologics, Inc. | Method and apparatus for mitigating renal failure using mechanical vibration including ultrasound and / or heat |
| EP2095844A1 (en)* | 2002-01-15 | 2009-09-02 | Ultrazonix DNT AB | Device for mini-invasive ultrasound treatment of an object by a heat-isolated transducer |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4311327C2 (en) | 1998-04-02 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4302538C1 (en) | Ultrasonic therapy device for tumour treatment lithotripsy or osteorestoration - with ultrasonic imaging and ultrasonic treatment modes using respective acoustic wave frequencies | |
| DE69425792T2 (en) | Device for generating healing ultrasonic waves | |
| DE19742379C1 (en) | Ultrasonic therapy device operating method | |
| DE4446429C1 (en) | Device for treating an object with focused ultrasound waves | |
| DE69519686T2 (en) | ACOUSTIC SYSTEM FOR BONE BREAKAGE THERAPY | |
| DE19635593C1 (en) | Ultrasound transducer for diagnostic and therapeutic use | |
| DE3877045T2 (en) | GENERATOR FOR ELASTIC IMPULSES OF A PREFERRED DESIRED FORM AND ITS APPLICATION IN MEDICAL TREATMENT OR DIAGNOSIS. | |
| DE69522352T2 (en) | Method and therapy device for generating ultrasound with reduced cavitation formation | |
| DE2660882C3 (en) | Ultrasound imaging device | |
| DE4408110A1 (en) | Method and device for neuromagnetic stimulation | |
| DE3786602T2 (en) | CORONAGE DISCHARGE THERMAL THERAPY DEVICE. | |
| DE3300121A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR IMAGING AND THERMALLY TREATING TISSUE BY MEANS OF ULTRASOUND | |
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| DE10140064A1 (en) | Cosmetic or medical treatment of the skin using ultrasound waves, e.g. permanent hair removal using a simple device comprising a mechanical oscillator and focussing lenses with a spacer for varying the distance to the skin | |
| DE112006002107T5 (en) | Manipulation of contrast media with medical ultrasound imaging | |
| DE3390293T1 (en) | Ultrasonic transducer | |
| DE60108414T2 (en) | MEDICAL PLASTER | |
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| DE10351331A1 (en) | Method and device for improving a contrast medium-tissue ratio in ultrasound contrast formation with subharmonic imaging | |
| EP3031439B1 (en) | System for generating ultrasonic waves | |
| EP0280088B1 (en) | Sound generator for treating a living being with focused sound waves | |
| WO2015193505A2 (en) | Device and method for low-noise magnetic neurostimulation | |
| DE4311327A1 (en) | Therapy device for treatment with acoustic waves | |
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| DE112023004092T5 (en) | Ultrasound therapy device |
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