DE3826414A1

DE3826414A1 - Ultraschall-therapiegeraet

Info

Publication number: DE3826414A1
Application number: DE3826414A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Kubota; Masakazu Gotanda; Shinji Hatta; Hitoshi Karasawa; Tetsumaru Kubota; Takeaki Nakamura; Syuichi Takayama; Hiroshi Sasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-08-05
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1989-02-16
Also published as: US4961424A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Therapiegerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, welches Ultra schallvibrationen verwendet, um Steinbildungen oder Körpergewebe im menschlichen Körper zu zerstören oder zu emulgieren.

Ein typisches Ultraschall-Therapiegerät weist einen Ul traschallvibrator und ein Bauteil zur übertragung von Ultraschallvibrationen auf, welche von dem Ultraschall vibrator erzeugt werden. Das vorderste Ende des Bautei les zum übertragen der Vibrationen wird gegen Steinbil dungen oder Körpergewebe in einer Körperhöhle des menschlichen Körpers gedrückt, um die Steinbildung zu zerstören oder um das Körpergewebe zu emulgieren.

Ultraschallvibratoren, die hierbei zur Anwendung gelan gen, sind entweder vom Elektrostriktions-Typ oder vom Magnetostriktions-Typ und im Falle eines Ultraschallvi brators des Elektrostriktions-Typs werden beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler mit verbolztem Aufbau des Langevin-Typs, eine Mehrzahl von piezoelektrischen Ele menten und Elektroden wechselnd aufeinander angeordnet. Die von einer an die Elektroden angelegten Spannung er zeugte Ultraschallvibration wird von einem Horn ver stärkt und dem Vibrations-übertragungsbauteil übertra gen.

Ein derartiges typisches Ultraschall-Therapiegerät ist bezüglich eines Punktes auf der axialen Mittenlinie symmetrisch. Daher wird die Ultraschallvibration, die durch Anlegen der Spannung an die Elektroden erzeugt wird, in einer Ebene senkrecht zu der Mittenachse gleichmäßig, was zur Folge hatte, daß die Richtung, in die die Vibration gerichtet ist, nur auf die eine Rich tung entlang der Axiallinie begrenzt ist.

Wenn das Vibrations-Übertragungsbauteil, das nur entlang der Axiallinie vibriert, mit dem zu behandelnden Gegen stand kontaktiert wird, wird dieser Gegenstand nur in einer Richtung erschüttert, so daß der Prozeß des Zer störens oder Emulgierens nicht mit ausreichend hoher Effizienz durchgeführt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Therapiegerät nach dem Oberbegriff des An spruches 1 derart auszubilden, daß es in der Lage ist, Steinbildungen oder Gewebe in einer Höhle des menschli chen Körpers zu zerstören oder zu emulgieren, wobei dies mittels des Vibrations-übertragungsbauteiles mit höherer Effizienz als bisher möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 1.

Genauer gesagt, die der vorliegenden Erfindung zugrun deliegende Aufgabe kann durch ein Ultraschall-Therapie gerät gelöst werden, welches einen Ultraschallvibra tionsgenerator zur Erzeugung von Ultraschallvibrationen in einer Richtung entlang der Axiallinie und in einer anderen Richtung, die sich von der Axialrichtung unter scheidet, aufweist, sowie mit einem Verstärkungsbauteil, das mit dem Ultraschallvibrationsgenerator verbunden ist, um die Ultraschallvibrationen, die so erzeugt wur den, zu verstärken und ein Vibrationsübertragungsbauteil aufweist, welches mit dem Verstärkerteil verbunden ist, um die Ultraschallvibrationen zu übertragen.

Das Ultraschall-Therapiegerät gemäß der vorliegenden Erfindung weist somit die Ultraschallvibrations-Erzeu gungseinrichtung zur Erzeugung von Ultraschallvibratio nen in axialer Richtung und in einer hiervon unter schiedlichen Richtung auf. Somit kann das Vibrations übertragungsbauteil sowohl in axialer Richtung als auch in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung vibrieren, so daß das Zerstören oder Emulgieren von Steinbildungen oder Körpergewebe beispielsweise in der Körperhöhle des menschlichen Körpers mit höherer Effizienz und Zuver lässigkeit durchgeführt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungs form eines Ultraschall-Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 und 3 Vorder- und Schnittansichten eines piezo elektrischen Elementes, welches in dem Gerät gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 4 bis 6 Seitenansichten von Abwandlungen des pie zoelektrischen Elementes;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Abwandlung des ersten Ultraschall-Therapiegerätes;

Fig. 8 und 9 Vorder- und Schnittansichten einer Elek trode, die in dem Ultraschall-Therapiegerät ge mäß Fig. 7 verwendet wird;

Fig. 10 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Therapiege rätes in teilweiser Schnittdarstellung;

Fig. 11 eine Rückansicht des Ultraschall-Therapiegerätes gemäß Fig. 10;

Fig. 12 eine Vorderansicht eines piezoelektrischen Ele mentes, welches in dem Therapiegerät gemäß Fig. 10 verwendet wird;

Fig. 13 eine Seitenansicht einer Abwandlung des zweiten Ultraschall-Therapiegerätes in teilweiser Schnittdarstellung;

Fig. 14 eine Vorderansicht eines piezoelektrischen Ele mentes, das in dem Therapiegerät gemäß Fig. 13 zur Verwendung kommt;

Fig. 15 eine Vorderansicht einer Elektrode, die in einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Therapiegerätes verwendet wird;

Fig. 16 eine Seitenansicht der dritten Ausführungsform des Ultraschall-Therapiegerätes gemäß der vor liegenden Erfindung;

Fig. 17 ein Blockdiagramm einer Spannungszufuhreinrich tung, welche in der dritten Ausführungsform des Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 18 eine Vorderansicht einer Abwandlung des in dem dritten Ultraschall-Therapiegerät verwendeten piezoelektrischen Elementes;

Fig. 19 ein Blockdiagramm einer Abwandlung der Span nungszufuhrvorrichtung;

Fig. 20 und 21 perspektivische bzw. Seitenansichten ei ner Abwandlung der Elektrode;

Fig. 22 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung der Elektrode und des piezoelektrischen Elemen tes;

Fig. 23 und 24 Vorderansichten anderer Abwandlungen der Elektroden;

Fig. 25 eine perspektische Ansicht einer vierten Aus führungsform eines Ultraschall-Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 26 eine Seitenansicht des Therapiegerätes gemäß Fig. 25 in teilweiser Schnittansicht;

Fig. 27 eine Seitenansicht einer ersten Abwandlung des vierten Therapiegerätes in teilweiser Schnitt darstellung;

Fig. 28 eine Seitenansicht einer zweiten Abwandlung des vierten Ultraschall-Therapiegerätes in teilwei ser Schnittdarstellung;

Fig. 29 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ab wandlung eines vierten Ultraschall-Therapiege rätes;

Fig. 30 ein Blockdiagramm einer Spannungsversorgungs vorrichtung, welche in der dritten Abwandlung des Therapiegerätes zur Anwendung kommt; und

Fig. 31 eine Seitenansicht von piezoelektrischen Ele menten, welche in dem Therapiegerät gemäß Fig. 29 zur Anwendung kommen.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines Ultraschall-Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Er findung. Das Ultraschall-Therapiegerät gemäß Fig. 1 weist einen Ultraschall-Vibrator 2 auf. Dieser Ultra schall-Vibrator 2 weist eine Mehrzahl von scheibenför migen piezoelektrischen Elementen 4 und Elektroden 6 zur Erzeugung der Ultraschallvibration, ein Horn 10 zur Verstärkung der Vibration und ein Bauteil 18 zur über tragung der Vibration auf. Die Mehrzahl von piezoelek trischen Elementen 4 und Elektroden 6 ist abwechselnd übereinander angeordnet. Wie aus den Fig. 2 und 3 her vorgeht, weist das piezoelektrische Element 4 eine Durchgangsbohrung 4 A in seiner Mitte auf und zeigt im Querschnitt eine im wesentlichen keilförmige Formgebung. Da die Stärke des piezoelektrischen Elementes 4 bei (a) an einem Ende hiervon hierbei in radialer Richtung ge sehen wird, erscheint das piezoelektrische Element 4 an der gegenüberliegenden Seite bei (b) schmäler. Genauer gesagt, das piezoelektrische Element 4 hat eine un gleichförmige Dicke und wird in seiner radialen Richtung von einem Ende zum gegenüberliegenden Ende dünner.

Ähnlich wie bei den piezoelektrischen Elementen 4 ist in der Mitte der Elektrode 6 eine Durchgangsbohrung 6 A ausgebildet und ein Anschluß 8, an den eine nicht dar gestellte Leitung angeschlossen ist, erstreckt sich von dem äußeren Umfang der Elektrode 6. Weiterhin erstreckt sich ein Haltestab 12 von der rückwärtigen Endseite des Hornes 10 nach außen und weist an seinem rückwärtigen Bereich ein Außengewinde 13 auf. Der Haltestab 12 wird durch die Durchgangsbohrungen 4 A und 6 A der piezoelek trischen Elemente 4 und der Elektroden 6 hindurchgeführt und ein Halteteil 14 ist auf den Stab 12 so aufgesetzt, daß es das letzte piezoelektrische Element 4 kontak tiert. Weiterhin ist eine Mutter 16 auf dem Bereich aufgeschraubt, der sich von der rückwärtigen Stirnfläche des Halteteils aus erstreckt. Somit ist die Mehrzahl von laminatartig aufeinanderliegenden piezoelektrischen Elementen 4 und Elektroden 6 zwischen dem Horn 10 und dem Halteteil 14 eingeklemmt und gehalten.

Das langgestreckte Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung ist am Vorderende des Horns 10 befestigt. Die Anschlüsse 8 der Elektroden 6 in dem Ultraschall-Vibrator 2 sind über nicht dargestellte Leitungen mit einer Energie quelle verbunden.

Wenn über die Elektroden 6 des Ultraschall-Vibrators eine Spannung den piezoelektrischen Elementen 4 zuge führt wird, tritt in den piezoelektrischen Elementen 4 ein elektroresistives Belastungsphänomen auf und die hierdurch verursachte Ultraschallvibration wird von dem Horn 10 verstärkt und zu dem Bauteil 18 übertragen. Das Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung durchläuft einen Kanal eines Endoskopes und wird somit in die Körperhöhle eines menschlichen Körpers eingeführt, so daß sein Vor derende gegen Steinbildungen oder Gewebe gedrückt werden kann, um die Steinbildung oder das Gewebe zu zerstören oder zu emulgieren.

Jedes der piezoelektrischen Elemente 4 in dem Ultra schall-Vibrator 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine ungleichmäßige Dicke auf bzw. ist im Querschnitt keilförmig. Somit wird die elektroresistive Belastung oder Anspannung nicht gleichmäßig auf die Ebene eines jeden der piezoelektri schen Elemente 4 aufgebracht, wenn über die Elektroden 6 die Spannung auf die Elemente 4 aufgebracht wird. Die von dem Ultraschall-Vibrator 2 erzeugte Ultraschall-Vi bration verläuft somit nicht nur in axialer Richtung der Steinbildung oder des Gewebes, sondern auch in einer Richtung, die relativ zu der axialen Richtung geneigt ist. Das Vorderende des Bauteiles 18 zur Vibrations übertragung vibriert somit sowohl in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung als auch in axialer Richtung des Gewebes oder der Steinbildung. Dies ermög licht es, dem Vibrations-übertragungsbauteil 18 eine Ultraschall-Vibration der Steinbildung oder dem Gewebe sowohl in dessen axialer als auch querliegender Rich tung zuzuführen, so daß die Steinbildung oder das Gewebe mit höherer Effizienz und Zuverlässigkeit zerstört oder emulgiert werden kann.

Obwohl die piezoelektrischen Elemente 4 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Quer schnitt keilförmig sind, läßt sich der gleiche Effekt dann erzielen, wenn die piezoelektrischen Elemente 4 einen Aus- oder Abschnittbereich 20 haben, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt oder elliptische Formgebung haben, wie in Fig. 6 dargestellt. Allgemein gesagt, jedes der pie zoelektrischen Elemente 4 kann eine ungleichmäßige Dicke haben, um zu bewirken, daß die erzeugte Vibration in eine Mehrzahl von Richtungen verläuft.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 wird nun eine Ab wandlung des ersten Ultraschall-Vibrators beschrieben.

Auch bei dieser Abwandlung des Ultraschall-Vibrators 2 ist die Elektrode 6 derart ausgebildet, daß sie un gleichförmige Dicke hat, oder, wie in Fig. 9 darge stellt, im Querschnitt keilförmig ist. Die durch die Elektroden 6 an die piezoelektrischen Elemente 4 ange legte Vorspannung wird aufgrund der ungleichmäßigen Formgebung der Elektrode 6 unregelmäßig. Die von dem Ultraschall-Vibrator 2 derart erzeugte Ultraschall-Vi bration verläuft somit nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in einer Richtung, die relativ zur Axial richtung geneigt ist, so daß das vordere Ende des Bau teiles 18 zur Vibrationsübertragung sowohl in axialer Richtung als auch in einer hierzu querliegenden bzw. senkrechtliegenden Richtung vibrieren kann. Dies hat zur Folge, daß das Vibrations-Übertragungsbauteil 18 die Ultraschall-Vibrationen einer Steinbildung oder dem Ge webe in axialen und dazu querliegenden Richtungen über trägt, so daß eine Zerstörung oder Emulgierung von Steinbildungen oder Körpergewebe mit höherer Wirksamkeit und Zuverlässigkeit möglich ist.

Der Vorteil, daß das Vorderende des Bauteiles 18 zur Vibrationsüberzeugung sowohl axial als auch in hierzu querliegenden Richtungen vibriert, kann auch dadurch erhalten werden, daß eine Ausnehmung oder Durchgangs bohrung in der Elektrode 6 ausgeformt wird, so daß die Dicke der Elektrode 6 ungleichmäßig wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 14 wird nun eine zweite Ausführungsform eines Ultraschall-Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Das Therapiegerät gemäß Fig. 10 weist den Ultraschall- Vibrator 2 auf. Dieser Ultraschall-Vibrator 2 weist seinerseits eine Mehrzahl von scheibenförmigen piezo elektrischen Elementen 4 und Elektroden 6 auf, welche abwechselnd übereinander gestapelt sind. Ein Paar von Durchgangsbohrungen 4 A ist in jedem der piezoelektri schen Elemente 4 ausgebildet und diese Bohrungen sind aus der Mitte des piezoelektrischen Elementes 4 ver schoben, wie in den Fig. 10 bis 12 dargestellt. Genauer gesagt, sie sind von dem Zentrum (O) des piezoelektri schen Elementes 4 in radialer Richtung nach außen um den gleichen Betrag verschoben.

Ein Paar von Durchgangsbohrungen 6 A ist weiterhin in jeder der Elektroden 6 ausgebildet und sind ähnlich wie im Fall der piezoelektrischen Elemente 4 von dem Mit telpunkt der Elektrode 6 aus verschoben. Die Durch gangsbohrungen 4 A und 6 A der piezoelektrischen Elemente 4 und Elektroden 6 werden von einem Paar von Haltestä ben 12 durchsetzt, welche sich von der rückwärtigen Endfläche des Horns 10 aus erstrecken. Das Halteteil 14 ist auf die Haltestäbe 12 aufgesetzt und ist mit dem letzten piezoelektrischen Element 4 in Anlage und auf die Außengewinde 15, die an den Teilen der Haltestäbe 12 ausgebildet sind, welche von der rückwärtigen Endfläche des Halteteiles 14 vorstehen, sind die Muttern 16 auf geschraubt. Die laminatartig übereinanderliegenden pie zoelektrischen Elemente 4 und Elektroden 6 sind somit durch das Horn 10 und das Halteteil 14 eingeklemmt und lagefixiert.

Das Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung ist am Vorder ende des Horns 10 angeordnet und Anschlüsse 8 der Elek troden 6 in dem Ultraschall-Vibrator 2 sind über nicht dargestellte Leitungen mit einer Energiequelle verbun den.

Bei der zweiten Ausführungsform des Ultraschall-Thera piegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ultraschall-Vibration aufgrund des elektroresistiven Verformungsphänomens der piezoelektrischen Elemente 4 erzeugt, wenn eine Spannung über die Elektroden 6 über die piezoelektrischen Elemente 4 in dem Ultraschall-Vi brator 2 angelegt wird und diese Ultraschall-Vibration wird von dem Horn 10 verstärkt und auf das Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung angelegt.

Die Elektroden 6 des Ultraschall-Vibrators 2 sind au ßermittig mittels der Muttern 16 festgehalten. Wenn die Haltekräfte der Muttern 16 derart eingestellt werden, daß unterschiedliche Haltekräfte auf die piezoelektri schen Elemente 4 aufgebracht werden, kann die auf die piezoelektrischen Elemente 4 aufgebrachte Vorspannung ungleichmäßig gemacht werden. Dies hat zur Folge, daß die erzeugte Ultraschall-Vibration ebenfalls ungleich mäßig wird und nicht nur in axialer Richtung vibriert, sondern auch in einer hierzu geneigten Richtung relativ zur Axialrichtung vibriert, so daß das Vorderende des übertragungsbauteiles 18 ebenfalls in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung vibrieren kann. Somit kann das Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung die Ultra schall-Vibration auf Steinbildungen oder Körpergewebe sowohl in axialer als auch in hierzu schräger Richtung übertragen, so daß Steinbildungen oder Körpergewebe mit höherer Effizienz und Zuverlässigkeit zerstört und emulgiert werden können.

Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Paar von Halte stäben 12 außermittig an der rückwärtigen Stirnfläche des Horns 10 angeordnet und ein Paar von Muttern 16 sind auf die Außengewinde 15 dieser Haltestangen 12 mit un terschiedlichen Kräften aufgeschraubt, so daß auf die piezoelektrischen Elemente 4 unterschiediche Haltekräfte aufgebracht werden. Wie jedoch in Fig. 13 dargestellt, kann auch nur ein einzelner Haltestab 12 außermittig der rückwärtigen Stirnfläche des Horns vorgesehen werden und nur eine Mutter 16 wird auf das Außengewinde 15 des Haltestabes 12 aufgeschraubt, um das piezoelektrische Element 4 bzw. die Elemente 4 mit ungleichmäßigen Hal tekräften festzulegen. Gemäß Fig. 14 kann in diesem Fall die Durchgangsbohrung 4 A in jedem der scheibenförmigen piezoelektrischen Elemente 4 außermittig angeordnet werden, wobei weiterhin die Durchgangsbohrung 6 A in je der der scheibenförmigen Elektroden 6 (nicht darge stellt) ebenfalls außermittig angeordnet ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 17 wird nun eine dritte Ausführungsform eines Ultraschall-Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Gemäß Fig. 16 weist diese dritte Ausführungsform den Ultraschall-Vibrator 2 auf. Der Ultraschall-Vibrator 2 umfaßt eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 4 und Elektroden 7, welche abwechselnd aufeinander an geordnet sind. Jedes der piezoelektrischen Elemente 4 ist scheibenförmig ausgebildet und weist in seiner Mitte eine Durchgangsbohrung 4 A auf, wie in Fig. 15 darge stellt. Jede der Elektroden 7 ist in erste bis vierte Elektrodenteile 7 A bis 7 D unterteilt, welche mit den Stirnflächen der piezoelektrischen Elemente 4 in Kontakt sind, wobei die Elektrodenstücke 7 A bis 7 D propellerar tig ausgebildet sind und einen vertikalen Umfangswinkel von ungefähr 90° umfassen. Die Durchgangsbohrungen 4 A der piezoelektrischen Elemente 4 werden auf den Halte stab 12 aufgeschoben, der sich von der rückwärtigen Stirnfläche des Horns 10 erstreckt. Weiterhin ist das Halteteil 14 mit dem letzten piezoelektrischen Element 4 in Anlage und die Mutter 16 ist auf das Außengewinde 15 des Haltestabes 12 aufgeschraubt. Eine Mehrzahl von la minatartig übereinanderliegenden piezoelektrischen Ele menten 4 und Elektroden 7 wird somit zwischen dem Horn 10 und dem Halteteil 14 eingeklemmt und lagefixiert. Das röhrenartige Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung ist mit dem Vorderende des Horns 10 in Verbindung und dient zur Übertragung der von dem Horn 10 verstärkten Ultra schall-Vibration.

Gemäß Fig. 17 weist eine Spannungsversorgung 23 vier Verstärker 22 A bis 22 D und einen Oszillator-Schaltkreis 24 auf. Die ersten bis vierten Verstärker 22 A bis 22 D, deren Ausgangsleistungen frei einstellbar sind, stehen mit den ersten bis vierten Elektrodenstücken 7 A bis 7 D einer jeden Elektrode 7 über die Anschlüsse 8 in Ver bindung. Die Verstärker 22 A bis 22 D sind mit dem Oszil lator-Schaltkreis 24 verbunden. Somit kann eine Spannung mit wahlweisem Wert an die Elektrodenstücke 7 A bis 7 D einer jeden Elektrode 7 über den Oszillator-Schaltkreis 24 und die Verstärker 22 A bis 22 D übertragen werden.

Wenn über die Elektrodenstücke 7 A bis 7 D einer jeden Elektrode 7 in dem Ultraschall-Vibrator 2 eine Spannung an die piezoelektrischen Elemente 4 angelegt wird, wird in jedem piezoelektrischen Element 4 aufgrund des elek troresistiven Verformungsphänomens eine Ultraschall-Vi bration erzeugt, von dem Horn 10 verstärkt und an das Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung abgegeben. Wenn da Bauteil 18 in die Körperhöhle des menschlichen Körpers eingeführt wird (über den Einführkanal eines Endoskopes und sein Vorderende gegen Steinbildungen oder Körperge webe gedrückt wird, kann die Steinbildung oder das Kör pergewebe zerstört und emulgiert werden.

Eine jede der Elektroden 7 in dem Ultraschall-Vibrator 2 ist in die Mehrzahl von Elektrodenstücken 7 A bis 7 D un terteilt, welche an den Stirnflächen der piezoelektri schen Elementen 4 anliegen. Wenn die Ausgänge der ersten bis vierten Verstärker 22 A bis 22 D so eingestellt wer den, daß unterschiedliche Spannungen an die entspre chenden Elektrodenstücke 7 A bis 7 D angelegt werden, ist die von den piezoelektrischen Elementen erzeugte Ultra schall-Vibration nicht nur in axialer Richtung ausge richtet, sondern auch in einer Richtung, die relativ zur Axialrichtung geneigt ist. Das Vorderende des Bauteils 18 zur Vibrationsübertragung vibriert somit in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung und auch in axialer Richtung. Somit kann die Zerstörung und Emulgierung von Steinbildungen oder Körpergewebe, die bislang nicht mit hoher Wirksamkeit ausgeführt werden konnte, wenn das Vorderende des Bauteils 18 nur in axialer Richtung vibrierte, mit einer weitaus höheren Effizienz und Zuverlässigkeit ausgeführt werden. Wenn weiterhin die Ausgänge der ersten bis vierten Verstärker 22 A bis 22 D derart eingestellt werden, daß die Werte der Spannungen, die an die entsprechenden piezoelektrischen Elemente 4 angelegt werden, sich ändern, können Richtung und Größe der Vibration, die hierdurch erzeugt wird, geändert werden.

Fig. 18 zeigt eine Abwandlung der dritten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Ein jedes der piezo elektrischen Elemente 4 ist in vier Elementstücke 5 A bis 5 D unterteilt (analog zur Unterteilung der Elektroden 7) und jedes dieser Elementstücke ist propellerartig aus gebildet und weist einen vertikalen Erstreckungswinkel von ungefähr 90° auf. Bei der Verwendung dieser Abwand lung kann das übertragungsbauteil 18 ebenfalls in axia ler Richtung und einer Richtung schräg hierzu in Vibra tion versetzt werden.

Fig. 19 zeigt eine zweite Abwandlung der dritten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweiten bis vierten Verstärker 22 B bis 22 D der Spannungsversorgung 23 sind mit dem Oszillatorschaltkreis 24 über entspre chende Phasenwandlerschaltkreise 28 A bis 28 C verbunden. Somit können die Spannungswerte, welche an die Elektro denstücke 7 A bis 7 D der Elektroden 7 angelegt werden, zusammen mit den Phasen dieser Hochfrequenzspannung geändert werden, so daß es möglich wird, die von pie zoelektrischen Elementen 4 erzeugte Vibration noch un gleichmäßiger in ihrem Verlauf zu machen.

Die Fig. 20 und 21 zeigen eine dritte Abwandlung. Ein Teil einer jeden der scheibenfdrmigen Elektroden 7, welche mit ihrem beiden Stirnflächen mit einem piezo elektrischen Element 4 in Anlage sind, ist ausgeschnit ten, um einen propellerartig ausgeschnittenen Bereich 30 zu bilden, wobei in jeden der ausgeschnittenen Bereiche 30 ein Abstandshalter 32 eingesetzt wird. Weiterhin ist eine Isolierplatte 34 zwischen dem Halteteil 14 und der rückwärtigen Elektrode 7 eingesetzt. Die an das piezo elektrische Element 4 angelegte Spannung wird inkonstant gemacht, da die Elektroden 7 die ausgeschnittenen Be reiche 30 aufweisen, und der Vibrationsverlauf des pie zoelektrischen Elementes 4 ist bogenförmig und nicht parallel zur Axialerstreckung des Ultraschall-Vibrators 2, wie in Fig. 21 durch den Pfeil M dargestellt. Daher vibriert das Vorderende des Bauteils 18 zur Vibrations übertragung ebenfalls in einer Querrichtung, wie in Fig. 21 durch den Pfeil N dargestellt.

Die Fig. 22 zeigt eine vierte Abwandlung. Diese vierte Abwandlung des Ultraschall-Vibrators 2 weist zwei pie zoelektrische Elemente 4 auf, welche jeweils mit Elek troden 7 in Anlage sind, die wiederum mit den ausge schnittenen Bereichen 30 zu sehen sind. Die ausge schnittenen Bereiche 30 der zwei Elektroden 7, welche mit den beiden Stirnflächen eines jeden piezoelektri schen Elementes 4 in Verbindung sind, sind entlang des Umfanges des piezoelektrischen Elementes 4 verschoben. Eine Sonde mit rechteckförmigem Querschnitt wird als Bauteil 18 zur Vibrationsübertragung verwendet. Die Richtung, in welche das Vorderende des Bauteiles 18 vi briert, kann durch Einstellung des Betrages geändert werden, um den die ausgeschnittenen Bereiche 30 der beiden Elektroden 7, die mit den beiden Endflächen des einen piezoelektrischen Elementes kontaktieren, von dem der beiden Elektroden 7 verschoben ist, welche mit den beiden Endflächen des anderen piezoelektrischen Elemen tes 4 kontaktieren.

Fig. 23 zeigt eine Abwandlung der Elektrode 7, wobei die Elektrode 7, die mit der Endfläche des piezoelektrischen Elementes 4 kontaktiert, eine Mehrzahl von propellerar tigen Elektrodenstücken 26 A unterschiedlicher Größe aufweist. Fig. 24 zeigt eine andere Abwandlung der Elektrode 7, wobei die Elektrode 7 ein halbkreisförmiges Elektrodenstück 26 B und eine Mehrzahl von streifenför migen Elektrodenstücken 26 C aufweist. Bei einer Formge bung der Elektrode gemäß den Fig. 23 und 24 wird eine ungleichmäßige Spannung an die piezoelektrischen Ele mente angelegt, so daß die gleichen Ergebnisse wie in der dritten und vierten Abwandlung erzielbar sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 25 und 26 erfolgt nun eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform eines Ultra schall-Therapiegerätes gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Das Ultraschall-Therapiegerät gemäß den Fig. 25 und 26 weist den Ultraschall-Vibrator 2 auf, der die scheiben förmigen piezoelektrischen Elemente 4 mit der mittigen Durchgangsbohrung 4 A umfaßt. Erste und zweite Metall filme 38 und 40 sind mittels Dampfabscheidung auf den piezoelektrischen Elementen 4 aufgebracht. Der erste Metallfilm 38 weist einen ersten Endabschnitt 38 A auf, der die eine Endfläche des piezoelektrischen Elementes 4 überdeckt und einen weiteren umfangsseitigen Bereich 38 B auf, der einen Teil des äußeren Umfanges des piezoelek trischen Elementes 4 überdeckt, wohingegen der zweite Metallfilm 40 einen zweiten Endabschnitt 40 A, der die andere Endfläche des piezoelektrischen Elementes 4 be deckt, und einen zweiten umfangsseitigen Bereich 40 B aufweist, der einen Teil des verbleibenden äußeren Um fanges des piezoelektrischen Elementes 4 überdeckt.

Die Elektrodenplatten 6 liegen mit den Metallfilmen 38 und 40 an den beiden Endflächen der piezoelektrischen Elemente 4 in Anlage und jede der Elektrodenplatten 6 weist die mittige Durchgangsbohrung 6 A und an dem äuße ren Umfang den vorspringenden Anschluß 8 auf. Eine Anordnung eines piezoelektrischen Elementes 4 und eines Paares der Elektrodenplatten 6 wird quasi einstückig mit dem Horn 10 derart verbunden, daß die Durchgangsbohrun gen 4 A und 6 A der piezoelektrischen Elemente 4 und Elektrodenplatten 6 auf den Haltestab 12 aufgeschoben werden, der sich von der rückwärtigen Endfläche des Horns 10 erstreckt, wonach dann die Mutter 16 auf das Außengewinde 15 unter Zwischenschaltung des Halteteiles 14 aufgeschraubt wird.

Das Übertragungsbauteil 18 ist an dem Vorderende des Hornes 10 angeschlossen. Das Übertragungsbauteil 18 ist eine Röhre mit einer Durchgangsbohrung 18 A darin, wobei diese Durchgangsbohrung 18 A mit einer Durchgangsbohrung 12 A in Verbindung steht, welche sich in axialer Richtung durch den Haltestab 12 erstreckt. Die Durchgangsbohrung 12 A in dem Haltestab 12 steht weiterhin mit einer Va kuumpumpe (nicht dargestellt) in Verbindung.

An die piezoelektrischen Elemente 4 wird eine Spannung über das Paar von Elektrodenplatten 6 und die ersten und zweiten Metallfilme 38 und 40 angelegt. Als Ergebnis wird aufgrund der elektroresistiven Verformungsphänomens des piezoelektrischen Elementes 4 eine Ultraschall-Vi bration erzeugt, von dem Horn 10 verstärkt und dann auf das Übertragungsbauteil 18 übertragen.

Die ersten und zweiten Metallfilme 38 und 40, welche unter Dampfabscheidung auf das piezoelektrische Element 4 des Ultraschall-Vibrators 2 aufgebracht worden sind, bedecken sowohl die äußere Umfangsoberfläche des pie zoelektrischen Elementes 4 als auch dessen Endflächen. Somit wird eine Spannung auf das piezoelektrische Ele ment 4 in axialer Richtung senkrecht zur Endfläche des piezoelektrischen Elementes 4 und ebenfalls zwischen den Endflächenbereichen 38 A (40 A) und den äußeren Umfängen 40 B (38 B) der Metallfilme 38 und 40 aufgebracht, wie durch die Pfeile P in Fig. 26 dargestellt. Genauer ge sagt, eine Spannung wird ebenfalls in einer Richtung parallel zur Endfläche des piezoelektrischen Elementes 4 auf das Element 4 aufgebracht. Das vordere Ende des Übertragungsbauteiles 18 vibriert somit sowohl in Quer richtung als auch nach vorne und hinten. Dies ermöglicht es, daß die Zerstörung und Emulgierung von Steinbildun gen oder Körpergewebe mit höherer Effizienz und Zuver lässigkeit ausgeführt werden kann, als in dem Fall, in dem das Vorderende des Vibrationsteiles 18 nur vorwärts und rückwärts vibriert.

Fig. 27 zeigt eine erste Abwandlung der vierten Ausfüh rungsform, bei der zwei piezoelektrische Elemente 4, von denen jedes die ersten und zweiten Metallfilme 38 und 40 unter Dampfabscheidung, wie oben beschrieben, aufweist, Seite an Seite angeordnet sind.

Fig. 28 zeigt eine zweite Abwandlungsform, bei der zwei piezoelektrische Elemente 4 Seite an Seite wie in der ersten Abwandlung angeordnet sind, wobei jedoch die Me tallfilme 38 und 40 auf den piezoelektrischen Elementen 4 derart abgeschieden worden sind, daß die auf das eine piezoelektrische Element 4 aufgebrachte Spannung eine umgekehrte Richtung zu der Spannung hat, die auf das andere piezoelektrische Element 4 aufgebracht wird.

Die Fig. 29 bis 31 zeigen eine dritte Abwandlung der vierten Ausführungsform. Endflächenelektroden 46 sind mit den beiden Endflächen des piezoelektrischen Elemen tes 4 in Kontakt und erste bis vierte Umfangselektroden 48 A bis 48 D einer Elektrode 48 sind am Umfang des pie zoelektrischen Elementes 4 im Abstand von jeweils 90° angeordnet. Ein Paar von Endflächenelektroden 46 ist mit einem Sekundärschaltkreis 42 eines Koppeltransformators 50 der Spannungsversorgung 23 verbunden. Elektroden-Um schalter SW 1 bis SW 4 sind mit den vier Umfangselektroden 48 A bis 48 D verbundenund Polaritätsumschalter SW6 bis SW 9 sind in Serie mit den Umschaltern SW 1 bis SW 4 ver bunden. Ein Schalter SW 5 zur Steuerung der an die End flächenelektrode 46 angelegten Energie ist in Serie mit dem Sekundärschaltkreis 52 des Koppeltransformators 50 geschaltet. Über Schalter SW 10 bis SW 14 ist ein Anpas sungsschaltkreis 54 mit dem Sekundärschaltkreis 52 des Koppeltransformators 50 verbunden.

Ein Primärschaltkreis 56 des Koppeltransformators 50 ist mit einem Leistungsverstärker 58 der Spannungsversorgung 23 verbunden und Schalter SW 15 bis SW 18 zum Umschalten der Anpassung der Impedanz sind in Serie mit dem Pri märschaltkreis 56 des Koppeltransformators 50 verbun den.

Die Schalter SW 1 bis SW 4 sind mit einem ersten Treiber schaltkreis 60 verbunden und die Schalter SW 6 bis SW 9 sind mit einem zweiten Treiberschaltkreis 62 verbunden. Weiterhin sind die Schalter SW 10 bis SW 14 mit einem dritten Treiberschaltkreis 64 verbunden und die Schalter SW 15 bis SW 18 sind mit einem vierten Treiberschaltkreis 66 verbunden.

Die Treiberschaltkreise 60 bis 66 sind mit einer CPU 68 der Spannungsversorgung 23 verbunden, an die wiederum ein Eingabe/Ausgabe-Anschluß 70 angeschlossen ist. Mit dem Eingabe/Ausgabe-Anschluß 70 sind Schalter SW 19 bis SW 21 verbunden, mittels denen vertikale, horizontale und drehende Vibrations-Modi auswählbar sind.

In dieser dritten Abwandlung des Ultraschall-Therapie gerätes kann unter Steuerung der Schalter mittels der CPU 68 das Vorderende des Bauteils 18 zur Vibrations übertragung in den verschiedensten Modi zur Vibration gebracht werden. Wenn beispielsweise eine Spannung an das piezoelektrische Element 4 zwischen der einen End flächenelektrode 46 und der ersten Umfangselektrode 48 A und zwischen der anderen Elektrode 46 und der dritten Umfangselektrode 48 C angelegt wird, wie durch die ge strichelten Pfeile (Q 1) in Fig. 31 dargestellt, vibriert das Vorderende des Bauteils 18 auf und ab, wie in Fig. 29 durch den Pfeil (R) dargestellt. Wenn eine Spannung an das piezoelektrische Element 4 zwischen der einen Endflächenelektrode 46 und der zweiten Umfangselektrode 48 B und zwischen der anderen Endflächenelektrode 46 und der vierten Umfangselektrode 48 D angelegt wird, wird eine nach links und rechts gerichtete Vibration erzeugt, wie durch den Pfeil (T) in Fig. 29 dargestellt. Wenn in einem gewissen Intervall zwischen der Vertikalvibration und der Horizontalvibration eine Umschaltung vorgenommen wird, kann eine beinahe vollständige Drehvibration er zeugt werden. Wenn an das piezoelektrische Element 4 zwischen gepaarten Endflächenelektroden 46 eine Spannung angelegt wird, wie durch die durchgezogenen Pfeile (Q 2) dargestellt, erfolgt eine Vibration nach vorne und hin ten, wie durch den Pfeil (S) in Fig. 29 dargestellt.

Somit kann bei dieser dritten Abwandlung die Vibra tionsrichtung das Vorderende des Bauteils 18 zur Vibra tionsübertragung frei eingestellt werden.

Bei dieser dritten Abwandlung kann eine Mehrzahl von Umfangselektroden am Umfang des piezoelektrischen Ele mentes 4 angeordnet werden, wobei keine Endflächenelek troden an den beiden Endflächen hiervon angeordnet wer den.

Claims

1. Ultraschall-Therapiegerät: mit einem Ultraschall- Vibrator (2); einem Verstärker (10), der mit dem Ultraschall-Vibrator (2) verbunden ist und die von dem Ultraschall-Vibrator (2) erzeugte Ultraschall- Vibration verstärkt, und einem Bauteil (18) zur Vibrationsübertragung, welches mit dem Verstärker (10) verbunden ist, und die Ultraschall-Vibration überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultra schall-Vibrator Einrichtungen (4, 6, 7, 12, 38, 48) aufweist, um eine Ultraschall-Vibration in axialer Richtung des Geräts und weiterhin in einer hiervon unterschiedlichen Richtung zu erzeugen.

2. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ultraschall-Vibrator piezoelektrische Elemente (4) und Elektroden (6) aufweist, wobei jedes der piezoelektrischen Elemente (4) eine un gleichmäßige Dicke aufweist und wobei die piezo elektrischen Elemente (4) und die Elektroden (6) abwechselnd aufeinandergestapelt sind.

3. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ultraschall-Vibrator piezoelektrische Elemente (4) und Elektroden (6) aufweist, wobei jede der Elektroden (6) eine ungleichmäßige Dicke hat und wobei die Elemente (4) und Elektroden (6) abwechselnd aufeinandergestapelt sind.

4. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ultraschall-Vibrator piezoelektrische Elemente (4) und Elektroden (6) aufweist, wobei die piezoelektrischen Elemente und die Elektroden ab wechselnd aufeinanderangeordnet sind und die Elek troden (6) in axialer Richtung des Gerätes mit un gleichmäßigen Kräften festgeklemmt sind, welche durch Klemmittel (12, 14, 16) aufgebracht werden.

5. Therapiegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Klemmittel (12, 14, 16) einen Stab (12) zum Halten der piezoelektrischen Elemente (4) in einer außermittigen Lage aufweisen.

6. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ultraschall-Vibrator ein piezoelek trisches Element (4), Elektroden (7), wobei jede der Elektroden aus einer Mehrzahl von Elektroden stücken (7 A bis 7 D) besteht, welche an beiden End flächen des piezoelektrischen Elementes (4) ange ordnet sind, und eine Spannungsversorung (23) auf weist, um unterschiedliche Spannungen an die Elek trodenstücke (7 A bis 7 D) einer jeder der Elektroden (7) anzulegen.

7. Therapiegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Spannungsversorgung eine Phasenwand lereinrichtung (28 A, 28 B, 28 C) aufweist, um Hoch frequenzspannungen mit unterschiedlichen Phasen an die Elektrodenstücke (7 A bis 7 D) einer jeden der Elektroden (7) anzulegen.

8. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ultraschall-Vibrator ein piezoelek trisches Element (4) und Elektroden (7) aufweist, wobei die Elektroden an den beiden Endflächen des piezoelektrischen Elementes (4) angeordnet sind und aus einer Mehrzahl von Elektrodenstücken (26 A, 26 B, 26 C) besteht, welche ungleichmäßig an der Endfläche des piezoelektrischen Elementes (4) angeordnet sind.

9. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Ultraschall-Vibrator ein piezoelektri sches Element (4), Elektroden (6) und Elektroden einrichtungen (38, 40, 46, 48) aufweist, um eine Spannung an beide Endflächen und den Umfang des piezoelektrischen Elementes (4) anzulegen.

10. Therapiegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Elektrodeneinrichtung (38, 40, 46, 48) eine erste Gruppe von Elektroden (46) an den beiden Endflächen des piezoelektrischen Elementes (4) und eine zweite Gruppe von Elektroden (48 A bis 48 D) am Umfang des piezoelektrischen Elementes (4) auf weist.

11. Therapiegerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ultraschall-Vibrator eine Span nungsversorgung (23) zum Anlegen einer Spannung nur an die Elektroden (46, 48 A, 48 B, 48 C, 48 D) auf weist, welche abhängig von der Richtung der zu er zeugenden Ultraschall-Vibration aus den ersten und zweiten Gruppen (46, 48) ausgewählt werden.