DE8704185U1

DE8704185U1 - Ultrasonic applicator for sector scanning

Info

Publication number: DE8704185U1
Application number: DE8704185U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1988-07-21

Description

07 &thgr; 3084DE &ngr; Siemens Aktiengesellschaft07 &thgr; 3084DE &ngr; Siemens Aktiengesellschaft

Ultraschällapplikator für die SektorabtastungUltrasonic applicator for sector scanning

Die Erfindung betrifft elften UltraschallappÜkator für die torabtastung mit einem Ultraschallwandler, der durch einen Motorantrieb innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs schwenk^ bar ist, wobei der Motorantrieb einen Antriebsmotor und einen Winkelgeber umfaßt, und wobei die Drehachse des Antriebsmotors mit der Drehachse des uitrascnaiiwandiers zusammenfällt.The invention relates to an eleventh ultrasonic applicator for door scanning with an ultrasonic transducer which can be pivoted by a motor drive within a predetermined angular range, wherein the motor drive comprises a drive motor and an angle sensor, and wherein the axis of rotation of the drive motor coincides with the axis of rotation of the ultrasonic transducer.

Bei bekannten Ultraschallapplikatoren wird der Ultraschallwand^ ler oder ein vor diesem angeordneter Ultraschallspiegel mit Hilfe einer mechanischen Ubertragungsstrecke von einem Antriebselement angetrieben. Der Bewegungsverlauf am Antriebselement wird elektronisch geregelt. Als Übertragungsstrecken werden z.B. Getriebe mit Zahnrädern, Zahnriemen, Kombinationen aus beiden oder aber Schubkurbellriebe verwendet. Durch die mechanische Ubertragungsstrecke zwischen dem Ultraschallwandler oder Spiegel einerseits und dem Antriebselement andererseits werden Übertragungsfehler verursacht, die bewirken, daß der Ultraschallwandler nicht in der gewünschten Weise präzise bewegt werden kann.In known ultrasound applicators, the ultrasound transducer or an ultrasound mirror arranged in front of it is driven by a drive element with the help of a mechanical transmission path. The movement of the drive element is controlled electronically. Transmission paths can be gears with gears, toothed belts, combinations of both or slider crank drives. The mechanical transmission path between the ultrasound transducer or mirror on the one hand and the drive element on the other hand causes transmission errors that mean that the ultrasound transducer cannot be moved precisely in the desired manner.

&iacgr; In der deutschen Offenlegungsschrift DE 29 41 865, Seite 11 &iacgr; In the German publication DE 29 41 865, page 11

Hol 2 Mti / 10.03.1987Hol 2 Mti / 10.03.1987

wird eine Ausführungsform eines Ultraschallapplikators der ein- | gangs genannten Art erwähnt. Bei dieser Ausführung sitzen der | Motor, der Winkelgeber und der Ultraschallwandler auf einer \ gemeinsamen Drehachse. So kann teilweise oder ganz auf ein zusätzliches Übersetzungsgetriebe zwischen den Einzelelementen verzichtet werden. Einzelheiten konstruktiver Art Werden nicht angegeben. Insbesondere ist nicht im einzelnen dargelegt, wie zu verfahren ist, wenn es sich bei dem Ultraschallwandler um einen relativ großen Transducer handelt und damit im Ultra-an embodiment of an ultrasonic applicator of the type mentioned at the beginning is mentioned. In this embodiment, the motor, the angle sensor and the ultrasonic transducer are located on a common axis of rotation. This means that an additional transmission gear between the individual elements can be dispensed with partially or completely. Details of a constructional nature are not given. In particular, it is not explained in detail how to proceed if the ultrasonic transducer is a relatively large transducer and therefore in the ultra-

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V ' schaliäppiikator relativ große Massen mit hoher Örtsgenauigkeit bewegt werden sollen.V ' sound amplifier relatively large masses are to be moved with high spatial accuracy.

Auf dem debiet der UlträsGhallsektorabtastung ist es an sieh bereits aus der DE-PS 28 48 880 bekannt, im Ultraschallabtast-kopf zum Antrieb eines Spiegels, der hier die Uitraschallimpul^ se von einem Ultraschallwandler reflektiert, einen kommutatorlosen Elektromotor einzusetzen*In the field of ultrasonic sector scanning, it is already known from DE-PS 28 48 880 to use a commutatorless electric motor in the ultrasonic scanning head to drive a mirror which reflects the ultrasonic pulses from an ultrasonic transducer*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Ultraschsilapplikstor untsr Ssibshaitung dsr Vsrmsidung von Ubertragungsfehlern so auszubilden, daß sich ein einfacher, ro-, buster und insbesondere kompakter Aufbau auch für einen relativ &ngr; großen Ultraschallwandler ergibt.The invention is based on the object of designing the ultrasound applicator mentioned at the beginning with the prevention of transmission errors in such a way that a simple, robust and, in particular, compact structure is obtained even for a relatively large ultrasound transducer.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ultraschallwandler über einen ersten L-förmigen Bügel fest mit der Rotorachse des Antriebsmotor verbunden 1st, und daß ein Schenkel des Bügels parallel zur Rotorachse des Antriebsmotors ausgerichtet ist derart, daß der Ultraschallwandler in geringem Abstand um das Gehäuse des Antriebsmotors schwenkbar ist.This object is achieved according to the invention in that the ultrasonic transducer is firmly connected to the rotor axis of the drive motor via a first L-shaped bracket, and in that one leg of the bracket is aligned parallel to the rotor axis of the drive motor in such a way that the ultrasonic transducer can be pivoted at a small distance around the housing of the drive motor.

Eine Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß der Ultraschallwandler auch über einen weiteren L-förmigen Bügel im Ultraschallkopf gelagert ist. Durch diese zweiseitige Lagerung &zgr; über die L-förmigen Bügel ergibt sich insbesondere eine große Stabilität beim Schwenken.One design is characterized by the fact that the ultrasonic transducer is also mounted in the ultrasonic head via another L-shaped bracket. This two-sided mounting ζ via the L-shaped brackets results in particular in a high level of stability when swiveling.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein kompakter und einfacher Aufbau des Ultraschallapplikators auch für einen relativ großen Ultraschallwandler möglich ist, und daß keine Übertragungsfehler zwischen Motorantrieb und Ultraschallwandler auftreten.The advantages achieved with the invention are in particular that a compact and simple design of the ultrasound applicator is possible even for a relatively large ultrasound transducer and that no transmission errors occur between the motor drive and the ultrasound transducer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further advantageous embodiments are characterized in the subclaims.

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( ' Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 1st in der Zeichnung dar-* gestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigeni( ' An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows

Figur 1 einen UitraschallappÜkator für sektorförmige Abtastung, teilweise im Schnitt dargestellt, undFigure 1 shows an ultrasound applicator for sector-shaped scanning, partially shown in section, and

Figur 2 den Ultraschallapplikator nach Figur 1 in einem dazu senkrechten Schnitt.Figure 2 shows the ultrasound applicator according to Figure 1 in a vertical section.

In der Fig. 1 ist ein Ultraschallapplikator teilweise im Längsschnitt dsr^sstsllt- Ein lsnⁿlichsr z^v/lindsrfQrü!i^cier &Agr;^&eegr;&eegr;1&idigr;!<&bgr;-torschaft 2, der auch als Handgriff bei der Untersuchung des , interessierenden Gebietes in einem Patienten dient, erweitert &ngr; ' sich an seinem Ende. Diese Erweiterung bildet eine Montageplatte 4 für einen Ultraschallwandler 6 und einen Motorantrieb· Eine kugelschalenförmige Ankoppelkappe 10 schließt in ihrem Innenraum 12 den Ultraschallwandler 6, den Motorantrieb 8 und eine Koppelflüssigkeit ein. Die Ankoppelkappe 10 ist fest mit dem erweiterten Ende des Applikatorschafts 2 verbunden, z.B.In Fig. 1 ^, an ultrasound applicator is shown partially in longitudinal section ^. A ^flexible applicator shaft 2, which also serves as a handle when examining the area of interest in a patient, widens ^at its end. This widening forms a mounting plate 4 for an ultrasound transducer 6 and a motor drive. A spherical shell-shaped coupling cap 10 encloses the ultrasound transducer 6, the motor drive 8 and a coupling liquid in its interior 12. The coupling cap 10 is firmly connected to the widened end of the applicator shaft 2, e.g.

verschraubt, und bildet den Ultraschallkopf 13 des Ultraschallapplikators. Dadurch ergibt sich für den Ultraschallapplikator annähernd eine Pilzform. Der Innenraum 12 ist abgedichtet und mit der Ultraschallkoppelflüssigkeit, vorzugsweise mit einem Öl, gefüllt.
•I 25screwed on and forms the ultrasound head 13 of the ultrasound applicator. This results in the ultrasound applicator being approximately mushroom-shaped. The interior 12 is sealed and filled with the ultrasound coupling fluid, preferably with an oil.
•I 25

&zgr; \ Zum Motorantrieb 8 gehört ein Antriebsmotor 14, der vorteilhafterweise ein Glockenankermotor ist. Dieser Antriebsmotor 14 ist so im Zentrum des Innenraums 12 auf der Montageplatte 4 befestigt, daß seine Rotorachse 16 die Applikatorlängsachse 18 senkrecht kreuzt. Statt dieses Winkels von 90* kann auch ein anderer Winkel vorgegeben sein. &zgr; \ The motor drive 8 includes a drive motor 14, which is advantageously a bell-armature motor. This drive motor 14 is fastened to the mounting plate 4 in the center of the interior 12 in such a way that its rotor axis 16 crosses the applicator's longitudinal axis 18 perpendicularly. Instead of this angle of 90*, another angle can also be specified.

Die Rotorachse 16 ragt aus der ersten Stirnseite 20 des Antriebsmotors 14 hervor. An der Rotorachse 16 ist der erste Schenkel eines ersten L-förmigen Bügels 22 senkrecht befestigt. Am zweiten Schenkel des ersten Bügels 22, der parallel zur Ro-The rotor axis 16 protrudes from the first end face 20 of the drive motor 14. The first leg of a first L-shaped bracket 22 is attached vertically to the rotor axis 16. On the second leg of the first bracket 22, which is parallel to the rotor axis 16,

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. 4. 4

\ ) torachse 16 verlauft, ist der Ulträschallwändler 6 derart befestigt, daß der Uitrasöhallwandler 6 in geringem Abstand (z.B. 0,5 mm) um das Gehäuse des Antriebsmotors 14 hin- und h2r<* schwenkbar ist* Die Drehachse des Ultraschällwahdlers 6 fällt somit ifiit der Rötörächse 16 zusammen. \ ) rotary axis 16, the ultrasonic transducer 6 is fastened in such a way that the ultrasonic transducer 6 can be pivoted back and forth at a small distance (e.g. 0.5 mm) around the housing of the drive motor 14. The axis of rotation of the ultrasonic transducer 6 thus coincides with the rotary axis 16.

Bei einem relativ großen Durchmesser des Ultraschallwandlers 6, z.B. bei einem Schallwändlerdutchmesser von 15 mm bei einer Ultraschallfrequenz von 5 MHz, ist der Ultraschallwandler 6 be-&iacgr;&thgr; vorzugt auch mit einem zweiten, im wesentlichen ebenfalls L-förmigen Öügel 24 fest verbunden- Das gibt größere Stabilität <, Der zweite BügeJ ist mit einem Schenkel über ein Lager,With a relatively large diameter of the ultrasonic transducer 6, e.g. with a sound transducer diameter of 15 mm at an ultrasonic frequency of 5 MHz, the ultrasonic transducer 6 is preferably also firmly connected to a second, essentially also L-shaped bracket 24. This provides greater stability . The second bracket is connected to one leg via a bearing.

, _N vorzugsweise ein Gleit- oder Kugellager 25 im Innenraum 12 ge-, _N preferably a plain or ball bearing 25 in the interior 12

* ^v ' lagert. Das Kugellager 25 ist zentrisch zur Rotorachse 16 an der zweiten Stirnseite 26 des.Antriebsmotors 14 angeordnet. Dazu ist an der zweiten Stirnseite 26 ein Lagerdorn 28 angebracht. * ^v ' is mounted. The ball bearing 25 is arranged centrally to the rotor axis 16 on the second end face 26 of the drive motor 14. For this purpose, a bearing mandrel 28 is attached to the second end face 26.

Als Viinkelgeber oder Positionsgeber 30 ist ein Feldplattenpotentiometer vorgesehen, wie es z.B. von der Fa. Midori, Japan, angeboten wird. Der bewegliche Teil des Winkelgebers 30, ein Magnet 32, ist an dem ersten Bügel 22 exzentrisch zur Rotorachse 16 befestigt. Dem Magnet 32 gegenüber ist feststehend, in geringem Abstand (z.B. 0,1 mm) eine Magnetfeldplatte 34 angeordnet, die ihrerseits auf einem Halter 36 zentrisch zur Rotor- \ (' \ achse 16 befestigt ist. Bei der Drehung der Rotorachse 16 «n- « dert sich somit die Lage des Magneten 32 bezüglich der Magnet- \ feldplatte 34. Der Halter 36 ist auf der Montageplatte 4 fest- \ gehalten.
30 A field plate potentiometer is provided as the angle sensor or position sensor 30, such as that offered by Midori, Japan. The movable part of the angle sensor 30, a magnet 32, is attached to the first bracket 22 eccentrically to the rotor axis 16. A magnetic field plate 34 is arranged opposite the magnet 32 at a small distance (e.g. 0.1 mm), which in turn is attached to a holder 36 centrally to the rotor axis 16. When the rotor axis 16 rotates, the position of the magnet 32 with respect to the magnetic field plate 34 changes. The holder 36 is held firmly on the mounting plate 4.
30

\ Die Anschlußleitungen 38 des Ultraschallwandlers 6 sind über den zweiten Bügel 24 zu einer Aufwickelvorrichtung 40 geführt. , Diese ist vor dem Lagerdorn 28 zentrisch zur Rotorachse 16 angeordnet. Die Aufwickelvorrichtung 40 besteht im wesentli-35 chen aus einem spulenähnlichen Körper, in dem die Ultraschallanschlußleitungen 38 spiralförmig geführt sind. Sie gewährlei- \ The connecting lines 38 of the ultrasonic transducer 6 are guided via the second bracket 24 to a winding device 40. This is arranged in front of the bearing mandrel 28 centrally to the rotor axis 16. The winding device 40 consists essentially of a coil-like body in which the ultrasonic connecting lines 38 are guided in a spiral shape. They ensure

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C stet einen bruchsicheren Übergang vom bewegten Teil zum fest- \ stehenden Tsil der Anschlußleitungen 38.C provides a break-proof transition from the moving part to the fixed part of the connecting cables 38.

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In Fig. 2 ist in einem zu Fig. 1 senkrechten Teilschnitt der f Abtastwinkel 42 des Ultraschallwandlers 6 gezeigt. Er beträgt \. hier 90*. Beide Endpositionen des Ultraschallwandlers 6 mit f vorgelagerter Linse sind gestrichelt eingezeichnet. Der Ultra- a schallwandler 6 ist in geringem Abstand um das Gehäuse des Antriebsmotors 14 schwenkbar gelagert; die Rotorachse 16 des Antriebsmotors 14 kreuzt senkrecht die Applikatorlängsachse 18.In Fig. 2, the scanning angle 42 of the ultrasonic transducer 6 is shown in a partial section perpendicular to Fig. 1. It is 90 ° here. Both end positions of the ultrasonic transducer 6 with the lens in front are shown in dashed lines. The ultrasonic transducer 6 is pivotally mounted at a short distance around the housing of the drive motor 14; the rotor axis 16 of the drive motor 14 crosses the applicator longitudinal axis 18 perpendicularly.

In der Montageplatte 4 sind zwei Öffnungen 44, 46 vorgesehen , zum Füllen des Innenraums 12 mit der Ankoppelflüssigkeit. Wei- ^ tere, hier nicht gezeigte abgedichtete Öffnungen führen die elektrischen Anschlußleitungen des Ultraschallwandlers 6, des ; Antriebsmotors 14 und des Winkelgebeis 30 zum und aus dem Innenraum 12 heraus. Der elektrische Antriebsmotor 14 läuft vorzugsweise direkt in der Ankoppelflüssigkeit. Er ist bevorzugt direkt kontaktiert und nicht kommutierend. Es ist jedoch ohriö weiteres möglich, eine für die Ankoppelflüssigkeit dichte Motorausführung einzusetzen. Das als Ankoppelflüssigkeit verwendete öl soll Ultraschalleigenschaften aufweisen, die denen des Körpergewebes des Patienten nahekommen.Two openings 44, 46 are provided in the mounting plate 4 for filling the interior 12 with the coupling fluid. Additional sealed openings, not shown here, lead the electrical connection lines of the ultrasonic transducer 6, the drive motor 14 and the angle encoder 30 to and from the interior 12. The electric drive motor 14 preferably runs directly in the coupling fluid. It is preferably directly contacted and not commutating. However, it is also possible to use a motor design that is sealed against the coupling fluid. The oil used as the coupling fluid should have ultrasound properties that are close to those of the patient's body tissue.

Die beschriebene Ausführungsform des Uitraschallapplikators ist besonders vorteilhaft für Ultraschallwandler 6, deren Durchmesser größer als 15 mm ist, z.B. 30 rnm.The described embodiment of the ultrasound applicator is particularly advantageous for ultrasound transducers 6 whose diameter is larger than 15 mm, e.g. 30 mm.

11 Schutzansprüche
2 Figuren11 Protection claims
2 figures

Claims

' .'' j j . j j \ . '.··'. .·' '.'' yy . yy \ . '.··'. .·' 87 G 3 O 8 4 DE *2-87 G 3 O 8 4 EN *2-

6
( ) Protection claims

1. Ultrasonic applicator for sector scanning with an ultrasonic transducer, which can be pivoted by a motor drive within a predetermined angular range, wherein the motor arm

drive comprises a drive motor and an angle sensor, and wherein the axis of rotation of the drive motor coincides with the axis of rotation of the ultrasonic transducer, characterized in that the ultrasonic transducer (6) is firmly connected to the rotor axis (16) of the drive motor (14) via a first L-shaped bracket (22), and that one leg of the bracket (22) is aligned parallel to the rotor axis (16) of the drive motor (14) such that the ultrasonic transducer (6) can be pivoted at a small distance around the housing of the drive motor (14).

2. Ultrasound applicator according to claim 1, characterized in that the ultrasonic transducer (6) is attached to a second L-shaped bracket (24) in the ultrasonic head (13), the second bracket (24) being guided in a bearing (25) on the drive motor (14).

3. Ultrasonic applicator according to claim 1, characterized in that the ultrasonic transducer (6) is also firmly connected to the rotor/axis (16) via a further L-shaped bracket.

4. Ultrasound applicator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor axis (16) is at a predetermined angle to the applicator longitudinal axis (18), and that the drive motor (14) is housed approximately in the center of a bowl-shaped ultrasonic head (13).

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87 S 3 O 8 4 EN

⁵ · Ultrasonic applicator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the angle sensor (30) consists of a magnet (32) fastened to the rotor axis (16) and a magnetic field plate (34) fixed and asymmetrically arranged in front of it.

6. Ultrasound applicator according to one of claims 1 to 5, wherein the ultrasonic transducer is pivotable in a coupling liquid, characterized in that the drive motor (14) is also accommodated in the coupling liquid.

7. Ultrasound applicator according to claim 6, characterized in that the drive motor (14) is a directly contacted electrical motor.

8. Ultrasound applicator according to claim 6, characterized in that the drive motor (14) is a non-commutating electric motor.

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9. Ultrasonic applicator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the diameter of the ultrasonic transducer (6) is greater than 15 mm.

10. Ultrasound applicator according to one of claims 6 to 9, characterized in that the coupling liquid is an oil that has ultrasound properties that are close to those of body tissue.

11. Ultrasonic applicator according to one of claims 4 to 10, characterized in that the predetermined angle is 90", so that the rotor axis (16) is perpendicular to the applicator longitudinal axis (18).

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