Die Erfindung betrifft einen Schallapplikator, der durch die Verwendung
geeigneter piezoelektrischer Elemente mit ausreichender Schalldruckleistung der
Kontur einer Oberfläche eines Objektes angepaßt ist und/oder mechanisch flexibel,
biegsam, elastisch formbar angepaßt werden kann.
Die Verwendung eines mechanisch flexiblen, formbaren und/oder biegsamen
Schallapplikators hat bei der Anpassung der schallabgebenden Oberfläche eines Schallapplikators
an die Kontur (der äußeren Form) eines zu behandelnden Objektes (wobei ein Objekt
beispielsweise ein biologisches System, z. B. Bein oder ein technisches Objekt sein
kann) gegenüber der Verwendung eines Schallapplikators mit planer, mechanisch nicht
flexibler, nicht formbare und/oder biegsamer schallabgebender Oberfläche erhebliche
Vorteile.
Bei besonders biegsamen, mechanisch flexiblen piezoelektrischen Elementen,
wie zum Beispiel der piezoelektrischen Polymerfolien und der piezoelektrischen PVDF-Folien
besteht ein erheblicher Nachteil derart, dass ein Schallapplikator, der eine piezoelektrische
Polymerfolie/PVDF-Folie als piezoelektrisches Element verwendet (besonders dann,
wenn mit Ultraschall im unteren Frequenzbereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz [Niederfrequenz-Ultraschall]
betrieben) entweder leistungsschwach ist, zum Beispiel keine Kavitation erzeugen
kann, oder durch konstruktive Maßnahmen nicht mechanisch flexibel ist oder beides,
leistungsschwach und mechanisch nicht flexibel ist.
Ein mechanisch nicht flexibler Schallapplikator (mechanisch fest,
nicht elastisch formbar, einer Oberfläche nicht individuell anzupassen) beruht meist
auf einer herkömmlichen Technik [z. B. einer magnetostriktiven Technik, eine Piezokeramik,
Piezokristall, Composit, usw.] und hat den Vorteil einer hohen Schalldruckleistung.
Ein mechanisch nicht flexibler Schallapplikator kann geformt sein. Ein Arraysystem
dagegen kann trotz Verwendung von mechanisch nicht flexiblen piezoelektrischen Elementen
(z. B. Piezokeramiken usw.) mechanisch flexibel sein. Ein mechanisch flexibler Schallapplikator
(biegsam, plastisch, elastisch formbar/verformbar, biegsam, kann einer Oberfläche
individuell angepaßt werden, zum Beispiel folienartig) kann beispielsweise ein Arraysystem
sein, bei dem z. B. mindestens zwei piezoelektrische Elemente flexibel formbar miteinander
verbunden sind. Piezoelektrische Elements sind zum Beispiel piezoelektrische Kristalle,
Keramiken, Composits, Polymere, poröse piezoelektrische Polymere usw.
Piezoelektrische Biegeschwinger, z. B. piezoelektrische Polymerfolien,
darunter auch PVDF-Folien, sind ebenfalls formbar und können einer Kontur sehr gut
angepaßt werden. Diese Polymerfolien haben einen gewichtigen Nachteil, ihre Leistung
(Schalldruck, Schallamplitude, Schwingungsamplitude, Intensität) senkrecht (transversal,
z-Mode) zur Folienebene ist meist gering, z. B. um eine Kavitation erzeugen zu können.
Beim Anlegen einer Spannung an den Enden einer piezoelektrischen Polymerfolie
schwingt diese durch Kontraktion und Expansion Iongitudinal/lateral in der Ebene
der Folie, nicht aber in transversaler (senkrecht zur Folienebene) Richtung. Eine
transversale Schwingung kann erzwungen werden, indem die Enden der Folie mechanisch
fest verankert werden, so dass die Iongitudinale/laterale Schwingung in eine transversale
Schwingung überführt wird. Darauf beruht ein üblicher Schallapplikator, der eine
piezoelektrische Polymerfolie als piezoelektrisches Element verwendet. Ein derartiger
Schallapplikator ist trotz Verwendung einer mechanisch flexiblen Polymerfolie durch
seine Bauart bedingt meistens mechanisch nicht flexibel und zudem nicht ausreichend
leistungsfähig.
Zudem ist auch bei einer derartigen Lösung die transversale Schalldruckleistung
für die meisten Anwendungen zu gering und nicht ausreichend, zum Beispiel bei der
Verwendung eines derartigen Schallapplikators zur Kavitationsbehandlung oder allgemein,
wenn eine höhere Leistung erforderlich ist. Dies gilt ganz besonders dann, wenn
Ultraschall im unteren Frequenzbereich von etwa 20 kHz bis zu etwa 100 kHz (Niederfrequenz-Ultraschall)
angewendet wird.
Die Lösung ist einerseits die Verwendung eines geeigneten Kavitationsmediums,
z. B. einem mit Kohlendioxid hoch angereichertem Wasser, weil dadurch die Anforderung
an die Leistungsfähigkeit des Schallapplikators gesenkt werden kann. Aber das Ziel
bleibt trotzdem, die Leistungsfähigkeit des Schallapplikators durch Verwendung geeigneter
piezoelektrischer Elemente (z. B. Arraysysteme und/oder poröse piezoelektrische
Polymere und/oder Polymerfolien usw.) zu verbessern und/oder eine Leistungsverbesserung
durch konstruktive Maßnahmen zu erreichen, z. B. durch ein- oder mehrkomponentige,
mehrschichtige Verbundsysteme (Verbundaufbau) wie dies beispielhaft in den Abbildungen
in 1 und 2 dargestellt
wird. Dies wird stellvertretend für andere geeignete piezoelektrische Elemente,
z. B. piezoelektrische Polymerfolien, am Beispiel der piezoelektrischen PVDF-Folie
dargestellt.
Ein ein-oder mehrkomponentiger, mehrschichtiger Verbundaufbau besteht,
wenn mindestens eine piezoelektrische Folie, besser Polymerfolie, noch
besser PVDF-Folie oder poröse piezoelektrische Polymerfolie mit mindestens einer
weiteren Schicht (beliebiger Stoff) in Verbundweise aufgebaut ist, z. B. in
1 und 2. Dieser Stoff
kann zum Beispiel eine weitere piezoelektrische Folie sein, eine Trägerschicht,
eine Metallschicht usw.. Ein derartiger Verbundaufbau hat den Zweck, eine Art akustische
Masse durch den Aufbau zu ermöglichen um Schwingungen der piezoelektrischen Folie
in z-Richtung (transversal zur Folienebene) zu erreichen.
1 und 2
sind Beispiele (Detailansicht), wie durch einen Verbundaufbau die Leistungsfähigkeit
des Schallapplikators erhöht werden kann.
In 1 stellt eine Verbundlösung (1a)
mit mindestens 2 PVDF-Folien und einer Bezugselektrode, die zwischen den beiden
PVDF-Folien liegt, dar. Wesentlich sind segmentierte Elektroden, die an der Außenseite
der Verbundlösung (1a) positioniert sind und die alternierend angesteuert
werden.
In 2 stellt eine Verbundlösung (1a)
mit einem strukturierten Trägermaterial/Trägerfolie, an welchem die PVDF-Folie befestigt
(z. B. punktuell befestigt) ist, dar. In 2 ist auch
die PVDF-Folie strukturiert, dazu werden weitere Lösungsbeispiele genannt.
Durch ein derartiges Verbundsystem (Verbundaufbau), wie es am Beispiel
von 1 und 2 dargestellt
wird, soll die transversale Schalldruckleistung verbessert werden, um ein derartiges
Verbundsystem für einen Schallapplikator zu verwenden, der zum Beispiel wie ein
Pflaster angewendet werden kann und/oder der durch seine Form und/oder seine mechanische
Flexibilität der Kontur einer Oberfläche angepaßt ist oder angepaßt werden kann.
Herkömmliche Lösungen sind dafür wenig geeignet.
3–3c
zeigen Beispiele von Ausführungsformen unter Zugrundelegung eines Verbundaufbaus
(1a) des Folienschallapplikators von 2.
4 ist die Anpassung eines Schallapplikators
(1) an die Kontur der Oberfläche eines Objekts (z. B. Arm).
5 beschreibt den Schallapplikator aus
3b mit zusätzlicher Versorgungseinrichtung (14/14a),
die an der Oberfläche der Trägerfolie (5) angebracht ist. Die Versorgungseinrichtung
ist in der Abbildung die Stromversorgung/Energiequelle (14) und der Schallgenerator
und/oder die elektronische Steuerung. Beide Einrichtungen in folienartiger Ausbildung.
6 und 6a
stellt den Schallapplikator der 3 dar. Zusätzlich mit
einer Einrichtung zur Aufnahme eines Reservoirs in Form einer Ausbildung (5b)
in der Trägerfolie (5) zur Einführung eines Reservoirs (4). In
6 ist das Reservoir (4) vom Schallapplikator
(1) getrennt.
6a stellt den Schallapplikator dar, mit
eingestecktem Reservoir.
Im Idealfall ist ein derartiger Schallapplikator so flexibel wie eine
Folie (Folienschallapplikator) bei ausreichend hohem transversalem Schalldruck,
z. B. um eine Kavitation zu ermöglichen, um eine physiologische Reaktion auslösen
zu können, um eine Reaktion (chemisch, biologisch, physikalisch) auslösen zu können,
um therapeutisch wirksam sein zu können usw..
Ein Folienschallapplikator der Beschreibung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Leistung verbessert ist, z. B. um eine Kavitation und/oder eine physiologische
Wirkung zu ermöglichen, dass der Folienschallapplikator der Kontur der Oberfläche
eines Objekts angepaßt ist oder formbar angepaßt werden kann, z. B. in Art eines
Pflasters (beispielhaft 3–3b
oder 4).
Nachfolgend wird ein derartiger Schallapplikator entsprechend den
Abbildungen 1 und 2 ein
Folienschallapplikator genannt. Die Beschreibung soll aber auch für einen anderen
mechanisch flexiblen Schallapplikator gültig sein, sofern dies zutreffend ist. Die
weiteren Abbildungen in 3–6a
und die zugehörige Beschreibung erfolgt am Beispiel des Folienschallapplikators
aus 2, soll aber grundsätzlich für einen mechanisch
flexiblen Schallapplikator gelten können.
Ein Folienschallapplikator kann mit Hilfe eines schallleitenden Mediums
an eine Oberfläche (z. B. der Haut) angekoppelt werden, ein schallleitendes Medium/Ankopplungsmedium
ist z. B. eine Flüssigkeit, ein Kavitationsmedium, ein Gel usw.. Ein Kavitationsmedium
ist bevorzugt eine Flüssigkeit (z. B. Wasser oder wasserhaltig) in welchem mindestens
ein Gas in Form von Gasblasen und/oder molekular gelöst ist, bevorzugt in hoher
Konzentration bis zu über 1000 mg/Kg, Kohlendioxid ist ein solches Gas, das in hoher
Konzentration molekular gelöst ist.
Beispielsdarstellungen für einen mehrkomponentigen Verbundaufbau sind
zum Beispiel, wenn dieser flexible Schallapplikator wenigstens zwei miteinander
verbundene PVDF-Folien aufweist. Die Verbindung der mindestens zwei miteinander
verbundenen PVDF-Folien erfolgt durch Kalandern und/oder durch andere beliebige,
dafür geeignete Mittel und/oder Methoden und/oder Verfahren, die zum Beispiel chemischer
und/oder mechanisch/physikalischer Natur sind und/oder auch unter Verwendung beliebiger,
dafür geeigneter Materialien und/oder Teile und/oder Stoffe (z.
B. Verklebung usw.).
Durch einen Verbundaufbau können die Eigenschaften und Merkmale einer
Folie verändert werden, z. B. kann die Leistung (transversal zur Folienfläche) verbessert
werden, ein Beispiel dazu sind Bimorph-Folien.
Eine Gestaltungsmöglichkeiten für den Folienschallapplikator besteht
darin, dass wenigstens zwei piezoelektrische Folien, bevorzugt PVDF-Folien, mit
unterschiedlicher Textur miteinander verbunden sind, die Textur Muster aufweist
und dadurch die Schallenergiedichte beeinflußt wird und/oder eine Konzentration
der Schallenergie erreicht werden kann, zum Beispiel eine punktförmige Konzentration,
wobei spezielle Moden durch inhomogene Textur erreicht werden, wobei die wenigstens
zwei piezoelektrischen PVDF-Folien mit ihrer Textur und/oder Texturmustern dem Anwendungszweck
angepaßt werden können um eine Direktion der Moden entsprechend den geometrischen
Gegebenheiten des Objekts, zum Beispiel des biologischen Systems, zu erreichen,
wobei die wenigstens zwei piezoelektrischen Folien so miteinander verbunden sind,
dass die jeweiligen Texturrichtungen einen Winkel von 0° bis 180° zueinander
aufweisen, bevorzugt im Winkel von größer 0 Grad, bevorzugt von etwa 90 Grad. Die
Kontraktion bzw. Dehnung in Abhängigkeit von der Polarität von der Textur der PVDF-Folie
abhängt, kann anstelle biphasiger Ansteuerung segmentierter Elektroden auch ein
Kontraktions/Dilatationsmuster durch unterschiedliche Textur erreicht werden.
Weitere Gestaltungsmöglichkeiten für einen Folienschallapplikator
bestehen durch die Zusammenschaltung und/oder Verbindung von wenigstens zwei piezoelektrischen
Folien, bevorzugt PVDF-Folien, mit alternierender Ansteuerung in x- und z-Richtung,
wobei der Folienschallapplikator wenigstens zwei miteinander verbundene PVDF-Folien
aufweist, und zwischen den Folien eine Bezugselektrode angeordnet ist, die die PVDF-Folien
elektrisch kontaktiert, wobei die Bezugselektrode auf Nullpotential geschaltet ist,
wobei die piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien, segmentierte Elektroden
aufweisen, wobei die piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien, auf den jeweils
außen liegenden Oberflächen der piezoelektrischen Folie/Folien angeordnet ist/sind,
wobei die segmentierten Elektroden der ersten piezoelektrischen Folie, und die segmentierten
Elektroden der weiteren piezoelektrischen Folie, einander gegenüberliegend angeordnet
sind und unterschiedlich gepolt sind. PVDF-Folien zeigen einen linearen elektrostriktiven
Effekt, d. h. die Polarität entscheidet zwischen Kontraktion und Dehnung. Bei alternierender
Anordnung segmentierter Elektroden kann man kontraktierende und dilatierende Bereiche
erzeugen (Muster von Kontraktion und Dehnung). Dies führt zunächst nicht zu starken
Transversalmoden. Werden jedoch zwei Folien mit einer Referenzelektrode nach zusammengeschaltet
und die Segmente auch in der z- Richtung alternierend geschaltet, werden durch biphasige
Ansteuerung von der Resonanzfequenz der Folie unabhängige Transversalmoden erzeugt.
Weitere Gestaltungsmöglichkeiten für einen Folien-Schallapplikator
bestehen, wenn der Schallapplikator eine wellenförmig ausgebildete piezoelektrische
Folie, bevorzugt PVDF-Folie, aufweist, wobei die piezoelektrische Folie in ihren
Wellentälern fixiert ist, so dass diese bei der Kontraktion und Dehnung der piezoelektrischen
Folie als Schwingungsknoten wirken, wobei die Wellentäler der piezoelektrischen
Folie an einem Trägermaterial/Trägerfolie fixiert sind, das benachbart zur piezoelektrischen
Folie, bevorzugt PVDF-Folie, angeordnet ist. Das Trägermaterial zeigt an ihrer zur
piezoelektrischen Folie orientierten Oberfläche hin eine Struktur mit Erhebungen,
wie eine Wellenstruktur oder eine Noppenstruktur aufweist und die Wellentäler der
piezoelektrischen Folie an den ihnen gegenüberliegenden Erhebungen der Struktur
fixiert sind. Das Trägermaterial oder die Trägerfolie elastisch und/oder mechanisch
flexibel und/oder mechanisch nicht flexibel und/oder unelastisch, und/oder plastisch
und/oder elastisch verformbar ist. In dieser Lösung ist mindestens eine Trägerfolie
strukturiert, diese Struktur eine Wellenstruktur sein kann, diese Struktur eine
Noppenstruktur sein kann, diese Struktur eine Sägezahnform und/oder andere Form
als genannt sein kann. Die piezoelektrische Folie, besser PVDF-Folie, wird an den
Struktur-Scheitelpunkten der Trägerfolie mit einer Fixierung mit der Trägerfolie
verbunden. Das Anlegen einer Spannung, die eine Kontraktion der PVDF-Folie hervorruft,
führt wegen der Fixierung zu einer Straffung mit einer starken z-Komponente (transversale
Bewegung) in der Bewegung. Mindestens eine piezoelektrische Folie ist mit mindestens
einer Trägerfolie oder Trägermaterial verbunden.
Abbildungen
Die Abbildungen sind schematische Beispielsdarstellungen. Sie geben
keinen Hinweis auf die Dimension, der Größenverhältnisse, der beliebigen Form usw..
Eine Schallapplikatorvorrichtung besteht dem Stand der Technik entsprechend
aus einer Stromversorgung/Stromquelle, einem Schallgenerator, einer Steuerung, Zuleitungen
und Elektroden. Dies wird in den Abbildungen nicht dargestellt, Ausnahme der Elektroden
in 1 und in 4.
1, 2 zeigen
beispielhaft Ausführungen eines Folienschallapplikators (1) in mehrschichtigem
Verbundaufbau/Verbundsystem (1a) zur Leistungssteigerung. Abbildungen sind
eine Detailansicht. 1 und 2
sind Beispielsdarstellungen für einen mehrschichtigen Verbundaufbau eines Schallapplikators
(1) mit dem Ziel, den transversalen Schalldruck zu verstärken.
1 und 2 werden am Beispiel
einer piezoelektrischen Polymerfolie, bevorzugt einer piezoelektrischen PVDF-Folie,
dargestellt.
Trägermaterial/Trägerfolie (5) mit spezieller Formung (5a)
[im Beispiel wellenförmig]. Raum (6) zwischen Oberfläche (11)
und Schallapplikator (1). Der Raum (6) kann ein Ankopplungs- und/oder
schallleitendes Medium enthalten, z. B. ein Kavitationsmedium, ein Gel und/oder
ein anderes schallleitendes Medium, dieses kann zusätzlich mindestens einen Wirkstoff,
ein Medikament und/oder mindestens einen anderen Stoff enthalten.
Befestigungspunkt (7) der PVDF-Folie (8) an der
Trägerfolie (5), segmentierte Elektroden (9), die alternierend
angesteuert werden können, Bezugselektrode (10). Schaltungen/elektrische
Leitungen zu den Elektroden (12).
1 zeigt eine Ausführung eines Folienschallapplikators
(1), wobei mindestens zwei piezoelektrische Folien, bevorzugt PVDF-Folien
(8) miteinander verbunden sind, mit einer Bezugselektrode (10)
und segmentierten Elektroden (9), wobei der Folienschallapplikator wenigstens
zwei miteinander verbundene piezoelektrische Folien aufweist, bevorzugt PVDF-Folien
(8), und zwischen den Folien eine Bezugselektrode (10) angeordnet
ist, die die piezoelektrischen Folien elektrisch kontaktiert, wobei die Bezugselektrode
auf Nullpotential geschaltet ist, wobei die piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien,
besser PVDF-Folien (8) segmentierte Elektroden (9) aufweisen,
wobei die piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien, besser PVDF-Folien, auf
den jeweils außen liegenden Oberflächen der piezoelektrischen Folie/Folien angeordnet
ist/sind, wobei die segmentierten Elektroden der ersten piezoelektrischen Folie,
besser PVDF-Folie, und die segmentierten Elektroden der weiteren piezoelektrischen
Folie, besser PVDF-Folie, einander gegenüberliegend angeordnet sind und unterschiedlich
gepolt sind.
2 zeigt eine weitere mögliche Ausführung
eines Folienschallapplikators (1), wobei eine piezoelektrische Folie, bevorzugt
eine PVDF-Folie (8), an einer geformten Trägerfolie (5) punktuell
(7) befestigt ist. Folien-Schallapplikator mit wenigstens einer piezoelektrischen
Folie, vorzugsweise einer PVDF-Folie, wobei der Schallapplikator eine wellenförmig
ausgebildete piezoelektrische Folie, bevorzugt PVDF-Folie (8), aufweist,
wobei die piezoelektrische Folie (8) in ihren Wellentälern an der Struktur
(5a) der Trägerfolie (5) am Punkt (7) fixiert ist, so
dass diese bei der Kontraktion und Dehnung der piezoelektrischen Folie als Schwingungsknoten
wirken, wobei die Wellentäler der piezoelektrischen Folie an mindestens einem Trägermaterial/Trägerfolie
(5) fixiert sind, das benachbart (in der Fläche) zur piezoelektrischen Folie, bevorzugt
PVDF-Folie, angeordnet ist, wobei das Trägermaterial an ihrer zur piezoelektrischen
Folie hin orientierten Oberfläche an eine Struktur mit Erhebungen (5a),
in 2 als eine Wellenstruktur/Noppenstruktur aufweist.
Das Trägermaterial kann auch eine andere Struktur und/oder Form (z. B. zickzackförmig
usw.) aufweisen. In der Abbildung 2 ist die wellenförmige
PVDF-Folie (8) in ihren Wellentälern an der Noppenstruktur (5a)
des Trägermaterials (5) durch Kontaktpunkte (7), z. B. durch Kalandern/Hinterschneidung,
befestigt. Das Trägermaterial/Trägerfolie ist elastisch und/oder mechanisch flexibel
und/oder und/oder unelastisch und/oder mechanisch nicht flexibel. Das Anlegen einer
Spannung, die eine Kontraktion der PVDF-Folie hervorruft, führt wegen der Fixierung
zu einer Straffung mit einer starken z-Komponente (transversal zur Ebene des Folienschallapplikators)
in der Bewegung.
Weiter ist es möglich, dass die Trägerfolie/Trägermaterial nicht strukturiert
ist, sondern nur die PVDF-Folie ist strukturiert (wellenförmig/noppenartig und/oder
andere Struktur aufweisend). Die PVDF-Folie ist analog wie bereits beschrieben an
dem Trägermaterial befestigt.
Weiter ist es möglich, dass die Trägerfolie/Trägermaterial strukturiert
(wellenförmig/noppenartig und/oder eine andere Struktur aufweisend), nicht aber
die PVDF-Folie.
Weiter ist möglich, dass die Ansteuerung durch segmentierte Elektroden
analog zur Beschreibung in 1 erfolgen kann. Die Schichtdicke
der Trägerfolie/Trägermaterials ist beliebig, bevorzugt unter 2 cm, mehr bevorzugt
ist die Schichtdicke unter 0,5 mm, noch mehr bevorzugt unter 0,05 mm am meisten
bevorzugt 50 Mikrometer oder weniger.
Die punktuellen Verbindungen (7) können mechanische Verbindungen
sein, zum Beispiel Hinterschneidungen. Anstelle punktueller Verbindungen (7)
sind auch reihenförmige Verbindungen möglich und/oder andere mechanische Verbindungen
oder Verbindungen durch andere physikalische und/oder chemische Mechanismen möglich.
Der Abstand zwischen den einzelnen Verbindungen (7) ist beliebig, bevorzugt
unter 2 mm, noch mehr bevorzugt unter 0,5 mm.
Der Abstand zwischen der Trägerfolie/Trägermaterial und der PVDF-Folie
ist beliebig, liegt bevorzugt unter 1 mm, noch mehr bevorzugt unter 0,1 mm.
Zwischen PVDF-Folie (8) und Oberfläche, z. B. der Haut (11)
liegt die Kontakt- oder Kopplungsschicht, z. B. ein Kavitationsmedium (6).
Die Kopplungsschicht kann z. B. für Zwecke der transdermalen Medikation mit einem
Wirkstoff angereichert sein.
Weitere Möglichkeiten bestehen darin, mindestens zwei dieser Ausführungen,
zum Beispiel die Ausführung mit im Winkel versetzter Textur, zum Beispiel die Ausführung
mit der Trägerfolie aus 2, zum Beispiel die Ausführung
mit zwei PVDF-Folien mit dazwischegeschalteter Bezugselektrode aus 1,
bauartengleich in einer Schichtbauweise (Sandwichstruktur) zusammenzufassen oder
verschiedene Ausführungen können miteinander kombiniert werden.
3–3c.
Der Aufbau (1a) entspricht dem der 2. Der
Schallapplikator (1) wird im Randbereich (z. B. im Randbereich der Trägerfolie)
durch eine Haft-/Klebeschicht (13) an der Oberfläche (11) befestigt.
Die Trägerfolie (5) ist in ihrem Randbereich, mit dem sie die Oberfläche
(11) kontaktiert, mit einer Haft-/Klebeschicht ausgestattet, z. B. mit
einem Klebstoff.
Der Schallapplikator (1) bildet zwischen der Oberfläche (11)
und der PVDF-Folie (8) ein Volumen (6), das mit einem schallleitenden
Medium (z. B. einem Gel, einem Kavitationsmedium usw.) angefüllt sein kann.
Die Kontaktpunkte (7) an denen die PVDF-Folie (8)
an der Trägerfolie (5) angebracht ist. Die wellenartige Formgebung (5a)
der Trägerfolie (5).
Die Form und der Grundriß des Schallapplikators (1) kann
beliebig sein, 3 und 3b
sind 2 mögliche schematische Beispiele.
3a und 3c zeigen den Schallapplikator
auf der Oberfläche (11) angebracht, in der Aufsicht mit der sichtbaren
Trägerfolie (5).
In 3a hat der Schallapplikator einen
quadratischen, in 3c einen kreisrunden Grundriß.
4. Der Schallapplikator ist geformt,
so dass er der Kontur der Oberfläche (11) besser anzupassen ist. Im Randbereich
ist der Schallapplikator (wie bei 3–3c
beschrieben) mit einem Haft-/Klebemittel (13) an der Oberfläche (11)
befestigt. Der Schallapplikator entspricht dem der 3–3c.
Der Schallapplikator bildet einen Hohlraum (6), der mit einem schallleitenden
Medium angefüllt sein kann. Details der Befestigung von der PVDF-Folie (8)
an der Trägerfolie (5) sind nicht dargestellt.
5 Der Schallapplikator (1) entspricht
der Beschreibung in 3–3c.
Zusätzlich ist in dieser Darstellung an der Trägerfolie (5) eine Versorgungseinrichtung
(14/14a) angebracht, z. B. in Form einer folienartigen Energieversorgung/Energiequelle
(14) und/oder in Form folienartiger Schaltkreise (14a) zur Schallgeneration
und/oder zur elektronischen Steuerung.
Die Zuleitung (12) führt von der Versorgungseinrichtung (14/14a)
zu den Elektroden (9a) des Schallapplikators. Die Versorgungseinrichtung
(14/14a) kann an der Oberfläche des Schallapplikators angebracht
sein und folienartig/folienförmig, beides wie in der Abbildung 4.
6, 6a. Der
Schallapplikator (1) entspricht der Beschreibung von 3–3c.
Zusätzlich ist der Schallapplikator mit einer Einrichtung ausgestattet, die es erlaubt,
einen Stoff, z. B. einen Wirkstoff, ein Medikament usw., in den Raum (6)
zuzuführen.
Im Beispiel von 6 und 6a
ist es ein Reservoir (4) das mindestens einen Stoff im Hohlkörper (4b)
enthält. Das Reservoir ist im Beispiel von 6/6A
im Randbereich mechanisch ausgebildet (4a) [zum Beispiel zapfenförmig].
Im Beispiel ist das Reservoir (4) mit dem Hohlkörper (4b) durch
eine Membran/Schutzschicht/Schutzfolie (16) verschlossen.
Die Trägerfolie (5) ist mit einer Vertiefung (5b)
und mit einer mechanischen Einrichtung (5c) sowie mit einer kegelförmigen
Form (3) mit innenliegendem Kanal (3a) ausgebildet. Der Kanal
(3a) führt von der Ausbildung der Trägerfolie in den Raum (6).
Das Reservoir wird in Pfeilrichtung in die mechanische Ausbildung der Trägerfolie
(5) eingeführt. Die kegelförmige Form (3) durchstößt dabei die
Schutzschicht (16) des Reservoirs (4).
In 6a besteht durch den Kanal (3a)
eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (4b) des Reservoirs und dem Raum
(6) eine Verbindung, durch die der Stoff im Hohlraum (4b) in den
Raum (6) fließen/diffundieren/transportiert werden kann.
Weiterführende und/oder zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten Die Versorgungseinrichtung
des Schallapplikators (1) kann von außen über Zuleitungen zum Folienschallapplikator
erfolgen. Die Versorgungseinrichtung kann auch Bestandteil des Folienschallapplikators
sein, indem die Einrichtung ganz oder teilweise am Folienschallapplikator, bevorzugt
am Trägermaterial, angebracht ist (bevorzugt an der Oberfläche) und/oder in dem
Folienschallapplikator, bevorzugt im Trägermaterial, integriert ist, z. B. folienförmige
Versorgungseinrichtungen.
Die Trägerfolie/Trägermaterial kann beliebig geformt sein, Beispiele
in 3–3c mit unterschiedlichen
Querschnitt und unterschiedlichem Grundriß.
Das Material der Trägerfolie ist bevorzugt ein mechanisch flexibler
und/oder ein mechanisch nicht flexibler Festkörper und/oder eine Kombination von
mechanisch flexiblem und mechanisch nicht flexiblem Festkörper. Ein Festkörper kann
ein Metall sein oder metallhaltig, Glas, Keramik, Gummi oder ein anderer Festkörper,
bevorzugt ein Kunststoff aus der Gruppe Elastomer, Duromer, Thermoplast und/oder
in.
Ein Trägerfolie kann ein- oder mehrkomponentig sein, aus einem Stoff
oder aus mehreren Stoffen bestehend.
Der Schallapplikator, besser der Ultraschallapplikator, noch besser
der Ultraschallapplikator mit Schallabgabe im Frequenzbereich von 20 kHz bis 100
kHz soll bevorzugt ein flexibler Schallapplikator aus einem piezoelektrischem Biegeschwinger
und/oder einer piezoelektrischen Folie, besser aus einer piezoelektrischen Polymerfolie
und noch besser aus einer piezoelektrischen PVDF-Folie und/oder einem porösen piezoelektrischen
Polymer/Polymerfolie bestehend sein, weiter möglich, der flexible Schallapplikator
soll aus einem Arraysystem, bestehend aus piezoelektrischen Elementen, zum Beispiel
piezoelektrischen Kristallen/Keramiken/Composits und/oder anderen piezoelektrische
Elementen, bestehen oder der Schallapplikator soll aus einer Kombination unterschiedlicher
piezoelektrischer Folie/Folien und/oder piezoelektrischer Elemente bestehen.
Die Beschreibung erfolgt beispielhaft für einen flexiblen Schallapplikator
(Folienschallapplikator) am Beispiel einer piezoelektrischen PVDF-Folie.
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit kann darin bestehen, dass das
schallleitende Medium zur Ankopplung des Schalls an die Oberfläche mindestens einen
beliebigen Stoff, z. B. einen Wirkstoff enthalten kann und/oder dieser Stoff über
ein Trägermaterial in das Medium eingebracht wird.
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit kann darin bestehen, dass zwischen
der schallabgebenden Oberfläche des Schallapplikators und der Oberfläche des Objekts
(z. B. biologisches System, z. B. Haut) mindestens zwei unterschiedliche, schallleitende,
dann beliebige Stoffe liegen können, z. B. eine Flüssigkeit und ein Gel, ein Festkörper
und eine Flüssigkeit, ein Wirkstoffträger (z. B. Polymer) und ein Kavitationsmedium
usw.
Die Beschreibung erfolgt mit mindestens einem Folienschallapplikator
mit mindestens einer Folie in Verbundform. Bei mehreren Folienschallapplikatoren
und/oder Folien können diese in unterschiedlicher Weise angesteuert werden, zum
Beispiel gleichzeitig und/oder hintereinander usw.. Die Schallabgabe und Schallmerkmale
können zum Beispiel eine kontinuierliche Form, gepulste Form, frequenzmodulierte
Form, Sweepform sein. Schallabgabe mit einer Frequenz oder mit mehren (intermittierend,
abwechselnd oder gleichzeitig). Signal-/Wellenform, Schallburstform zum Beispiel
sägezahnförmig, sinusförmig, rechteckig usw.. Auch eine symmetrische oder unsymmetrische
Signal-/Wellenform ist möglich.
Weitere Definitionen
Eine physiologische Wirkung hat beeinflussende Wirkung auf Lebensvorgänge,
z. B. Stoffwechsel, Regulation usw.. Eine Erklärung von Physiologie erfolgt in Zetkin/Schaldach,
Lexikon der Medizin, 16. Auflage 1999, Verlag Ullstein Medical, Wiesbaden, Seite
1566.
Stoffe sind Gase, Flüssigkeiten, Festkörper usw.. Stoffe sind reine
Stoffe und/oder Mischungen und/oder Kombinationen verschiedener Stoffe.
Festkörper sind mechanisch flexible und/oder mechanisch nicht flexible
Festkörper. Weitere mögliche Merkmale sind amorph, kristallin, mechanisch formbar/nicht
formbar, homogen, inhomogen, porös, elektrisch leitend/nicht leitend, schallleitend/nicht
leitend, wärmeleitend/wärmeisolierend, faserverstärkt, piezoelekrtrisch usw. Festkörper
sind zum Beispiel Glas, Metall (Reinmetall, Legierung, metallhaltig, Metall-Nichtmetall
Kombinationen), Kunststoff, Kristall, Keramik, Stein textile Festkörper, Membranen,
Folien und anderes. Weiter, poröse Festkörper, nanoporöse Festkörper (z. B. Zeolithe,
Nanoröhrchen, Kohlenstoffnanoröhrchen, Composit-Nanoröhrchen).
Kunststoffe aus der Gruppe Thermoplaste (auch teilkristalline Thermoplaste,
amorphe Thermoplaste), Duroplaste (Duromere, Thermodure), Elastomere. Auch Verbundstoffen,
Polymer Composits, Composite, Homo- und Copolymere, Compound Copolyester, auch mit
Faserstoffen (zum Beispiel Kohlenstofffaser, Glasfaser, Carbonfasern), Metallen
und anderen Stoffen versetzte Kunststoffe, auch mit einem anderen Stoff beschichtet
sein (z. B. Metall), auch Kunststoffe mit zusätzlichen Merkmalen wie bei Festkörper
beschrieben. Aber auch Biokunststoffe (z. B. Celluloseacetat, Milchsäure-Polymere,
Milchsäure-Polyester, Polymere aus Stärke usw.). Besonders auch die Polymere, auch
PVDF. PUR/PUR-Elastomere, Polycarbonat, Polyamid, Polyester, PVC usw. Gummi, Kautschuk,
Latex und andere. Besonders davon biokompatible Kunststoffe.
Wirkstoffe sind zum Beispiel Medikamente/Arzneistoffe, Heilstoffe,
Therapeutika, Reinigungsmittel, Pflegemittel, Kosmetika, Nährstoffe,
Genußmittel, Rauschmittel, Drogen, Alkaloide, Desinfektiva (Desinfektionsmittel),
Lösungsmittel, Trennmittel, Toxine, Antitoxine, biochemisch/physiologisch wirksame
Wirkstoffe (z. B. Hormone, Enzyme, Steroide, Vitamine, Biomaterial), oberflächenaktiv
wirksame Stoffe, Trägerstoffe, Transportmittel für Stoffe, Stoffe mit enzündungshemmender
und/oder durchblutungsfördernder und/oder fibrinolytischer Wirkung und andere Wirkstoffe.
Objekte sind ein biologisches System oder ein künstliches Objekt.
Ein biologisches System sind in vivo und in vitro Systeme, umfassen Mensch und Tier,
einschließlich der Mikroorganismen und Pflanzen oder sind Teile/Bestandteile davon.
Biologische Systeme zeigen das Merkmal mindestens einer physiologischen Reaktion
oder hatten das Merkmal mindestens einer physiologischen Reaktion gezeigt. Ein Beispiel
für ein biologisches System ist ein Bein, für eine Oberfläche eines biologischen
Systems die Haut.
Eine vollständige Schallapplikatorvorrichtung besteht aus Stromversorgung,
Schallgenerator, Steuerung/elektronischer Steuerung, Schallapplikator, Zuleitungen
z. B. von dem Schallgenerator zum Schallapplikator. Dies ist Stand der Technik und
wird deshalb in den Abbildungen nicht dargestellt.
Auch die Elektroden sind Stand der Technik und werden meist in den
Abbildungen nicht dargestellt, zum Beispiel sind in 2,
3–3c die Elektroden
und die elektrischen Zuleitungen nicht eingezeichnet.
Elektrisch leitende Teile können Metalle sein oder metallhaltig, aber
auch Kunststoffe, Gummi (Fa. NanoSonic, USA, Technology Januar 2005) und/oder andere
elektrisch leitende Festkörper und/oder andere Leiter.
Bei den Schaltkreisen für die Elektronik, den Schallgenerator, die
Steuerung sind neue Herstellungsverfahren von Elektronikbauteilen, z. B. Drucktechnik
von Polymerelektronik [z. B. Xerox: "Printed Organic Electronics, "Organic Semiconductor
Materials" ", TU Chemnitz; "Gedruckte Polymerelektronik") zu berücksichtigen.
Die Stromversorgung kann herkömmlich sein (Stromnetz, Batterie, Knopfzellen,
Trafo usw.) oder neuartige Stromversorgungselemente verwenden (Folienbatterien,
photovoltaische Zellen, Brennstoffzellen und/oder andere neue Batterietypen [die
zum Beispiel Glukose/Zucker, organische Verbindungen/Stoffe, biochemische Stoffe/Verbindungen,
körpereigene Stoffe/Verbindungen, Mikroorganismen zur Energieerzeugung verwenden,
Herstellung von papierdünnen photovoltaischen Folien (organische Solarzellen, Siemens,
www.siemens.de). Neuerdings ist es gelungen für Brennstoffzellen Membranen zu entwickeln
(Fa. Polyfuel), die es wegen ihrer geringen Größe erlauben sollen, z. B. kleine
technische Geräte [z. B. Handy] mit Brennstoffzellen betreiben zu können).
Bei den Abbildungen handelt es sich um beispielhafte schematische
Darstellungen. Die Abbildungen enthalten keine Informationen über Dimensionen und
Größenverhältnisse zueinander.
Die Versorgungseinrichtung (14/14a) kann an der
Oberfläche des Schallapplikators angebracht sein und folienartig/folienförmig, beides
wie in der Abbildung 4. Die Versorgungseinrichtung
oder mindestens ein Teil davon kann auch im Schallapplikator, z. B. in der Trägerfolie
integriert sein und/oder über von außen kommende Zuleitungen mit dem Schallapplikator
verbunden sein.
Zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten, wie sie z. B. in 5
und 6, 6a dargestellt
sind, können miteinander kombiniert werden. Andere Gestaltungsmöglichkeiten wie
z. B. Zuleitungen und/oder Ableitungen, Be-/Entlüftung, Ventile, Absperrhahn, elektonische
Steuerung über Chip, Schutzfolien (z. B. für die Klebeschicht 13), Beschichtungen
usw. werden in den Abbildungen nicht dargestellt.
Die Darstellung in 1 und 2
zu einem mehrschichtigen Verbundaufbau erfolgt beispielhaft mit einer piezoelektrischen
PVDF-Folie. Anstelle der PVDF-Folie können andere piezoelektrische Elemente treten,
bevorzugt dann, wenn diese mechanisch flexibel sind.
Die Darstellungen der Abbildungen 3–6a
erfolgen am Beispiel eines Schallapplikators (1) mit einem Verbundaufbau
(1a), der der Beschreibung und Abbildung zu 2
entspricht.
Möglich sind auch andere Formen eines Schallapplikators, z. B. ein
Schallapplikator in einem Verbundaufbau (1a), wie es beispielsweise der
1 entspricht oder in einem anderen Verbundaufbaus des
Schallapplikators. Auch Arraysysteme sind möglich oder Schallapplikatoren, die aus
anderen piezoelektrischen Elementen bestehen, besonders wenn diese mechanisch flexibel
sind. Auch poröse piezoelektrische Polymere oder poröse piezoelektrische Polymerfolien
sind möglich.
Verbindung in Form von mechanischer Verbindung, z. B. Verschraubung,
Kalandern, Stecksystem, Hinterschneidung, Nut-/Federverbindung und andere mechanische
Verbindungsmöglichkeiten. Andere Möglichkeiten sind physikalischer und/oder chemischer
Natur und/oder Wechselwirkung, z. B. magnetisch, Verklebung, Klebstoff, Adhäsion,
Adhäsionsklebstoff, Polymerklebstoff, Verschweißen, Löten. Auch aufgedampft, aufgetragen,
aufgedruckt (z. B. elektrische Leitungen, Elektroden usw.).
Behandlung mit chemischer und/oder physikalischer/mechanischer und/oder
physiologischer Oberflächen- und/oder Tiefenwirkung durch Ultraschall, z. B. durch
Kavitationswirkung und/oder andere nichtthermische Wirkungen.
Die Größe und das Fassungsvermögen des vom Schallapplikator und der
Oberfläche gebildeten Raumes (6) kann beliebig sein, z. B. von über 100
l, über 10 l bis 100 l, 2 l bis 10 l, 1–2 l, 0,5–1 l, 100 ml –
500 ml, 50 ml – 100 ml, 10 ml – 50 ml, 5 ml – 10 ml, 2 ml –
5 ml, 1 ml – 2 ml, unter 1 ml, unter 0,5 ml, unter 0,05 ml, unter 0,005 ml.
Größe des Schallapplikators beliebig, z. B. Münzgröße, Größe einer
Untertasse, Größe um den Schallapplikator um ein Gliedmaß oder Körper anlegen zu
können.
Wichtige Merkmale des Schallapplikators/Folienschallapplikators der
Beschreibung beispielhafte Merkmale sind, dass der Schallapplikator aus mindestens
einem mechanisch flexiblen piezoelektrischem Element besteht, bevorzugt eine Polymerfolie,
mehr bevorzugt einer PVDF-Folie. Weiter, dass der Schallapplikator der Kontur einer
Oberfläche eines Objektes angepaßt ist und/oder elastisch formbar angepaßt werden
kann. Weiter, dass der Schallapplikator, der Folien-Schallapplikator, wenigstens
zwei miteinander verbundene piezoelektrische Folien aufweist, bevorzugt mit unterschiedlicher
Textur aufweist, noch mehr bevorzugt PVDF-Folien mit unterschiedlicher Textur. Weiter,
dass der Schallapplikator wenigstens zwei piezoelektrischen Folien so miteinander
verbunden sind, dass die jeweiligen Texturrichtungen einen Winkel von größer 0 Grad,
bevorzugt von etwa 90 Grad zueinander aufweisen. Weiter, dass der Schallapplikator
zwischen den Folien eine Bezugselektrode angeordnet ist, die die piezoelektrischen
Folien elektrisch kontaktiert. Weiter, dass beim Schallapplikator die Bezugselektrode
auf Nullpotential geschaltet ist. Weiter, dass beim Schallapplikator die piezoelektrische/piezoelektrischen
Folie/Folien segmentierte Elektroden aufweisen. Weiter, dass beim Schallapplikator
die segmentierten Elektroden der piezoelektrische/piezoelektrischen Folie/Folien
auf den jeweils außen liegenden Oberflächen der piezoelektrischen Folie/Folien angeordnet
ist/sind. Weiter, dass beim Schallapplikator die segmentierten Elektroden der ersten
piezoelektrischen Folie und die segmentierten Elektroden der weiteren piezoelektrischen
Folie einander gegenüberliegend angeordnet sind und unterschiedlich gepolt sind.
Weiter, dass der Schallapplikator eine wellenförmig ausgebildete piezoelektrische
Folie aufweist, wobei die piezoelektrische Folie in ihren Wellentälern fixiert ist,
so dass diese bei der Kontraktion und Dilatation der piezoelektrischen Folie als
Schwingungsknoten wirken. Weiter, dass beim Schallapplikator die Wellentäler der
piezoelektrischen Folie an einem Trägermaterial fixiert sind, das benachbart zur
piezoelektrischen Folie angeordnet ist. Weiter, dass beim Schallapplikator das Trägermaterial,
die Trägerfolie an ihrer zur piezoelektrischen Folie orientierten Oberfläche eine
Struktur mit Erhebungen, wie eine Wellenstruktur oder eine Noppenstruktur aufweist
und die Wellentäler der piezoelektrischen Folie an den ihnen gegenüberliegenden
Erhebungen der Struktur fixiert sind. Weiter, dass der Schallapplikator, der Folienschallapplikator,
eine Energiequelle und/oder einen Schallgenerator und/oder eine Steuereinrichtung/Schaltkreis
enthält oder auf der Oberfläche angebracht ist. Weiter, dass der Folienschallapplikator
eine folienartige/folienförmige Energiequelle und/oder einen folienartigen Schallgenerator
und/oder eine folienartige Steuerung enthält oder daran angebracht ist. Weiter,
dass beim Schallapplikator die Trägerfolie zusätzlich mit einer Einrichtung zur
Aufnahme eines Reservoirs in Form einer Ausbildung zur Aufnahme eines Reservoirs,
bevorzugt eines Wirkstoffreservoirs, ausgebildet ist.
Verwendung des Folienschallapplikators
Verwendung zur Behandlung mit Oberflächen- und/oder Tiefenwirkung
mit chemischer und/oder physikalischer und/oder physiologischer Wirkung. Verwendung
für eine Kavitationsbehandlung. Verwendung für die Reinigung, Hygiene, Therapie,
Diagnostik, Kosmetik, subaquale Behandlung, Zellzüchtung und andere Verwendungszwecke.
Verwendung als Schallapplikator, Pflaster, Bandage, Schallapplikator
für die transdermale Wirkstoffzufuhr, Wundpflaster und allgemein als pflasterähnliches
Produkt oder zusammen mit weiteren mechanischen Halteelementen und anderem bei der
Behandlung von Objekten, zum Beispiel biologischer Systeme, wie beispielsweise Haut,
Zellen, Bakterien, Mikroorganismen usw.
Anwendung zur Behandlung biologischer Systeme, z. B. in der Human-
Tiermedizin, Kosmetik, Biotechnologie, Kosmetik, Physiotherapie.
