DE4118359A1

DE4118359A1 - Extra uterine foetal cardiac monitoring instrument - has only one piezo oscillator in transducer which is connected to emitter module and receiver circuit, and operates by impulse echo method

Info

Publication number: DE4118359A1
Application number: DE19914118359
Authority: DE
Inventors: Juergen Prof Dr Morgenstern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1992-12-03

Abstract

The extra-uterine instrument having an ultrasonic transducer, an emitter module, and receiver circuit, both these being connected to the transducer, also an evaluation circuit and an indicator unit. The module emits periodic electrical impulses of a predetermined frequency to the transducer. It operates by the impulse-echo method, and shows frequency shifts due to Doppler effect by means of the indicator unit, e.g. making them audible. The transducer contains only one piezo-oscillator. There can be a body preceding the oscillator contg. at least 10% by volume of glass fibre, and reaction, partic. epoxy, resin as bonding agent. This can be copper-coated on the side joined to the oscillator. ADVANTAGE - Simple construction and improved acoustic and electrical qualities.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur extrauterinen Überwachung fetaler Herztätigkeit, z. B. Kardiotokograph, mit einem Ultraschall- Transducer, mit einem Senderbaustein und einer Empfängerschaltung, die beide an den Transducer angeschlossen sind, mit einer Auswerteschal tung und mit einer Ausgabeeinheit, wobei der Senderbaustein periodisch elektrische Impulse einer vorgegebenen Frequenz an den Transducer abgibt, nach dem Impuls-Echoverfahren gearbeitet wird und durch Dopp lereffekt bedingte Frequenzverschiebungen mittels der Ausgabeeinheit dargestellt, z. B. hörbar gemacht werden.The invention relates to a device for extrauterine monitoring fetal cardiac activity, e.g. B. cardiotocograph, with an ultrasound Transducer, with a transmitter module and a receiver circuit, the both are connected to the transducer, with an evaluation scarf device and with an output unit, the transmitter module periodically electrical impulses of a given frequency to the transducer emits, after the impulse echo method is worked and by Dopp Frequency shifts caused by the effect of the output unit shown, e.g. B. be made audible.

Geräte dieser Art sind in der Gynäkologie und Geburtshilfe vielfältig im Einsatz. Es gibt sie einerseits als Handgeräte, bei denen sich der Transducer und die elektronischen Schaltungen in einem gemeinsamen Gehäuse befinden, andererseits in einer Form, bei der der separat ausgebildete Transducer an ein Monitorgerät angeschlossen wird, in dem sich Sender, Empfänger, Auswerteeinheit und Anzeigeeinheit befinden.Devices of this type are diverse in gynecology and obstetrics in use. On the one hand, they are available as handheld devices, in which the Transducer and the electronic circuits in a common Housing are, on the other hand, in a form in which the separately trained transducer is connected to a monitor in which the transmitter, receiver, evaluation unit and display unit are located.

Bei dem vorbekannten Gerät der eingangs genannten Art (US-A-39 82 528) hat der Transducer mehrere Piezoschwinger, dargestellt ist jeweils ein Transducer mit vier einzelnen, runden Fiezoschwingern. Diese werden mit einer Frequenz von etwa 2 MHZ betrieben, Frequenzen von 1 bis 2 MHZ sind für Geräte der eingangs genannten Art üblich. Beim prakti schen Betrieb wird der Transducer periodisch mit einem elektrischen Signal aus diesem Frequenzbereich angesteuert, das typischerweise etwa 100 Schwingungen umfaßt. Der Transducer, der auch als Wandler oder Sonde bezeichnet wird, wandelt dieses Signal um in Ultraschallschwin gungen, die so gerichtet werden, daß sie das Herz eines Fötus treffen. In the previously known device of the type mentioned (US-A-39 82 528) the transducer has several piezo oscillators, one is shown in each case Transducer with four individual, round fiezo transducers. These will operated at a frequency of approximately 2 MHz, frequencies from 1 to 2 MHZ are common for devices of the type mentioned at the beginning. When practi During operation, the transducer is periodically operated with an electrical Signal driven from this frequency range, typically about 100 vibrations. The transducer, also known as a converter or Is called probe, this signal converts into ultrasonic vibration which are directed to hit the heart of a fetus.

Reflektierte Ultraschall-Signale werden wieder vom Transducer aufge nommen und in elektrische Signale zurückverwandelt. Aufgrund von Doppler-Frequenzverschiebungen, bedingt durch Reflexionen an sich bewegenden Teilen des fetalen Herzens, sind im Echosignal auch Kompo nenten enthalten, die etwa im Bereich von 200 Hz bis 1 kHz gegenüber der Grundfrequenz verschoben sind. Diese Signale werden in bekannter Weise ausgewertet.Reflected ultrasound signals are picked up again by the transducer taken and converted back into electrical signals. Owing to Doppler frequency shifts due to reflections per se moving parts of the fetal heart are also compo in the echo signal contain elements that are approximately in the range from 200 Hz to 1 kHz the fundamental frequency are shifted. These signals are known in the Way evaluated.

Diese Arbeitsweise ist zu unterscheiden von kontinuierlich abstrahlen den und empfangenden Geräten, bei denen im Transducer notwendigerweise mindestens ein Piezoschwinger für die Aussendung von Ultraschallwellen und mindestens ein empfangender Piezoschwinger vorgesehen ist. Derar tige Geräte, die nicht nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeiten, gehö ren nicht zum Umfang der vorliegenden Erfindung.This way of working is to be distinguished from continuous blasting the and receiving devices, where in the transducer necessarily at least one piezo oscillator for the emission of ultrasonic waves and at least one receiving piezo oscillator is provided. Derar devices that do not work according to the pulse-echo method ren not within the scope of the present invention.

Bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Geräten der eingangs ge nannten Art, verwiesen wird beispielsweise auf die zusammenfassenden Darstellungen in GB-Zeitschrift J. Biomed. Eng. 1990, Vol. 12, Mai, Seiten 267 bis 270 "Assessment of cardiotocographs", Carter et al. und DE-Zeitschrift "Geburtshilfe und Frauenheilkunde" Mai 1986, S. 261 bis 334, "Kardiotokographie-Gerätetest", J. Morgenstern et al., sind im Transducer vier und mehr einzelne, kreisrunde Piezoschwinger vorgese hen. Allgemein befindet sich ein kreisrunder Piezoschwinger in der Mitte des Transducers und sind zumindest drei, meistens fünf, teilwei se sieben baugleiche Piezoschwinger gleichverteilt auf einem Kreisbo gen um diese Mitte angeordnet. Die einzelnen Piezoschwinger haben einen Durchmesser von 10 bis 20 mm, typischerweise liegt der Durchmes ser bei 12 mm. Ihr Abstand voneinander ist größer als ihr Durchmesser. Es werden ausschließlich runde Piezoschwinger verwendet, obwohl grund sätzlich auch Piezoschwinger anderer Formgebungen eingesetzt werden könnten. Die Piezoschwinger sind elektrisch parallel geschaltet.With the devices currently on the market of the beginning mentioned type, reference is made, for example, to the summarizing Representations in GB journal J. Biomed. Closely. 1990, vol. 12, May, Pages 267 to 270 "Assessment of cardiotocographs", Carter et al. and DE magazine "Obstetrics and gynecology" May 1986, p. 261 bis 334, "Cardiotocography Device Test", J. Morgenstern et al., Are in Transducer four and more individual circular piezo oscillators hen. Generally there is a circular piezo oscillator in the Middle of the transducer and are at least three, mostly five, partly two se seven identical piezo oscillators evenly distributed on a circular board arranged around this center. The individual piezo oscillators have a diameter of 10 to 20 mm, typically the diameter at 12 mm. Their distance from each other is larger than their diameter. Only round piezo oscillators are used, although basic Piezo vibrators of other shapes can also be used could. The piezo oscillators are electrically connected in parallel.

Das fetale Herz befindet sich ca. 50 bis 70 mm unterhalb der mütterli chen Bauchhaut, für den akustischen Weg ist noch eine Vorlaufstrecke, wie sie bei den vorbekannten Transducern im allgemeinen durch die Frontfläche eines dünnwandigen Gehäuses gebildet wird, hinzuzurechnen. Bei einem Piezoschwinger mit einem Durchmesser von 12 mm beträgt die Nahfeldlänge für Wasser (Schallgeschwindigkeit 1500 m/s) bei einer Schwingerfrequenz von 1 MHZ ca. 25 mm. Das fetale Herz befindet sich also deutlich außerhalb dieser Nahfeldlänge. Die Nahfeldlänge ist durch Interferenzen, also Auslöschungen und Verstärkungen, des ausge sandten sowie des empfangenen Ultraschalls gekennzeichnet. Diese In terferenzen rühren daher, daß jeder Punkt der aktiven Oberfläche des Piezoschwingers Wellen aussendet bzw. empfangen kann, was bei zwei im Abstand befindlichen Punkten der Oberfläche zwangsläufig zu Interfe renzen führt.The fetal heart is about 50 to 70 mm below the maternal abdominal skin, there is still a lead section for the acoustic path, as is generally the case with the previously known transducers Front surface of a thin-walled housing is to be added. For a piezo oscillator with a diameter of 12 mm, this is Near field length for water (speed of sound 1500 m / s) at a Vibrator frequency of 1 MHz approx. 25 mm. The fetal heart is there thus clearly outside this near field length. The near field length is through interferences, i.e. extinctions and reinforcements, of the sent as well as the received ultrasound. This In interference arises from the fact that every point of the active surface of the Piezo oscillator transmits or can receive waves, which is the case with two im Distance points on the surface inevitably lead to interference boundaries.

Es ist bis heute die absolut vorherrschende und nicht diskutierte Auffassung der Fachwelt, daß Transducer der hier in Rede stehenden Art nicht im Nahbereich betrieben werden können, daß sich also das fetale Herz eindeutig außerhalb des Nahfeldes des Transducers befinden muß. Aus diesem Grunde haben alle bis heute bekannten Transducer mehrere einzelne Piezoschwinger.To date, it is the absolutely predominant and not discussed Expert opinion that transducers of the type in question here cannot be operated at close range, that is, the fetal Heart must be clearly outside the near field of the transducer. For this reason, all transducers known to date have several single piezo oscillator.

Bei der praktischen Durchführung der Überwachung der eingangs genann ten Art ist die Lage des Transducers zum fetalen Herzen nicht stabil. Durch Bewegungen der Mutter, beispielsweise Atmung oder Körperbewegun gen, aber auch durch Bewegungen des Fötus verändert sich die räumliche Zuordnung zwischen Transducer und fetalem Herz während der länger dauernden Überwachung, die sich typischerweise über mind. zwanzig Minuten hinzieht. Weiterhin wird aber schon beim Ansetzen der Trans ducer nicht immer optimal ausgerichtet und lokal fixiert. Durch mehre re, in relativ großem Abstand voneinander angeordnete und außerhalb des Nahfeldes betriebene Piezoschwinger erreicht man, daß unabhängig von diesen Bedingungen das fetale Herz sicher im Strahlbereich liegt. Bei im Nahfeld betriebenen Piezoschwingern besteht die große Gefahr, daß sich zu erfassende Teile des fetalen Herzens im Bereich von Aus löschungen befinden, so daß zu befürchten ist, praktisch kein auswert bares Signal zu erhalten. Da schon kleinere Bewegungen zwischen Tansducer und fetalem Herz Zustände schaffen können, bei denen einmal das fetale Herz in einem Auslöschungsbereich, später wieder in einem Bereich verstärkter Ultraschallaktivität liegt, wird eine sichere, zeitunabhängige Erfassung nur durch einen Transducer der beschriebenen Art als möglich erachtet. Bei einem Piezoschwinger (Wandler) mit einem Durchmesser von 24 mm beträgt die Nahfeldlänge unter den oben angegebe nen Umständen ca. 97 mm, ist also größer als der akustische Weg zwi schen Transducer und fetalem Herzen. Je größer der Piezoschwinger gewählt wird, umso größer wird auch die Nahfeldlänge. Ein einzelner Piezoschwinger mit einem Durchmesser von 24 mm hat aber eine Strah lungskeule, die zu schmal ist für den praktischen Einsatz der Überwa chung eines fetalen Herzens, der Durchmesser der aktiven Bereiche eines Transducers von Geräten der eingangs genannten Art liegt typi scherweise bei 60 mm. Nur mit Transducern die mindestens 30 mm breite Ultraschallemissionen haben, vorzugsweise aber noch größere Strah lungsquerschnitte aufweisen, ist eine für die Praxis geeignete Durch führung der Überwachung fetaler Herztätigkeit und zwar des ganzen Herzens und nicht nur Teile davon, möglich.In the practical implementation of the surveillance of the beginning In this way, the position of the transducer relative to the fetal heart is not stable. Through mother's movements, such as breathing or body movement spatial, but also by movements of the fetus Assignment between transducer and fetal heart during the longer continuous surveillance, which is typically over at least twenty Minutes. Furthermore, the Trans ducer not always optimally aligned and fixed locally. Through several right, a relatively large distance apart and outside Piezo vibrators operated in the near field can be achieved independently of these conditions the fetal heart is safely in the beam area. With piezo oscillators operated in the near field, there is a great risk that that parts of the fetal heart to be detected are in the region of Aus Deletions are located, so that there is fear, practically no evaluation obtainable signal. Since even small movements between Tansducer and fetal heart conditions can occur once the fetal heart in an area of obliteration, later again in one Area of increased ultrasound activity, a safe, time-independent acquisition only by a transducer of the described Kind considered possible. With a piezo oscillator (transducer) with one Diameter of 24 mm is the near field length below the above NEN circumstances about 97 mm, so it is larger than the acoustic path between transducer and fetal heart. The bigger the piezo oscillator is selected, the greater the near field length. A single one Piezo oscillator with a diameter of 24 mm has a beam lobe that is too narrow for the practical use of the monitor fetal heart, the diameter of the active areas a transducer of devices of the type mentioned is typically usually at 60 mm. Only with transducers that are at least 30 mm wide Ultrasonic emissions, but preferably even larger beam lungs cross sections is a suitable in practice Management of the monitoring of fetal cardiac activity, namely the whole Heart and not just parts of it, possible.

Bei dem Transducer der eingangs genannten Art liegen die einzelnen Piezoschwinger mit ihrer aktiven Fläche in derselben Ebene. Um dies zu erreichen, müssen teilweise aufwendige Maßnahmen ergriffen werden. Weiterhin sollten die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Pie zoschwinger eines Transducers nicht zu weit voneinander abweichen. Dies soll trotz der unvermeidlichen Alterung der Piezoschwinger auf Dauer beibehalten sein.The individual lies in the transducer of the type mentioned at the beginning Piezo oscillator with its active surface in the same plane. To do this To achieve this, sometimes complex measures have to be taken. Furthermore, the physical properties of the individual Pie transducer transducer does not deviate too far from one another. This is supposed to occur despite the inevitable aging of the piezo oscillators Duration must be maintained.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Aufbau eines Trans ducers zu vereinfachen und zugleich die akustischen und elektrischen Qualitäten zu verbessern, indem eine sichere Erfassung eines möglichst großen Anteils, vorzugsweise des gesamten fetalen Herzens unabhängig vom Geschick beim Anlegen des Transducers und späteren Bewegungen von Mutter und/oder Kind erreicht wird, gleichzeitig das erhaltene, ange zeigte Ergebnis verbessert wird und trotz Alterung die Strahlungscha rakteristik beibehalten bleibt.The invention has set itself the task of building a trans simplify ducers while maintaining acoustic and electrical Improve qualities by securely capturing one if possible large proportion, preferably independent of the entire fetal heart on the skill of applying the transducer and later movements of Mother and / or child is reached, at the same time, the received showed result is improved and despite aging the radiation scha characteristics are retained.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Transducer einen und nur einen Piezoschwinger aufweist, der vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 30, vorzugsweise mindestens 50 mm, bei unrunder Form eine entsprechend große aktive Fläche aufweist.This task is solved in that the transducer has one and only has a piezo oscillator which preferably has a diameter of at least 30, preferably at least 50 mm, in the case of a non-round shape has correspondingly large active area.

Bei Mehrlingen wird vorzugsweise mit mehreren Transducern entsprechend kleinerer Fläche gearbeitet, damit sich die Felder nicht überlappen. Bei Zwillingen beispielsweise haben sich zwei Transducer, beispiels weise jeweils mit einem Piezoschwinger von 30 mm Durchmesser, bewährt. In the case of multiples, it is preferred to use several transducers worked smaller area so that the fields do not overlap. In the case of twins, for example, there are two transducers each with a piezo oscillator of 30 mm diameter, proven.

In Abweichung von der grundsätzlich bisher befolgten Regel, mehrere, in größerem Abstand voneinander angeordnete, kleinere Piezoschwinger im Transducer anzuordnen, schlägt die Erfindung also vor, einen einzi gen Piezoschwinger vorzusehen, dessen aktive Fläche zumindest der Summe der Flächen der bisher vorgesehen, mehreren Piezoschwinger ent spricht. Es hat sich völlig überraschend herausgestellt, daß mit einem derartigen Einschwinger-Transducer im praktischen Betrieb weniger Probleme als befürchtet mit Auslöschungen oder Verstärkungen auftre ten, obwohl der Piezoschwinger im Nahfeldbereich arbeitet. Bei Labor versuchen lassen sich am erfindungsgemäßen Schwinger auch tatsächlich Minima und Maxima, bedingt durch Interferenzen, in einem Abstand nach weisen, der beim praktischen Einsatz der Lage des fetalen Herzens ent spricht. Es lassen sich also typische Nahfelder, wie sie aus den Lehr büchern bekannt sind, messen. Beim praktischen Einsatz des erfindungs gemäßen Transducers zeigt sich jedoch, daß bedingt durch die niemals homogene Strecke zwischen Bauchhaut und fetalem Herzen die Interferen zen in der Praxis nicht erheblich sind. Zudem sind die sich bewegenden Teile des fetalen Herzens so ausreichend groß, daß auch hier wiederum eine Mittlung auftritt. Insgesamt ergibt sich mit dem erfindungsge mäßen Transducer beim praktischen Einsatz nicht die Gefahr, daß das fetale Herz nicht ausreichend erfaßt wird.In deviation from the rule that has been followed so far, several Smaller piezo oscillators arranged at a greater distance from one another To arrange in the transducer, the invention therefore proposes to one to provide a piezo oscillator, the active surface of which is at least the Sum of the areas of the previously envisaged, several piezo oscillators speaks. It turned out completely surprisingly that with one such single-transducer transducers less in practical operation Problems as feared with extinctions or reinforcements even though the piezo oscillator works in the near field. At the laboratory can actually be tried on the transducer according to the invention Minima and maxima, caused by interference, at a distance after point that ent in the practical use of the location of the fetal heart speaks. So there can be typical near fields, like those from the teaching books are known, measure. In practical use of the fiction according transducers, however, shows that due to the never homogeneous route between the abdominal skin and the fetal heart zen are not significant in practice. In addition, the moving ones Parts of the fetal heart so big that here again an averaging occurs. Overall results with the fiction According to the transducer, there is no risk that the fetal heart is not sufficiently covered.

Gegenüber dem aus mehreren, in größerem Abstand angeordneten Piezo schwingern aufgebauten Transducer von Geräten der eingangs genannten Art hat der erfindungsgemäße Transducer den entscheidenden Vorteil, daß sein Strahlungsfeld nicht zusammengesetzt ist aus den Strahlungs feldern mehrerer, einzelner Piezoschwinger. Es hat sich im praktischen Einsatz gezeigt, daß die Einzelfelder mehrerer Piezoschwinger in dem Abstand vom Transducer, in dem sich das fetale Herz befindet, nicht ein weitgehend gleichmäßiges Feld ausbilden, sondern das zwischen den Strahlungskeulen der einzelnen Piezoschwinger Bereiche auftreten, in denen die Erfassung eines fetalen Herzens nicht so gut gelingt wie im Hauptstrahl eines einzelnen der mehreren Piezoschwinger. Zudem sind die Strahlungsfelder der einzelnen Schwinger nicht immer gleich. Ins gesamt hat das Gerät nach dem Patentanspruch 1 somit den Vorteil, daß unter Beibehaltung einer großen aktiven Schallfläche die Erfassung der fetalen Herzbewegung verbessert ist. Bei praktischen Versuchen hat es sich herausgestellt, daß die von einem Einschwinger-Transducer erhal tenen akustischen Signale durchwegs als besser beurteilt werden als die Signale von Transducern nach dem Stand der Technik.Compared with the piezo, which is arranged at a greater distance vibrating transducers of devices of the aforementioned The transducer according to the invention has the decisive advantage that his radiation field is not composed of the radiation fields of several, individual piezo oscillators. It has become practical Use shown that the individual fields of several piezo oscillators in the Distance from the transducer in which the fetal heart is located form a largely uniform field, but that between the Radiation lobes of the individual piezo oscillator areas occur in who don't get a fetal heart as well as in Main beam of a single one of the several piezo oscillators. Also are the radiation fields of the individual transducers are not always the same. Ins overall, the device according to claim 1 has the advantage that while maintaining a large active sound area fetal heart movement is improved. In practical trials it did it turned out that the received from a single transducer acoustic signals are consistently judged to be better than the signals from transducers according to the prior art.

Konstruktiv hat ein Einschwinger-Transducer erhebliche Vorteile gegen über dem Transducer nach dem Stand der Technik: Der mechanische Aufbau ist vereinfacht, Vorlaufkörper und auch an der rückwärtigen, abstrah lenden Flächen möglicherweise anzuordnende Körper, insbesondere Dämpfungskörper, lassen sich besser und günstiger anordnen. Unter schiede in den einzelnen Piezoschwingern eines Mehrschwinger- Transducers haben keinen Einfluß mehr auf das Meßergebnis.In terms of design, a single-swing transducer has considerable advantages above the state-of-the-art transducer: the mechanical design is simplified, lead body and also on the rear, abstrah body to be arranged, especially Damping bodies, can be arranged better and cheaper. Under in the individual piezo oscillators of a multi-oscillator Transducers no longer have any influence on the measurement result.

Inhomogenitäten, wie sie im Nahfeldbereich eines Einschwinger- Transducers auftreten, kann man einzeln oder in beliebiger Kombination auch durch folgende Maßnahmen unterdrücken bzw. vermeiden: A) Es wird ein Vorlaufkörper einer Dicke verwendet, bei dem zumindest ein Teil, vorzugsweise das gesamte Nahfeld in den Bereich des Vorlaufkörpers fällt. B) Die Anregung des Piezoschwingers erfolgt durch möglichst kurzzeitige Impulse. Bei kurzzeitigen Impulsen tritt eine Interferenz bei größerem Gangunterschied nicht mehr auf, weil die Impulse nicht mehr gleichzeitig am Beobachtungsort ankommen. Darüberhinaus löschen sich kurze Impulse auch bei einer halben Wellenlänge Gangunterschied nicht mehr vollständig aus. C) Es wird als Piezoschwinger ein soge nannter Gauß-Schwinger eingesetzt. Hierzu wird im einzelnen auf das DE-Buch J. und H. Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 4. Aufl., verwiesen. D) Es wird als Vorlaufkörper ein Diffusor verwen det, der Vorlaufkörper ist also inhomogen aufgebaut.Inhomogeneities as they occur in the near field area of a single Transducers can occur individually or in any combination Suppress or avoid by taking the following measures: A) It will uses a lead body of a thickness in which at least a part, preferably the entire near field in the area of the lead body falls. B) The excitation of the piezo oscillator takes place as possible brief impulses. Interference occurs with short-term impulses with a larger gait no longer because the impulses do not arrive more at the observation site at the same time. Also delete there are short impulses even with a half wavelength path difference no longer completely. C) As a piezo oscillator, a so-called called Gaussian transducer used. For this purpose, the individual DE book J. and H. Krautkrämer, material testing with ultrasound, 4th ed., Referenced. D) A diffuser is used as the lead body det, the lead body is so inhomogeneous.

Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Vorlaufkörper aus einer Leiterplatine, wie sie für gedruckte Schaltungen verwendet wird, her zustellen. Dadurch wird auch eine günstige Ankopplung vom Material des Piezoschwingers an Haut bzw. Gewebe und Wasser erzielt.It has proven to be very advantageous to make the lead body from one Printed circuit board, as it is used for printed circuits deliver. This also provides a favorable coupling from the material of the Piezo vibrator achieved on skin or tissue and water.

Besonders vorteilhaft ist es, den aus einer Leiterplatine gefertigten Vorlaufkörper zugleich zur elektrischen Kontaktierung bereits auf dem Piezoschwinger aufgebrachter Elektroden oder gar als Elektrode für den Piezoschwinger selbst einzusetzen, indem der Vorlaufkörper auf seiner dem Piezoschwinger zugewandten und mit ihr verbundenen, frei abstrah lenden Hauptfläche eine Kupferschicht aufweist, an die eine elektri sche Zuleitung angeschlossen ist. Akustisch macht sich diese Kupfer schicht praktisch nicht bemerkbar, da sie nur sehr dünn ist, bei spielsweise eine Dicke von 20 oder 10 Mikrometer hat. Durch die Ver bindung zwischen Vorlaufkörper und Piezoschwinger wird eine mechanisch stabile Anordnung erzielt. Selbst bei einem Bruch des Piezoschwingers bleiben dessen Teile noch in elektrischem Kontakt mit der Kupfer schicht des Vorlaufkörpers, so daß eine Funktion des Piezoschwingers noch sichergestellt ist. Anstelle einer kupferkaschierten Leiterpla tine können auch mit anderen, geeigneten Metallen beschichtete Plati nen, beispielsweise Ag-beschichtete Keramiksubstrate verwendet werden.It is particularly advantageous to make the one made of a printed circuit board Lead body for electrical contacting already on the Piezo vibrator applied electrodes or even as an electrode for the Piezo vibrator to use yourself by placing the lead body on its the piezo oscillator facing and connected to it, freely abstract lenden main surface has a copper layer to which an electri cal supply line is connected. This copper makes itself acoustically layer is practically not noticeable since it is only very thin for example, has a thickness of 20 or 10 microns. By ver The connection between the lead body and the piezo oscillator becomes mechanical achieved stable arrangement. Even if the piezo oscillator breaks its parts remain in electrical contact with the copper layer of the lead body, so that a function of the piezo oscillator is still ensured. Instead of a copper-clad printed circuit board Platines can also be coated with other suitable metals NEN, for example Ag-coated ceramic substrates can be used.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird auch die rückwärtige Haupt fläche des Piezoschwingers mit einem Zuschnitt aus einer kupferka schierten Leiterplatte überdeckt. Vorzugsweise ist der Zuschnitt mit dem Piezoschwinger verbunden, in einer Alternative ist er jedoch nicht verbunden. Dieser Zuschnitt hat eine Kupferschicht an der dem Piezo schwinger zugewandten Fläche und/oder eine Kupferschicht an der dem Piezoschwinger abgewandten Fläche. Letztere Kupferschicht kann auf dasselbe Potential wie die oben beschriebene Kupferschicht des Vor laufkörpers gelegt werden, beide Leiterplatten können über einen um laufenden, Vorlaufkörper und Zuschnitt verbindenden, metallischen Mantel miteinander verbunden werden, so daß ein Faradaykäfig ausgebil det wird, in dem sich der Piezoschwinger befindet. Auf diese Weise werden Störungen, beispielsweise Einkopplungen von Streustrahlung, vermieden.In an advantageous development, the rear is also the main area of the piezo oscillator with a cut from a copper bare circuit board covered. The cut is preferably with connected to the piezo oscillator, but it is not an alternative connected. This blank has a copper layer on the piezo vibrating surface and / or a copper layer on the Surface facing away from the piezo oscillator. The latter copper layer can be on the same potential as the above copper layer body, both PCBs can be placed around one running, connecting lead body and blank, metallic Jacket are connected together, so that a Faraday cage is formed in which the piezo oscillator is located. In this way interference, e.g. coupling of stray radiation, avoided.

In einer besonders bevorzugten Arbeitsweise wird die Intensität des ausgesandten Ultraschallimpulses in Abhängigkeit vom Abstand des empfangenen Ultraschallsignals über dem Rauschen so gewählt, daß stets nur ein ausreichendes Signal-/Rauschspannungs-Verhältnis vorliegt. Die Intensität des ausgesandten Ultraschalls wird also so weit verringert, daß noch ein ausreichendes Empfangsecho vorliegt. Dadurch wird die Belastung der durchstrahlten Gewebe so gering wie möglich gehalten. Diese Arbeitsweise ist durch den erfindungsgemäßen Transducer möglich, weil er - im Unterschied zu den vorbekannten Mehrschwingertransducer nach dem Stand der Technik - eine präzisere und besser steuerbare Änderung der Intensität zuläßt.In a particularly preferred mode of operation, the intensity of the emitted ultrasound pulse depending on the distance of the received ultrasonic signal over the noise selected so that always there is only an adequate signal / noise voltage ratio. The The intensity of the emitted ultrasound is reduced so far that there is still a sufficient reception echo. This will make the Exposure to irradiated tissue is kept as low as possible. This mode of operation is possible with the transducer according to the invention, because - in contrast to the previously known multi-transducer according to the state of the art - a more precise and controllable Allows change in intensity.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übri gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht ein schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:Further advantages and features of the invention result from the rest gen claims and the following description of not limiting embodiments of the invention, which are explained in more detail with reference to the drawing. In this demonstrate:

Fig. 1 ein Montagebild eines Transducers mit einem Piezoschwinger, einem Vorlaufkörper, einem Mantel und einem Zuschnitt, Fig. 1 is an assembly drawing of a transducer with a piezoelectric transducer, a flow body, a jacket and a blank,

Fig. 2 ein Schnittbild durch die Anordnung gemäß Fig. 1 in zusammenge setztem Zustand und mit angeschlossener elektrischen Zuleitung, Fig. 2 is a sectional view through the arrangement according to Fig. 1 in quantitative setztem together state and with a connected electrical lead,

Fig. 3 ein Schnittbild durch einen Piezoschwinger und einen Vorlauf körper, und Fig. 3 is a sectional view through a piezoelectric vibrator and a lead body, and

Fig. 4 ein Schnittbild entsprechend Fig. 3 durch einen Transducer mit einem rückwärtigen Dämpfungskörper. Fig. 4 is a sectional view corresponding to Fig. 3 through a transducer with a rear damping body.

Der Transducer nach dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 und 2) ist geschichtet aufgebaut (sandwich-Bauweise). Ein zylindrischer Piezo schwinger 20 mit 60 mm Durchmesser und 2,0 mm Materialstärke hat eine in Abstrahlungsrichtung 22 liegende Hauptfläche 24 und eine rückwärti ge Hauptfläche 26. Beide Hauptflächen 24, 26 sind selbst nicht mit Elektroden versehen. Der vorderseitigen Hauptfläche 24 ist ein Vor laufkörper 28 zugeordnet, er ist aus einer Leiterplatine hergestellt, ist ebenfalls scheibenförmig, er hat eine Dicke von 2,5 mm und einen Durchmesser von 66 mm. Er besteht im wesentlichen aus Epoxidharz, in das 30 Volumenprozent Glasfaser eingebettet sind. Die Glasfaser liegt dabei in Form einer gewebten Matte vor, wie sie auch für Tapeten ein gesetzt wird. Der Vorlaufkörper 28 hat auf seiner dem Piezoschwinger 20 zugewandten Hauptfläche eine Kupferschicht 30, die sich über die gesamte Oberfläche erstreckt. Die in Abstrahlungsrichtung 22 liegende, zweite Hauptfläche des Vorlaufkörpers 28 ist dagegen frei.The transducer according to the first exemplary embodiment ( FIGS. 1 and 2) has a layered structure (sandwich construction). A cylindrical piezoelectric oscillator 20 with a diameter of 60 mm and a material thickness of 2.0 mm has a main surface 24 lying in the radiation direction 22 and a rear surface 26 . Both main surfaces 24 , 26 are themselves not provided with electrodes. The front main surface 24 is associated with a running body 28 , it is made of a printed circuit board, is also disk-shaped, it has a thickness of 2.5 mm and a diameter of 66 mm. It consists essentially of epoxy resin, in which 30 percent by volume of glass fiber is embedded. The glass fiber is in the form of a woven mat, which is also used for wallpapers. The lead body 28 has on its main surface facing the piezo oscillator 20 a copper layer 30 which extends over the entire surface. In contrast, the second main surface of the lead body 28 lying in the radiation direction 22 is free.

Der rückwärtigen Hauptfläche 26 ist ein ebenfalls scheibenförmiger Zuschnitt 32 zugeordnet, der ebenfalls aus einer Leiterplatine er stellt ist. Ihre Dicke beträgt 1 mm, der Zuschnitt hat einen Durchmes ser von 62 mm. Er hat auf seinen beiden ebenen Flächen eine Kupfer schicht, wobei sich die Schicht 34 an seiner außenliegenden Hauptflä che über die gesamte Scheibenfläche erstreckt, während die Kupfer schicht 36, die dem Piezoschwinger 20 zugewandt ist, sich nicht bis zum Rand erstreckt, sondern denselben Durchmesser wie der Piezoschwin ger 20 hat. Im Zuschnitt 32 ist ein Loch 38 vorgesehen, durch das, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine Anschlußleitung 40 hindurchgeführt ist. In einer Alternative erfolgt die Kontaktierung seitlich, so daß der Zuschnitt selber nicht durchbrochen ist.The rear main surface 26 is also assigned a disk-shaped blank 32 , which is also made of a printed circuit board. Its thickness is 1 mm, the blank has a diameter of 62 mm. It has a copper layer on its two flat surfaces, the layer 34 on its outer main surface extending over the entire disc surface, while the copper layer 36 , which faces the piezoelectric oscillator 20 , does not extend to the edge, but the same diameter like the Piezoschwin ger 20 has. In the blank 32 , a hole 38 is provided through which, as can be seen from FIG. 2, a connecting line 40 is passed. In an alternative, the contact is made laterally, so that the blank itself is not broken.

Schließlich ist ein zylindrischer Mantel 42 aus Kupfer vorgesehen, der aus einer dünnen Folie erstellt ist und einen Innendurchmesser auf weist, der dem Außendurchmesser des Zuschnitts 32 angepaßt ist.Finally, a cylindrical jacket 42 made of copper is provided, which is made of a thin film and has an inner diameter which is adapted to the outer diameter of the blank 32 .

Im zusammengebauten Zustand, wie ihn Fig. 2 zeigt, liegen die be schriebenen Teile gleichachsig. Die frontseitige Hauptfläche 24 des Piezoschwingers 20 befindet sich in engem Kontakt mit der Kupfer schicht 30 des Vorlaufkörpers 28. Die Verbindung wird durch eine mög lichst dünn ausgeführte Schicht eines Klebers, beispielsweise Epoxid harz, bewirkt. Die rückwärtige Hauptfläche 26 des Piezoschwingers 20 ist in gleicher Weise mit dem Zuschnitt 32 verbunden, auch hier befin det sich zwischen rückwärtiger Hauptfläche 26 und der Kupferschicht 36 eine möglichst dünn ausgebildete Schicht eines Epoxidharzes oder eines anderen, geeigneten Klebers.In the assembled state, as shown in Fig. 2, the parts to be written are coaxial. The front main surface 24 of the piezo oscillator 20 is in close contact with the copper layer 30 of the lead body 28 . The connection is effected by a layer of an adhesive, for example epoxy resin, which is as thin as possible. The rear main surface 26 of the piezoelectric oscillator 20 is connected in the same way to the blank 32 , and here too there is between the rear main surface 26 and the copper layer 36 the thinnest possible layer of an epoxy resin or another suitable adhesive.

Ist diese Schichtstruktur hergestellt, wird einerseits die Anschluß leitung 40 und andererseits der Mantel 42 angelötet. Der Mantel 42 ist so hoch, daß er etwas gegenüber der Cu-Schicht 34 nach oben vorsteht, wodurch sich eine Innenkehle bildet, die ringsum oder auch nur örtlich mit Lötzinn gefüllt wird. Auf die Kupferschicht 30 des Vorlaufkörpers 28 stößt der Mantel 42 auf, er wird außenseitig festgelötet, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kupferschicht 30, der Mantel 42 und die Kupferschicht 34 bilden nun einen Faradaykäfig.If this layer structure is produced, on the one hand the connecting line 40 and on the other hand the jacket 42 is soldered on. The jacket 42 is so high that it protrudes slightly upward relative to the Cu layer 34 , as a result of which an inner groove is formed which is filled with solder all around or even locally. The jacket 42 strikes the copper layer 30 of the lead body 28 , it is soldered on the outside, as shown in FIG. 2. The copper layer 30 , the jacket 42 and the copper layer 34 now form a Faraday cage.

Für den Anschluß wird eine abgeschirmte Leitung verwendet, die An schlußleitung 40 wird dabei von einem Schirm 44 aus flexiblem Metall geflecht oder mit gewickeltem Metallband umgeben. Dieser Schirm 44 ist, wie Fig. 2 zeigt, mit der Kupferschicht 34 verbunden, wodurch der elektrische Anschluß des Piezoschwingers 20 erzielt ist. Der Schirm 44 ist mit der Elektronik 46 bis 52 verbunden, die ist in Fig. 2 jedoch nicht dargestellt, da ansich bekannt. For the connection, a shielded line is used, the connection line 40 is braided by a screen 44 made of flexible metal or surrounded with a wound metal strip. As shown in FIG. 2, this screen 44 is connected to the copper layer 34 , as a result of which the electrical connection of the piezo oscillator 20 is achieved. The screen 44 is connected to the electronics 46 to 52 , which is not shown in FIG. 2, however, since it is known per se.

Oberhalb des gezeigten Transducers in Fig. 2 befinden sich noch ein Senderbaustein 46 und eine Empfängerschaltung 48, beide sind mit der Anschlußleitung 40 verbunden. Der Empfängerschaltung 48 ist eine Aus werteschaltung 50 und dieser wiederum eine Ausgabeeinheit 52 nachge schaltet.Above the transducer shown in FIG. 2 there is also a transmitter module 46 and a receiver circuit 48 , both of which are connected to the connecting line 40 . The receiver circuit 48 is an evaluation circuit 50 and this in turn connects an output unit 52 .

Überall dort, wo Lötungen beschrieben wurden, kann auch anderweitig leitend verbunden werden, beispielsweise durch Leitkleber. Der Zu schnitt aus einer Leiterplatine kann auch durch einen Zuschnitt aus Metall, beispielsweise Kupfer, ersetzt werden, wenn er im Abstand von dem Piezoschwinger 20 angeordnet ist.Wherever soldering has been described, other conductive connections can also be made, for example using conductive adhesive. The cut from a printed circuit board can also be replaced by a cut from metal, for example copper, if it is arranged at a distance from the piezo oscillator 20 .

In Fig. 2 ist schließlich ein Gehäuse gezeigt, in dem der Transducer untergebracht ist. Er ist von unten in das Gehäuse eingesetzt, wobei das Gehäuse eine Stufe ausbildet, in die der überstehende Rand des Vorlaufkörpers 28 bündig paßt.In FIG. 2, a housing finally is shown in which the transducer is housed. It is inserted from below into the housing, the housing forming a step into which the protruding edge of the lead body 28 fits flush.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat der Piezoschwinger 20 eigene Elektroden 54, 56, die in bekannter Weise auf seine ebenen Flächen 24, 26 aufgebracht sind. Die Anschlußleitung 40 ist an die Elektrode 56 angeschlossen. Der Elektrode 54, die in Abstrahlrichtung 22 vorn liegt, ist wiederum ein Vorlaufkörper 28 zugeordnet, er ist mit dem Piezoschwinger 20 fest verbunden. Er besteht ebenfalls aus Epoxidharz und ist zylindrisch, hat jedoch eine deutlich größere Materialstärke als der Vorlaufkörper des ersten Ausführungsbeispiels. Die Material stärke wird so gewählt, daß mindestens ein Drittel der Nahfeldlänge in den Bereich des Vorlaufkörpers fällt. Der Vorlaufkörper hat eine Viel zahl von übereinander angeordneten Matten aus Glasfasern, die in der Fig. 3 durch Punktierung angedeutet sind. Sie bewirken eine Inhomoge nität und stellen damit einen Diffusor für die Ultraschallwellen dar. In bekannter Weise ist die Elektrode 54 kontaktiert, sie ist elek trisch mit dem Schirm 44 der Anschlußleitung verbunden.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the piezo oscillator 20 has its own electrodes 54 , 56 , which are applied to its flat surfaces 24 , 26 in a known manner. The connecting line 40 is connected to the electrode 56 . A lead body 28 is in turn assigned to the electrode 54 , which lies at the front in the radiation direction 22 , and is firmly connected to the piezo oscillator 20 . It also consists of epoxy resin and is cylindrical, but has a significantly greater material thickness than the lead body of the first embodiment. The material thickness is chosen so that at least a third of the near field length falls in the area of the lead body. The lead body has a large number of mats made of glass fibers arranged one above the other, which are indicated in FIG. 3 by dotting. They cause an inhomogeneity and thus represent a diffuser for the ultrasonic waves. In a known manner, the electrode 54 is contacted, it is electrically connected to the shield 44 of the connecting line.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 schließlich zeigt eine Schicht struktur aus einem mittigen Piezoschwinger 20 in Scheibenform, einem rückwärtigen Dämpfungskörper 60 und einem frontseitigen Vorlaufkörper 28. Beide Körper 28, 60 sind mit dem Piezoschwinger 20 verklebt. Der Dämpfungskörper 60 besteht aus einem Gießharz, in das zur Erhöhung der Absorption feingranulierte Stoffe eingebettet sind. Der Vorlaufkörper 28 ist wie im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 aus einer einseitig kupferkaschierten Leiterplatte gefertigt.The exemplary embodiment according to FIG. 4 finally shows a layer structure of a central piezo oscillator 20 in the form of a disk, a rear damping body 60 and a front-side forward body 28 . Both bodies 28 , 60 are glued to the piezo oscillator 20 . The damping body 60 consists of a casting resin, in which finely granulated substances are embedded to increase the absorption. As in the exemplary embodiment according to FIGS . 1 and 2, the lead body 28 is made from a circuit board which is copper-clad on one side.

In einer Alternative ist der Vorlaufkörper 28 nicht durchbohrt, wie dargestellt, sondern ohne jegliche Bohrung ausgeführt, die Kontaktie rung der Elektrode 56 erfolgt seitlich, ebenso wie die Kontaktierung der Elektrode 54.In an alternative, the lead body 28 is not drilled, as shown, but without any hole, the contacting of the electrode 56 takes place laterally, as is the contacting of the electrode 54 .

Der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebene, schichtförmige Aufbau eines Transducers aus zwei Leiterplatinen, in dem sich ein Piezo schwinger befindet, ist grundsätzlich für den Aufbau eines Transducers geeignet, also auch über die beschriebene Anwendung im Bereich der Überwachung vetaler Herztätigkeit hinaus. Es wird vorbehalten, einen separaten Schutz für diesen Aufbau, unabhängig von seiner konkreten Anwendung, zu beanspruchen.The layered structure described in the first embodiment a transducer made of two printed circuit boards, in which there is a piezo is basically for building a transducer suitable, also about the application described in the area of Monitoring vetal cardiac activity beyond. It is reserved one separate protection for this structure, regardless of its concrete Application to claim.

Das erfindungsgemäße Gerät kann einerseits so arbeiten, daß Ultra schallimpulse mit mehreren Schwingungen, beispielsweise 100 Schwingun gen, abgestrahlt werden, es wird dann die Dopplerverschiebung an den bewegten Bereichen des Herzens erfaßt. Andererseits können aber auch ganz kurzzeitige Impulse, die jeweils nur eine Schwingung bzw. eine halbe Schwingung umfassen, in kurzer Folge hintereinander abgestrahlt werden. In diesem Fall wird die Bewegung des Herzens ähnlich wie durch Lichtblitze (Stroboskopeffekt) abgetastet. Durch Laufzeitunterschiede können die bewegten Teile des Herzens erkannt werden. Auch hier liegt im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung ein Dopplereffekt vor.The device according to the invention can work on the one hand so that Ultra sound impulses with several vibrations, for example 100 vibrations gene, are emitted, then the Doppler shift to the moving areas of the heart. On the other hand, it can also very short-term impulses, each only one vibration or one half vibration, radiated in quick succession will. In this case, the movement of the heart becomes similar to that of Flashes of light (strobe effect) scanned. Through runtime differences the moving parts of the heart can be recognized. Here too lies a Doppler effect in the parlance of the present application.

Claims

1. Device for extrauterine monitoring of fetal cardiac activity, e.g. B. cardiotocograph, with an ultrasound transducer, with a sensor module ( 46 ) and a receiver circuit ( 48 ), both of which are connected to the transducer, with an evaluation circuit ( 50 ) and with an output unit ( 52 ), the transmitter module ( 46 ) periodically emits electrical pulses of a predetermined frequency to the transducer, the pulse-echo method is used and frequency shifts caused by the Doppler effect are represented by the output unit ( 52 ), e.g. B. be made audible, characterized in that the transducer has one and only one piezo oscillator ( 20 ).

2. Apparatus according to claim 1, in which a lead body ( 28 ) is connected to the piezo oscillator ( 20 ), characterized in that the lead body ( 28 ) has a glass fiber content of at least 10 percent by volume, preferably at least 30% and a reaction resin, in particular special epoxy resin, as a binder.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the Vorlaufkör by ( 28 ) from a printed circuit board, as used for printed circuits, is made.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the Vorlaufkör by ( 28 ) on its piezo oscillator ( 20 ) facing and connected to its main surface ( 24 ) has a copper layer ( 30 ).

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that that of the piezoelectric vibrator (20) on all sides is before running body (28) transversely to the direction of the main beam (22) relative to the piezoelectric oscillator (20), in particular 4 protrudes mm to eighth

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the rear surface ( 26 ) of the piezo oscillator ( 20 ) covered with a blank ( 32 ) from a copper-clad printed circuit board and is firmly connected.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the blank ( 32 ) on its outer main surface has a copper layer ( 34 ) and that this by a circumferential, the lead body ( 28 ) and the blank ( 32 ) connecting jacket ( 42 ) electrically conductive material, which is located radially at a distance from the piezo oscillator ( 20 ), is connected to the copper layer ( 30 ) of the lead body ( 28 ) to form a Faraday cage.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that a copper layer ( 30 ) of the lead body ( 28 ) and / or a copper layer ( 36 ) of the blank ( 32 ) form the electrodes of the piezo oscillator ( 20 ) and with this are permanently connected using the thinnest possible adhesive film.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the piezo oscillator ( 20 ) is circular and has a diameter of at least 20, preferably at least 50 mm.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the rear, radiating surface ( 26 ) of the piezo crystal ( 20 ) is acoustically coupled to a damping body ( 60 ).