WO1996022732A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung der ausbreitungseigenschaften mechanischer wellen in einem räumlichen gebilde - Google Patents

Verfahren und anordnung zur bestimmung der ausbreitungseigenschaften mechanischer wellen in einem räumlichen gebilde Download PDF

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WO1996022732A1
WO1996022732A1 PCT/CH1996/000034 CH9600034W WO9622732A1 WO 1996022732 A1 WO1996022732 A1 WO 1996022732A1 CH 9600034 W CH9600034 W CH 9600034W WO 9622732 A1 WO9622732 A1 WO 9622732A1
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Edgar STÜSSI
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Stuessi Edgar
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4504—Bones
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7253—Details of waveform analysis characterised by using transforms
    • A61B5/7257—Details of waveform analysis characterised by using transforms using Fourier transforms

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1, an arrangement according to patent claim 1, an impact unit according to the preamble of patent claim 9, a vibration pick-up unit according to patent claim 11, an evaluation unit according to patent claim 12 and a control unit according to patent claim 13.
  • the stiffness, in particular the bending stiffness of mechanical, preferably beam or tube-like structures can be determined relatively easily with the laws of statics if their dimensions and materials are known. However, there are cases in which the dimensions and / or the exact material composition and density cannot be determined, so that the rigidity cannot be calculated. This is particularly the case with structures embedded in a medium, on the one hand with technical structures that are difficult or impossible to remove from surrounding material, and on the other hand with living bones that are surrounded by (living) tissue.
  • a force pulse is applied to the surface of the structure, for example a shin (tibia)
  • mechanical vibrations are excited in the structure.
  • longitudinal vibrations as well as torsional and bending vibrations can be excited and spread in the basic mode and in higher modes.
  • a striking element of a striking unit is placed approximately perpendicular to the surface, approximately at the height of the condyle of the tibia, in the direction of one of the main axes of inertia, as shown in FIG.
  • the excited bending vibration is then measured with the aid of at least two vibration absorption elements spaced apart from one another in the longitudinal direction of the structure (tibia).
  • the excitation point - point of application of the striking element - and the two points for the vibration measurement are placed in the medio-lateral plane of the diaphysis of the tibia, ie approximately parallel to the medial surface of the shin.
  • the vibration absorption elements are only sensitive in the direction perpendicular to the bone surface.
  • the phase velocities for the different bending vibrations between the vibration pick-up elements are determined with a numerical evaluation method.
  • the bending stiffness of the structure can be determined from the length of the beam-like or tube-like structure, its diameter and the phase velocity of a bending shaft at a frequency.
  • the object of the invention is to determine the wave propagation properties using a method which is simple to use and can be carried out quickly.
  • the method according to the invention is particularly suitable for determining the wave propagation properties in living bones or to be determined in bar-shaped or tubular technical structures which are provided with a coating or are embedded in another material.
  • the method according to the invention can be used to determine the rigidity of the structure.
  • phase velocity of the guided waves here the mechanical bending waves
  • the value of the phase speed increases with decreasing wavelength.
  • the energy transport takes place at the group speed of the guided waves.
  • the phase speed belonging to a certain wavelength now depends on the "waveguide properties" of the leading structure, here the bar; Of course, structures with other shapes can also be used instead of a beam-like structure.
  • the limit frequency is the frequency at which there is just wave propagation with the waveguide.
  • the value of the cutoff frequency now depends. a. on the dimensions and material of the waveguide.
  • the measured values do not provide a diagnosis in themselves.
  • the considerations mentioned can be are useful to infer from the values of the ascertainable phase speed of bending waves on changing material properties and changing geometric dimensions, which ultimately determine the bending stiffness: conclusions can be drawn about the geometric dimensions and material properties from the value of the phase speed drawn and their changes are monitored. Monitoring of corroding pipes, supports, etc., as well as in the organic area, the detection of osteoporosis and other degrading and changing effects, e.g. B. called on the bone.
  • the phase speed of the mechanical bending waves should preferably be determined in the range of their cut-off frequency.
  • the bending wave excitation according to the invention is used.
  • the pulse shape of a shock pulse to be applied, which excites the bending waves is automatically adapted in such a way that, according to Fourier decomposition or synthesis, the excited bending wave frequencies come close to the cutoff frequency.
  • the stimulating pulse shape of the percussion unit in particular its pulse width and pulse height, is set automatically in such a way that the deviation of the measured dispersion from a theoretically predicted one is minimal, an automatic approach to a valid pulse shape (as far as possible in the range of the cut-off frequency) which excites the bending wave with the optimal vibration energy and frequency in the structure with which the parameters required in the above publication for determining the phase velocity of the bending wave can be determined.
  • An optimal frequency band is reached when a dispersion relation determined from the measurements optimally approximates the theoretical values stored in an evaluation unit.
  • a Gaussian pulse is applied to the structure, since a Gaussian pulse again results in a Gaussian frequency distribution of the excited frequencies of the bending vibrations.
  • the Gaussian pulse is selected such that no frequencies are generated whose wavelengths are smaller than the diameter of the structure. Also, no bending vibrations should be excited which are larger than the longitudinal dimension of the structure. This requirement largely avoids longitudinal vibrations and torsional vibrations.
  • the frequencies "contained" in a Gaussian pulse can be determined by a Fourier analysis.
  • a "measurement window” is advantageously used.
  • the determination of the optimal window width and the temporal position of the window in relation to the wave excitation by the striking unit is carried out analogously to the method for determining the optimal pulse shape of the stroke.
  • An adjustable contact pressure is preferably applied to the vibration absorption elements of the vibration absorption unit. This is advantageous, for example, for determining the wave propagation in a tibia, in which the elements cannot be placed directly on the bone surface because of the organic tissue in between.
  • the pressurization results in a mechanical impedance adjustment so that an optimal coupling - 1 -
  • tion of the mechanical waves of the structure can take place on the vibration pickup unit in question.
  • the pressurization and the data of the vibration recording unit can also be selected such that a filter effect for the measurement of the desired waves is achieved.
  • This contact pressure can now be set "emotionally” by means of a manually operated device or, as already when optimizing the impact pulse or the measurement window, by means of the determined results.
  • the measurement time required for a clear determination of the wave propagation or bending stiffness can be greatly reduced, since on the one hand there occur phase jumps in the wave propagation as well as ambiguities and "Noisy" measurement results can be corrected more easily.
  • the individual vibration pick-up elements are arranged in the vibration pick-up unit in a line spaced apart from one another. The mutual distance does not now have to be the same, but can be chosen so unevenly that ambiguity of the measured values is almost impossible.
  • an arrangement consisting of a striking unit, a vibration recording unit with the vibration recording elements, a control and an evaluation unit is used.
  • the control and evaluation unit are preferably housed in a single housing.
  • Vibration pick-up unit and impact unit are preferably separated and connected to this housing by means of a longer cable, so that measurements can be made as independently of the location as possible.
  • the electronics of the control and evaluation unit can at least partially be accommodated in one of the accelerometers.
  • the percussion unit according to the invention does not have a coil with a firing pin that can be accelerated by it, but rather a piezo-electric percussion device with which the pulse shape of the percussion pulse can be set precisely in a preferred manner.
  • Good measurement results are achieved with a Gaussian pulse shape.
  • other almost any pulse shapes can be set with the above encoder.
  • a percussion unit can also be used with an excitation mechanism which is modeled on a tweeter.
  • the support points of the units are provided with an exchangeable and / or washable (disinfectable) cover, in particular for measurements on living bone.
  • 1 is a sketch to illustrate the approach of a striking unit of the arrangement for carrying out the measurement of the bending stiffness of a beam-like structure, here the human shin (tibia), 2 shows a perspective sketch of the arrangement for carrying out the determination of the bending stiffness of a beam-like structure,
  • FIG. 3 shows a perspective, sectional illustration of the percussion unit used in the arrangement according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of the vibration pick-up unit used in the arrangement according to FIG. 2 and
  • FIG. 5 shows a block diagram of a control and evaluation unit, integrated in a desktop computer as used in the arrangement shown in FIG.
  • FIG. 2 shows schematically a vibration pick-up unit 1 with eight vibration pick-up elements 3, a striking unit 5 and a device 7 with a keyboard 9 and a screen 10.
  • the device 7 is connected to a power supply unit 11 with which a device located in the device can be connected electrical energy storage is rechargeable.
  • Vibration pickup unit 1 and impact unit 5 are connected to device 7 via cables 13a and 13b.
  • a data output device (not shown) can also be connected to the device.
  • the striking unit 5 shown in section in FIG. 3 has a piezoelectric crystal 15 acting on a striking head 14 as the striking element.
  • the striking head 14 can be covered with a hood (not shown) for hygienic covering.
  • the striking unit 5 is rod-shaped with grip grooves 17 formed on the surface so that it fits comfortably in the hand.
  • the vibration receiving unit 1 shown in a detailed perspective illustration, enlarged in comparison with FIG. 2, has a vibration receiving element 3 at each end of a holding element 19.
  • B. a so-called accelerometer from Kistler Instrumente AG, type Piezotron are used.
  • FIG. 4 only a perforated band 21 is shown at the location of the vibration absorption element 3 arranged at the left end of the holding element 19.
  • the vibration absorbing elements 3 can be pressurized pneumatically with a contact pressure.
  • the pressure is applied using a hand pump 23, the pressure to be applied being predeterminable via an adjustable valve.
  • a preamplifier (not shown) is preferably arranged immediately after each vibration pickup element 3.
  • the device 7 contains an evaluation unit for the signals recorded with the vibration recording unit 1 and a control unit for "shaping" the impact pulse of the impact unit 5 and, if present, for automatically pressurizing the vibration recording elements 3.
  • this is Device 7 a portable desktop computer with screen 10 and keyboard 9, are integrated in the modules of the control and evaluation unit.
  • the block diagram shown in FIG. 5 shows only the essential assemblies.
  • the signals of the eight vibration pickup elements 3 used here, transmitted by the vibration pickup unit 1 via the cable 13a, are amplified in an eight-channel amplifier and filtered out with a filter 25, which are unnecessary and disruptive frequency ranges for evaluation.
  • the measuring window width and the window opening time are also set with the filter 25.
  • the eight signals processed in this way are read into an 8-channel sample-and-hold circuit 27, then digitized with an electrical assembly 29 and stored channel by channel for further evaluation.
  • a portable mini computer is preferably used as the computing unit 31.
  • the measurement window width and the start are now varied according to general error algorithms until a minimal deviation from the theoretical values is reached.
  • the output signal for the striking unit 5 is also generated as a function of these determined values by the computing unit 31 in cooperation with a striking element control circuit 32.
  • This signal is power-amplified for driving the piezoelectric crystal 15 in the striking unit 5 with a driver module 33.
  • the driver module 33 generally sets and optimizes the output signal, which is proportional to the impact pulse, only once per structure 20 to be measured.
  • the pulse shape to be generated also depends on the boundary values that can be entered via the keyboard 9, such as, for. B.
  • the computing unit 31 also determines the pressure to be optimally applied to the vibration absorbing elements 3 and leads via a fluid line 34 from a pressure unit 35 controlled by the computing unit 31 to the vibration absorbing elements 3.
  • a Gaussian impact pulse is used, a frequency band between 1 and 10 kHz being evaluated. However, it is preferred to work between 2 and 5 kHz.
  • the measurement window is opened approximately after 200 ⁇ s in accordance with the dimensions of the tibia. Measured values are evaluated with a measuring window width of up to 400 ⁇ s. Good results are obtained with a measurement window opening in the range of 300 ⁇ s.
  • the excited wavelengths of the waves should be larger than the transverse dimension and smaller than the longitudinal dimension of the structure, as already explained above.
  • pulse trains can now contain nothing but identical pulses; However, it is also possible to work with continuously changing pulses according to a predetermined pattern.
  • offset arrangements can also be selected for this.
  • a blow applied perpendicular to the surface of the structure a blow can also be carried out at a predetermined angle. The offset and the oblique application of the impact are indicated when bending waves are no longer used for measurements, but rather longitudinal vibrations and / or torsional waves are evaluated using other theoretical calculations and models.
  • the stiffness not only of beam-like structures can also be determined with the statements made above, it can also be determined of structures of any cross-section.
  • the condition is the existence of a theoretical model between the transfer function of the mechanical waves propagating in the structure and the mechanical properties of this structure, in particular its rigidity.
  • the impact pulse generated in the impact unit is transferred to the structure with the impact head.
  • the frequencies of the impact pulse that occur according to the Fourier decomposition and are selected for the measurement should now be transmitted to the structure as far as possible without loss of energy.
  • a transmission loss is lowest when there is an optimal contact pressure.
  • An optimal edition print can be determined experimentally. However, it should then be observed for all measurements. In order to comply with the Aufla ⁇ print, the actual pressure must be determinable.
  • the impact head is now produced from an electrically conductive structure or has an electrically conductive surface
  • the electrical resistance between the impact head and the organic surface material (skin) surrounding the structure is pressure-dependent.
  • About the measurement of electrical conductivity can now z. B. set the contact pressure in a defined manner.

Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren dient zur Bestimmung der Ausbreitungseigenschaften mechanischer Wellen in einem balken- bzw. rohrähnlichen Gebilde. Hierzu werden an einer ersten Stelle des Gebildes Biegewellen angeregt. Diese angeregten Biegewellen werden in Gebildelängsrichtung an voneinander distanzierten Orten abgegriffen. Aus diesen abgegriffenen Messwerten wird die Übertragungsfunktion der Wellen ermittelt. Die Biegewellen werden mit aufeinanderfolgenden Schlagimpulsen erzeugt, wobei deren Pulsform, insbesondere deren Pulsbreite und Pulshöhe, derart selbsttätig eingestellt werden, dass eine Differenz zwischen einer theoretischen Dispersionsrelation und einem aus den abgegriffenen Messwerten ermittelten Wert minimal wird. Unter Auswertung der Übertragungsfunktion lässt sich die Biegesteifigkeit des Gebildes (20), beispielsweise eines lebenden Knochens, bestimmen.

Description

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Ausbreitungseigenschaften mechanischer Wellen in einem räumlichen Gebilde
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine Anordnung gemäss Patentanspruch 1 , eine Schlageinheit gemäss dem Oberbegriff des Patentan¬ spruchs 9, eine Schwingungsaufnahmeeinheit gemäss Patentan¬ spruch 11, eine Auswerteeinheit gemäss Patentanspruch 12 und eine Steuereinheit gemäss Patentanspruch 13.
Die Steifigkeit, insbesondere die Biegesteifigkeit mechani¬ scher, bevorzugt balken- bzw. rohrähnlicher Gebilde lässt sich bei Kenntnis deren Abmessungen und Materialen mit den Gesetzen der Statik relativ einfach bestimmen. Es gibt je¬ doch Fälle, in denen die Abmessungen und/oder die exakte Ma¬ terialzusammensetzung und -dichte nicht feststellbar ist, so dass sich die Steifigkeit nicht berechnen lässt. Das ist namentlich bei in einem Medium eingebetteten Gebilden der Fall, einerseits bei nicht oder nur schwer von umgebendem Material befreibaren technischen Gebilden, andererseits bei lebenden Knochen, welche vom (lebenden) Gewebe umgeben sind.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung mechanischer Wellen in balken- oder rohrähnlichen Gebilden steht nun in direkter Beziehung zu seinem Flächenträgheitsmoment und zum Elastizitätsmodul des Gebildematerials. Ausgehend von den Veröffentlichungen von [1] E. Stüssi et al. , "Assess ent of bone ineral content by in vivo easurement of flexural wave velocities", Medical & Biological Engineering & Computing, July 1988, S.349 - 354 und von [2] D.Fäh et al. , "Phase Velocity Measurement of Flexural Waves in Human Tibia", J. Biomechanics, Vol. 21, No. 11, pp. 975 - 983, 1988, Great Britain, ist es möglich, durch die Bestimmung der Phasenge¬ schwindigkeit von sich in dem Gebilde ausbreitenden Biege¬ wellen die Biegesteifigkeit zu ermitteln. Es sei hier insbe¬ sondere auf die Gleichung (1) in [2] sowie in [1] auf die zweitoberste Gleichung auf Seite 351 für die Wellenlängen abhängige Phasengeschwindigkeit hingewiesen. Die Steifigkeit räumlicher Gebilde lässt sich aus der Übertragungsfunktion der sich in diesem Gebilde ausbreitenden mechanischen Wellen berechnen. Diese Berechnung basiert z. B. auf den Modellen von Bernoulli-Euler, Pochhammer, Timoshenko, ... wie sie u. a. in [1] und [2] erwähnt sind.
Wird ein Kraftimpuls auf die Oberfläche des Gebildes, bei¬ spielsweise eines Schienbeins (Tibia) aufgebracht, so werden in dem Gebilde mechanische Schwingungen angeregt. In einem balken bzw. rohrähnlichen Gebilde (Tibia) können longitudi- nale Schwingungen sowie Torsions- und Biegeschwingungen im Grundmode und in höheren Moden angeregt werden und sich aus¬ breiten. Soll die Biegesteifigkeit des Schienbeins (Tibia) ermittelt werden, so wird ein Schlagelement einer Schlagein¬ heit etwa in der Höhe der Kondyle des Schienbeins, in Rich¬ tung einer der Hauptträgheitsachsen, annähernd senkrecht zur Oberfläche angesetzt, wie in Figur 1 dargestellt ist. Die Messung der angeregten Biegeschwingung erfolgt dann mit Hil¬ fe von mindestens zwei in Längsrichtung des Gebildes (Tibia) voneinander distanzierten Schwingungsaufnahmeelementen. Um möglichst nur die Biegeschwingung im Schienbein (Tibia) zu messen, werden der Anregungspunkt - Angriffspunkt des Schlagelements - und die beiden Punkte für die Schwingungs¬ messung in der Medio-lateralen Ebene der Diaphysis des Schienbeins plaziert, d. h. etwa parallel zur medialen Flä¬ che des Schienbeins. In dieser Konfiguration sind die Schwingungsaufnahmeelemente nur in Richtung senkrecht zur Knochenoberfläche empfindlich. Mit einer numerischen Auswer¬ temethode werden die Phasengeschwindigkeiten für die unter¬ schiedlichen Biegeschwingungen zwischen den Schwingungsauf¬ nahmeelementen ermittelt. Aus der Länge des balken- bzw. rohrähnlichen Gebildes, dessen Durchmessers und der Phasen¬ geschwindigkeit einer Biegewelle bei einer Frequenz kann die Biegesteifigkeit des Gebildes ermittelt werden.
Beim bekannten Verfahren müssen eine Reihe von Messungen ge¬ macht werden, um ein zuverlässiges Resultat der zu ermit¬ telnden Wellenausbreitungseigenschaften zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Wellenausbreitungseigen¬ schaften mit einem in einfacher Weise anwendbaren und rasch vonstatten gehenden Verfahren zu bestimmen.
Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand der Patentansprüche.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere geeignet, um die Wellenausbreitungseigenschaften in lebenden Knochen oder in balken- bzw. rohrförmigen technischen Gebilden zu bestimmen, die mit einem Ueberzug versehen oder in ein ande¬ res Material eingebettet sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich für die Bestim¬ mung der Steifigkeit des Gebildes nutzen.
Ein insbesondere balken- bzw. rohrähnliches Gebilde wird nachfolgend für mechanische Wellen in Analogie zu Hohllei¬ tern für Mikrowellen bzw. Glasfasern für optische Wellen als Wellenleiter betrachtet. Ein derartiger Wellenleiter zeigt u. a. Dispersion der Phasengeschwindigkeit für die mit ihm geführten Wellen. D. h. die Phasengeschwindigkeit der ge¬ führten Wellen, hier der mechanischen Biegewellen, weist für unterschiedliche Wellenlängen voneinander sich unterschei¬ dende Werte auf. In der Regel wächst der Wert der Phasenge¬ schwindigkeit mit abnehmender Wellenlänge. Nebenbei sei be¬ merkt, dass der Energietransport mit der Gruppengeschwindig¬ keit der geführten Wellen erfolgt.
Die zu einer bestimmten Wellenlänge gehörende Phasenge¬ schwindigkeit hängt nun von den "Wellenleiteigenschaften" des führenden Gebildes, hier des Balkens, ab; selbstver¬ ständlich können anstelle eines balkenähnlichen Gebildes auch Gebilde mit anderen Formen verwendet werden. Je stärker sich nun die Frequenz der zu führenden Welle ihrer Grenzfre¬ quenz nähert, desto stärker ändert sich der Wert der Phasen¬ geschwindigkeit. Die Grenzfrequenz ist die Frequenz, bei der gerade noch eine Wellenausbreitung mit dem Wellenleiter ge¬ geben ist. Der Wert der Grenzfrequenz hängt nun u. a. von den Abmessungen und dem Material des Wellenleiters ab.
Für sich selbst betrachtet liefern die Messwerte keine Diag¬ nose. Die erwähnten Überlegungen lassen sich aber dazu aus- nützen, um aus den Werten der ermittelbaren Phasengeschwin¬ digkeit von Biegewellen auf sich ändernde Materialeigen¬ schaften sowie sich ändernde geometrische Abmessungen, zu schliessen, welche letztendlich die Biegesteifigkeit bestim¬ men: Aus dem Wert der Phasengeschwindigkeit können Schlüsse auf die geometrischen Abmessungen sowie Materialeigenschaf¬ ten gezogen werden sowie deren Änderungen überwacht werden. Es seien hier nur stichwortartig eine Überwachung korrodie¬ render Rohre, Träger etc. sowie im organischen Bereich die Feststellung von Osteoporose und anderer abbauender und ver¬ ändernder Effekte z. B. am Knochen genannt.
Gemäss den obigen Überlegungen sollte die Phasengeschwindig¬ keit der mechanischen Biegewellen bevorzugt im Bereich deren Grenzfrequenz ermittelt werden. Um nun die optimale Biege¬ frequenz zu erreichen, wird mit der erfindungsgemässen Bie¬ gewellenanregung gearbeitet. Es wird hier in einer Art "Rückkopplungssystem" selbsttätig die Pulsform eines aufzu¬ bringenden Schlagimpulses, der die Biegewellen anregt, der¬ art formend angepasst, dass gemäss Fourier-Zerlegung bzw. Synthese die angeregten Biegewellenfrequenzen in der Nähe der Grenzfrequenz zu liegen kommen.
Dadurch, dass die anregende Pulsform der Schlageinheit, ins¬ besondere deren Pulsbreite und Pulshöhe, derart selbsttätig eingestellt wird, dass die Abweichung der gemessenen Disper¬ sion zu einer theoretisch vorhergesagten minimal wird, kann ein automatisches Herantasten an eine valide Pulsform (mög¬ lichst in den Bereich der Grenzfrequenz), die gerade dieje¬ nige Biegewelle mit der optimalen Schwingungsenergie und Frequenz in dem Gebilde anregt, mit der die in den obigen Veröffentlichung geforderten Parameter zu Bestimmung der Phasengeschwindigkeit der Biegewelle ermittelbar sind, er¬ folgen. Ein optimales Frequenzband ist dann erreicht, wenn sich eine aus den Messungen ermittelte Dispersionsrelation optimal an die in einer Auswerteeinheit abgespeicherten theoretischen Werte annähert.
Gute Ergebnisse werden erreicht, sofern auf das Gebilde ein gaussförmiger Puls aufgebracht wird, da ein gaussförmiger Puls auch wieder eine gaussförmige Frequenzverteilung der angeregten Frequenzen der Biegeschwingungen nach sich zieht. Der gaussförmige Puls ist derart ausgewählt, dass keine Fre¬ quenzen erzeugt werden, deren Wellenlängen kleiner als der Durchmesser des Gebildes sind. Auch sollen keine Biege¬ schwingungen angeregt werden, welche grösser als die Längs¬ abmessung des Gebildes sind. Durch diese Forderung können weitgehend longitudinale Schwingungen sowie Torsionsschwin¬ gungen vermieden werden. Die in einem gaussförmigen Puls "enthaltenen" Frequenzen lassen sich durch eine Fourier-Ana- lyse ermitteln.
Da nun bei der Wellenausbreitung in einem endlichen balken¬ ähnlichen Gebilde an den Enden Reflektionen stattfinden, wird vorteilhafterweise mit einem "Messfenster" gearbeitet. Auch die Ermittlung der optimalen Fensterbreite sowie der zeitlichen Lage des Fensters in Bezug auf die Wellenanregung durch die Schlageinheit erfolgt analog dem Verfahren zur Ermittlung der optimalen Pulsform des Schlags.
Vorzugsweise werden die Schwingungsaufnahmeelemente der Schwingungsaufnahmeeinheit mit einem einstellbaren Auflage¬ druck beaufschlagt. Das ist beispielsweise für die Bestim¬ mung der Wellenausbreitung in einem Schienbein von Vorteil, bei der die Elemente wegen dem dazwischenliegenden organi¬ schen Gewebe nicht direkt auf die Knochenoberfläche gelegt werden können. Durch die Druckbeaufschlagung erfolgt eine mechanische Impedanzanpassung, damit eine optimale Ankopp- - 1 -
lung der mechanischen Wellen des Gebildes an die betreffende Schwingungsaufnahmeeinheit erfolgen kann. Auch können die Druckbeaufschlagung sowie die Daten der Schwingungsaufnahme¬ einheit so ausgewählt werden, dass eine Filterwirkung für die Messung der gewünschten Wellen erzielt wird. Diese Auf¬ lagedruckbeaufschlagung kann nun über eine händisch zu be¬ dienende Einrichtung "gefühlsmässig" oder wie bereits bei der Optimierung des Schlagimpulses oder des Messfensters über die ermittelten Ergebnisse selbsttätig optimal einge¬ stellt werden.
Werden anstelle von nur zwei, in Gebildelängsrichtung von¬ einander distanzierten Schwingungsaufnahmeelementen mehrere aufgebracht, so kann die notwendige Messzeit für eine ein¬ deutige Bestimmung der Wellenausbreitung bzw. Biegesteifig¬ keit stark reduziert werden, da einerseits auftretende Phasensprünge in der Wellenausbreitung sowie Mehrdeutig¬ keiten und "verrauschte" Messergebnisse einfacher korrigiert werden können. Die einzelnen Schwingungsaufnahmeelemente sind in der Schwingungsaufnahmeeinheit in einer Linie fluch¬ tend voneinander distanziert angeordnet. Der gegenseitige Abstand muss nun nicht gleich sein, sondern kann derart ungleich gewählt werden, dass eine Vieldeutigkeit der Mess¬ werte nahezu ausgeschlossen ist.
Zur Durchführung des Messverfahrens wird eine Anordnung be¬ stehend aus einer Schlageinheit, einer Schwingungsaufnahme¬ einheit mit den Schwingungsaufnahmeelementen, einer Steuer- und einer Auswerteeinheit verwendet. Die Steuer- und die Auswerteeinheit werden bevorzugt in einem einzigen Gehäuse untergebracht. Schwingungsaufnahmeeinheit und Schlageinheit sind bevorzugt getrennt und über ein längeres Kabel mit die¬ sem Gehäuse verbunden, damit möglichst ortsunabhängig gemes¬ sen werden kann. Auch kann zur Erzielung einer Kompaktheit und Miniaturisie¬ rung die Elektronik der Steuer- und Auswerteeinheit wenig¬ stens teilweise in einem der Beschleunigungsaufnehmer unter¬ gebracht werden.
Die erfindungsgemässe Schlageinheit besitzt im Gegensatz zu den bisher verwendeten keine Spule mit einem durch sie be¬ schleunigbaren Schlagbolzen, sondern einen piezo-elektri- schen Schlaggeber, mit dem in bevorzugter Weise die Pulsform des Schlagpulses exakt einstellbar ist. Gute Messergebnisse werden mit einer gaussformigen Pulsform erzielt. Es lassen sich aber auch andere nahezu beliebige Pulsformen mit dem obigen Schlaggeber einstellen.
Auch kann eine Schlageinheit mit einem, in Analogie zu einem Hochtonlautsprecher nachempfundenen Anregungsmechanismus verwendet werden.
Bei der Schlageinheit sowie bei der Schwingungsaufnahmeein¬ heit kann dafür gesorgt werden, dass insbesondere bei der Messung am lebenden Knochen die Auflagestellen der Einheiten aus hygienischen Gründen mit einer auswechselbaren und/oder abwaschbaren (desinfizierbaren) Abdeckung versehen sind.
Im folgenden werden Beispiele des erfindungsgemässen Verfah¬ rens sowie der zur Durchführung des Verfahrens einsetzbaren Einheiten anhand von Zeichnungen näher erläutert. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungstext. Es zeigen:
Fig. 1 eine Skizze zur Darstellung des Ansatzes einer Schlageinheit der Anordnung zur Durchführung der Messung der Biegesteifigkeit eines balkenähnlichen Gebildes, hier des menschlichen Schienbeins (Tibia), Fig. 2 eine perspektivische Skizze der Anordnung zur Durch¬ führung der Ermittlung der Biegesteifigkeit eines balkenähnlichen Gebildes,
Fig. 3 eine perspektivische, geschnittene Darstellung der in der Anordnung gemäss Figur 2 verwendeten Schlag¬ einheit,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der in der Anord¬ nung gemäss Figur 2 verwendeten Schwingungsaufnahme¬ einheit und
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Steuer- und Auswerteein¬ heit, integriert in einen Tischrechner, wie er in der in Figur 2 dargestellten Anordnung verwendet wird.
Die in Figur 2 dargestellte Anordnung zeigt schematisch eine Schwingungsaufnahmeeinheit 1 mit acht Schwingungsaufnahme¬ elementen 3, eine Schlageinheit 5 sowie ein Gerät 7 mit einer Tastatur 9 und einem Bildschirm 10. Das Gerät 7 ist an eine Stromversorgungseinheit 11 angeschlossen, mit der ein im Gerät befindlicher elektrischer Energiespeicher aufladbar ist. Schwingungsaufnahmeeinheit 1 und Schlageinheit 5 sind über die Kabel 13a und 13b mit dem Gerät 7 verbunden. An das Gerät kann auch ein nicht dargestelltes Datenausgabegerät angeschlossen werden.
Die in Figur 3 geschnitten dargestellte Schlageinheit 5 hat einen auf einen Schlagkopf 14 wirkenden, piezoelektrischen Kristall 15 als Schlaggeber. Der Schlagkopf 14 ist mit einer nicht dargestellten Haube zur hygienischen Abdeckung über¬ ziehbar. Die Schlageinheit 5 ist stabförmig mit Griffrillen 17 auf der Oberfläche ausgebildet, damit sie gut in der Hand liegt.
Die in einer detaillierten perspektivischen, gegenüber Figur 2 vergrösserten Darstellung in Figur 4 gezeigte Schwingungs¬ aufnahmeeinheit 1 hat an jedem Ende eines Halteelements 19 je ein Schwingungsaufnahmeelement 3. Als Schwingungsaufnah¬ meelement 3 kann z. B. ein sog. Beschleunigungsmesser der Firma Kistler Instrumente AG, Typ Piezotron verwendet wer¬ den. An den Stellen der Schwingungsaufnahmeelemente 3 ist je ein elastisches Lochband 21 angeordnet, mit denen eine Be¬ festigung am auszumessenden Gebilde erfolgt. In Figur 4 ist lediglich ein Lochband 21 am Ort des am linken Ende des Hal¬ teelements 19 angeordneten Schwingungsaufnahmeelements 3 dargestellt. Um nun jedes Schwingungsaufnahmeelement 3 mit einer definierten Kraft gegen das Gebilde, das unten aufge¬ zeigte Schienbein (Tibia) 20 drücken zu können, sind die Schwingungsaufnahmeelemente 3 pneumatisch mit einem Anpress¬ druck beaufschlagbar. In Figur 4 wird der Druck mit einer Handpumpe 23 aufgebracht, wobei der aufzubringende Druck über ein einstellbares Ventil vorgebbar ist. Zur Verstärkung der mit den Schwingungsaufnehmeelementen 3 abgenommenen Sig¬ nalen wird in bevorzugter Weise unmittelbar nach jedem Schwingungsaufnahmeelement 3 ein nicht dargestellter Vorver¬ stärker angeordnet.
Das Gerät 7 beinhaltet eine Auswerteeinheit für die mit der Schwingungsaufnahmeeinheit 1 aufgenommenen Signale und eine Steuereinheit zur "Formung" des Schlagimpulses der Schlag¬ einheit 5 und falls vorhanden zur automatischen Druckbeauf¬ schlagung der Schwingungsaufnahmeelemente 3. In der in Figur 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Gerät 7 ein tragbarer Tischrechner mit Bildschirm 10 und Tastatur 9, in die Baugruppen der Steuer- und Auswerteeinheit integriert sind.
Das in Figur 5 dargestellte Blockschaltbild zeigt lediglich die wesentlichen Baugruppen. Die von der Schwingungsaufnah¬ meeinheit 1 über das Kabel 13a übertragenen Signale der hier verwendeten acht Schwingungsaufnahmeelemente 3 werden in einem acht-Kanal-Verstärker verstärkt sowie mit einem Filter 25 für die Auswertung nicht benötigte sowie störende Fre¬ quenzbereiche herausgefiltert. Mit dem Filter 25 wird eben¬ falls die Messfensterbreite sowie die —fensteröffnungszeit eingestellt. Die derart bearbeiteten acht Signale werden in eine 8-Kanal-Sample-and-Hold-Schaltung 27 eingelesen, dann mit einer elektrischen Baugruppe 29 digitalisiert und kanal¬ weise für die weitere Auswertung abgespeichert. In einer Re¬ cheneinheit 31 sind gemäss den Ausführungen in den obigen Veröffentlichungen [1] und [2] theoretische Kurvenscharen zum Vergleich abgelegt. Als Recheneinheit 31 wird in bevor¬ zugter Weise ein tragbarer Minicomputer verwendet. Die Mess¬ fensterbreite sowie der —beginn werden nun gemäss allgemei¬ ner Fehleralgorithmem variiert, bis eine minimale Abweichung von den theoretischen Werten ereicht ist. Auch wird in Ab¬ hängigkeit dieser ermittelten Werte von der Recheneinheit 31 in Zusammenarbeit mit einer Schlagelementkontrollschaltung 32 das Ausgangssignal für die Schlageinheit 5 erzeugt. Die¬ ses Signal wird zum Antrieb des piezo-elektrischen Kristalls 15 in der Schlageinheit 5 mit einer Treiberbaugruppe 33 lei¬ stungsverstärkt. Die Einstellung und Optimierung des Aus¬ gangssignals, welches dem Schlagimpuls proportional ist, er¬ folgt durch die Treiberbaugruppe 33 in der Regel pro auszu¬ messendem Gebilde 20 nur einmal. Die zu erzeugende Pulsform hängt ferner von den über die Tastatur 9 eingebbaren Rand¬ werten, wie z. B. dem gegenseitigen Abstand der Schwingungs¬ aufnahmeelemente 3 voneinander sowie bei einem beispielswei- se annähernd rohrförmigen Gebilde, wie der Tibia, deren messbaren Durchmesser, ab. Auch wird von der Recheneinheit 31 der auf die Schwingungsaufnahmeelemente 3 optimal zu wir¬ kende Druck ermittelt und über eine Fluidleitung 34 ausge¬ hend von einer durch die Recheneinheit 31 angesteuerten Druckeinheit 35 zu den Schwingungsaufnahmeelementen 3 ge¬ führt.
Mit der Anordnung lässt sich nun die Biegesteifigkeit bal¬ kenähnlicher Gebilde mit den unterschiedlichsten Querschnit¬ ten ermitteln. D. h., es können volle und rohrförmige Quer¬ schnitte untersucht werden. Es müssen lediglich analog zu den Ausführungen z. B. in den Veröffentlichungen [1] und [2] die Kurvenscharen der Phasengeschwindigkeiten der Wellenaus¬ breitung von Biegewellen über deren Frequenz in Abhängigkeit leicht zu ermittelnder Randbedingungen abgespeichert werden. Die Phasengeschwindigkeit einer Biegewellenfrequenz mit der geringsten Abweichung von dem theoretisch berechneten Wert ergibt dann die gesuchte Biegesteifigkeit.
Bei dem hier aufgeführten Beispiel der Bestimmung der Biege- steifigkeit der Tibia wird mit einem gaussformigen Schlagim¬ puls gearbeitet, wobei ein Frequenzband zwischen 1 und 10 kHz ausgewertet wird. Bevorzugt wird jedoch zwischen 2 und 5 kHz gearbeitet. Das Messfenster wird entsprechend der Abmes¬ sungen der Tibia etwa nach 200 μs geöffnet. Messwerte werden bei einer Messfensterbreite bis zu 400 μs ausgewertet. Gute Ergebnis werden bei einer Messfensteröffnung im Bereich von 300 μs erhalten.
Bei der Durchführung der obigen Messungen ist insbesondere darauf zu achten, dass nur angeregte Biegewellen ausgewertet werden. Hierzu sollten die angeregten Wellenlängen der Wel¬ len grösser als die Querdimension und kleiner als die Längs- dimension des Gebildes sein, wie bereits oben ausgeführt wurde.
Zur Reduzierung des Messrauschens wird nicht mit Einzelpul¬ sen, sondern mit Pulszügen gearbeitet. Diese Pulszüge können nun lauter identische Pulse enthalten; es kann jedoch auch mit sich gemäss einem vorgegebenen Muster kontinuierlich än¬ dernden Pulsen gearbeitet werden.
Anstelle die Schwingungsaufnahmeeinheiten in einer Linie mit der Schlageinheit anzuordnen, können auch hierzu versetzte Anordnungen gewählt werden. Auch kann anstelle eines senk¬ recht zur Oberfläche des Gebildes aufgebrachten Schlages ein Schlag unter einem vorgegebenen Winkel ausgeführt werden. Der Versatz sowie das schräge Aufbringen des Schlages sind dann angezeigt, wenn nicht mehr Biegewellen zur Messungen verwendet werden, sondern unter Ausnützung anderer theoreti¬ scher Berechnungen und Modelle longitudinale Schwingungen und/oder Torsionswellen ausgewertet werden.
Auch kann mit den oben gemachten Ausführungen die Steifig¬ keit nicht nur balkenähnlicher Gebilde bestimmt werden, sie kann auch von Gebilden beliebigen Querschnitts ermittelt werden. Bedingung ist jedoch die Existenz eines theoreti¬ schen Modells zwischen der Übertragungsfunktion der sich im Gebilde ausbreitenden mechanischen Wellen und den mechani¬ schen Eigenschaften dieses Gebildes, insbesondere dessen Steifigkeit.
Der in der Schlageinheit erzeugte Schlagimpuls wird mit dem Schlagkopf auf das Gebilde übertragen. Die gemäss Fourier- Zerlegung auftretenden, für die Messung ausgewählten Fre¬ quenzen des Schlagimpulses sollen nun möglichst ohne Ener¬ gieverlust auf das Gebilde übertragen werden. Soll die Über- tragung auf die Tibia erfolgen, so ist leider zwischen dem Schlagkopf und der Knochenoberfläche organisches Gewebe vor¬ handen, welches den zu übertragenden Impuls dämpfen kann. Eine Übertragungsdämpfung ist dann am geringsten, wenn ein optimaler Auflagedruck vorhanden ist. Auch für den Schlag¬ kopf gelten die eingangs erwähnten Gegebenheiten betreffend einer mechanischen Impedanzanpassung. Ein optimale Auflage¬ druck kann experimentell ermittelt werden. Er sollte dann jedoch bei allen Messungen eingehalten werden. Um den Aufla¬ gedruck einzuhalten, muss der tatsächliche Druck bestimmbar sein. Wird nun der Schlagkopf aus einem elektrisch leitfähi¬ gen Gebilde hergestellt oder weist er eine elektrisch lei¬ tende Oberfläche auf, so ist der elektrische Widerstand zwi¬ schen dem Schlagkopf und dem das Gebilde umgebenden organi¬ schen Oberflächenmaterial (Haut) druckabhängig. ber die Messung der elektrischen Leitfähigkeit lässt sich nun z. B. der Auflagedruck definiert einstellen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestimmung der Wellenausbreitungseigen¬ schaften in einem räumlichen, insbesondere balken- bzw. rohrähnlichen Gebilde (20), wobei am Gebilde (20) mecha¬ nische Wellen an einer ersten Stelle angeregt, an von¬ einander und von der Anregungsstelle distanzierten Orten abgegriffen und aus diesen abgegriffenen Messwerten die Übertragungsfunktion der Wellen bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen mit einem Schlagimpuls erzeugt werden, dessen Pulsform, insbesondere Pulsbreite und Pulshöhe, derart selbsttätig gemäss einer Fourier- Synthese eingestellt wird, dass das Gebilde (20) ange¬ regte mechanische Wellen mit ausreichender Energie der¬ jenigen Frequenzen aufweist, bei denen eine Differenz zwischen einer theoretischen Dispersionsrelation und einem aus den abgegriffenen Messwerten ermittelten Wert minimal ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem unter Auswertung der Uebertragungsfunktion der Wellen die Steifigkeit des Ge¬ bildes (20) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wellenaus¬ breitungseigenschaften in einem lebenden Knochen be¬ stimmt werden bzw. die Steifigkeit des Knochens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass jeder Schlagimpuls gaussförmig ausge¬ bildet ist und insbesondere Pulszüge mit mehreren, be¬ vorzugt identischen Schlagimpulsen aufgebracht werden, wobei bevorzugt die Pulsform des Schlagimpulses zur An¬ regung von Biegewellen des Gebildes (20) derart ausge¬ bildet ist, dass eine maximale Schwingungsenergie in einer spektralen Schwingung liegt, deren Wellenlänge im Gebilde (20) 1,8 bis 4,5-mal, bevorzugt 2,7 bis 3,1-mal, grösser als die für die Schwingung relevante Querdimen¬ sion ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass aus den abgegriffenen Messwerten die Phasengeschwindigkeiten der sich ausbreitenden Wellen ermittelt und bevorzugt die Messwerte lediglich inner¬ halb eines zeitlich vorgegebenen Messfensters abgenommen werden, dessen Fensterbreite und Fensteröffnungszeit in Abhängigkeit der Differenz zwischen der theoretischen und der aus den Messwerten ermittelten Uebertragungs- funktion bzw. Steifigkeit selbsttätig verändert und ins¬ besondere derart eingestellt wird, dass keine Wellenref¬ lexionen durch die Begrenzungen des Gebildes (20) abge¬ nommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Messwerte mit wenigstens zwei insbesondere in Gebildelängsrichtung voneinander distan¬ zierten Schwingungsaufnahmeelementen (3) abgenommen wer¬ den, deren Auflagedruck gegen das Gebilde, insbesondere in Abhängigkeit der Differenz zwischen der theoretischen und der aus den Messwerten ermittelten Uebertragungs- funktion bzw. Steifigkeit selbsttätig einstellbar ist, um bevorzugt mit einer Anregung jeweils mehrere Ueber- tragungsfunktions- bzw. Steifigkeitsmessungen durchzu¬ führen, damit insbesondere die gesamte Messzeit verring¬ ert und eventuelle Phasensprünge bei der Wellenausbrei¬ tung korrigiert, bevorzugt eliminiert werden.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Schlageinheit (5), einer Schwingungsaufnahmeeinheit (1) mit wenigstens zwei Schwingungsaufnahmeelementen (3), einer eine Ausgabeein¬ heit aufweisenden Auswerteeinheit (25, 27, 29, 31) und einer Steuereinheit (32, 33), wobei die Schlageinheit (5) mit der mit der Auswerteeinheit verbundenen Steuer¬ einheit und die Schwingungsaufnahmeeinheit (1) mit der Auswerteeinheit verbunden sind, um die Pulsform, insbe¬ sondere die Pulsbreite und Pulshöhe, des mit der Schlag¬ einheit (5) aufzubringenden Schlagimpulses auf das Ge¬ bilde (20) in Abhängigkeit der Differenz zwischen theo¬ retischen, in der Auswerteeinheit (25, 27, 29, 31) über Berechnungsmodell berechneten Übertragungsfunktions- bzw. Steifigkeitswerten der sich ausbreitenden Wellen und den aus den Messwerten ermittelten durch die Steuer¬ einheit (32, 33) zu verändern.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsaufnahmeeinheit (1) mit der Steuereinheit (32, 35), insbesondere über eine Fluidleitung (34), ver¬ bunden ist, damit der Auflagedruck der in der Schwing¬ ungsaufnahmeeinheit (1) angeordneten Schwingungsaufnah¬ meelemente (3) gegen das Gebilde (20), insbesondere in Abhängigkeit der zu minimierenden Differenz zwischen theoretischer, in der Auswerteeinheit (25, 27, 29, 31) abgespeicherter und aus den Messwerten ermittelter Uebertragungsfunktion bzw. Steifigkeit einstellbar ist.
Schlageinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass sie griffelartig, gut mit der menschli¬ chen Hand haltbar ausgebildet ist sowie insbesondere einen piezoelektrischen bevorzugt einen auf einen Schlagkopf (14) wirkenden Schlaggeber (15) aufweist, mit dem ein Schlagimpuls einstellbarer Impulsform und Ener¬ gie ohne dessen mechanischer Veränderung auf das Gebilde (20) aufbringbar ist.
10. Schlageinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Druckmesseinheit zur Bestimmung des Anpressdruckes gegen das Gebilde (20) und bevorzugt eine wenigstens drei Punkte aufweisende Auflageeinheit zur lagedefi¬ nierten Auflage auf das Gebilde (20) und eine Schwenk¬ einheit, mit der den Schlagkopf (14) tragende Schlagge¬ ber (15) in seiner Schlagrichtung zur Oberfläche des Gebildes (20) definiert verstellbar ist.
11. Schwingungsaufnahmeeinheit (1) zur Verwendung in der Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Halteelement (19, 21) für die Aufnahme der Schwin¬ gungsaufnahmeelemente und deren Fixierung am Gebilde (20) und ein Verschiebeelement, mit dem jedes Schwin¬ gungsaufnahmeelement (3) gegen die Oberfläche des Ge¬ bildes (20) mit einem einstellbaren Druck pressbar so¬ wie insbesondere über eine mit einem Fluid beaufschlag¬ baren Membran oder Kolben-Zylinder-Einheit definiert verschiebbar ist.
12. Auswerteeinheit (25, 27, 29, 31) zur Verwendung in der Anordnung nach Anspruch 7 oder 8 mit einer Sample-and- Hold- und einer Analog-Digital-Wandler-Schaltungseinheit (27) für die Schwingungsaufnahmeelemente (3) einer anzu- schliessenden Schwingungsaufnahmeeinheit (1).
13. Steuereinheit (32, 35) zur Verwendung in der Anordnung nach Anspruch 7 oder 8 mit einer elektrischen Pulsform¬ einheit (32, 33), mit der die Pulsbreite und Pulshöhe eines elektrischen, insbesondere Spannungspulses, für die Schlageinheit (5) selbsttätig einstellbar ist.
14. Steuereinheit (32, 35) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Druckerzeugungseinheit (35), mit der ein Druckmittel über eine anschliessbare Fluidleitung (34) zu jedem der in der Anordnung verwendbaren Schwingungs¬ aufnahmeelemente (3) mit vorgegebenem Druck drückbar ist.
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