CN1248653C - 冲击波源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冲击波源(1)，它包括一个具有一纵轴线(20)的线圈架(2、21至26)、一个线圈(3)和一个与线圈(3)绝缘地分开的用于产生冲击波的薄膜(4)。所述线圈架(2、21至26)具有一外表面、一个面朝线圈(3)的第一覆盖面(30)和一个背对线圈(3)的第二覆盖面(40)。为了在产生冲击波时减弱低频声波的发生，将线圈架(21、22)设计为，使线圈架(24、25)的一个垂直于纵轴线(20)的横截面有一个非圆的轮廓。若线圈架(23)的第二覆盖面(40)设计为凹凸不平，也可达到在产生冲击波时减弱发生可听声波的目的。

Description

冲击波源
技术领域
本发明涉及一种冲击波源，它包括一个线圈架、一个线圈以及一个与线圈绝缘地分开用于产生冲击波的薄膜。
背景技术
前言所述类型的电磁式冲击波源，例如在医学上用于病人体内结石非入侵式破碎，例如破碎肾结石。借助这种冲击波源产生冲击波按这样的方式进行，即，在装在线圈架上的线圈上加一短时高压脉冲。由于线圈与相对于它绝缘地分开的金属薄膜之间电磁的相互作用，薄膜被线圈推斥到一个处于冲击波源与病人之间的水巷道(Wasserstrecke)内，因此，经阻尼的正弦波在发射到冲击波源与病人间作为载体介质的水巷道内。最后，由于在载体介质水中的非线性效应产生冲击波。经阻尼的正弦振荡的基本频率约150至200KHz，它由冲击波源的电特性决定。这些正弦波处于人的可听范围之外。
当借助例如在H.Reichenberger、G.Naser的文章“ElektromagneticAcoustic Source for the Extracorporeal Generation of Shock Wave inLithotripsie”(Siemens Forschungs-und Entwicklungsberichte，15，1986，Nr.4，187-194页)中所介绍的包括其结构和功能的电磁式冲击波源产生冲击波时，同时也产生声波。也就是说，在发射正弦波到水巷道内的同时，这些波沿反方向进入通常用陶瓷制的线圈架内，这些起先沿轴向传播的波可改变为径向波或平波(Plattenwellen)。这些径向波和平波激发线圈架按这样的方式振动，即产生人可听范围内的低频声波，亦即在20KHz以下的声波。由于线圈架高度对称的几何形状，亦即线圈架通常有一个被其纵轴线垂直地贯穿的圆形横截面，因而通过在线圈架边缘上的反射，引起同相叠加径向波和平波，从而形成具有对病人和医务人员而言很不舒服的声平的声波。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是对前言所述类型的冲击波源进行改造设计，使得在产生冲击波时减弱可听声波的发生。
为达到上述目的采用一种冲击波源，它包括一个有纵轴线的线圈架、一个线圈和一个与线圈绝缘地分开的用于产生冲击波的薄膜，按照本发明，该线圈架被设计成，使线圈架的一个垂直于其纵轴线的横截面有一个非圆的轮廓。
按照本发明对线圈架的这种改造设计意味着背弃线圈架的高度对称性，这种高度对称性带来的缺点是，在产生冲击波的过程中形成的径向波或平波，通过在线圈架边缘上反射同相叠加，从而激发线圈架强烈振动，并因而产生有较高声平的声波。通过背弃这种高度对称性，至少减少了尤其径向波和平波的同相叠加，因此也减弱了具有高声平的声波的发生。
本发明的方案规定，线圈架的横截面可有一种带角的轮廓、一种不规则变化的可包括角和倒圆的轮廓、或一种规则变化的可包括角和倒圆的非圆轮廓，因此如已提及的那样，防止或至少明显减少径向波或平波同相的叠加。
按照本发明，上述目的还可通过另一种冲击波源实现，该冲击波源包括一个线圈架、一个线圈和一个与线圈绝缘地分开用于产生冲击波的薄膜，它的线圈架有一外表面、一个面朝线圈的第一覆盖面以及一个背对线圈的第二覆盖面，其中第二覆盖面设计为表面凹凸不平。通过第二覆盖面的这种设计，可明显减少沿轴向传播的波转变为径向波或平波。此外可减少径向波或平波的同相叠加，所以减少了导致线圈架振动的激励，并因此显著减弱了声波的发生。
按本发明的方案，第二覆盖面有凹陷和/或隆凸，它们可含有圆的或棱角的形状并优选地是不规则的。
按本发明的一项实施形式，线圈架附加地用一种抑制波的形成和/或传播的材料制成。与例如在DE 3502770A1或DE 3505855A1中所说明的那样用一种陶瓷材料制的线圈架不同，采用由一种抑制波的形成和/或传播的材料制的线圈架，附加地减少了在产生冲击波的同时发生声波，因为不仅抑制了主频率在约100与300KHz之间的高频波沿线圈架的方向的轴向传播，而且也显著减少了它们转变为低频的径向波或平波，亦即显著减少形成会激发线圈架振动的径向波或平波，以及显著减少了它们的传播。因此线圈架较弱地被激发振动，并因而在产生冲击波时发生的声波也明显较弱。
本发明的一个方案规定，抑制波的形成和/或传播的线圈架材料的机械振动品质因子(Schwingguete)低于100，优选地低于50。在这里，机械振动品质因子是材料振动特性的一种度量。与之相比，迄今用作线圈架的陶瓷材料其振动品质因子约1000。
本发明的一实施形式规定，用于线圈架的材料有橡胶或合成树脂。线圈架也可以完全用橡胶或合成树脂制成。接本发明的方案，所述材料亦即例如橡胶或合成树脂，在这里优选地掺有不导电的颗粒，以便获得一种不均匀的材料，与均匀的材料相比，这种不均匀的材料通常能更好地抑制波的形成和/或传播。按本发明的另一个方案，颗粒用一种有比抑制波的形成和/或传播的材料更高硬度的材料制成。以此方式使线圈架获得更高的强度并因而更高的尺寸稳定性。
本发明的另一种实施形式规定，抑制波的形成和/或传播的材料是一种发泡的塑料。一种恰当的发泡塑料例如是Pur牌硬泡沫塑料，如由已在德国斯图加特登记注册的IVPU Industrieverband，Polyurethen Hartschaum公司所销售的那种。
按本发明的另一个方案，抑制波形成和/或传播的材料有一种蜂窝结构，在这种情况下按本发明的一种方案材料是塑料或硬纸。在这里，蜂窝结构可有规则和/或不规则的多角形。一种适用的有蜂窝结构由塑料或硬纸构成的材料例如由卢森堡的Unternehmensgruppe Euro-Composites，Zone Industrielle公司所经销。用这种有蜂窝结构的材料制的线圈架同样能显著减少形成低频波，以及显著抵制低频和高频波的传播，因此在产生冲击波的同时明显减弱声波的发生。
附图说明
下面借助附图所示实施方式对本发明予以详细说明，附图中：
图1和2表示具有一个线圈架的电磁式冲击波源的结构示意图；以及
图3至8分别表示图1和图2中冲击波源线圈架按本发明的不同实施形式。
具体实施方式
图1中以大大简化的方式表示一种已公知的电磁式冲击波源1的结构。此冲击波源1有一个在本实施方式的情况下圆盘状的线圈架2、一个扁平线圈3和一块金属薄膜4。为了清楚地表明冲击波源1的结构，在图1中线圈架2、扁平线圈3和薄膜4彼此分开地表示。在如图2表示的冲击波源1作好工作准备的状态下，扁平线圈3放在线圈架2上，并通过图1中没有表示的绝缘膜5与金属的薄膜4绝缘地隔开。在产生冲击波时，在装在线圈架2的扁平线圈3上加上一短时的高压脉冲。由于扁平线圈3和与它绝缘地分开的薄膜4之间电磁的相互作用，薄膜在一种图1和2中没有表示的声传播介质内被推斥，通常这种传播介质是水。以此方式产生冲击波，它可通过传播介质水传入病人的体内。
如已经在前言中提及的那样，在借助这种电磁式冲击波源产生冲击波的同时也产生有令人不舒服的声平的声波，所以按本发明建议，改变线圈架的几何形状，使得激发线圈架振动的径向波或平波没有或只有微小的同相叠加。
图3和4表示了线圈架21和22按本发明的设计。线圈架21和22的特点在于，在它们的设计中背弃了线圈架的高度对称性。观察图1所示的线圈架2，可见它有一条纵轴线20。线圈架2相对于此纵轴线20有高度对称性。线圈架2任意一个被此纵轴线垂直贯穿的横截面都有一个圆的轮廓，也就是说有一种高度对称的轮廓。因此在横截面或线圈架绕纵轴线20旋转时，在线圈架上方的俯视图中得到的是其没有任何变化的外轮廓。这有助于在产生冲击波时形成的径向波或平波的同相叠加，并因而可能产生有高声平的低频声波。
因此按本发明建议将线圈架设计为，使线圈架垂直于其纵轴线20的横截面有非圆的轮廓，因此，通过横截面或线圈架绕纵轴线20任意旋转，其最终轮廓通常都与起始的轮廓不一致，这一点通过在横截面或线圈架上方对其的俯视中可以看出。
在图3中表示的线圈架21设计为，任意一个与纵轴线20垂直的横截面都有非圆的轮廓，在本实施方式中为带角的轮廓。以此方式在形成径向波或平波的情况下，这些径向波或平波不会以导致这些波同相叠加的方式在线圈架21边缘上反射，而这种同相叠加会增强这些波并因而发生更强的声波。线圈架21设计为，只有在绕纵轴线20旋转360°时，最终轮廓才与起始轮廓一致。
图4表示了一种线圈架22，它的垂直于纵轴线20的横截面具有规则的八角形轮廓。虽然此轮廓是规则的，但由于背弃了圆的轮廓仍能减少平波或径向波的叠加。不过，在图3中表示的那种不规则变化的轮廓，在避免这种波的叠加方面比图4所示的线圈架更高效。
此外，所述垂直于纵轴线20的横截面的轮廓不必只有角，而是也可以有倒圆。
按本发明另一种的线圈架设计，圆盘状线圈架背对扁平线圈3的覆盖面设计为凹凸不平。图5表示了本发明线圈架23沿纵轴线20方向的剖面。由图5可以看出，面朝扁平线圈3的上面装有扁平线圈3的覆盖面30设计为平的。与之相反，线圈架23背对扁平线圈3的第二覆盖面40是凹凸不平的，在本实施方式中制有明显的凹陷和隆凸。这些凹陷和/或隆凸优选地是不规则的。凹陷和/或隆凸优选地沿整个覆盖面延伸。以此方式达到在产生冲击波时，轴向沿纵轴线20方向在线圈架23内传播的波至少以被减弱的程度转变成平波或径向波。此外还实现了不发生或只少量发生沿轴向传播经同相叠加会置线圈架于振动的波。以此方式还在产生冲击波的同时明显减弱低频声波的发生。
为了在产生冲击波时进一步减少发生可听声波，还建议线圈架用一种抑制低频波的形成和/或高频及低频波传播的材料制造，使线圈架不被激发或至少以显著降低的程度被激发振动，并因而在产生冲击波时不形成或至少明显减弱地形成声波。在这里，材料的机械振动品质因子应低于100，优选地低于50。
在图6至图8中表示线圈架24至26，它们用这种抑制声波的形成和/或传播的材料制成以及其振动品质因子低于50。在图6中表示的线圈架24用橡胶或合成树脂制造并掺入不导电的硬颗粒10。在本实施方式的情况下这些颗粒用氧化钨或陶瓷制成，它们有比橡胶或合成树脂高的硬度。这些颗粒一方面用于提高线圈架24的强度和保持其尺寸稳定性，另一方面为了构成一种不均匀的材料，这种材料通常比橡胶或合成树脂本身能更有效地抑制声波的形成和传播。
图7表示用发泡塑料制的线圈架25。在本实施形式的情况下发泡塑料是Pur牌硬泡沫塑料，它原本用作隔热材料。但Pur牌硬泡沫塑料也适合用作线圈架的材料，因为它在产生冲击波时抑制在线圈架25内声波的形成和传播，所以在产生冲击波的同时发生的声波与用陶瓷制的线圈架相比明显减弱。
图8表示第三种按本发明的线圈架实施形式，它用一种有蜂窝结构的材料制成。在这里这种有蜂窝结构的材料可以是塑料、硬纸或其他材料。这种有蜂窝结构的材料例如由卢森堡的Untemehmensgruppe Euro-Composites公司经销。采用由这种材料制的线圈架26也能抑制波的形成和传播，所以在通过带有这种线圈架26的冲击波源产生冲击波时，仅以大大减轻的程度发生可听的声波。此外，蜂窝结构可有规则的多角形，亦即三角形、四角形或如在本实施方式的情况下为六角形，和/或有不规则的多角形，这种多角形指的是有不规则的棱边变化。
以上在图3至8中彼此独立地表示和说明了电磁式冲击波源的线圈架按本发明的新颖设计。但线圈架的这些不同的设计也可以按任意方式互相组合。例如，线圈架可用Pur牌硬泡沫塑料制造，在俯视图中有带角的不规则外轮廓，以及它的背对扁平线圈的第二覆盖面上有凹陷和隆凸。按同样的方式也可很容易地将图3与图8中分别说明的本发明线圈架的设计结构组合起来。
此外，线圈架并不一定必须设计成圆盘状。同样，线圈也不一定非是扁平线圈不可。

Claims (24)

1.一种冲击波源，它包括一个带有一纵轴线(20)的线圈架(2、21至26)、一个线圈(3)和一个与线圈(3)绝缘地分开的用于产生冲击波的薄膜(4)，其中，所述线圈架(21、22)被设计成这样，即，该线圈架(21、22)的一个垂直于纵轴线(20)的横截面有一个非圆的轮廓。
2.按照权利要求1所述的冲击波源，其中，所述线圈架(21、22)的横截面有一个带角的轮廓。
3.按照权利要求1或2所述的冲击波源，其中，所述线圈架(21、22)的横截面有不规则变化的轮廓或规则变化的非圆轮廓。
4.按照权利要求1所述的冲击波源，其中，它的线圈架(21至26)用一种抑制波的形成和/或传播的材料制成。
5.按照权利要求4所述的冲击波源，其中，它的抑制波的形成和/或传播的材料的机械振动品质因子低于100。
6.按照权利要求4或5所述的冲击波源，其中，所述材料有橡胶或合成树脂。
7.按照权利要求4或5所述的冲击波源，其中，所述材料中掺入颗粒(10)。
8.按照权利要求7所述的冲击波源，其中，所述颗粒(10)用这样一种材料制成，即，它有比所述抑制波的形成和/或传播的材料更高的硬度。
9.按照权利要求4所述的冲击波源，其中，所述材料是发泡的塑料。
10.按照权利要求4所述的冲击波源，其中，所述材料具有一种蜂窝结构。
11.按照权利要求10所述的冲击波源，其中，所述蜂窝结构具有规则和/或不规则的多角形。
12.按照权利要求10或11所述的冲击波源，其中，具有一种蜂窝结构的所述材料是塑料或硬纸。
13.一种冲击波源，它包括一个线圈架(2、21至26)、一个线圈(3)和一个与线圈(3)绝缘地分开的用于产生冲击波的薄膜(4)，它的线圈架(23)有一个外表面、一个面朝线圈(3)的第一覆面(30)以及一个背对线圈(3)的第二覆盖面(40)，其中，第二覆盖面(40)设计为凹凸不平。
14.按照权利要求13所述的冲击波源，其中，它的第二覆盖面(40)上有凹陷和/或隆凸。
15.按照权利要求14所述的冲击波源，其中，所述第二覆盖面(40)的凹陷和/或隆凸是不规则的。
16.按照权利要求13所述的冲击波源，其中，它的线圈架(21至26)用一种抑制波的形成和/或传播的材料制成。
17.按照权利要求16所述的冲击波源，其中，它的抑制波的形成和/或传播的材料的机械振动品质因子低于100。
18.按照权利要求16或17所述的冲击波源，其中，所述材料有橡胶或合成树脂。
19.按照权利要求16或17所述的冲击波源，其中，所述材料中掺入颗粒(10)。
20.按照权利要求19所述的冲击波源，其中，所述颗粒(10)用这样一种材料制成，即，它有比所述抑制波的形成和/或传播的材料更高的硬度。
21.按照权利要求16所述的冲击波源，其中，所述材料是发泡的塑料。
22.按照权利要求16所述的冲击波源，其中，所述材料具有一种蜂窝结构。
23.按照权利要求22所述的冲击波源，其中，所述蜂窝结构具有规则和/或不规则的多角形。
24.按照权利要求22或23所述的冲击波源，其中，具有一种蜂窝结构的所述材料是塑料或硬纸。
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