CN1248654C - 冲击波源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于产生冲击波的冲击波源(1)，该冲击波源具有一个线圈支架(2，21至26)、一个线圈(3)和一个与线圈(3)绝缘分开的薄膜(4)，该线圈支架(21至26)由一种抑制波生成和/或阻尼波传播的材料制成，以便在产生冲击波时减小可听见声波的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生冲击波的冲击波源，该冲击波源具有一个线圈支架、一个线圈和一个与线圈绝缘分开的薄膜。
背景技术
上述形式的电磁冲击波源例如在医疗领域中用于非侵入地破碎病人体内结石，例如破碎肾结石。具有上述冲击波源的冲击波是通过向设置在线圈支架上的线圈施加瞬时高压脉冲来实现的。由于线圈和与其绝缘分开的金属膜之间相互的电磁作用，金属膜被线圈撞入到位于冲击波源与病人之间的水巷里，由此受阻尼的正弦波在作为载体的水巷里在冲击波源与病人之间传播。最后通过非线性效应在载体水中产生冲击波。受阻尼的正弦振动具有约150至200kHz的基频，基频通过冲击波源的电特性来确定。正弦波位于人的听觉范围以外。
此外在用电磁冲击波源产生冲击波时也出现声波，它在结构与功能上如同例如《Siemens Forschungs-und Entwicklungsbericht》，15，1986，Nr.4，(西门子公司研究与发展论文集1986年第15卷第4期)第187至194页中由H.Reichenberger，G.Naser所撰写的“Elektromagnetic AcousticSource for the extracorporeal Generation of Shock Waves in Lithotripsie(用于在碎石术中体外产生激波的电磁声源)”中描述的那样。随着正弦波在水巷里传播的同时，冲击波沿相反方向在通常由陶瓷构成的线圈支架里传播，其首先可将轴向传播的波转换成径向波或扁平波。此径向波或扁平波引起线圈支架作这样的振动，从而产生人们听觉范围(即低于20kHz)的低频声波。由于线圈支架高度对称的几何形状，即线圈支架通常具有与其纵轴相垂直的圆形横截面，通过在线圈支架边缘的反射形成同相位的径向波和扁平波叠加，由此产生具有使病人和医疗人员非常不舒适的声电平的声波。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供本说明书开始部分所述的那一类冲动波源，使其在产生冲击波时减少可听见声波的产生。
按照本发明，上述技术问题通过采用下述冲击波源来解决：该冲击波源具有一个线圈支架、一个线圈和一个与线圈绝缘分开的薄膜，其中线圈支架由一种抑制波生成和/或阻尼波传播的材料制成。与例如在德国专利申请公开说明书DE3502770A1或DE3505855A1中描述的由陶瓷材料制成的线圈支架不同，通过由抑制波生成和/或阻尼波传播的材料制成的线圈支架在产生冲击波时使声波的产生明显减小，因为在线圈支架方向上不仅具有大约100至300kHz之间基频的高频声波的轴向传播被阻尼，而且其转换成低频的径向波或扁平波(也就是使线圈支架激振的径向波或扁平波的生成)和其传播也明显减小。因而，线圈支架较少被激振，并且在产生冲击波时产生极少的声波。
本发明的一种改进是，抑制波生成和/或阻尼波传播的线圈支架材料具有低于100、最好低于50的机械振动品质因数。此机械振动品质因数表示材料振动能力的尺度。与此相比目前用于线圈支架的陶瓷材料具有约1000的振动品质因数。
在本发明进一步的实施方式中，线圈支架的材料具有橡胶或合成树脂。线圈支架可以完全由橡胶或合成树脂制成。按照本发明的一种改进，如橡胶或合成树脂这样的材料最好掺入不导电的颗粒，以得到非均质材料，这种非均质材料一般比均质材料更好地抑制波生成和/或阻尼波传播。按照本发明的另一种改进，颗粒由比抑制波生成和/或阻尼波传播的材料更硬的材料制成。通过这种方法使线圈支架达到较高的强度，从而具有较好的尺寸稳定性。
在本发明的另一实施方式中，抑制波生成和/或阻尼波传播的材料是泡沫塑料。一种合适的泡沫塑料如纯-硬泡沫，象由Stuttgart(斯图加特)Fa.IVPU Industrieverband，Polyurethan-Hartschaum e.V.(IVPU聚胺脂-硬泡沫注册工业协会)所销售的那样。
按照本发明的另一种改进，抑制波生成和/或阻尼波传播的材料具有蜂窝结构，其中这种改进所采用的材料是塑料或胶纸板。蜂窝结构可以具有规则的和/或不规则的多边形。一种由塑料或胶纸板制成的具有蜂窝结构的合适材料例如是由Unternehmensgruppe Euro-Composites，Zone Industielle，Luxemburg(卢森堡工业区欧洲合成企业集团)销售的。由这种具有蜂窝结构的材料制成的线圈支架明显地减少了低频波的生成，并明显地阻尼低频和高频波的传播，由此在产生冲击波时明显地减小了声波的产生。
在本发明的又一个实施方式中，该线圈支架具有一纵轴，其中该线圈支架这样构成，使该线圈支架与纵轴相垂直的横截面具有非圆形的轮廓。按照本发明这一实施方式，舍弃了线圈支架的高度对称性，这种高度对称带来了缺陷，使得在产生冲击波过程中形成的径向波或扁平波通过在线圈支架边缘上的反射同相位地叠加，由此产生较高声电平的声波。通过舍弃这种高度对称至少减少了尤其是径向波和扁平波的同相位叠加，从而也减少了高声电平声波的产生。
本发明的另一种改进是，线圈支架的横截面可以具有多拐角的轮廓、一种可具有多拐角和圆角的不规则延伸轮廓，或者一种可具有拐角和圆角的规则延伸的非圆形轮廓，如同已经提到的，由此防止或至少明显地减少同相位的叠加。
在本发明的另一种改进结构中，该线圈支架具有一外缘表面、一朝向线圈的第一端表面和一背向线圈的第二端表面，其中第二端表面是不平的。按照本发明的进一步改进，第二端表面具有凹陷和/或隆起，凹陷和隆起可以是圆形或角形的，最好是不规则的。通过第二端表面的这种结构可以明显地减少轴向传播波向径向波或扁平波的转换。此外可以减少径向波或扁平波的同相位叠加，从而减少线圈支架的激振，并由此明显地减少声波的产生。
附图说明
下面结合示意的附图对本发明的实施方式作出说明：
图1和2为一个具有一线圈支架的电磁冲击波源的结构示意图，
图3至8为图1和2所示冲击波源线圈支架的本发明的各种实施方式。
具体实施方式
在图1中以非常简化的方式示出公知电磁冲击波源1的结构。该冲击波源1具有一个在所示实施方式中的圆盘形线圈支架2、一个扁平线圈3和一个金属薄膜4。为了清楚地给出冲击波源的结构，在图1中将线圈支架2、扁平线圈3和薄膜4相互分开表示。如图2所示，在冲击波源1的运行状态扁平线圈3贴靠在线圈支架2上，并通过在图1中未示出的绝缘薄膜5与金属薄膜4绝缘地分开。产生冲击波时瞬时高压脉冲施加在位于线圈支架2上的扁平线圈3上。由于扁平线圈3和与其绝缘分开的薄膜4的电磁相互作用，这一薄膜被撞进在图1和2中没有明确示出的声学传播介质，其中通常都与水有关。这样，产生一种通过传播介质水可以导入病人体内的冲击波。
如同上面已经提到的，因为在通过这种电磁冲击波源产生冲击波的时候也产生带有使人不舒服的声电平的声波，本发明建议用抑制生成低频波和/或对高频和低频波传播产生阻尼的材料来制成线圈支架，从而使线圈支架不激振或至少以急剧减小的方式激振，因此在产生冲击波时不产生声波或至少明显减小声波的出现。对此，该材料应当具有低于100、最好低于50的机械振动品质因数。
在图3至5中示出由这种抑制波生成和/或阻尼波传播的、并具有低于50的振动品质因数的材料制成的线圈支架21至23。在图3中所示的线圈支架21由橡胶或合成树脂制成，并掺入硬的、不导电的颗粒10。该颗粒在所示实施方式中由氧化钨或陶瓷制成，这些材料比橡胶或合成树脂具有更高的硬度。该颗粒一方面用于提高线圈支架21的强度和保持线圈支架尺寸的稳定性，而另一方面为了形成通常在抑制波生成和阻尼波传播方面比橡胶或合成树脂更好的非均质材料。
在图4中示出由泡沫塑料制成的线圈支架22。在所示实施方式中泡沫塑料为本身作为隔热材料使用的纯-硬泡沫(Pur-Hartschaum)。但是纯-硬泡沫也适合作为线圈支架材料，因为在产生冲击波时在线圈支架22中抑制波的生成和阻尼波的传播，从而与由陶瓷制成的线圈支架相比，在产生冲击波时明显地减少了声波的产生。
在图5中示出由具有蜂窝结构材料制成的本发明线圈支架的第三种实施方式。这种具有蜂窝结构的材料可以由塑料、胶纸板或其它材料制成。这种具有蜂窝结构的材料例如由Unternehmensgruppe Euro-Composites，Luxemburg(卢森堡欧洲合成企业集团)销售。由这种材料制成的线圈支架23也可以抑制波的生成和阻尼波的传播，因此在用一个具有线圈支架23的冲击波源产生冲击波时仅以明显减小的比例产生可听见的声波。此外，蜂窝结构可以具有规则的多边形，即三角形、四边形或如图所示的正六边形，也可以具有不规则的多边形，这可以理解为具有不规则延伸棱边的多边形。
在图6至8中示出由已描述过的材料制成的本发明其他实施方式的线圈支架24至26。线圈支架24和25的特点是，在其结构上舍弃了线圈支架的高度对称性。由图1的线圈支架2可观察到，该线圈支架具有一纵轴20。线圈支架2以该纵轴为基准具有高度的对称性。该线圈支架2任一与纵轴成直角的横截面具有圆的轮廓，即高度对称的轮廓。当横截面、即该线圈支架围绕纵轴20旋转时，其外轮廓在线圈支架的俯视图上没有变化。这会造成在产生冲击波期间形成的径向波或扁平波的同相位叠加，并由此产生高声电平的低频声波。
为了增加对声波的阻尼，本发明建议这样构成线圈支架，使该线圈支架与纵轴20相垂直的横截面具有非圆的轮廓，从而该横截面或线圈支架绕纵轴20作任何一次转动的最终轮廓通常不与初始轮廓重叠，这可从横截面或线圈支架的俯视图上看出。
图6所示的线圈支架24这样构成，与纵轴20相垂直的任意横截面具有非圆的轮廓，在所示情况中为具有拐角的轮廓。通过这种方法尤其能够防止，在形成径向波或扁平波时这些波在线圈支架24的边缘上反射时形成使波强化并因此产生强化声波的同相位叠加。线圈支架24这样来构成，使其只有在围绕纵轴20转动360°时，最终轮廓才对应于初始轮廓。
图7中示出了其与纵轴20相垂直的横截面具有规则八边形轮廓的线圈支架25。尽管轮廓是规则的，但是通过舍弃圆形轮廓也能够减小扁平波或径向波的叠加。然而如图6所示的不规则延伸轮廓在避免这样的叠加方面还是比图7所示的这种线圈支架结构更加有效。
此外，与纵轴20相垂直的横截面轮廓不必仅具有拐角，还可以具有圆角。
按照本发明线圈支架的另一种实施方式，圆盘形线圈支架背向扁平线圈3的端表面是不平的。在图8中示出本发明线圈支架26沿纵轴20的断面。由图8可以看出，面对扁平线圈3、且将扁平线圈3置于其上的端表面30是平的。与此相反，该线圈支架26背向扁平线圈3的第二端表面40是不平的，在所示情况下具有明显的凹陷和隆起。该凹陷和/或隆起最好是不规则的。优选该凹陷和/或隆起在整个表面上延伸。这样就实现在产生冲击波时沿线圈支架26纵轴方向传播的波至少以减小的比例转换成扁平波或径向波。此外，还可以实现没有或只有极少的、会使线圈支架产生振动的轴向传播波同相位叠加。通过这种方法也可以在产生冲击波时明显地减小可听见声波的产生。
上面在图3至8中相互独立地示出并描述了按照本发明的电磁冲击波源的线圈支架新结构。然而线圈支架的不同结构也可以以任意的方式相互组合。例如线圈支架可以由纯-硬泡沫制成，在俯视图上具有不规则多边形轮廓，且其背向扁平线圈的第二端表面具有凹陷和隆起。以同样的方法可以毫无问题地形成在图3和8中所述本发明的线圈支架结构的其它组合。
此外线圈支架不必一定是圆盘形的。对于线圈同样不必只是扁平线圈。
Claims (15)
1.用于产生冲击波的冲击波源，具有一个线圈支架(2，21至26)、一个线圈(3)和一个与线圈(3)绝缘分开的薄膜(4)，其中线圈支架(21至26)由一种抑制波生成和/或阻尼波传播的材料制成。
2.按照权利要求1所述的冲击波源，其抑制波生成和/或阻尼波传播的材料具有低于100的机械振动品质因数。
3.按照权利要求1或2所述的冲击波源，其中所述材料具有橡胶或合成树脂。
4.按照权利要求1或2所述的冲击波源，其中所述材料掺入颗粒(10)。
5.按照权利要求4所述的冲击波源，其中所述颗粒(10)由比抑制波生成和/或阻尼波传播的材料更硬的材料制成。
6.按照权利要求1所述的冲击波源，其中所述材料为泡沫塑料。
7.按照权利要求1所述的冲击波源，其中所述材料具有蜂窝结构。
8.按照权利要求7所述的冲击波源，其中所述蜂窝结构具有规则的或不规则的多边形。
9.按照权利要求7或8所述的冲击波源，其中所述具有蜂窝结构的材料包含有塑料或胶纸板。
10.按照权利要求1或2所述的冲击波源，其线圈支架(2，21至26)具有一纵轴(20)，其中所述线圈支架(24，25)这样构成，使该线圈支架(24，25)与纵轴(20)相垂直的横截面具有非圆形的轮廓。
11.按照权利要求10所述的冲击波源，其中所述线圈支架(24，25)的横截面具有带拐角的轮廓。
12.按照权利要求10所述的冲击波源，其中所述线圈支架(24，25)的横截面具有一不规则延伸的轮廓，或者一规则延伸但非圆形的轮廓。
13.按照权利要求1或2所述的冲击波源，其线圈支架(26)具有一外缘表面、一朝向线圈(3)的第一端表面(30)和一背向线圈(3)的第二端表面(40)，其中第二端表面(40)是不平的。
14.按照权利要求13所述的冲击波源，其第二端表面(40)具有凹陷和/或隆起。
15.按照权利要求14所述的冲击波源，其中第二端表面(40)的凹陷和/或隆起是不规则的。
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