CN1440020A - 用于产生声波的电磁源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种用于产生声波的电磁源电路，其具有可放电高压电容(22)，该电容(22)与二极管(24)或二极管模块(31)并联。

Description

用于产生声波的电磁源电路
技术领域
本发明涉及一种用于产生声波的电磁源电路，该电路具有可放电高压电容。
背景技术
在图1中示出了一种这样的电路。该电路包括直流电压源1、一般作为无线通信间隔构成的开关部件2、高压电容3以及线圈4，该线圈4是电磁源声发生单元的一部分。该电磁源的声发生单元除了线圈4以外还具有未示出的、其上安置线圈的线圈支架，和同样未示出的绝缘地设置在线圈4上的膜片。在高压电容3通过线圈4放电时，电流I流过线圈4，由此产生电磁场，该电磁场与膜片产生相互作用。在此，该膜片推动声传播介质，由此使源压力波在作为电磁源声产生单元与声波所及物体之间的承载介质的声传播介质中传播。由于承载介质中的非线性效应，由声源压力波中能够产生例如冲击波。另外，例如在EP 0 133 665 B1中描述了一种电磁源的构造，尤其是电磁冲击波源的构造。
要使图1所示电路产生声波，就要在高压电容3通过线圈4放电的过程中得到由图2示例性示出的电压U、电流I和电流I平方(I2)的曲线，为此，通过开关部件2产生短路。曲线5表示通过线圈4的电压的曲线，而曲线6表示流过线圈4的衰变电流I，如已所述，该电流是产生声波的原因。曲线7表示电流I的平方。
由电磁冲击波源所产生的声波与电流I的平方成正比。因此如从图2所示的电流I平方所看到的，在高压电容3的放电过程中，由第一声源压力脉冲(第一最大值)得到第一声源压力波，并继续由正的声源压力脉冲的衰减序列得到声源压力波。如已所述，由于承载介质中的非线性效应和通常通过公知的声聚焦镜实现的非线性聚焦，可使第一源压力波和随后的源压力波形成具有陡升的正分量和随后拉长的所谓负压槽的冲击波。
冲击波例如可用于非侵入式破碎患者体内的结石，例如破碎肾结石。对准肾结石的冲击波起到在肾结石上产生裂纹的作用。最终肾结石破碎并因此可以通过人体的自然途径排出。
在此，由第一源压力脉冲产生的第一冲击波在很大程度上用于使结石中体积裂变的裂纹扩大。由于第一冲击波负压槽所引起的急剧增加的晶核率，随后的冲击波则只导致作用于表面的形成空穴过程，这种过程甚至可能伤害人体组织。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分提到的电路，以改善声波的产生。
按照本发明，上述技术问题是通过一种用于产生声波的电磁源电路解决的，该电路具有可放电的高压电容，在电容上并联二极管或二极管模块，其中，高压电容的充电电压加在该二极管或二极管模块的截止方向上。在此，该二极管模块可以具有二极管的串联或并联电路。通过对高压电容并联二极管或二极管模块可在高压电容放电时实现第一源压力脉冲在时间上的延长。此外，随后的衰减的源压力脉冲由于二极管阻抗会强烈地衰减。在此，这种衰减可以大到足以使随后的源压力脉冲完全消失。通过第一源压力脉冲在时间上的延长，将产生更加强大的第一声波，例如在产生冲击波时，即产生一个更加强大的第一冲击波，由此得到用于使结石分裂的更强烈的体积裂变作用。由于在第一源压力脉冲后只有很少较弱的或者根本没有源压力脉冲，还可以避免由在第一冲击波后的后续源压力脉冲所引起的冲击波造成的对人体组织有损伤的空穴形成。此外，通过由二极管或二极管模块所限定的更小的极转换电压使高压电容的使用寿命延长。另外，这种产生冲击波的形式只产生微弱的可听见声波，因此减小了噪声。在产生冲击波时对产生可听见声波起关键作用的是电流平方曲线下的总面积，即电流平方对时间的积分。这一点在本发明的情况下由于通常衔接在第一源压力脉冲后面的源压力脉冲的消失而减小。
按照本发明的一种变型，该电路具有一个包含一个或多个优选为串联的闸流晶体管的开关部件，其中，在高压电容上并联长断开时间的大电流二极管或具有至少两个长断开时间的大电流二极管的二极管模块。按照本发明的另一变型，该二极管模块具有长断开时间的大电流二极管串联电路。
在此，具有长断开时间的大电流二极管可以理解为公知的功率二极管，其断开时间或者积聚时间在μs范围内。与此相反，小信号二极管的断开时间约为10至100ns，而极快速的二极管，如FRED或肖特基二极管的断开时间在100ps数量级。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施方式。附图中：
图1为公知的用于产生声波的电路，
图2为在图1所示电路中的高压电容放电期间电压U、电流I和电流I平方的时间变化曲线，
图3为电磁冲击波源，
图4为按照本发明的用于产生冲击波的电路，
图5为图4所示电路中的高压电容在放电期间的电压U’、电流I’和电流I’平方的时间变化曲线，
图6为按照本发明的另一电路，该电路具有作为开关部件的闸流晶体管串联电路。
具体实施方式
图3以局部剖面图和局部框图的形式示出了治疗头10形式的电磁冲击波源，在所示实施方式中治疗头是未详细示出的碎石器械的组成部分。治疗头10具有以11表示的公知的按照电磁原理工作的声发生单元。该声发生单元11具有在图3中未示出的线圈支架、设置在该线圈支架上的平面线圈和相对于该平面线圈绝缘的金属膜片。为了产生冲击波，该膜片通过与线圈的电磁相互作用撞击以12表示的声传播介质，由此使源压力波传进声传播介质12。该源压力波通过声透镜13聚焦到聚焦区F，其中，源压力波在其在声传播介质12中传播期间，以及在导入患者P体内以后陡升成冲击波。在图3所示实施方式的情况下，该冲击波用于使患者P的肾N中的结石S裂变。
该治疗头10配置有操作和供电单元14，其除平面线圈以外包括图4所示的按照本发明的用于产生声波的电路。在此，该操作和供电单元14通过图3所示的连接导线15与包含平面线圈的声发生单元11电连接。
图4所示的用于产生声波的电磁冲击波源具有直流电压源20、开关部件21、高压电容22和治疗头10的电磁声发生单元11的平面线圈23。此外，按照本发明，对高压电容22直接并联二极管24，其中，二极管24连接在对高压电容22充电的截止方向上。下面借助于图5描述按照本发明的用于产生冲击波的高压电容22放电电路的优点，图5示出了电压U’的曲线25、电流I’的曲线26和电流I’的平方的曲线27。在此，图1和图4所示的电路在相同的边界条件下工作。如同将图5与图2进行比较可以看到的，电流I’平方的曲线只具有一个最大值，并然后随时间连续衰减，同时，电流I’平方下的面积相对于图2中电流I平方的第一最大值下的面积变大。因为通过声发生单元11产生的声源压力波与电流I’平方成正比，所以由图5可以明显看出，借助于图4所示的电路产生一个加强的第一冲击波，由此又强化了体积裂变，即改进了对肾N中结石S的破碎作用。此外，由于电流I’平方的曲线27再没有其它的最大值，这意味着这个事实，即除了该第一源压力波没有出现其它陡升冲击波的源压力波，因而按照本发明产生冲击波不会产生如公知方法在产生冲击波时那样由于衔接在第一冲击波后的冲击波发生有损于人体组织的形成空穴过程。此外，由于二极管24所限定的减小高压电容22的极转换电压而延长了高压电容22的使用寿命。另一优点是在产生冲击波时减少了可听见声波的产生，因为在这种产生冲击波的过程中，对产生可听见声波起决定作用的电流I’平方曲线下的总面积比电流I平方曲线下的总面积小。
图6示出了按照本发明的第二种用于产生电磁冲击波源的电路，它与图4所示电路的不同之处在于，在示意性示出的开关部件30中设置了公知的闸流晶体管串联电路，并同样示意性示出了具有长断开时间大电流二极管串联电路的二极管模块31，其直接并联在高压电容22上。图6中示出的电路基本与图4所示的电路一样地工作，并同样具有本发明的如图5所示的图4中电路的上述优点。

Claims (3)

1.一种用于产生声波的电磁源电路，其具有一可放电高压电容(22)，该电容(22)与二极管(24)或二极管模块(31)并联。
2.如权利要求1所述的电路，其具有一个包含一个或多个闸流晶体管的开关部件(30)，其中，在所述高压电容(22)上并联一个具有长断开时间的大电流二极管，或一个具有至少两个具有长断开时间的大电流二极管的二极管模块(31)。
3.如权利要求2所述的电路，其中，所述二极管模块(31)具有一具有长断开时间的大电流二极管串联电路(31)。
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