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Die
Erfindung bezieht sich auf ein medizinisches Instrument zur Behandlung
von biologischem Gewebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige
Instrumente werden dazu verwendet, den Heilungsprozess z. B. nach
Knochenbrüchen
oder bei Tendopathie durch ihre Druck- und Stoßwellenfunktionen sowie zur
Schmerztherapie im knochennahen Weichteilbereich des Stütz- und
Bewegungsapparates durch Massagefunktionen zu unterstützen.
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Zur
Behandlung von biologischem Gewebe sind medizinische Instrumente
mit einer Einrichtung zum Erzeugen von extrakorporalen Druckwellen
und mit einem Übertragungselement
zum Einkoppeln der Druckwellen in den Körper von Lebewesen bekannt.
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So
wird in
DE 298 34 944 ein
medizinisches Instrument in Form eines Handstückes vorgestellt, bei dem sich
in einem Gehäuse
ein pneumatischer Hohlzylinder mit einem darin gleitfähig angeordneten metallischen
und zylinderföhrmigen
Schlagteil befindet. Eine Zylindergrundfläche des pneumatischen Hohlzylinders
ist mit einer Druckluftzuführung
verbunden. Die andere Zylindergrundfläche des pneumatischen Hohlzylinders
schließt
mit einem pneumatischen Aufstauraum und einer in den pneumatischen Hohlzylinder
hineinragenden konischen Übertragungselement
ab. Das konische Übertragungselement
ist aus Metall und besitzt von innen nach außen betrachtet ein O-Ring,
der über
dem Umfang des konischen Übertragungselements
und zwischen diesem und dem Gehäuse
angebracht ist. Außerdem besitzt
das Übertragungselement
einen Ringbund. Zwischen dem Ringbund und der Gehäusewand
ist in axialer Richtung in einem kleinen Spalt eine Feder/Dämpfungseinheit
angeordnet. Außen
ragt das Übertragungselement
mit einer Außen
ragt das Übertragungselement
mit einer Austrittsgrenzfläche
aus dem Gehäuse
heraus.
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Durch
die Druckluftzuführung
wird pulsierende Druckluft, in Form einer Druckphase und einer drucklosen
Phase in den pneumatischen Hohlzylinder geleitet. Dabei wird in
der Druckphase das Schlagteil von seiner Ausgangslage in seine Arbeitslage
gedrückt,
wo es schlagartig auf das Übertragungselement
auftrifft und eine Druckkraft ausübt. Dadurch wird das Übertragungselement
um die Breite des Spaltes nach außen verschoben, wobei die Feder/Dämpfungseinheit
zusammengepresst wird. Gleichzeitig wird die bei der Bewegung des
Schlagteils verdrängte
Luft aus dem pneumatischen Hohlzylinder in den pneumatischen Aufstauraum
gedrückt und
zusammengepresst. Dabei dient der über den Umfang des Übertragungselements
angeordnete O-Ring zur Abdichtung der Druckluft im pneumatischen
Hohlzylinder.
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In
der nun folgenden drucklosen Phase liegt in der Luftzuführung keine
Druckluft an. Damit ist der Luftdruck im Aufstauraum größer als
der Luftdruck in der Luftzuführung,
wodurch das Schlagteil wieder in seiner Ausgangslage gedrückt wird.
Nun fehlt auch die auf das Übertragungselement
wirkende Druckkraft, so dass das Übertragungselement durch die Feder/Dämpfungseinheit
wieder zurück
in seine Ausgangsposition geschoben wird.
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Dieser
Gesamtvorgang wird mit einer hohen Frequenz wiederholend ausgeführt, so
dass eine Druckwelle entsteht. Bei der Anwendung des medizinischen
Instruments wird das Handstück
so gehalten, dass die Austrittsgrenzfläche rechtwinklig auf die Oberfläche eines
biologischen Gewebes aufliegt. Nun wird die Druckwelle über die
Austrittsgrenzfläche
des Übertragungselements
auf ein biologisches Gewebe übertragen.
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Nachteilig
ist, dass das zylinderförmige Schlagteil
aus Metall besteht. Naturgemäß besitzt dann
das Schlagteil auch eine relativ große Eigenmasse, die eine hohe
Bewegungsenergie benötigt. Wegen
der hohen Eigenmasse des Schlagteils muss auch die Feder-/Dämpfereinheit
mit einer starken Federkraft ausgestattet sein, um die hohe Bewegungsenergie
ausreichend abzufangen. Daher verbraucht die hohe Eigenmasse des
Schlagteils und die hohe Federkraft der Feder-/Dämpfereinheit sehr viel Bewegungsenergie,
die der Einkopplung von Energie in das biologische Gewebe verloren
geht. Das wirkt sich negativ auf den energetischen Wirkungsgrad
des medizinischen Instrumentes aus.
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Nachteilig
ist auch, dass das massive Schlagteil beim Auftreffen auf das Gehäuse in der Rückbewegung
hohe Belastungen verursacht und starke Geräusche entwickelt. Diese hohen
Belastungen führen
damit zu einer kurzen Lebensdauer des medizinischen Instrumentes.
Der frühzeitige,
betriebsbedingte Ausfall kann nur durch eine noch stabilere Fertigung
kompensiert werden, wodurch sich aber die Herstellungskosten erhöhen.
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Durch
die hohen Belastungen wird auch die Feder/Dämpfungseinheit frühzeitig
ihre Elastizität verlieren.
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Außerdem bedingen
die hohen Eigenmassen der Teile auch eine relativ hohe Gesamtmasse, was
den Einsatz des medizinischen Instruments erschwert. Es ist damit
unhandlich. Wegen der hohen Eigenmassen treten bei der Handhabung
des Instrumentes starke Vibrationen auf, die in der Hand des Bedieners
zu Irritationen und Verkrampfungen führen. Die damit verbundene
schlechte Handhabung des medizinischen Instrumentes lässt nur
sehr kurze Benutzungszeiten zu.
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Ein
weiserer Nachteil des medizinischen Instruments ist die aus der
Gesamtmasse und dem Bewegungsablauf des Übertragungselementes resultierenden
harten Stoßfunktionen,
die ungedämpft
an das biologische Gewebe abgegeben wird. Dadurch kommt es vor allem
bei der Anwendung auf Hautflächen über Knochenpartien
zu Rötungen
und leichten Schwellungen.
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Zur
Beseitigung dieser Nachteile wurde in der
DE 19929112 bereits vorgeschlagen,
dass das Übertragungselement
hohl ist und innen eine mit einer Flüssigkeit gefüllte zylinderförmige Druckkammer aufweist.
Dabei ist die in Richtung Schlagteil zeigen de Grundfläche des Übertragungselementes
aus Metall und die in entgegengesetzter Richtung zeigende Grundfläche mit
einer Membran ausgeführt.
Außerdem
ist das Übertragungselement
kraftschlüssig
mit dem Gehäuse
des medizinischen Instruments verbunden.
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Wie
in bisher bekannter Form wird das Schlagteil durch Druckluft beschleunigt
und schlägt auf
die metallische Grundfläche
des Übertragungselementes
auf. Dabei wird eine Druckwelle in die Flüssigkeit des Übertragungselementes
induziert, die sich von der Einschlagseite bis zur gegenüberliegende
Seite des Übertragungselements
ausbreitet. Hier wirkt die Druckwelle auf die Membran und kann ausgangsseitig
in ein an die Membran anliegendes biologisches Gewebe eingekoppelt
werden.
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Nachteil
dieser Erfindung ist aber, dass die Membran während des Einsatzes hohen Belastungen
ausgesetzt ist. Dadurch ist die Lebensdauer der Membran stark begrenzt,
so dass sie nach relativ kurzer Betriebsdauer ersetzt werden muss,
was unnötig hohe
Instandhaltungskosten verursacht. Außerdem besteht die Gefahr,
dass während
der Behandlung Undichtigkeiten auftreten oder die Membran sogar platzt
bzw. einreißt.
Dann kann die Flüssigkeit
aus dem Übertragungselement
ausfaulen und auf das biologische Gewebe gelangen. Deshalb müssen besondere
Anforderungen an diese Flüssigkeit
gestellt werden. So soll die Flüssigkeit
die Ausbreitung der Druckwellen möglichst wenig behindern und
bei Kontakt für
ein biologisches Gewebe unschädlich
sein. Das macht diese Flüssigkeit
teuer. Auch erfordert das Dichtheitsproblem hohe Anforderungen an
die Verarbeitung des Übertragungselements,
was die Herstellungskosten erhöht.
Wegen dieser Nachteile haben sich solche Instrumente in der Praxis
nicht durchgesetzt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den energetischen Wirkungsgrad
eines gattungsgemäßen medizinischen
Instruments zur Behandlung von biologischem Gewehe zur Druckwellenerzeugung
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten
ergeben sich aus den Unteransprüchen
2 und 3.
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Das
neue medizinische Instrument zur Behandlung von biologischem Gewebe
beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik. Dabei liegt
der Hauptvorteil in der Verringerung der Energieverluste, was insbesondere
auf die Massereduzierung der Drucksonde zurückzuführen ist. Die Massenreduzierung
macht es aber auch möglich,
die Federstärke
des Gummiringes für
die Dämpfung
der Bewegung der Drucksonde zu verringern, was zu einer weiteren
Verringerung der Energieverluste führt. Eine weitere Verringerung
von Energieverlusten wird durch den Einsatz des Rückstoßwiderstandes
für die rückwärtige Bewegung
und durch die Einspannung der Drucksonde durch den Dämpfungswiderstand und
durch den Rückstoßwiderstand
erreicht, weil es dadurch zu einem harmonischeren Verlauf der ständigen Bewegungsumkehrungen
zwischen der Vorwärts-
und der Rückwärtsbewegung
der Drucksonde kommt.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die Drucksonde aus Kunststoff besteht und mit einem metallischen Übertragungselement
ausgestattet ist, weil damit die Lebensdauer der Drucksonde erhöht wird,
und wenn der Dämpfungswiderstand
und der Rückstoßwiderstand
aus Gummiringen bestehen, weil dadurch die Herstellungskosten reduziert
werden.
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Von
Vorteil ist dabei, dass das Übertragungselement
eine aus einem elastischen Material bestehende Drucksonde mit Austrittsfläche besitzt, über die
weiche Druckwellen in das biologische Gewebe eingekoppelt werden.
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Von
besonderem Vorteil ist dann, dass die Drucksonde aus Kunststoff
besteht, da entsprechend der Kunststoffart die Dämpfungseigenschaften der Drucksonde
variiert und somit dem entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden.
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Von
besonderen Vorteil ist auch, dass die Feder/Dämpfungseinheit neben dem Dämpfungswiderstand
auch aus einem Rückstoßwiderstand
besteht, da so in der drucklosen Phase der durch den Dämpfungswiderstand
erzeugte Rückstoß des Übertragungselementes
durch den Rückstoßwiderstand
gedämpft
wird. Dadurch werden keine Vibrationen auf das Gehäuse des
medizinischen Instruments übertragen,
so dass sich die Handhabung sehr verbessert.
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Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
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1:
ein Handstück
mit einer Stoßwellenfunktion
im Querschnitt,
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2:
ein Handstück
mit einer Stoßwellenfunktion
in einer zweiten Ausführungsform
im Querschnitt und
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2:
ein Handstück
mit einer Stoßwellenfunktion
in einer dritten Ausführungsform
im Querschnitt.
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Das
in 1 dargestellte Handstück 1 besitzt einen
metallischen, pneumatischen Hohlzylinder 2, der einerseits
eine Luftzuführung 3 und
andererseits eine hohlzylinderförmige
Schlagteilführung 4 aufweist
und in dem sich ein gleitfähiges,
zylindrisches Schlagelement 5 sowie ein metallisches Übertragungselement 6 befindet.
Dabei setzt sich das Schlagelement 5 aus einem kunststofffartigen
Gleitteil 7 und einem metallischen Schlagteil 8 zusammen.
Das Schlagelement 5 teilt den pneumatischen Hohlzylinder 2 in
eine Primärimpulskammer 9 und eine
Sekundärimpulskammer 10.
Die Grüße der beiden
Kammern ist von der Position des Schlagelements 5 im pneumatischen
Hohlzylinder 2 abhängig. Während die
Primärimpulskammer 4 in
direkter Verbindung mit der Luftzuführung 3 steht, ist
die Sekundärimpulskammer 10 mit
der Schlagteilführung 4 und über eine
Zylindermantelöffnung 11 mit
einem pneumatischen Aufstauraum 12 verbunden. Dabei wird der
pneumatische Aufstauraum 12 aus einer über den Außenumfang des Hohlzylinders 2 eingearbeiteten
Vertiefung 13 und einem zweiten äußeren Hohlzylinder 14 gebildet.
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Das
in die Schlagteilführung 4 hineinragende Übertragungselement 6 besitzt
außerhalb
der Schlagteilführung 12 eine
kunststoffartige Drucksonde 15. Zwischen der Drucksonde 15 und
einem Gehäuse 16 ist
außerdem
eine Feder/Dämpfungseinheit 17 eingesetzt,
die aus einem Dämpfungswiderstand 18 und
einem Rückstoßwiderstand 19 besteht und
die die Drucksonde 15 gegenüber dem Gehäuse 16 in axialer
Richtung federnd abstützen
und spielfrei einspannen. Dabei sind die beiden Widerstände 18 und 19 vorzugsweise
zwei über
dem Umfang der Drucksonde 15 angebrachte Gummiringe. Die
Drucksonde 15 besitzt eine zylindrische Außenform,
die zum Großteil
durch das Gehäuse 1G umschlossen ist.
Mit ihrer Stirnseite ragt die Drucksonde 4 aus dem Gehäuse 16 heraus
und bildet hier eine konvexe Austrittsfläche 20 aus. Diese
Austrittsfläche 20 dient bei
einer direkten Kontaktierung zur Druckwellenübertragung auf das biologische
Gewebe.
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
für ein Handstück 1 nach
der 2 ist abweichend zu den bisherigen Ausführungen
das Schlagelement 5 starr mit einem Kugelsitz 21 verbunden.
Außerdem
ist das Übertragungselement 6 eine
in die Drucksonde 15 in Richtung des Schlagteils 8 befestigte
Metallkugel.
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In
einem dritten Ausführungsbeispiel
für ein Handstück 1 nach
der 3 ist zusätzlich
zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel
das Schlagelement 5 starr mit dem Übertragungselement 6 verbunden.
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In
allen genannten Ausführungsbeispielen wird
eine Druckwelle im Handstück 1 erzeugt,
in dem über
die Luftzuführung 3 pulsierende
Druckluft in die Primärimpulskammer 4 und
damit auf das Schlagelement 5 geleitet wird. Dabei wechseln
sich Druckphase und drucklose Phase ständig ab.
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Da
der Druck in der Primärimpulskammer 4 größer als
der Druck in der Sekundärimpulskammer 10 ist,
bewirkt dieser Druckimpuls eine stoßartige Verschiebung des Schlagelements 5 in
Richtung der Sekundärimpulskammer 10.
Dabei wird das Schlagteil 8 in die Schlagteilführung 4 eingeführt, wo
es dann stoßartig
auf das Über tragungselement 6 auftrifft
und dabei ruckartig abgebremst wird. Dieser Stoßimpuls wird durch das Übertragungselement 6 auf die
Drucksonde 15 übertragen,
wobei der Dämpfungswiderstand 18 des
Feder/Dämpfungselements 17 zusammengedrückt wird.
Gleichzeitig wird in dieser Druckphase die Primärimpulskammer 4 vergrößert und
die Sekundärimpulskammer 10 verkleinert. Dabei
wird Luft aus der Sekundärimpulskammer 10 durch
die Zylindermantelöffnung 11 in
den pneumatischen Aufstauraum 12 verdrängt und dort verdichtet. In
der sich anschließenden
drucklosen Phase wird in der Luftzuführung 3 die Druckluftzufuhr
unterbrochen. Nun ist der Luftdruck in der Sekundärimpulskammer 10 und
in dem pneumatischen Aufstauraum 12 größer als der Luftdruck in der
Primärimpulskammer 4.
Dadurch wird das Schlagelement 5 wieder in seine Ausgangsposition
zurückgeschoben.
Gleichzeitig wird die Sekundärimpulskammer 10 wieder vergrößert und
die Primärimpulskammer 4 verkleinert.
Außerdem
wird die Drucksonde 15 aufgrund der Elastizität des zusammengedrückten Dämpfungswiderstandes 18 der
Feder/Dämpfungseinheit 17 wieder
zurück
in ihre Ausgangsposition geschoben. Dabei dämpft der Rückstoßwiderstand 14 den
durch den Dämpfungswiderstand 18 erzeugten
Rückstoß der Drucksonde 15.
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Diese
bisher beschriebenen Prozesse der Druckphase und drucklosen Phase
werden in schneller Impulsfolge wiederholt, so dass weiche Druckwellen
entstehen.
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Da
das Schlagelement 5 im zweiten Ausführungsbeispiel, nach 2,
starr mit dem Kugelsitz 21 verbunden ist, durchläuft der
Kugelsitz 21 den gleichen Bewegungszyklus wie das Schlagelement 5. Die
Impulsaufnahme erfolgt hier über
das als Metallkugel ausgeführte Übertragungselement 6.
Auch hier werden die durch das Übertragungselement 6 induzierten
Druckwellen durch die Drucksonde 15 in gedämpfter Form
an die Austrittsfläche 20 abgeben,
so das ebenfalls eine weiche Druckwelle in das biologische Gewebe
eingekoppelt wird.
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Im
dritten Ausführungsbeispiel
nach 3 führt
das Übertragungselement 6 die
gleichen Bewegungen wie das Schlagelement 5 aus. Die Impulsaufnahme
erfolgt hier direkt zwischen Austrittsfläche 20 und dem biologischen
Gewebe. Bei Auftreten von Druckwiderständen in Form von Knochen nimmt
die Drucksonde 15 die Spitzen der Druckwelle auf.
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- 1
- Handstück
- 2
- Hohlzylinder
- 3
- Luftzuführung
- 4
- Schlagteilführung
- 5
- Schlagelement
- 6
- Übertragungselement
- 7
- Gleitteil
- 8
- Schlagteil
- 9
- Primärimpulskammer
- 10
- Sekundärimpulskammer
- 11
- Zylindermantelöffnung
- 12
- pneumatischer
Aufstauraum
- 13
- Vertiefung
- 14
- äußeren Hohlzylinder
- 15
- Drucksonde
- 16
- Gehäuse
- 17
- Feder/Dämpfungseinheit
- 18
- Dämpfungswiderstand
- 19
- Rückstoßwiderstand
- 20
- Austrittsfläche
- 21
- Kugelsitz