DE102008034702A1 - Ultrasonic-shock wave head for patient during therapy i.e. lithotripsy, with shock waves, has electromagnetic shock wave source including electrical conductor arrangement having electrical conductor constructed from carbon-nano particles - Google Patents

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Abstract

The head has an electromagnetic shock wave source (20) including an electrical conductor arrangement forming an electric coil (40). The arrangement has an electrical conductor (50) that is constructed from carbon-nano particles that exist as carbon-nano tubes. The carbon-nano tubes are formed as graphene. The electric coil is designed as a flat coil. The electrical conductor is formed as a wire. The shock wave source is thermally coupled with a heat pipe (60). The conductor arrangement is arranged on a ceramic coil carrier (3).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Stoßwellenkopf mit einer elektromagnetischen Stoßwellenquelle, wie er beispielsweise in der DE 41 25 375 C1 bekannt ist.The invention relates to an ultrasonic shock wave head with an electromagnetic shock wave source, as shown for example in the DE 41 25 375 C1 is known.

Der prinzipielle Aufbau eines derartigen, bei der Therapie mit Stoßwellen verwendeten Ultraschall-Stoßwellenkopfes ist in 2 veranschaulicht. Der Ultraschall-Stoßwellenkopf umfasst eine in einem Gehäuse 1 angeordnete elektromagnetische Stoßwellenquelle 2 mit einer auf einem keramischen Spulenträger 3 angeordneten elektrischen Spule 4. Bei der Spule 4 handelt es sich um eine Flachspule, die durch eine elektrische Leiteranordnung in Form eines spiralförmig auf eine im Beispiel ebene Stirnfläche des Spulenträgers 3 gewickelten Leiter 5 aus Kupfer Cu gebildet ist. Auf der Spule 4 liegt elektrisch durch eine Isolierfolie 6 getrennt eine metallische Membran 8, beispielsweise aus Aluminium. Die Ultraschall-Stoßwelle wird dadurch erzeugt, dass ein in der Figur nicht dargestellter Hochspannungskondensator schlagartig über die Spule 4 entladen wird. Durch den in der Membran 8 induzierten Strom wird diese von der Spule 4 abgestoßen und erzeugt in einem angrenzenden Koppelfluid 10, beispielsweise Wasser, eine Ultraschall-Stoßwelle. Mit Hilfe einer akustischen Linse 14 wird diese in einem Fokus F fokussiert. Ein fluidgefüllter Koppelbalg 16 dient zur Ankopplung des Ultraschall-Stoßwellenkopfes an die Körperoberfläche eines Patienten. Zum Abführen der bei Anregung der Stoßwellenquelle 2 durch den ohmschen Widerstand der Spule 4 entstehenden thermischen Verlustleistung ist die an die Membran angrenzende, das Koppelfluid 10 enthaltende Kammer 17 an einen Kühlkreislauf 18 angeschlossen. Das in der Kammer 17 befindliche Koppelfluid 10 wird mit einer Umwälzpumpe 22 permanent ausgetauscht und in einem Kühlaggregat 24 des Kühlkreislaufes 18 gekühlt. Mit Hilfe einer solchen aktiven Kühlung ist es möglich, die beim Betrieb der elektromagnetischen Ultraschall- Stoßwellenquelle 2 eines Lithotripters in einer Größenordnung von 100 bis 300 W entstehende Verlustleistung abzuführen und eine Überhitzung des Ultraschall-Stoßwellenkopfes zu vermeiden.The basic structure of such, used in the therapy with shock waves ultrasonic shock wave head is in 2 illustrated. The ultrasonic shockwave head includes one in a housing 1 arranged electromagnetic shock wave source 2 with one on a ceramic coil carrier 3 arranged electrical coil 4 , At the coil 4 it is a flat coil, by an electrical conductor arrangement in the form of a spiral on a plane in the example end face of the bobbin 3 wrapped ladder 5 made of copper Cu. On the spool 4 lies electrically through an insulating film 6 separated a metallic membrane 8th , for example, aluminum. The ultrasonic shock wave is generated by a high voltage capacitor, not shown in the figure, abruptly across the coil 4 unloaded. Through the in the membrane 8th induced current is this from the coil 4 repelled and generated in an adjacent coupling fluid 10 , For example, water, an ultrasonic shock wave. With the help of an acoustic lens 14 this is focused in a focus F. A fluid-filled coupling bellows 16 serves to couple the ultrasonic shockwave head to the body surface of a patient. For dissipating the excitation of the shockwave source 2 through the ohmic resistance of the coil 4 The resulting thermal power loss is adjacent to the membrane, the coupling fluid 10 containing chamber 17 to a cooling circuit 18 connected. That in the chamber 17 located coupling fluid 10 comes with a circulation pump 22 permanently replaced and in a refrigeration unit 24 the cooling circuit 18 cooled. With the help of such active cooling, it is possible that when operating the electromagnetic ultrasonic shock wave source 2 Dissipate a power loss of a lithotripter in the order of 100 to 300 W and to avoid overheating of the ultrasonic shock wave head.

Der Betrieb eines solchen Kühlkreislaufes 18 erfordert jedoch erheblichen apparativen Aufwand. Neben dem Betrieb der Umwälzpumpe 22 und des Kühlaggregates 24 sind eine Reihe von Überwachungsmaßnahmen, beispielsweise Kontrolle des Wasserstandes, der Wassertemperatur, Erkennung von Fehlfunktionen sowie Maßnahmen zur Entlüftung des Wasserkreislaufs, notwendig.The operation of such a cooling circuit 18 however, requires considerable expenditure on equipment. In addition to the operation of the circulation pump 22 and the cooling unit 24 A number of monitoring measures are necessary, such as water level control, water temperature, malfunction detection and venting of the water cycle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Ultraschall-Stoßwellenkopf für die Lithotripsie mit einer elektromagnetischen Stoßwellenquelle anzugeben, der mit verringertem apparativen Aufwand betrieben werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, an ultrasonic shock wave head for lithotripsy with an electromagnetic shock wave source specify that are operated with reduced equipment can.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Ultraschall-Stoßwellenkopf mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen umfasst der Ultraschall-Stoßwellenkopf eine elektromagnetische Stoßwellenquelle mit einer eine elektrische Spule bildenden elektrischen Leiteranordnung, deren elektrischer Leiter aus Kohlenstoff-Nanopartikeln aufgebaut ist.The said object is achieved according to the invention with an ultrasonic shockwave head with the features of claim 1. According to these features The ultrasonic shock wave head includes an electromagnetic Shock wave source with an electric coil forming electrical conductor arrangement whose electrical conductor is made of carbon nanoparticles is constructed.

Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass es möglich ist, mit Kohlenstoff-Nanopartikeln einen elektrischen Leiter herzustellen, dessen ohmscher Widerstand signifikant niedriger ist als der ohmsche Widerstand des für die Spule in der Regel verwendeten, aus Kupfer Cu bestehenden Leiters. Durch die Verwendung eines solchen elektrischen Leiters für die Spule ist eine aktive Kühlung der Ultraschall-Stoßwellenquelle nicht mehr erforderlich und der zu deren Betrieb erforderliche apparative Aufwand ist verringert.The Invention is based on the consideration that it is possible is to make an electrical conductor with carbon nanoparticles, whose ohmic resistance is significantly lower than the ohmic resistance Resistance of the coil used for the coil usually made of copper Cu existing conductor. By the use of such electrical conductor for the coil is an active cooling the ultrasonic shock wave source is no longer required and the equipment required for their operation is reduced.

Als besonders geeignet haben sich dabei elektrische Leiter herausgestellt, bei denen die Kohlenstoff-Nanopartikel als Kohlenstoff-Nanoröhren oder als Graphene vorliegen.When electrical conductors have proven to be particularly suitable where the carbon nanoparticles as carbon nanotubes or present as graphenes.

Die auch bei Verwendung eines aus Kohlenstoff-Nanopartikeln aufgebauten elektrischen Leiters entstehende restliche Verlustleistung kann zusätzlich passiv über eine mit der elektromagnetischen Stoßwellenquelle thermisch gekoppelten Heatpipe abgeführt werden.The even when using a built-up of carbon nanoparticles electrical conductor resulting residual power loss can additionally passive over one with the electromagnetic Shock wave source thermally coupled heat pipe dissipated become.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Es zeigen:to Further explanation of the invention is based on the drawing directed. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschall-Stoßwellenkopfes gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung, 1 An embodiment of an ultrasonic shock wave head according to the invention in a schematic schematic diagram,

2 einen Ultraschall-Stoßwellenkopf gemäß dem Stand der Technik, ebenfalls in einer schematischen Prinzipdarstellung. 2 an ultrasonic shock wave head according to the prior art, also in a schematic schematic diagram.

Bei dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ultraschall-Stoßwellenkopf ist ebenso wie bei dem im Stand der Technik bekannten und anhand von 2 erläuterten Ultraschall-Stoßwellenkopf eine elektromagnetische Stoßwellenquelle 20 vorgesehen, bei der eine eine Spule 40 bildende elektrische Leiteranordnung auf einem keramischen Spulenträger 3 angeordnet ist. Auf der dem Spulenträger 3 abgewandten, im Ausführungsbeispiel ebenen Flachseite der Spule 40 liegt über die Isolierfolie 6 elektrisch von ihr getrennt die metallische Membran 8 auf. Zwischen der metallischen Membran 8 und der akustischen Linse 14 befindet sich ein Koppelmedium 100, bei dem es sich um ein Koppelfluid, beispielsweise Wasser, oder um ein anderes beispielsweise aus der DE 41 25 375 C1 bekanntes Koppelmedium oder eine Kombination unterschiedlicher Koppelmedien handeln kann.At the in 1 ultrasonic shock wave head according to the invention shown is as well as in the known in the art and based on 2 illustrated ultrasonic shock wave head an electromagnetic shock wave source 20 provided, in which one a coil 40 forming electrical conductor arrangement on a ceramic coil carrier 3 is arranged. On the coil carrier 3 facing away, flat in the embodiment flat side of the coil 40 lies over the insulating film 6 electrically separated from her the metallic membrane 8th on. Between the metallic membrane 8th and the acoustic lens 14 there is a coupling medium 100 , which is a coupling fluid, at For example, water, or another example, from the DE 41 25 375 C1 Known coupling medium or a combination of different coupling media can act.

Anstelle einer ebenen Anordnung der Spule 40 ist es auch möglich, diese auf einen Spulenträger mit einer konkav gekrümm ten Stirnfläche, beispielsweise eine Kugelkalotte, anzuordnen. Ebenso kann für die Fokussierung der Stoßwelle anstelle der Linse 14 ein fokussierender Reflektor verwendet werden.Instead of a flat arrangement of the coil 40 It is also possible to arrange them on a bobbin with a concavely curved end face, for example a spherical cap. Similarly, for focusing the shock wave instead of the lens 14 a focusing reflector can be used.

Der elektrische Leiter 50 der die Spule 40 bildenden Leiteranordnung ist aus Kohlenstoff-Nanopartikeln, beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren oder Graphenen aufgebaut, die insbesondere zu einem Draht geformt sind. Durch die hohe Leitfähigkeit eines aus Kohlenstoff-Nanopartikeln hergestellten elektrischen Leiters 50 und der mit ihm hergestellten Spule 40 ist die in der Stoßwellenquelle 20 entstehende Verlustleistung soweit verringert, dass eine aktive Kühlung des Ultraschall-Stoßwellenkopfes nicht mehr erforderlich ist. In der Figur ist dies dadurch veranschaulicht, dass die wassergefüllte Kammer 17 nicht an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist, d. h. kein permanenter Austausch des in der Kammer 17 befindlichen Wassers erfolgt.The electrical conductor 50 the coil 40 forming conductor assembly is constructed of carbon nanoparticles, such as carbon nanotubes or graphenes, which are in particular formed into a wire. Due to the high conductivity of an electrical conductor made of carbon nanoparticles 50 and the coil made with it 40 is the one in the shockwave source 20 resulting power loss reduced so much that an active cooling of the ultrasonic shock wave head is no longer required. In the figure, this is illustrated by the fact that the water-filled chamber 17 not connected to a cooling circuit, ie no permanent replacement of the in the chamber 17 located water takes place.

Die Verlustleistung ist soweit reduziert, dass eine passive Konvektionskühlung über das Gehäuse 1 des Ultraschall-Stoßwellenkopfes in der Regel ausreicht. Eine zusätzliche Kühlung kann dadurch erreicht werden, wenn an dem Ultraschall-Stoßwellenkopf in der Nähe der Stoßwellenquelle 2 eine in der Figur nur schematisch veranschaulichte Heatpipe 60 angeordnet wird, mit der die Wärme passiv vom Ultraschall-Stoßwellenkopf abgeführt und an einer für Patient und Personal ungefährlichen Stelle an die Umgebungsluft abgegeben wird.The power loss is reduced so far that a passive convection cooling over the housing 1 of the ultrasonic shock wave head usually sufficient. Additional cooling can thereby be achieved when at the ultrasonic shockwave head near the shockwave source 2 a in the figure only schematically illustrated heat pipe 60 is arranged, with which the heat passively discharged from the ultrasonic shock wave head and is discharged in a safe place for patient and personnel point to the ambient air.

Durch die Verwendung einer Spule 40 aus dem elektrisch hochleitfähigen Leiter 50 ist der Aufbau des Ultraschall-Stoßwellenkopfes erheblich vereinfacht und es steht mehr Platz für andere Anbauten wie beispielsweise Hochspannungsanschluss, Tubusantrieb oder einen in den Ultraschall-Stoßwellenkopf integrierten Ultraschallapplikator zur Verfügung. Durch die fehlenden Anschlüsse für Kühlwasser und das Wegfallen von Wasserschläuchen, Umwälzpumpe und Kühlaggregat ist außerdem die Manövrierbarkeit des Ultraschall-Stoßwellenkopfes erheblich erleichtert. Darüber hinaus sind auch die Freiheitsgrade in der Wahl der akustischen Ankopplung der Membran 8 an die Linse 14 erhöht. So können auch feste Koppelmedien 100 verwendet werden, deren Einsatz andernfalls nur möglich wäre, wenn die Stoßwellenquelle über die Rückseite oder seitlich aktiv gekühlt werden würde.By using a coil 40 from the electrically highly conductive conductor 50 the structure of the ultrasonic shock wave head is considerably simplified and there is more space for other attachments such as high voltage connection, tube drive or integrated in the ultrasonic shock wave head ultrasonic applicator available. In addition, the lack of connections for cooling water and the elimination of water hoses, circulation pump and cooling unit, the maneuverability of the ultrasonic shock wave head is much easier. In addition, the degrees of freedom in the choice of the acoustic coupling of the membrane 8th to the lens 14 elevated. So can also fixed coupling media 100 Otherwise, their use would only be possible if the shockwave source were actively cooled via the rear side or laterally.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4125375 C1 [0001, 0012] - DE 4125375 C1 [0001, 0012]

Claims (6)

Ultraschall-Stoßwellenkopf mit einer elektromagnetischen Stoßwellenquelle (20) mit einer eine elektrische Spule (40) bildenden elektrischen Leiteranordnung, deren elektrischer Leiter (50) aus Kohlenstoff-Nanopartikeln aufgebaut ist.Ultrasonic shock wave head with an electromagnetic shock wave source ( 20 ) with an electric coil ( 40 ) forming electrical conductor arrangement whose electrical conductor ( 50 ) is constructed of carbon nanoparticles. Ultraschall-Stoßwellenkopf nach Anspruch 1, bei dem die Kohlenstoff-Nanopartikel als Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegen.Ultrasonic shock wave head according to claim 1, in which the carbon nanoparticles as carbon nanotubes available. Ultraschall-Stoßwellenkopf nach Anspruch 1, bei dem die Kohlenstoff-Nanopartikel als Graphene vorliegen.Ultrasonic shock wave head according to claim 1, in which the carbon nanoparticles are present as graphenes. Ultraschall-Stoßwellenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die elektrische Spule (40) eine Flachspule ist.Ultrasonic shock wave head according to one of claims 1 to 3, in which the electric coil ( 40 ) is a flat coil. Ultraschall-Stoßwellenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der elektrische Leiter (50) ein Draht ist.Ultrasonic shock wave head according to one of Claims 1 to 4, in which the electrical conductor ( 50 ) is a wire. Ultraschall-Stoßwellenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die elektromagnetische Stoßwellenquelle (20) thermisch mit einer Heatpipe (60) gekoppelt ist.Ultrasonic shockwave head according to one of claims 1 to 5, in which the electromagnetic shock wave source ( 20 ) thermally with a heat pipe ( 60 ) is coupled.
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