DE102021131669A1

DE102021131669A1 - Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, Lithotripsiesystem, Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung

Info

Publication number: DE102021131669A1
Application number: DE102021131669.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Glöggler
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023099468A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung ein Handgerät mit einem Ultraschallschwingungsanreger mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät verbindbaren Sonotrode mit einer Längsmittelachse und einem Sonotroden-Außendurchmesser aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers die Sonotrode in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung ein Schwingungsanregungselement mit einer durchgehenden Öffnung aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Sonotroden-Außendurchmesser und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist, wobei die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselement einen größeren Durchmesser als der Sonotroden-Außendurchmesser und/oder als der Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement frei beweglich ist, und das Schwingungsanregungselement eine Unwucht aufweist, sodass im Falle einer Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und/oder den Ultraschallschwingungsanreger die Sonotrode in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht anregbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lithotripsiesystem, einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung ein Handgerät mit einem Ultraschallschwingungsanreger mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät verbindbaren Sonotrode mit einer Längsmittelachse und einem Sonotroden-Außendurchmesser aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers die Sonotrode in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung ein Schwingungsanregungselement mit einer durchgehenden Öffnung aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Sonotroden-Außendurchmesser und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lithotripsiesystem, einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung.
Die Lithotripsie ist ein bekanntes Verfahren zum Zertrümmern von Körpersteinen, welche sich durch Auskristallisation von Salzen als sogenanntes Konkrement in Körperorganen, beispielsweise in der Blase oder Niere, bilden. Wenn die Körpersteine zu groß für einen natürlichen Abgang sind und Beschwerden verursachen, müssen diese mittels Lithotripter zerkleinert werden, sodass die zerkleinerten Steine durch natürliche Ausscheidung und/oder mittels einer Saug-Spül-Pumpe entfernt werden können.
Solche Körpersteine sind häufig nicht homogen aufgebaut, sondern weisen unterschiedliche Bestandteile, Schichten und/oder Festigkeiten auf. Ein Körperstein, welcher außen ein weiches Konkrement und innen einen harten Steinkern aufweist, erfordert somit mit zunehmender Zertrümmerung eine höhere Zertrümmerungskraft der vom Lithotripter abgegebenen Stoßwellen.
Aus diesen Gründen wurden rein ultraschallbasierte Lithotripter in den letzten Jahren weiterentwickelt, um die Steinzertrümmerungsleistung zu verbessern. Dazu wird häufig zusätzlich zur konstanten Ultraschallenergie eine intermittierende, ballistische Schockwellenenergie zugeführt. Dies kann beispielsweise mittels eines ballistischen Antriebes mit Elektromagneten erfolgen, bei dem ein Prallkörper mittels der Elektromagneten beschleunigt wird und auf ein Horn und/oder den Sonotrodenkopf aufschlägt. Nachteilig bei derartigen ballistischen Antrieben ist, dass diese ab einer bestimmten elektrischen Leistungsaufnahme aktiv gekühlt werden müssen, da ansonsten eine zu hohe Oberflächentemperatur entsteht.
In US 9,421,023 B2 wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Ultraschallschwingungen offenbart, bei welcher der Ultraschallwellenleiter proximalseitig in einem Wellenleiterfitting aufgenommen ist und distalseitig von dem Wellenleiterfitting eine erste stoßpulsierende Masse, gefolgt von einer Druckfeder und einer zweite stoßpulsierende Masse um den Ultraschallwellenleiter angeordnet sind. Die zweite stoßpulsierende Masse ist distalseitig von einer Aufprallfläche begrenzt, auf welche die zweite stoßpulsierende Masse angeregt durch die Ultraschallschwingung aufschlägt. Nachteilig hierbei ist, dass die zweite stoßpulsierende Masse nur durch die hochfrequente Ultraschallschwingung angeregt wird und von dieser direkt abhängig ist. Somit kann das Schwingungsverhalten der stoßpulsierenden Masse und die von ihr erzeugten Stoßwellen nur begrenzt beeinflusst werden. Durch die Anordnung der Druckfeder zwischen den beiden stoßpulsierenden Massen außen um den Ultraschallwellenleiter herum überträgt die Druckfeder als Speicher der zugeführten Ultraschallenergie diese nur entlang der Längsmittelachse des Ultraschallwellenleiters und der Aufprall der zweiten stoßpulsierenden Masse auf die Aufprallfläche erfolgt stets aus axialer Richtung und somit koaxial zur Längsmittelachse des Ultraschallwellenleiters. Zudem kann aufgrund dieser Einschränkung die Vorrichtung nicht nachträglich in bereits auf dem Markt befindliche Ultraschallwandler und Sonotroden integriert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung ein Handgerät mit einem Ultraschallschwingungsanreger mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät verbindbaren Sonotrode mit einer Längsmittelachse und einem Sonotroden-Außendurchmesser aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers die Sonotrode in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung ein Schwingungsanregungselement mit einer durchgehenden Öffnung aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Sonotroden-Außendurchmesser und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist, wobei die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselementes einen größeren Durchmesser als der Sonotroden-Außendurchmesser und/oder als der Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement frei beweglich ist, und das Schwingungsanregungselement eine Unwucht aufweist, sodass im Falle einer Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und/oder den Ultraschallschwingungsanreger die Sonotrode in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht anregbar ist.
Somit wird eine Lithotripsievorrichtung mit einer definierten dynamischen und/oder statischen Unwucht des Schwingungsanregungselementes bereitgestellt, welches bei Anregung und/oder Rotation um die Sonotrode taumelt und dabei axiale und/oder radiale Impulse auf die Sonotrode ausübt. Durch die Unwuchtmasse als Schlagmasse des Schwingungsanregungselementes und die dadurch erzeugten, intermittierenden Schockstöße auf die Sonotrode ist die Zertrümmerungsleistung von Körpersteinen und die Bohrfähigkeit der Sonotrode auch bei harten und/oder inhomogenen Körpersteinen verbessert. Hierbei überlagern sich die Schockimpulse des sich bewegenden und/oder taumelnden Schwingungsanregungselementes mit den kontinuierlichen Ultraschallschwingungen erzeugt vom Ultraschallschwingungsanreger, sodass gleichzeitig oder intermittierend zwei Mechanismen der Schwingungsanregung und der Steinzertrümmerung wirksam sind.
Es ist besonders vorteilhaft, dass das Schwingungsanregungselement aufgrund des größeren Durchmessers seiner Öffnung, welche die Sonotrode, ein Horn und/oder den Ultraschallschwingungsanreger umgibt, im Vergleich zum Außendurchmesser der Sonotrode, des Horns und/oder des Schwingungsanregers auf und um die Sonotrode, das Horn und/oder den Ultraschallschwingungsanreger frei beweglich ist und gerade nicht in einer Richtung oder mehreren Richtungen fest eingebaut ist.
Prinzipiell sei angemerkt, auch wenn im Folgenden von der Anordnung der Schwingungsanregungselemente um die Sonotrode gesprochen wird, stets damit auch gemeint ist, dass ebenso das Schwingungsanregungselement oder ein zweites Schwingungsanregungselement oder mehrere Schwingungsanregungselemente auch alternativ oder ergänzend analog um das Horn und/oder den Ultraschallschwingungsanreger angeordnet sein können.
Durch die freie Beweglichkeit des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und durch seine Unwucht sind nicht nur regelmäßige, sondern zeitlich, örtlich und/oder von ihrer Stärke auch unregelmäßige Schockimpulse auf die Sonotrode übertragbar. Durch die Überlagerung der kontinuierlichen Ultraschallschwingung mit den unregelmäßigen Schockimpulsen des sich frei bewegenden Schwingungsanregungselementes auf die verbundene Sonotrode wird gerade eine kombinierte Wirkung und somit ein verbesserter Körpersteinabtrag gegenüber der alleinigen ultraschallbasierten Schwingungsanregung der Sonotrode erzielt. Aufgrund der freien Beweglichkeit des Schwingungsanregungselementes vibriert die Sonotrode auch lateral und verringert dadurch die Kontaktzeit im Bohrloch des Körpersteins. Dies führt zu einer geringeren Reibung und zu geringeren Energieverlusten des Ultraschallwandlers.
Durch die Beweglichkeit des Schwingungsanregungselementes in alle Raumrichtungen aufgrund der Weite der durchgehenden Öffnung angeordnet um die Sonotrode, sind auch Schläge in Richtung der Z-Achse und somit seitliche Impulsschläge auf die Sonotrode ausführbar.
Dadurch, dass das Schwingungsanregungselement die Sonotrode umgibt, aufgrund der Unwucht frei um die Sonotrode taumelt und durch Aufschlagen beispielsweise mit seinen um die Öffnung angeordneten Kanten auf die Außenoberfläche der Sonotrode eine direkte Energieübertragung an die Sonotrode bewirkt, wird unmittelbar die Steinzertrümmerung verbessert. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Aufschlagsflächen der Sonotrode und/oder des Schwingungsanregungselementes gerade nicht deformiert werden, welches durch eine entsprechende Materialwahl realisierbar ist.
Die unregelmäßige, intermittierende Schockimpulsgebung durch das Schwingungsanregungselement mit der Unwucht wird auch dadurch verstärkt, dass die Impulsschläge an der Spitze und/oder am Kopf der Sonotrode reflektiert werden.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass mindestens ein Schwingungsanregungselement frei beweglich um eine Sonotrode (und/oder Horn und/oder Ultraschallschwingungsanreger) angeordnet ist und gerade nicht mittels einer Druckfeder als Energiespeicher eingespannt ist, wodurch ein freies, ungeordnetes Aufschlagen des Schwingungsanregungselementes aus allen Raumrichtungen auf die Außenoberfläche der Sonotrode ermöglicht ist, wenn das Schwingungsanregungselement sich um und/oder entlang der Sonotrode bewegt und/oder rotiert. Durch die frei bewegliche Anordnung des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode ist dieses einfacher zur Bewegung und/oder Rotation antreibbar, dessen Antrieb kann leichter angepasst werden und das Schwingungsanregungselement ist auch bei bereits im Markt befindliche Sonotroden und/oder Ultraschallwandler nachrüstbar.
Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Bei einer „Lithotripsievorrichtung“ (auch „Lithotripter“ genannt) handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen durch Stoßwellen. Unter einer Lithotripsievorrichtung werden insbesondere verschiedene Bestandteile, Bau- und/oder Funktionskomponenten eine Lithotripters verstanden. Die Lithotripsievorrichtung kann einen Lithotripter vollständig oder teilweise ausbilden. Bei einer Lithotripsievorrichtung kann es sich insbesondere um eine intrakorporale oder extrakorporale Lithotripsievorrichtung handeln. Im Falle einer intrakorporalen Lithotripsievorrichtung kann diese zusätzlich eine Spül-/Saugpumpe aufweisen. Die Lithotripsievorrichtung kann als Handgerät ausgebildet sein und/oder ein Endoskop aufweisen oder in ein Endoskop eingeschoben werden. Die Lithotripsievorrichtung ist insbesondere autoklavierbar und weist beispielsweise Instrumentenstahl und/oder Kunststoff auf. Die Lithotripsievorrichtung kann weitere Komponenten, wie ein Steuer- und/oder Versorgungsgerät aufweisen oder diese sind der Lithotripsievorrichtung zugeordnet.
Unter „Körpersteinen“ (auch „Konkrement“ genannt) werden insbesondere alle Steine in einem menschlichen oder tierischen Körper verstanden, welche sich aus Salzen durch Kristallisation bilden. Bei Körpersteinen kann es sich beispielsweise um Gallensteine, Harnsteine, Nierensteine und/oder Speichelsteine handeln.
Ein „Handgerät“ ist insbesondere eine Handhabe zur manuellen und/oder automatisierten Bedienung und/oder Verbindung der Lithotripsievorrichtung. Das Handgerät kann als Hand- und/oder Halteteil ausgebildet sein. Das Handgerät kann auch an einem distalen Ende eines Roboterarms angeordnet, verbunden und/oder automatisiert geführt sein. Das Handgerät weist insbesondere ein aufsteckbares Halterungsgehäuse auf.
Ein „Ultraschallschwingungsanreger“ (auch „Schwingungsanreger“ genannt) ist insbesondere ein Bauteil eines Ultraschallwandlers und/oder Handstückes einer Lithotripsievorrichtung, welcher eine zugeführte Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz in eine mechanische Schwingungsfrequenz umsetzt. Der Ultraschallschwingungsanreger ist insbesondere ein elektromechanischer Wandler unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts. Durch Anlegen einer von einem Ultraschallgenerator erzeugten elektrischen Wechselspannung wird insbesondere eine mechanische Schwingung aufgrund eines Verformens des Ultraschallschwingungsanregers erzeugt. Der Ultraschallschwingungsanreger weist insbesondere ein Piezoelement oder mehrere Piezoelemente auf. Bevorzugt weist der Ultraschallschwingungsanreger mindestens zwei Piezoelemente auf, wobei zwischen den Piezoelementen ein elektrischer Leiter, beispielsweise eine Kupferscheibe, angeordnet sein kann. Der Ultraschallschwingungsanreger und/oder der Ultraschallwandler kann insbesondere ein Horn aufweisen.
Ein „Horn“ ist insbesondere ein Bauteil, welches zwischen Schwingungsanreger und/oder einem Piezoelement und der Sonotrode angeordnet ist. Das Horn dient insbesondere dazu, die vom Schwingungsanreger erzeugten Ultraschallwellen zur Sonotrode zu übertragen, weiterzuleiten und/oder auszurichten. Dazu kann das Horn sich in einer Übertragungsrichtung verjüngen und direkt oder indirekt die Ultraschallwellen auf einen Sonotrodenkopf übertragen. Das Horn kann auch zur Befestigung der Sonotrode verwendet werden. Gleichzeitig dient das Horn insbesondere zusammen mit einem Gegenlager zur beidseitigen mechanischen Halterung des Piezoelementes oder der Piezoelemente.
Die „Längsmittelachse“ ist insbesondere diejenige Achse der Sonotrode, welche der Richtung ihrer größten Ausdehnung entspricht.
Eine „Sonotrode“ ist insbesondere ein Bauteil, welches durch das Einwirken und/oder Einleiten von mechanischen Schwingungen selbst in Schwingung und/oder Resonanzschwingung versetzt wird. Die Sonotrode wird insbesondere mittels des Ultraschallschwingungsanregers in einer ersten Schwingung angeregt. Zudem wird die Sonotrode insbesondere in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht des Schwingungsanregungselementes angeregt. Die Sonotrode ist insbesondere als Wellenleiter für die Stoßwellen (Impulse) des Schwingungsanregungselementes mit der Unwucht und/oder die vom Ultraschallschwingungsanreger erzeugten Ultraschallwellen ausgebildet. Die Sonotrode ist insbesondere mit dem Ultraschallschwingungsanreger, dem Ultraschallwandler und/oder dem Horn verbunden. Beispielsweise ist die Sonotrode in das distalseitige Ende des Horns eingeschraubt. Die Sonotrode weist insbesondere an ihrem proximalen Ende einen Sonotrodenkopf zum Aufnehmen, Weiterleiten und/oder Fokussieren von Ultraschallwellen und an ihrem distalen Ende eine Sonotrodenspitze zum unmittelbaren und/oder mittelbaren Beaufschlagen und/oder Kontaktieren von Körpersteinen auf. Die Sonotrode ist insbesondere derart geformt, dass diese optimal die Stoßwellen und/oder die zweite Schwingung und/oder die Ultraschallschwingung an ihrem distalen Ende in den Körper, die zu behandelnde Körperregion und/oder direkt auf den zu zertrümmernden Körperstein einleitet. Im Falle der Ultraschallanregung arbeitet die Sonotrode insbesondere im Ultraschallbereich mit einem Frequenzbereich von 20 kHz bis 90 kHz, bevorzugt von 20 kHz bis 34 kHz. Die Sonotrode weist insbesondere Stahl, Titan, Aluminium und/oder Carbon auf. Bei einer Sonotrode handelt es sich insbesondere um eine Sonde, welche beispielsweise stab-, röhren- und/oder schlauchförmige ausgebildet ist. Die Sonotrode kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Sonotrode weist insbesondere einen Durchmesser in einem Bereich von 0,5 mm bis 4,5 mm, insbesondere von 0,8 mm bis 3,8 mm, auf. Dabei weist die Sonotrode einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner als die Öffnung des Schwingungsanregungselementes ist.
Der „Außendurchmesser“ ist insbesondere der äußere Durchmesser und somit der größtmögliche Abstand zweier Punkte der äußeren Kreislinie der Sonotrode („Sonotroden-Außendurchmesser“), des Horns und/oder des Ultraschallschwingungsanregers („Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser“). Bei dem Außendurchmesser kann es sich insbesondere um den maximalen Durchmesser handeln. Bei dem Außendurchmesser kann es sich jedoch auch um denjenigen Durchmesser handeln, welcher in dem Bereich der Sonotrode, des Horns und/oder des Ultraschallschwingungsanregers vorliegt, welcher von dem Schwingungsanregungselement umgeben ist.
Unter einem „Schwingungsanregungselement“ wird insbesondere ein Körper, Bauteil und/oder eine Baugruppe verstanden, welcher oder welche auf die Sonotrode, das Horn, den Ultraschallschwingungsanreger und/oder den Ultraschallwandler aufschiebbar ist. Das Schwingungsanregungselement weist insbesondere aufgrund seiner Eigenschaften, wie Form, Gewichtsverteilung und/oder Ausgestaltung und Anordnung seiner durchgehenden Öffnung, eine definierte statische Unwucht und/oder eine dynamische Unwucht auf. Für eine leichte Antreibbarkeit zu einer Bewegung und/oder Rotation des Schwingungsanregungselementes ist seine Gesamtmasse möglichst gering auszugestalten. Seine Gesamtmasse kann aber auch möglichst hoch sein, damit das Schwingungsanregungselement dementsprechend harte Stoßschläge auf die Sonotrode ausführt. Das Schwingungsanregungselementes weist insbesondere Metall, beispielsweise Edelstahl, auf.
Eine „Unwucht“ liegt bei einem rotierenden Körper insbesondere dann vor, wenn dessen Rotationsachse nicht einer seiner Hauptträgheitsachsen entspricht. Eine Unwucht ist insbesondere eine statische Unwucht und/oder eine dynamische Unwucht des Schwingungsanregungselementes. Die Unwucht führt insbesondere zu Vibrationen, Taumeln des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und Aufschlagen der Innenoberfläche um die durchgehende Öffnung und/oder der anliegenden Kanten um die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselementes auf die Außenoberfläche der Sonotrode. Somit ist die statische Unwucht und/oder die dynamische Unwucht des Schwingungsanregungselementes definiert und gezielt zum Anregen der Sonotrode in einer zweiten Schwingung einsetzbar.
Eine „statische Unwucht“ liegt insbesondere dann vor, wenn die Drehachse des Schwingungsanregungselementes nicht durch den Schwerpunkt des Schwingungsanregungselementes verläuft. Die statische Unwucht erzeugt insbesondere kreisförmige mechanische Schwingungen rechtwinklig zur Drehachse. Eine statische Unwucht kann insbesondere gezielt dadurch erzeugt werden, dass nur auf einer Außenseite des Schwingungsanregungselementes ein Unwuchtelement angebracht ist. Die Unwucht ist insbesondere das Produkt aus Unwuchtmasse und dem Abstand von der Drehachse. Die Unwucht kann insbesondere in der Einheit mm*g angegeben werden.
Eine „dynamische Unwucht“ liegt insbesondere vor, wenn die Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes nicht mit einer seiner stabilen Hauptträgerachsen übereinstimmt, sondern im Schwerpunkt gegenüber den Hauptträgerachsen gekippt ist. Die dynamische Unwucht bewirkt insbesondere im Betrieb einen Biegemoment auf der Rotationsachse, wodurch an den Enden der Rotationsachse um 180° verschobene, kreisförmige Schwingungen hervorgerufen werden. Dabei bleibt das rotierende Schwingungsanregungselement insbesondere in Ruhelage, während die Achsen aufgrund der entgegengesetzten Kreisbewegung taumeln. Eine dynamische Unwucht kann beispielsweise durch zwei gegenüberliegende, jedoch an unterschiedlichen Seiten des Schwingungsanregungselementes angebrachte Unwuchtelemente verursacht sein. Somit bewirkt die dynamische Unwucht insbesondere ein Taumeln und/oder Kippen des Schwingungsanregungselementes abweichend von der Querachse, welche senkrecht zur Längsmittelachse der Sonotrode steht.
Die „erste Schwingung“ angeregt durch den Ultraschallschwingungsanreger und die „zweite Schwingung“ angeregt mittels der Unwucht des Schwingungsanregungselementes unterscheiden sich insbesondere in ihren Eigenschaften. Bei der ersten Schwingung handelt es sich insbesondere um eine regelmäßige und/oder konstante Ultraschallschwingung. Die erste Schwingung weist insbesondere eine konstante Wellenlänge oder mehrere konstante Wellenlängen auf. Bei der zweiten Schwingung angeregt mittels der Unwucht des Schwingungsanregungselementes handelt es sich insbesondere um diskontinuierliche und/oder intermittierende Schockwellen. Die zweite Schwingung weist bevorzugt eine größere Intensität und/oder Amplitude auf. Auch kann die zweite Schwingung eine sich zeitlich verändernde Wellenlänge aufweisen. Somit unterscheiden sich die erste Schwingung und die zweite Schwingung insbesondere zumindest in einer Eigenschaft, wie in ihrer Amplitude, Wellenlänge, Periodendauer und/oder in einer angeregten Resonanzschwingung der Sonotrode.
Unter „Rotation“ wird insbesondere eine Drehbewegung des Schwingungsanregungselementes verstanden. Die Rotation des Schwingungsanregungselementes ist insbesondere die Drehbewegung des Schwingungsanregungselementes um eine gedachte Mittelachse als Drehachse durch die durchgehende Öffnung und/oder um die Längsmittelachse der Sonotrode. Die gedachte Mittelachse muss jedoch nicht zwingend quer zu der horizontal im Ruhezustand ausgerichteten distalen Außenoberfläche und der proximalen Außenoberfläche des Schwingungsanregungselementes angeordnet sein, sondern die durchgehende Öffnung und somit die Drehachse kann auch schräg durch das Schwingungsanregungselement und somit nicht parallel zur Längsmittelachse der Sonotrode verlaufen. Eine Rotation muss nicht zwingend eine vollständige Drehung um 360° oder mehrere vollständige Drehungen sein, sondern unter einer Rotation wird insbesondere eine teilweise Drehung von < 360° verstanden. Statt einer Rotation kann das Schwingungsanregungselement jedoch auch eine Bewegung in eine der möglichen Raumrichtungen ausführen.
In einer weiteren Ausführungsform der Lithotripsievorrichtung ist das Schwingungsanregungselement scheibenförmig, ringförmig, hohlzylinderförmig und/oder torusförmig ausgebildet.
Dadurch kann je nach Form des Schwingungsanregungselementes eine optimale Rotationsgeschwindigkeit und/oder optimale definierte Aufschlagskanten und/oder -flächen bereitgestellt werden.
Bei der scheibenförmigen, ringförmigen und/oder torusförmigen Form des Schwingungsanregungselementes ist durch Anordnung der Wandstärke in Richtung der Längsmittelachse der Sonotrode und des längeren Außendurchmessers in Querrichtung zur Längsmittelachse der Sonotrode ein Taumeln des Schwingungselementes mit einer großen Auslenkung an den sich gegenüberstehenden äußeren Bereichen um den Außendurchmesser realisierbar. Somit erfolgt beispielsweise wechselseitig ein Aufschlagen der distalseitigen Kante und der proximalseitigen Kante um die durchgehende Öffnung auf die Außenoberfläche der Sonotrode.
Um eine dynamische Unwucht definiert einzustellen, weist das Schwingungsanregungselement eine Rotationsachse abweichend von der Längsmittelachse und/oder seiner Hauptträgheitsachse auf.
Somit verläuft die Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes in Richtung der Längsmittelachse der Sonotrode beispielsweise von einem Punkt auf der proximalen Seite des Schwingungsanregungselementes mit einem geringeren Abstand zur Längsmittelachse schräg zu einem Punkt auf der distalen Seite des Schwingungsanregungselementes mit einem größeren Abstand zur Längsmittelachse der Sonotrode.
Bei einer Abweichung der Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes von der Längsmittelachse der Sonotrode kann jedoch auch eine statische Unwucht dadurch erzeugt werden, dass die Rotationsachse zwar senkrecht zu den horizontal ausgerichteten Außenoberflächen des Schwingungsanregungselementes und somit parallel zur Längsmittelachse der Sonotrode verläuft, jedoch nicht mit der Längsmittelachse der Sonotrode zusammenfällt. Somit kann die Rotationsachse und somit die durchgehende Öffnung vom geometrischen Mittelpunkt des Schwingungsanregungselementes nach außen entlang des Radius verschoben sein. Folglich läuft die Rotationsachse außermittig zur Längsmittelachse der Sonotrode.
Die „Rotationsachse“ (auch „Drehachse“ genannt) ist insbesondere eine Gerade, welche eine Rotation oder Drehung des Schwingungsanregungselementes beschreibt. Bei der Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes handelt es sich insbesondere um die physikalisch reale Rotationsachse. Beim Abweichen der Rotationsachse von der Längsmittelachse der Sonotrode weicht die Rotationsachse somit von der Symmetrieachse des Schwingungsanregungselementes ab. Dadurch verändert sich insbesondere bei einer Drehung des Schwingungsanregungselementes in einem beliebigen Winkel die Ansicht des Schwingungsanregungselementes.
Unter einer „Hauptträgheitsachse“ (auch „Hauptachse“ genannt) wird insbesondere eine Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes verstanden, um die das Schwingungsanregungselement fortgesetzt rotierbar ist, ohne dass eine dynamische Unwucht auftritt. Die Hauptträgheitsachse verläuft insbesondere durch den Schwerpunkt des Schwingungsanregungselementes.
In einer weiteren Ausführungsform der Lithotripsievorrichtung weist das Schwingungsanregungselement ein Unwuchtelement in seinem Inneren und/oder an seiner Außenoberfläche auf.
Somit kann durch Anordnung eines Unwuchtelementes oder mehrerer Unwuchtelemente an und/oder in dem Schwingungsanregungselement gezielt eine statische und/oder dynamische Unwucht eingestellt werden.
Bei einem „Unwuchtelement“ kann es sich beispielsweise um eine Masse mit einem unterschiedlichen Material und/oder Gewicht als die Hauptmasse des Schwingungsanregungselementes handeln. Durch Wahl des Gewichtes des Unwuchtelementes, seiner Größe, Form und/oder seiner Anordnung entlang des Radius des Schwingungsanregungselementes kann gezielt eine Unwucht eingestellt und das Rotationsverhalten und das Schlagverhalten des Schwingungsanregungselementes beeinflusst werden.
Um das Gewicht des Schwingungsanregungselementes gering zu halten und dieses leichter in einer Rotationsbewegung antreibbar auszugestalten, jedoch dennoch eine gezielte Unwucht in das Schwingungsanregungselement einzubringen, weist das Schwingungsanregungselement eine Aussparung auf.
Somit kann mittels der geplanten Anordnung einer Aussparung oder mehrerer Aussparungen in dem Schwingungsanregungselement eine ungleiche Gewichtsverteilung entlang des Radius des Schwingungsanregungselementes und somit eine nicht rotationssymmetrische Gewichts- und/oder Masseverteilung realisiert sein.
Eine „Aussparung“ ist insbesondere ein freier Raum in dem Schwingungsanregungselement, welcher in seinem Inneren und/oder an seiner Außenfläche angeordnet ist. Bei einer Aussparung kann es sich um einen Hohlraum, eine Vertiefung und/oder einen Einschnitt in dem Schwingungsanregungselement handeln. Bei einer Aussparung kann es sich auch um einen Hinterschnitt handeln.
Um ein Taumeln des Schwingungsanregungselementes verstärkt in distaler und/oder proximaler Richtung zu erzielen, ist und/oder sind das Unwuchtelement und/oder die Aussparung auf einer distalen Seite und/oder einer proximalen Seite des Schwingungsanregungselementes angeordnet.
Durch die Masse des Unwuchtelementes und die Größe der Aussparung sowie deren jeweiliger Anordnung entlang des Radius kann somit die Schwankungsbreite des Taumelns und/oder des Hin- und Herbewegens in proximaler und distaler Richtung an den sich gegenüberliegenden Bereichen des Außendurchmesser der Querachse quer zur durchgehenden Öffnung des Schwingungsanregungselementes eingestellt werden.
Unter der „distalen Seite“ wird insbesondere die benutzerferne und somit die körpernahe Seite verstanden. Entsprechend wird unter der „proximalen Seite“ die benutzernahe und die körperferne Seite verstanden. Bei einem scheibenförmigen, ringförmigen, hohlzylinderförmigen und/oder torusförmigen Schwingungsanregungselement sind die distalen und proximale Seiten insbesondere die beiden sich gegenüberliegenden Kreis- oder Ringflächen.
Um neben einer Anregung durch die Ultraschallschwingung des Ultraschallschwingungsanregers gezielt ein zweites Antriebssystem für die Rotationsbewegung des Schwingungsanregungselementes bereitzustellen, weist die Lithotripsievorrichtung eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes auf.
Dadurch kann mittels einer zweiten aktiven Antriebseinrichtung, welche alleinig gezielt dem Antreiben der Rotationsbewegung des Schwingungsanregungselementes dient, flexibel die gewünschte zweite Schwingung der Sonotrode eingestellt werden. Somit ist diese zweite Antriebseinrichtung unabhängig von der Anregung durch den Ultraschallschwingungsanreger und wird nicht durch die konstruktive Auslegung der Bauteile des Ultraschallschwingungsanregers limitiert. Zudem kann diese Antriebseinrichtung auch bei bereits vorhandenen Lithotripsievorrichtungen nachgerüstet werden.
Bei einer „Antriebseinrichtung“ handelt es sich prinzipiell um jegliche Art von Einrichtung, welche eine Kraft auf das Schwingungsanregungselement und somit eine Bewegung und/oder Rotation des Schwingungsanregungselementes bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung eine Düse zum Einwirken eines Druckgasstroms auf das Schwingungsanregungselement auf.
Damit kann das Schwingungsanregungselement in einfacher Weise mittels eines Druckgasstroms, beispielsweise Druckluft, direkt angetrieben werden. Hierbei kann der Antrieb und somit die Zufuhr des Druckgasstromes kontinuierlich und/oder diskontinuierlich erfolgen. Mittels der Geometrie der Düse und/oder einer Regelung des Druckluftstroms kann somit direkt Einfluss auf die Bewegungsfrequenz und Impulsintensität des Schwingungsanregungselementes genommen werden. Vor allem kann mittels des Druckgasstromes schnell und direkt die Kraft, das Moment und/oder die Drehzahl des Schwingungsanregungselementes beeinflusst werden. Zudem kann die Düse gezielt zu dem und/oder auf das Schwingungsanregungselement ausgerichtet und der Druckgasstrom auf eine definierte Position und/oder Stelle des rotierenden Schwingungsanregungselementes aufgebracht werden.
Unter einer „Düse“ wird insbesondere ein technisches Bauteil zur Beeinflussung eines Fluids und/oder Druckgasstromes beim Übertritt von einer Rohrströmung in den freien Raum verstanden. Die Düse kann über ihre gesamte Länge eine gleiche Querschnittsfläche haben, sich erweitern, verjüngen und/oder eine variable Form aufweisen.
Um die Rotation des Schwingungsanregungselementes definiert und positioniert anzutreiben, weist das Schwingungsanregungselement an einer Mantelfläche eine Nut zum Einwirken des Druckgasstroms auf.
Bevorzugt weist das Schwingungsanregungselement an seiner Mantelfläche mehrere gleichmäßig zueinander beabstandete Nuten um den gesamten Umfang der Mantelfläche auf, sodass der Druckgasstrom in die jeweilige Nut, welche im Einwirkbereich der Düse liegt, reinströmt und, wie bei einem Flügelrad, das Schwingungsanregungselement zur Rotation angetrieben wird.
Die „Mantelfläche“ des Schwingungsanregungselementes ist insbesondere diejenige Fläche, auf welcher das Schwingungsanregungselement abrollbar ist.
Eine „Nut“ ist insbesondere eine längliche Vertiefung in dem Schwingungsanregungselement. Eine Nut oder mehrere Nuten sind insbesondere an und/oder in der Mantelfläche radial umlaufend angeordnet. Dadurch, dass der Druckgasstrom in die jeweilige Nut mittels der Düse gerichtet wird und gegen die Begrenzungswand am Ende der Nut in Strömungsrichtung einwirkt, wird das Schwingungsanregungselement um die Sonotrode in Rotation versetzt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Lithotripsievorrichtung ein aufsteckbares Halterungsgehäuse auf, wobei das aufsteckbare Halterungsgehäuse das Schwingungsanregungselement, ein proximales Ende der Sonotrode und/oder den Ultraschallschwingungsanreger umgibt.
Durch das umgebende Halterungsgehäuse wird zum einen die Reinigbarkeit der Lithotripsievorrichtung erleichtert und zum anderen eine Verletzung an dem rotierenden Schwingungsanregungselement verhindert. Hierbei kann das aufsteckbare Halterungsgehäuse einen Teil des Handgerätes ausbilden und ebenso wie die Sonotrode auch nur teilweise den Ultraschallschwingungsanreger umgeben.
Um eine gute Handhabbarkeit und Reinigbarkeit bereitzustellen, kann das aufsteckbare Halterungsgehäuse beispielsweise als Material Kunststoff aufweisen.
Um einen definierten Bewegungsraum für die Rotation und das Taumeln des Schwingungsanregungselementes bereitzustellen, weist das aufsteckbare Halterungsgehäuse innenliegend einen proximalseitigen Anschlag und/oder einen distalseitigen Anschlag zum Begrenzen einer Bewegungsstrecke des Schwingungsanregungselementes entlang der Längsmittelachse der Sonotrode und/oder eine Zufuhröffnung und eine Abfuhröffnung für den Druckgasstrom auf.
Neben dem distalseitigen Anschlag und/oder dem proximalseitigen Anschlag kann das Halterungsgehäuse aufgrund seiner Form und/oder gezielt angeordneter Bauelemente auch eine Bewegung des Schwingungsanregungselementes in Querrichtung quer zur Längsmittelachse der Sonotrode und/oder allen weiteren Raumrichtungen dazwischen begrenzen.
Ein proximalseitiger Anschlag und/oder distalseitiger Anschlag kann beispielsweise aufgrund einer Form an der Innenoberfläche des aufsteckbaren Halterungsgehäuses und/oder aufgrund einer innenliegenden Kante ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem proximalseitigen Anschlag und dem Schwingungsanregungselement und/oder zwischen dem Schwingungsanregungselement und dem distalseitigen Anschlag ein Abstandselement angeordnet.
Somit kann mittels des Abstandselementes definiert die Bewegungsstrecke des Schwingungsanregungselementes entlang der Längsmittelachse eingestellt und/oder verkürzt werden. Bevorzugt ist das Abstandselement austauschbar und es können verschiedene Abstandselemente mit unterschiedlichen Längen und/oder Massen zwischen dem proximalseitigen Anschlag und dem Schwingungsanregungselement und/oder zwischen dem Schwingungsanregungselement und dem distalseitigen Anschlag eingesetzt werden.
Bei dem Abstandselement kann es sich beispielsweise um einen länglichen Körper und/oder eine Feder handeln. Vor allem bei distalseitiger Anordnung kann das Abstandselement auch als Schlagmasse ausgebildet sein, welche einen seitlichen Impulsschlag des Schwingungsanregungselementes weiterleitet und somit in axialer Richtung zusätzlich zur direkten Einwirkung auf die Sonotrode überträgt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Lithotripsiesystem zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei das Lithotripsiesystem eine zuvor beschriebene Lithotripsievorrichtung, mehrere Schwingungsanregungselemente mit einer jeweiligen Unwucht und/oder mehrere Sonotroden aufweist.
Somit wird ein Lithotripsiesystem bereitgestellt, mit welchem der Benutzer schnell und in einfacher Weise durch Austausch eines Schwingungsanregungselementes durch ein anderes Schwingungsanregungselement und/oder einer zuvor verwendeten Sonotrode durch eine andere Sonotrode die Lithotripsievorrichtung an die jeweiligen Anforderungen der Zertrümmerung anpassen und jeweils die optimale Zertrümmerungsleistung erzielen kann.
Der Austausch von Schwingungsanregungselementen mit einer jeweiligen Unwucht und/oder von Sonotroden gegeneinander erfolgt insbesondere vor einem Eingriff, zwischen einem Eingriff und/oder außerhalb des Körpers, in welchem ein Körperstein zertrümmert werden soll, oder in einem Probebetrieb.
In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung, wobei die bestehende Lithotripsievorrichtung eine Sonotrode und einen Ultraschallschwingungsanreger aufweist, und der Nachrüstsatz mindestens ein Schwingungsanregungselement mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung zum Aufschieben auf die bestehende Sonotrode, eine Antriebseinrichtung zum Bewirken einer Rotation des Schwingungsanregungselementes und/oder ein aufsteckbares Halterungsgehäuse zum Umgeben des Schwingungsanregungselementes, eines proximalen Endes der Sonotrode und/oder des Ultraschallschwingungsanregers derart aufweist, dass eine zuvor beschriebene Lithotripsievorrichtung ausbildbar ist.
Es ist besonders vorteilhaft, dass mittels des Nachrüstsatzes auch bereits im Markt befindliche Sonotroden und/oder Lithotripsievorrichtungen nachrüstbar sind, um gezielt eine zweite Schwingung der Sonotrode anzuregen. Hierbei kann ebenso eine Antriebseinrichtung zum separaten und gezielten Antrieb des Schwingungsanregungselementes mit der Unwucht nachgerüstet werden. Dazu kann beispielsweise eine Düse zum Zuführen von Druckluft an dem Handgerät und/oder an dem aufsteckbaren Halterungsgehäuse befestigt sein.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung, wobei die Lithotripsievorrichtung einen Ultraschallschwingungsanreger, eine Sonotrode mit einem Außendurchmesser, ein Schwingungsanregungselement mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer Rotation des Schwingungsanregungselementes aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Außendurchmesser der Sonotrode angeordnet ist und die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselementes einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Sonotrode aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement frei beweglich ist, mit folgenden Schritten:

- Anregen einer ersten Schwingung der Sonotrode mittels des Ultraschallschwingungsanreger,
- Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode mittels der Antriebseinrichtung, und
- Anregen einer zweiten Schwingung der Sonotrode mittels der Unwucht des rotierenden Schwingungsanregungselementes.

Prinzipiell können diese Verfahrensschritte in beliebiger Reihenfolge gleichzeitig oder alternierend durchgeführt und/oder wiederholt werden. Bei gleichzeitiger Durchführung der Verfahrensschritte liegt ein Kombinationsbetrieb und eine duale Wirkung mittels der ersten Schwingung und der zweiten Schwingung vor.
Somit kann der Anwender mittels des Verfahrens sehr einfach und unabhängig von der Ultraschallschwingung der Sonotrode durch Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode eine zweite Schwingung, insbesondere eine Stoßwellenschwingung, aufprägen. Durch Verwendung der beiden unabhängigen Antriebssysteme für die erste Schwingung und die zweite Schwingung sind beide jeweils separat, optimal einstellbar, um die jeweils erforderliche, optimale Zertrümmerungsleistung zu erzielen.
Prinzipiell sei herausgestellt, dass die beanspruchten Verfahrensschritte das Betreiben und das Erzeugen von zwei unterschiedlichen Schwingungen innerhalb einer Lithotripsievorrichtung betreffen und das Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung keinen Behandlungsschritt aufweist und somit nicht ein Behandlungsverfahren darstellt.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine stark schematische Darstellung einer Lithotripsievorrichtung mit einer Unwuchtmasse um die Sonotrode in verschiedenen Schwingungslagen im Längsschnitt,
2 eine dreidimensionale Darstellung einer Alternative der Lithotripsievorrichtung mit einer Aufsteckhülse um eine Unwuchtscheibe in Seitenansicht,
3 eine dreidimensionale Darstellung der Lithotripsievorrichtung aus 2 in einer anderen Seitenansicht,
4 eine schematische Darstellung der Lithotripsievorrichtung aus 2 im Längsschnitt,
5 eine dreidimensionale vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes der Lithotripsievorrichtung aus 2 mit der Unwuchtscheibe, und
6 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung.

Eine Lithotripsievorrichtung 101 weist proximalseitig einen Ultraschallwandler 103 zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung auf. Distalseitig ist an dem Ultraschallwandler 103 ein sich verjüngendes Horn 105 angeordnet. In das Horn 105 ist eine Sonotrode 107 an ihrem proximalen Ende 109 eingeschraubt. Ein gegenüberliegendes distales Ende 111 der Sonotrode dient zum Zertrümmern von Körpersteinen. Im proximalen Bereich der Sonotrode 107 ist eine Unwuchtmasse 113 mittels einer mittigen Öffnung 114 auf die Sonotrode 107 aufgeschoben und umgibt die Sonotrode 107. Da die Sonotrode 107 einen geringeren Außendurchmesser 108 als ein Durchmesser der Öffnung 114 der Unwuchtmasse 113 aufweist, ist die Unwuchtmasse 113 um die Sonotrode 107 herum frei beweglich. Die Unwuchtmasse 113 ist scheibenförmig ausgebildet und weist zwei Übergewichte 115 auf, wobei ein Übergewicht 115 proximalseitig und das andere Übergewicht 115 distalseitig, jedoch nicht rotationssymmetrisch an der Unwuchtmasse 113 angeordnet sind.
Unterhalb der Unwuchtmasse 113 ist eine Druckluftdüse 127 zum Antreiben einer Rotation der Unwuchtmasse 113 um eine Drehachse 117 angeordnet, wobei die Drehachse 117 mit einer Längsmittelachse der Sonotrode 107 und einer Längsmittelachse der Lithotripsievorrichtung 101 zusammenfällt. Die Druckluftdüse 127 ist mittels eines nicht in 1 gezeigten Schlauches mit einer nicht gezeigten zentralen Drucklufthausversorgung verbunden. Hierbei werden die Druckluftdüse 127 und der nicht gezeigte Schlauch an dem in 1 nicht gezeigten Handgehäuse der Lithotripsievorrichtung 101 gehalten.
Zum Betreiben der Lithotripsievorrichtung 101 wird die Sonotrode 107 kontinuierlich mittels des Ultraschallwandlers 103 mit einer Ultraschallschwingung angeregt. Da die Unwuchtmasse 113 um die Sonotrode 107 angeordnet ist, wirkt diese Ultraschallschwingung auch auf die Unwuchtmasse 113, führt jedoch nur zu einer geringfügigen Hin- und Herbewegung entlang der Drehachse 117. Mittels der Druckluftdüse 127 wird gezielt Druckluft auf die Unwuchtmasse 113 im Bereich ihrer Mantelfläche aufgebracht, wodurch die Unwuchtmasse 113 mit ihrer innenliegenden Öffnung 114 um die Sonotrode 107 und die Drehachse 117 rotiert. Aufgrund der beiden nicht rotationssymmetrischen angeordneten Übergewichte 115 an der proximalen und der distalen Seite der Unwuchtmasse 113 taumelt die Unwuchtmasse 113 ausgehend von einer Ausgangslage 121 bei einem nicht durch die Druckluftdüse 127 angetriebenen Zustand zwischen einer distalen Schwingungslage 123 und einer proximalen Schwingungslage 125 im rotierenden Zustand.
Die Unwuchtmasse 113 weist Edelstahl auf und schlägt dementsprechend hart beim Taumeln jeweils wechselseitig mit ihrer distalen Kante um die Öffnung 114 und ihrer proximalen Kante um die Öffnung 114 auf die Sonotrode 107 auf, wobei aufgrund dieser Stoßanregung die Sonotrode 107 in einer zweiten Schwingung angeregt wird. Somit kann die kontinuierliche, konstante Ultraschallschwingung angeregt mittels des Ultraschallwandlers 103 und die intermittierende Schockschwingung aufgrund der Stoßanregung mittels der Unwuchtmasse 113 mit den beiden Übergewichten 115 in einem dualen Wirkmechanismus optimal zum Zertrümmern von Körpersteinen mittels des distalen Endes 111 der Sonotrode 107 genutzt werden. Somit ist die Sonotrode 107 funktional, zeitlich und lokal unabhängig von einer Anregung einer Ultraschallschwingung mittels des Ultraschallwandlers 103 durch Nutzung einer dynamischen Unwucht der Unwuchtmasse 113 mit einer harten Stoßanregung zusätzlich mit einer Stoßschwingung anregbar.
In einer in den 2 bis 5 gezeigten Alternative weist eine Lithotripsievorrichtung 201 einen Ultraschallwandler 203 und eine Kappe 206 auf, wobei zwischen dem Ultraschallwandler 203 und der Kappe 206 außen ein Handgerät 231 mit einer Aufsteckhülse 233 angeordnet ist, wobei die Aufsteckhülse 233 mittels einer Arretierung 235 an dem Ultraschallwandler 203 befestigt ist. Eine Sonotrode 207 ist weitgehend bis zu ihrem distalen Ende 211 freiliegend und wird innenliegend nur durch die Kappe 206 bis zu ihrem proximalen Ende 209 innerhalb des Handgerätes 231 geführt (4).
Vor dem proximalen Ende 209 der Sonotrode 207 ist eine Unwuchtscheibe 213 mit mehreren, gleichmäßig beabstandeten Nuten 216 entlang ihrer Mantelfläche 218 angeordnet. Hierbei umgibt eine mittige Öffnung 214 der Unwuchtscheibe 213 die Sonotrode 207. An einer distalen Seite und einer proximalen Seite der Unwuchtscheibe 213 ist jeweils ein Übergewicht 215 angeordnet. Zwischen der distalen Seite der Unwuchtscheibe 213 und der proximalen Innenseite der Aufsteckhülse 233 ist eine Abstandshülse 237 angeordnet.
Die Sonotrode 207 weist wiederum einen geringeren Außendurchmesser 208 als die mittige Öffnung 214 der Unwuchtscheibe 213 auf, sodass die Unwuchtscheibe 213 frei beweglich um die Sonotrode 207 innerhalb der Aufsteckhülse 233 ist. Das proximale Ende 209 der Sonotrode 207 ist an dem distalen Ende des Horns 205 gelagert. Proximalseitig vom Horn 205 weist der Ultraschallwandler 203 mehrere Piezoelemente 245 und ein Gegenlager 247 auf.
Außen weist die Aufsteckhülse 233 eine Zufuhröffnung 241 und eine Abfuhröffnung 243 für Druckluft auf. Eine in den 2 bis 5 nicht gezeigte Düse richtet einen Druckluftstrom in die Zufuhröffnung 241 auf die jeweilige Nut 216 zum Antreiben der Unwuchtscheibe 213.
Mit der Lithotripsievorrichtung 201 werden folgende Arbeitsgänge durchgeführt:
In einem Verfahren 301 zum Betreiben der Lithotripsievorrichtung 201 werden die Piezoelemente 245 mit einer Spannung eines nicht gezeigten Ultraschallgenerators beaufschlagt (6). Aufgrund der dadurch bedingten Verformung der Piezoelemente 245, welche zwischen dem proximalseitigen Gegenlager 247 und dem distalseitigen Horn 205 eingespannt sind, wird eine Ultraschallschwingung induziert, wodurch ein Anregen 303 einer ersten Schwingung der Sonotrode 207 erfolgt. Gleichzeitig wird ein Antreiben 305 einer Rotation der Unwuchtscheibe 213 um die Sonotrode 207 durchgeführt, indem mittels der nicht gezeigten Düse ein Druckluftstrom in die jeweils im Bereich der Zufuhröffnung 241 vorliegende Nut 216 der rotierenden Unwuchtscheibe 213 gerichtet wird, wodurch die Unwuchtscheibe 213 mit einer kontinuierlichen Drehgeschwindigkeit rotiert. Aufgrund der Ausgestaltung der Unwuchtscheibe 213 mit den Übergewichten 215 erfolgt mittels einer dynamischen Unwucht der rotierenden Unwuchtscheibe 213 ein Anregen 307 einer zweiten Schwingung der Sonotrode 207.
Aufgrund der separaten Einstellbarkeit der Effizienz des Anregens 303 der ersten kontinuierlichen Ultraschallschwingung der Sonotrode 207 mittels des Ultraschallwandlers 203 und des Anregens 307 der zweiten Stoßschwingung der Sonotrode 207 mittels der rotierenden Unwuchtscheibe 213 sind zwei voneinander unabhängige Wirkmechanismen optimal zum Zertrümmern auch von harten und/oder inhomogenen Körpersteinen nutzbar.
Bezugszeichenliste

101: Lithotripsievorrichtung
103: Ultraschallwandler
105: Horn
107: Sonotrode
108: Außendurchmesser der Sonotrode
109: proximales Ende der Sonotrode
111: distales Ende der Sonotrode
113: Unwuchtmasse
114: Öffnung
115: Übergewicht
117: Drehachse / Längsmittelachse der Sonotrode
121: Ausgangslage
123: distale Schwingungslage
125: proximale Schwingungslage
127: Druckluftdüse
201: Lithotripsievorrichtung
203: Ultraschallwandler
205: Horn
206: Kappe
207: Sonotrode
208: Außendurchmesser der Sonotrode
209: proximales Ende der Sonotrode
211: distales Ende der Sonotrode
213: Unwuchtscheibe
214: Öffnung
215: Übergewicht
216: Nut
218: Mantelfläche
231: Handgerät
233: Aufsteckhülse
235: Arretierung
237: Abstandshülse
241: Zufuhröffnung für Druckluft
243: Abfuhröffnung für Druckluft
245: Piezoelemente
247: Gegenlager
301: Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung
303: Anregen einer ersten Schwingung einer Sonotrode
305: Antreiben einer Rotation einer Unwuchtmasse um die Sonotrode
307: Anregen einer zweiten Schwingung der Sonotrode mittels einer Unwucht der rotierenden Unwuchtmasse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9421023 B2 [0005]

Claims

Lithotripsievorrichtung (101, 201) zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung (101, 201) ein Handgerät (231) mit einem Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät (231) verbindbaren Sonotrode (107, 207) mit einer Längsmittelachse (117) und einem Sonotroden-Außendurchmesser (108, 208) aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers (103, 203) die Sonotrode (107, 207) in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung (101, 201) ein Schwingungsanregungselement (113, 213) mit einer durchgehenden Öffnung (114, 214) aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement (113, 213) mit der durchgehenden Öffnung (114, 214) um den Sonotroden-Außendurchmesser (108, 208) und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehende Öffnung (114, 214) des Schwingungsanregungselement (113, 213) einen größeren Durchmesser als der Sonotroden-Außendurchmesser (108, 208) und/oder als der Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement (113, 213) frei beweglich ist, und das Schwingungsanregungselement (113, 213) eine Unwucht aufweist, sodass im Falle einer Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) um die Sonotrode (107, 207) und/oder den Ultraschallschwingungsanreger die Sonotrode (107, 207) in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht anregbar ist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) scheibenförmig, ringförmig, hohlzylinderförmig und/oder torusförmig ausgebildet ist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) eine Rotationsachse abweichend von der Längsmittelachse (117) und/oder seiner Hauptträgheitsachse aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) ein Unwuchtelement (115, 215) in seinem Inneren und/oder an seiner Außenoberfläche aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) eine Aussparung aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unwuchtelement (115, 215) und/oder die Aussparung auf einer distalen Seite und/oder einer proximalen Seite des Schwingungsanregungselementes (113, 213) angeordnet ist oder sind.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithotripsievorrichtung (101, 201) eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung eine Düse (127) zum Einwirken eines Druckgasstromes auf das Schwingungsanregungselement (113, 213) aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) an einer Mantelfläche (218) eine Nut (216) zum Einwirken des Druckgasstromes aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithotripsievorrichtung (101, 201) ein aufsteckbares Halterungsgehäuse (233) aufweist, wobei das aufsteckbare Halterungsgehäuse (233) das Schwingungsanregungselement (113, 213), ein proximales Ende (109, 209) der Sonotrode (107, 207) und/oder den Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) umgibt.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aufsteckbare Halterungsgehäuse (233) innenliegend einen proximalseitigen Anschlag und/oder einen distalseitigen Anschlag zum Begrenzen einer Bewegungsstrecke des Schwingungsanregungselementes entlang der Längsmittelachse (117) der Sonotrode und/oder eine Zufuhröffnung (241) und eine Abfuhröffnung (243) für den Druckgasstrom aufweist.
Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem proximalseitigen Anschlag und dem Schwingungsanregungselement (113, 213) und/oder zwischen dem Schwingungsanregungselement (113, 213) und dem distalseitigen Anschlag ein Abstandselement (237) angeordnet ist.
Lithotripsiesystem zum Zerstrümmern von Körpersteinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithotripsiesystem eine Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mehrere Schwingungsanregungselemente mit einer jeweiligen Unwucht (113, 213) und/oder mehrere Sonotroden (107, 207) aufweist.
Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung, wobei die bestehende Lithotripsievorrichtung eine Sonotrode (107, 207) und einem Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachrüstsatz mindestens ein Schwingungsanregungselement (113, 213) mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung (114, 214) zum Aufschieben auf die bestehende Sonotrode (107, 207), eine Antriebseinrichtung zum Bewirken einer Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) und/oder ein aufsteckbares Halterungsgehäuse (233) zum Umgeben des Schwingungsanregungselementes (113, 213), eines proximales Endes (109, 209) der Sonotrode (107, 207) und/oder des Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) derart aufweist, dass eine Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausbildbar ist.
Verfahren (301) zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung (101, 201), wobei die Lithotripsievorrichtung (101, 201) einen Ultraschallschwingungsanreger (103, 203), eine Sonotrode (107, 207) mit einem Außendurchmesser (108, 208), ein Schwingungsanregungselement (113, 213) mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung (114, 214) und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement (113, 213) mit der durchgehenden Öffnung (114, 214) um den Außendurchmesser (108, 208) der Sonotrode (107, 207) angeordnet ist und die durchgehende Öffnung (114, 214) des Schwingungsanregungselementes (113, 213) einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser (108, 208) der Sonotrode (107, 207) aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement (113, 213) frei beweglich ist, mit folgenden Schritten: - Anregen (303) einer ersten Schwingung der Sonotrode (107, 207) mittels des Ultraschallschwingungsanreger (103, 203), - Antreiben (305) der Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) um die Sonotrode (107, 207) mittels der Antriebseinrichtung, und - Anregen (307) einer zweiten Schwingung der Sonotrode (107, 207) mittels der Unwucht des rotierenden Schwingungsanregungselementes (113, 213).