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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stoßwellenquelle zum Erzeugen
einer fokussierten Stoßwelle,
wie sie beispielsweise aus der
DE 41 25 375 C1 bekannt ist.
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Eine
solche Stoßwellenquelle
wird beispielsweise bei der extrakorporalen Lithotripsie, insbesondere
bei der Zertrümmerung
von Konkrementen im Inneren einer Niere eingesetzt. Bei der aus
der
DE 41 25 375 C1 bekannten
Stoßwellenquelle
wird die Stoßwelle
mit einem elektromagnetischen Verfahren erzeugt. Bei diesem Verfahren
wird ein Hochspannungskondensator schlagartig über eine Flachspule entladen,
vor der als Sekundärspule
eine metallische Membran, in der Regel eine Kupfermembran, angeordnet
ist. Flachspule und metallische Membran sind durch eine zwischengelegte
Isolierfolie voneinander elektrisch isoliert. Durch die gegenseitige
magnetische Abstoßung
der beiden Spulen wird die Membran stoßartig bewegt und erzeugt in
einem angrenzenden Koppelmedium eine ebene Druckwelle, die mit einer
akustischen Linse in einem Fokus gebündelt wird. Dabei ist als Koppelmedium
in der Regel Wasser vorgesehen.
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Um
eine möglichst
verlustfreie Einkoppelung der Stoßwelle in das Wasser sicherzustellen,
ist bei der bekannten Stoßwellenquelle
vorgesehen, zwischen der Membran und der Wasserstrecke eine Schicht
anzuordnen, deren akustische Impedanz kleiner als die akustische
Impedanz von Wasser ist. Diese Schicht dient als sogenannte λ/4- Anpassungsschicht
und soll wenigstens ein Viertel der Wellenlänge der Grundwelle der Stoßwelle betragen.
Um als Anpassungsschicht wirksam zu sein, d.h. um sicherzustellen,
dass die an der von der Membran abgewandten Grenzfläche der
Schallwelle sich zu einem signifikanten Anteil der Stoßwelle konstruktiv überlagert,
darf die Dicke dieser Schicht die Größenordnung einer Wellenlänge nicht
we sentlich überschreiten.
Um als λ/4-
Anpassungsschicht wirksam zu sein, muss außerdem die Schichtdicke möglichst genau
eingehalten werden. Dies ist mit einem erhöhten fertigungstechnischen
Aufwand verbunden. Darüber
hinaus ist die Stoßwelle
aufgrund des impulsförmigen
Verlaufes nicht aus Schallwellen einer einzigen Wellenlänge zusammengesetzt,
so das die Wirksamkeit der λ/4-
Anpassungsschicht begrenzt ist.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Stoßwellenquelle
zum Erzeugen einer fokussierten Stoßwelle anzugeben, die bei hohem
Wirkungsgrad mit einem fertigungstechnisch vertretbaren Aufwand
herstellbar ist.
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Die
genannte Aufgabe wird gelöst
mit einer Stoßwellenquelle
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält die Stoßwellenquelle
einen elektromagnetischen Stoßwellengenerator,
der eine metallische Membran zum Erzeugen einer Stoßwelle in
einem an die Membran angrenzenden Koppelmedium enthält, dessen
akustische Impedanz kleiner als 1 MRayl ist. In einem Abstand von
der Membran, der größer als
ein Vielfaches der Grundwellenlänge
der Stoßwelle
ist, ist eine akustische Linse zum Fokussieren der Stoßwelle angeordnet,
wobei der zwischen der akustischen Linse und der Membran befindliche
Zwischenraum vom Koppelmedium ausgefüllt ist. Größer als ein Vielfaches der
Grundwellenlänge
heißt,
dass der Abstand nicht notwendigerweise ein ganzzahliges Vielfaches der
Grundwellenlänge
sein muss.
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Durch
die Verwendung eines Koppelmediums zwischen der akustischen Linse
und der Membran, dessen akustische Impedanz kleiner als 1 MRayl ist,
und in dem der von der Stoßwelle
zurückgelegte Weg
größer als
ein Vielfaches ihrer Grundwellenlänge ist, ist die in das Koppelmedium
eingekoppelte Schallenergie vom Abstand zwischen der Linse und der
Membran, d. h. der Dicke des als Zwischenschicht dienenden Koppelmediums,
unabhängig.
Da es sich außerdem
bei der Stoßwelle
um eine im wesentlichen ebene Welle handelt, ist der fertigungstechnische Aufwand
hinsichtlich der zulässigen
Toleranzen dieses Abstandes erheblich reduziert.
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Durch
die Verwendung eines Koppelmediums mit einer kleinen akustischen
Impedanz sind die Verluste bei der Schallenergieeinkopplung erheblich reduziert
ohne dass es der Verwendung einer λ/4- Anpassungsschicht bedarf.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß der Unteransprüche.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel
der Zeichnung verwiesen, in deren einziger Figur eine Stoßwellenquelle gemäß der Erfindung
in einem Längsschnitt
schematisch veranschaulicht ist.
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Gemäß der Figur
enthält
die Stoßwellenquelle 2 einen
Stoßwellengenerator 3 mit
einer nur schematisch dargestellten Flachspule 4, vor der
elektrisch durch eine Isolierfolie 6 getrennt eine metallische Membran 8 angeordnet
ist. Die metallische Membran ist mit ihrem Rand in einem Stoßwellenrohr 10 gelagert,
in dem sich die Stoßwelle
zu einer akustischen Linse 12 ausbreitet. Diese fokussiert
die von der Membran 8 erzeugte, im wesentlichen ebene Stoßwelle in
einem Fokus F, der bei korrekt auf den Körper eines Patienten P aufgesetzter
Stoßwellenquelle 2 mit
dem Ort eines im Körper
des Patienten P befindlichen Konkrementes K zusammenfällt.
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Um
eine flexible Ankopplung der Stoßwellenquelle 2 auf
die Hautoberfläche
des Patienten P zu ermöglichen,
ist am freien Ende des Stoßwellenrohres 10 ein
flexibler, mit Wasser gefüllter
Koppelbalg 14 angeordnet.
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Ein
innerhalb des Stoßwellenrohres 10 zwischen
der akustischen Linse 12 und der Membran 8 befindlicher
Zwischenraum 16 ist vollständig mit einem Koppelmedium 18 ausgefüllt, dessen
akustische Impedanz kleiner als 1 MRayl ist. Der Abstand a zwischen
der akustischen Linse 12 und der Membran 8, d,
h. die Länge
der vom Koppelmedium 18 gebildeten Koppelstrecke ist größer als
ein Vielfaches der Grundwellenlänge
der von der Membran 8 unmittelbar in das Koppelmedium 18 eingekoppelten
Stoßwelle.
Diese Grundwellenlänge
beträgt
in der Praxis etwa zwischen 2 und 3 mm wobei sich ein Abstand a zwischen
etwa 20 und 50 mm als besonders geeignet herausgestellt hat. Dieser
Abstand a ist nicht notwendigerweise ein ganzzahliges Vielfaches
der Wellenlänge.
Durch den relativ großen
Abstand der der Membran 8 zugewandten brechenden Fläche 20 der Linse 12 kann
diese, wie im Ausführungsbeispiel
dargestellt, konkav gekrümmt
sein, da die an dieser Grenzfläche
stattfindende Reflexion auf Grund der langen Laufzeit zurück zur Membran
keinen störenden
Einfluss mehr ausübt.
Durch die Verwendung einer bikonkaven akustischen Linse 12,
deren brechende Flächen 20 und 22 für dieselbe
Brechkraft einen kleineren Krümmungsradius
aufweisen müssen als
eine Plankonkavlinse derselben Brechkraft. Dadurch werden die Fokuseigenschaften
der fokussierten Stoßwelle
verbessert.
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Die
akustische Linse 12 besteht vorzugsweise aus einem polymeren
Werkstoff, insbesondere aus Polystyrol PS.
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Als
akustisches Koppelmedium 18 haben sich insbesondere feste
oder flüssige
Koppelmedien herausgestellt, deren akustische Impedanz zwischen 0,2
und 0,8 MRayl beträgt.
Geeignete flüssige
Koppelmedien sind beispielsweise Isopentan mit Z = 0,62 MRayl und
Silikonöl
mit Z = 0,74 MRayl (Dow 200, 1 centistoke von Dow Corning, siehe
auch Tabelle "Acoustic
Properties of Liquids",
http://www.ondacorp.com/tables/Liquids.pdf). Geeignete feste Koppelmedien
sind beispielsweise Silikongele, wie sie unter der Bezeichnung Silgel
604 mit einer Impedanz von 0,94 MRayl von der Firma Wacker zu beziehen sind.
Ein Feststoff mit kleiner Impedanz kann auch dadurch erzeugt werden,
dass in einem polymeren Werkstoff Hohlräume eingebracht werden, die
mit einem Material mit niedrigerer akustischer Impedanz, beispielsweise
mit einem Gas gefüllt
sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Stoßwellenquelle
kann die in die akustische Linse 12 übertragene Energie gegenüber den
bekannten Aufbauten um 20 bis 40% steigen. Damit ist auch die im
Fokus verfügbare
Schallenergie erhöht,
so dass bei gleicher Energiedichte im Fokus die der Flachspule zugeführte elektrische
Energie reduziert werden kann. Dies ist mit einem vereinfachten
Hochspannungsaufbau oder mit einer verlängerten Lebensdauer der Stoßwellenquelle
verbunden.