DE19718512C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinische Anwendungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinische AnwendungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Erzeugen von Stoßwellen für medizinische Anwendungen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.
Fokussierte akustische Stoßwellen werden zunehmend in der
Human- und Tiermedizin für unterschiedliche Anwendungszwecke
eingesetzt. Beispiele sind die Zerstörung von Konkrementen,
die Behandlung von Weichteilbeschwerden und orthopädischen
schmerzhaften Erkrankungen, wie Ansatztendinosen und Pseudo
arthrosen, sowie die Induzierung des Knochenwachstums.
Zum Erzeugen der Stoßwellen sind Vorrichtungen bekannt, bei
welchen zwischen zwei in einem flüssigen Medium angeordneten
Elektroden ein elektrischer Durchbruch erzeugt wird. Der elek
trische Durchbruch führt zu einem explosionsartigen Verdampfen
des flüssigen Mediums, wodurch die Stoßwellen erzeugt werden,
die dann fokussiert in den menschlichen oder tierischen Körper
eingekoppelt werden. Vorrichtungen dieser Gattung sind bei
spielsweise bekannt aus der DE-PS 26 35 635, der EP 0 590 177
A1 und der WO 96/09 621.
Die Plasmagenerierung bei dem elektrischen Durchbruch führt zu
einer Bildung von Gasblasen in dem flüssigen Medium, welche
die Entstehung und Ausbreitung der Stoßwellen stören. In der
WO 96/09 621 ist daher angegeben, daß eine die Elektroden
umgebende stoßwellendurchlässige Hülle mindestens eine Öffnung
aufweist, durch welche das bei der Funkenentladung entstehende
Gas aus dieser Hülle entweichen kann. Die Öffnungen müssen
dabei eine ausreichende Größe aufweisen, damit das gebildete
Gas auch wirksam entweichen kann, was andererseits zu einem
Austausch zwischen Innenraum und Außenraum der Hülle führt,
wodurch die Konditionierung des flüssigen Mediums im Bereich
der Elektroden beeinträchtigt wird. Außerdem muß das außerhalb
der Hülle gesammelte Gas abgeführt und in einem Entgasungs
prozeß entfernt werden.
Aus der US 5 251 614 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
bekannt, bei welcher Stoßwellen durch einen elektrischen
Durchbruch zwischen Elektroden in einer Flüssigkeit, erzeugt
werden. Um die Latenzzeit für die Ausbildung des elektrischen
Durchbruchs zu verringern, sind die Elektroden von einem Be
hälter umschlossen, in welchem der Flüssigkeit ein Elektrolyt
zugegeben wird, wodurch der Widerstand für die elektrische
Entladung zwischen den Elektroden vermindert wird. Maßnahmen
gegen den störenden Einfluß von Gasblasen in der Flüssigkeit
sind nicht angegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch welche der
störende Einfluß der Gasbildung verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind in den rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, dem flüs
sigen Medium zumindest in dem die Elektroden umgebenden Be
reich eine Katalysator zuzusetzen, der der Entwicklung und
Bildung von Gasblasen entgegenwirkt. Dabei sind bei der Erzeu
gung der Stoßwellen zwei Prozesse der Gasentwicklung zu unter
scheiden. Wird an die Elektroden die für die Funkenentladung
erforderliche elektrische Hochspannung angelegt, so führt
diese nicht unmittelbar zu dem elektrischen Durchbruch. Zu
nächst wird vielmehr in einer Latenzzeit das für den Durch
bruch erforderliche elektrische Feld aufgebaut. In dieser
Latenzzeit fließt bereits ein geringer Strom in dem flüssigen
Medium, der durch dessen elektrischen Leitwert bestimmt ist.
Dieser elektrische Storm führt bereits zu einer elektrolyti
schen Zersetzung des flüssigen Mediums und einer dadurch be
dingten Gasentwicklung. Der dem flüssigen Medium zugesetzte
Katalysator kann somit zum einen diese elektrolytische Gas
entwicklung während der Latenzzeit stark unterdrücken oder
sogar weitgehend verhindern. Hat sich der Durchbruchkanal
zwischen den Elektroden gebildet, so daß eine elektrische
Entladung zwischen den Elektroden stattfindet, so führt der
hohe Entladungsstrom zu einem explosionsartigen Verdampfen des
flüssigen Mediums. Der Katalysator hat weiter den Zweck, das
während der Latenzzeit durch eventuell nicht vollständige
Unterdrückung der elektrolytischen Dissoziierung gebildete Gas
und insbesondere das durch die Verdampfung bei dem elektri
schen Durchbruch erzeugte Gas möglichst schnell und möglichst
vollständig katalytisch wieder in den Ausgangsstoff des flüs
sigen Mediums oder eventuell in eine andere flüssige Substanz
umzuwandeln.
Die erfindungsgemäße Zugabe des Katalysators unterdrückt damit
die Gasbildung während der Latenzzeit und führt zu einer che
mischen Rekombination des notwendigerweise während der Entla
dung gebildeten Gases.
Das flüssige Medium besteht in der Regel zu einem überwiegen
den Anteil aus Wasser, so daß es sich bei dem entstehenden Gas
im wesentlichen um Knallgas handelt. Um dieses Knallgas in
Wasser zurückzuverwandeln wird dem Wasser ein Hydrierungs
katalysator zugegeben. Da das Wasser nicht völlig salzfrei
ist, können auch weitere Gase, wie z. B. Chlor entstehen, die
ebenfalls katalysierbar, lösbar oder in akustisch nicht stö
rende Stoffe umwandelbar sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in
schematischer Seitenansicht und
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten
Ausführung der Vorrichtung.
In einer Hülse 7 sind Elektroden 4 und 5 angeordnet. Die Hülse
7 ist für Stoßwellen durchlässig, an ihrer Oberseite geschlos
sen und durch den Sockel der Vorrichtung abgeschlossen. In der
Hülse 7 befindet sich ein flüssigen Medium 6, welches vorzugs
weise im wesentlichen aus Wasser besteht. Das flüssige Medium
6 enthält einen Katalysator 9.
Die eine Elektrode 4 ist mit einem Innenleiter 1 und die ande
re Elektrode 5 mit einem Außenleiter 3 elektrisch leitend
verbunden. Der Innenleiter 1 ist gegen den Außenleiter 3 durch
eine Isolator 2 isoliert. Die Hülse 7 ist mittels eines Isola
tors 8 mit dem im übrigen nicht dargestellten Gerät fest oder
z. B. mittels eines Gewindes lösbar verbunden. Der Innenleiter
1 und der Außenleiter 3 werden in geeigneter Weise an die
Hochspannungsversorgung des Gerätes angeschlossen.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Katalysator 9
in dem die Elektroden 4 und 5 umgebenden flüssigen Medium 6 in
flüssiger oder fester Form gelöst oder suspendiert. Das flüs
sige Medium 6 mit dem Katalysator 9 ist in der Hülse 7 voll
ständig eingeschlossen. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist auf
diese Weise als komplette Baueinheit einsetzbar und auswech
selbar.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich
der Katalysator 9 pulverförmig in einem Vorratsbehältnis 11.
Das Vorratsbehältnis 11 hat an seiner Unterseite eine kleine
Öffnung, durch welche der pulverförmige Katalysator 9 in das
flüssige Medium 6 entweichen kann. Die bei der Funkenentladung
zwischen den Elektroden 4 und 5 entstehenden Druckschwankungen
begünstigen dabei, daß pro Entladung jeweils portionsweise
eine gewisse Menge des Katalysators 9 in das flüssige Medium
6 entweicht.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Elektroden 4
und 5 sowie das Vorratsbehältnis 11 in einem größeren Volumen
des flüssigen Mediums 6 aufgenommen. Dieses Volumen kann ein
geschlossenes Volumen sein, so daß die Vorrichtung mit dem
Flüssigkeitsvolumen eine selbständige auswechselbare Bauein
heit bildet. Ebenso kann das das flüssige Medium 6 enthaltende
Volumen an einen offenen Kreislauf angeschlossen sein, in
welchem das flüssige Medium umgewälzt und gegebenenfalls auf
bereitet wird.
Die verwendeten Katalysatoren 9 sind im wesentlichen an sich
bekannt und werden entsprechend der Zusammensetzung des flüs
sigen Mediums gewählt.
Da das flüssige Medium 6 vorzugsweise im wesentlichen aus
Wasser besteht, werden als Katalysator 9 entsprechend Hydrie
rungs-Katalysatoren verwendet, die das durch die elektrolyti
sche Dissoziierung des Wassers gebildete Wasserstoff-Sauer
stoff-Gemisch (Knallgas) wieder katalytisch in Wasser zurück
verwandeln.
Als effektivste Hydrierungskatalysatoren werden die Gruppe der
Platinmetalle und der Palladiummetalle bevorzugt. Die kataly
tische Wirkung dieser Metalle hängt davon ab, wieviel Wasser
stoff absorbiert werden kann, d. h. insbesondere wie fein
verteilt der Katalysator vorliegt. Bevorzugt werden erfin
dungsgemäß dementsprechend Platinpulver, Platin auf Aktivkoh
le, Platinschwamm, Platinmohr und entprechend Palladiumpulver,
Palladium auf Aktivkohle, Palladiumschwamm bzw. Palladiummohr.
Die Auswahl und die zugegebene Menge des Katalysators ergibt
sich aus der effektiven Wirksamkeit des Katalysators, der Art
der Zugabe, den Einflüssen auf das flüssige Medium und aus den
Kosten des Katalysators.
Bei den Katalysatoren mit der besten Katalysatorwirkung, z. B.
bei Palladiummohr hat sich eine Mengenzugabe von größer/gleich
0,1 mg pro ml Wasser als wirksam erwiesen. Katalysatoren mit
einer geringeren Wirksamkeit müssen in entsprechend größeren
Mengen zugegeben werden. In der Regel ergibt sich ein vorteil
hafte Reduzierung der Gasbildung und Gasansammlung bei einer
Zugabe von etwa 0,2 bis 4 mg Katalysator pro ml Wasser.
Claims (10)
1. Verfahren zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinsche
Anwendungen, bei welchem zwei Elektroden in einem flüssi
gen Medium angeordnet werden und durch eine an die Elek
troden angelegte elektrische Hochspannung ein elektri
scher Durchbruch erzeugt wird, durch welchen das Medium
explosionsartig verdampft, um damit die Stoßwellen zu
erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Medi
um ein Katalysator zumindest in der Umgebung der Elek
troden zugegeben wird, der die elektrolytische Entstehung
von Gas bei dem Anlegen der Hochspannung an die Elek
troden ganz oder teilweise unterdrückt und der das beim
Anlegen der Hochspannung an die Elektroden und beim elek
trischen Durchbruch entstehende Gas ganz oder teilweise
katalytisch in seinen Ausgangszustand rückverwandelt.
2. Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinische
Anwendungen mittels einer zwischen zwei in einem flüssi
gen Medium angeordneten Elektroden gebildeten Funken
strecke, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium
(6) zumindest in der Umgebung der Elektroden (4, 5) einen
Katalysator (9) enthält, der die Umwandlung des flüssigen
Mediums (6) in Gas zumindest teilweise unterdrückt
und/oder das entstehende Gas zumindest teilweise wieder
in einen flüssigen Zustand zurückverwandelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das flüssige Medium (6) im wesentlichen aus Wasser be
steht und daß der Katalysator (9) ein Hydrierungs-Kataly
sator ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Katalysator (9) aus der Gruppe der Platin- oder Pal
ladiummetalle verwendet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator (9) aus Platin auf Aktivkohle, Platinpul
ver, Platinschwamm oder Platinmohr besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator (9) aus Palladium auf Aktivkohle, Palla
diumpulver, Palladiumschwamm oder Palladiummohr besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) dem flüssigen
Medium (6) in einer Menge von wenigstens von 0,1 mg/ml
zugegeben wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator (9) dem flüssigen Medium (6) in einer
Menge von 0,2 bis 4 mg/ml zugegeben wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das die Elektroden (4, 5) umschlie
ßende flüssige Medium (6) in einem abgeschlossenen Volu
men (Hülse 7) aufgenommen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichent, daß der Katalysator (9) pulverförmig in
einem Vorratsbehältnis (11) bevorratet ist, und durch
eine Öffnung des Vorratsbehältnisses (11) in das flüssige
Medium (6) in der Umgebung der Elektroden (4, 5) aus
tritt.
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