DE19733838C2 - Vorrichtung zur Behandlung mit akustischen Stosswellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines im Körperinneren eines Menschen oder Tieres liegenden Ziel­ gebietes mit akustischen Stoßwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Akustische Stoßwellen werden in der Medizin bei unterschiedli­ chen Indikationen eingesetzt. Es ist bekannt, Tumoren und Körperkonkremente, z. B. Gallensteine, mittels akustischer Stoßwellen zu zerstören. Weiter ist es bekannt, die Knochen­ neubildung mittels Stoßwellen zu induzieren und zu fördern. Schließlich werden Stoßwellen auch für die Schmerztherapie eingesetzt.

Bei allen diesen Anwendungen wirken die Stoßwellen auf ein im Körperinneren liegendes zu behandelndes Zielgebiet ein. Hierzu ist es erforderlich, daß die extrakorporal erzeugten Stoßwel­ len durch das Körpergewebe hindurch in das Zielgebiet gelangen und in dieses Zielgebiet fokussiert werden. In dem Zielgebiet ist eine nach Art der Behandlung mehr oder weniger hoch do­ sierte Wirksamkeit der Stoßwellen beabsichtigt und erwünscht. Das Körpergewebe, durch welches die Stoßwellen in das Ziel­ gebiet gelangen, soll jedoch eine möglichst geringe Wechsel­ wirkung mit den Stoßwellen zeigen, da eine solche Wechsel­ wirkung zu unerwünschten Schädigungen dieses Körpergewebes führen kann.

Bisher wurde eine Schädigung des außerhalb des Zielgebietes liegenden Körpergewebes im wesentlichen durch die Fokussierung der Stoßwellen gering gehalten. Die Stoßwellen durchlaufen das außerhalb des Zielgebietes liegende Körpergewebe mit einer relativ geringen Energiedichte, während in dem Zielgebiet durch die Fokussierung eine hohe Energiedichte der Stoßwellen erreicht wird.

Aus der DE 38 08 783 C2 ist es bekannt, beim Zerkleinern von Konkrementen im Körper von Lebenwesen mittels extrakorporaler Stoßwellen zusätzlich Ultraschall einwirken zu lassen. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass durch den Ultra­ schall Kavitationskeime in der Umgebung des Konkrements er­ zeugt werden, die zu einer besonders effektiven Zerstörung der Konkremente durch die Stoßwellen führen. Eine zeitliche Korre­ lation zwischen den Stoßwellen und dem Ultraschall ist dabei ohne Bedeutung. Die Stoßwellen und der Ultraschall können gleichzeitig oder zeitlich versetzt einwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch welche bei der Behandlung von im Körperinneren liegenden Zielgebieten mit fokussierten Stoß­ wellen eine Schädigung des Körpergewebes reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vor­ richtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Wirkung von akustischen Stoßwellen reduziert wird, wenn die Substanz, auf welche die Stoßwellen einwirken, unter einen Überdruck gesetzt wird. Dabei hat sich weiter herausgestellt, daß be­ reits ein verhältnismäßig geringer Überdruck die Wirksamkeit der Stoßwellen auf das Weichteilgewebe von Menschen und Tieren erheblich verringert, während die Wirksamkeit der Stoßwellen in Körperkonkrementen, Knochen und Knorpeln durch einen sol­ chen geringen Überdruck nur sehr wenig beeinflußt wird und erst bei höheren Überdrücken nachläßt.

Die Erfindung macht sich diese Erkenntnis dadurch zunutze, daß bei der Behandlung mit akustischen Stoßwellen das Körpergewe­ be, durch welches die Stoßwellen in das Zielgebiet gelangen, unter einen Überdruck gesetzt wird. Dadurch wird die Wirksam­ keit der Stoßwellen in diesem Körpergewebe reduziert und Schä­ digungen des Körpergewebes durch die durchdringenden Stoßwel­ len können minimiert werden.

Da das Zielgebiet, in welchem die Stoßwellen wirksam werden sollen, in der Regel von dem Körpergewebe umschlossen wird, ist es im allgemeinen nicht möglich, nur das außerhalb des Zielgebietes liegende Körpergewebe unter Überdruck zu setzen, ohne daß dieser Überdruck auch auf das Zielgebiet einwirkt. Da der Überdruck daher in der Regel sowohl das von den Stoßwellen durchdrungene Körpergewebe als auch das Zielgebiet beauf­ schlagt, wird vorzugsweise der Überdruck in einem Bereich gewählt, in welchem die Wechselwirkung der Stoßwellen mit dem Weichteilgewebe bereits stark reduziert ist, während die Wech­ selwirkung mit dem Gewebe des Zielgebietes noch wenig redu­ ziert ist. Dieser Druckbereich liegt bei einem Überdruck von etwa 30 kPa bis 1 MPa über dem Umgebungsluftdruck. Die besten Ergebnisse werden in einem Überdruckbereich von etwa 100 bis 400 kPa erreicht. In diesem Druckbereich ist die Wechselwir­ kung zwischen den Stoßwellen und dem Weichteilgewebe bereits auf einen minimalen Wert verringert, während eine stärkere Reduzierung der Wechselwirkung mit den Konkrementen, Knochen oder Knorpeln des Zielgebietes erst bei höheren Überdruck­ werten einsetzt.

Bei der Behandlung von Weichteilgewebe mit Stoßwellen, z. B. bei der Behandlung von Weichteil-Schmerzen in der Orthopädie, kann durch den Überdruck bewirkt werden, daß eine über die erwünschte positive Wirkung der Stoßwellen hinausgehende Schädigung im Zielgebiet verringert wird.

Um das Körpergewebe unter Überdruck zu setzen, sind verschie­ dene Möglichkeiten vorgesehen.

Es ist möglich, das Körpergewebe unter einen konstanten stati­ schen Überdruck zu setzen. Hierzu kann der mit den akustischen Stoßwellen behandelnde Körperbereich in einen Druckbehälter abgedichtet eingeschlossen werden, in welchem ein Druckmedium, vorzugsweise Luft, unter dem erhöhten Druck gehalten wird. Solche Druckbehälter sind konstruktiv einfach auszuführen, wenn die Behandlung an den Extremitäten des Patienten durch­ geführt wird. Das Körperglied kann in den Druckbehälter durch eine abdichtbare Öffnung eingeführt werden. Soll eine Behand­ lung am Rumpf des Patienten durchgeführt werden, so kann ein Druckbehälter verwendet werden, der den Rumpf umschließt. Solche Druckbehälter sind beispielsweise unter der Bezeichnung "eiserne Lunge" bekannt. Ist es schwierig, die zu behandelnden Körperbereiche partiell unter Überdruck zu setzen, so ist es auch möglich, den Patienten insgesamt in eine Druckkabine, wie sie beispielsweise in Wittchow, Wolfgang: "Hyperbare Therapie: Heilung in der Druckkammer" in Krankenhaus Technik, Dez. 1995, S. 18, 19 beschrieben ist, einzuschließen. Da nur ein relativ geringer Überdruck angewen­ det wird, könnte auch der gesamte Raum, in welchem die Be­ handlung stattfindet, unter Überdruck gesetzt werden, wie dies z. B. in der Reinraumtechnik üblich ist.

Anstelle eines von außen aufgebrachten statischen Überdrucks ist es auch möglich, das Körpergewebe durch zeitlich begrenzte Druckpulse unter Überdruck zu setzen. Die Dauer der Überdruck- Pulse muß dabei länger sein als die Dauer der Stoßwellen-Pul­ se, so daß der Überdruck in dem Gewebe aufrechterhalten bleibt, so lange die Stoßwelle hindurchläuft. Ein solcher Überdruck-Puls kann durch eine mechanische oder elektromagne­ tische Druckerzeugung bewirkt werden. Beispielsweise kann eine langwellige Ultraschallwelle verwendet werden, deren Periode wesentlich länger ist als die Dauer der Stoßwellen-Pulse. In diesem Fall werden die Stoßwellen-Pulse mit der Ultraschall­ welle in der Weise synchronisiert, daß die Stoßwellen-Pulse jeweils in die positive Überdruck-Halbwelle der Ultraschall­ welle fallen.

Die Wirksamkeit der Erfindung wird anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Versuchsergebnisse erläutert.

Es wurden Stoßwellen mittels eines elektrohydraulischen Dor­ nier XL1 Lithotripter mit einer Kapazität von 80 nF und einer Stoßwellen-Pulsfrequenz von 1 Hz verwendet.

Um die schädigende Wirkung der Stoßwellen quantitativ zu be­ stimmen, wurden zwei Messungen durchgeführt. Zum einen wurden rote Blutkörperchen den Stoßwellen ausgesetzt und das durch die Stoßwellen freigesetzte Hämoglobin bestimmt. Zum zweiten wurden Leukämiezellen den Stoßwellen ausgesetzt und die Per­ meabilität der Zellmembran für Propidium-Iodid gemessen. Die Schädigung macht die Zellmembran für Propidium Iodid permea­ bel. Je geringer der Anteil an Propidium Iodid-permeablen Zellen ist, um so geringer ist die Schädigung.

Um die Wirksamkeit der Stoßwellen für das zu behandelnde Ziel­ gebiet zu bestimmen, wurden Gallensteine den Stoßwellen ausge­ setzt. Die Wirksamkeit der Stoßwellen wurde gemessen, indem die Anzahl der Gallenstein-Bruchstücke mit einem Durchmesser kleiner als 2 mm bestimmt wurde. Eine Abnahme der Menge an kleinen Bruchstücken bedeutet eine Abnahme der Wirksamkeit der Stoßwellen.

Fig. 1 zeigt die Menge des freien Hämoglobins in Abhängigkeit von dem auf die Zellsubstanz ausgeübten Überdruck. Es sind Meßwerte bei Stoßwellenentladungen mit 15 kV, 20 kV und 25 kV aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß bereits bei einem Über­ druck von 30 kPa eine deutliche Abnahme des freien Hämoglobins und damit der Zellschädigung auftritt. Diese steile Abnahme setzt sich fort bis zu einem Überdruck von etwa 100 kPa. Bei etwa 100 kPa wird nur noch eine geringe Menge an freiem Hämoglobin festgestellt. Eine weitere Steigerung des Überdrucks bis etwa 400 kPa führt dementsprechend auch zu keiner wesent­ lichen weiteren Reduzierung des freien Hämoglobins. Der in der Darstellung rechts eingezeichnete Vergleichswert zeigt den Untergrund an freiem Hämoglobin, der ohne Stoßwelleneinwirkung gemessen wird.

Fig. 2 zeigt die Menge der Propidium Iodid-permeablen Zellen in Abhängigkeit vom Überdruck. Auch hier zeigt sich, daß der prozentuale Anteil der permeablen, d. h. geschädigten, Zellen bis zu einem Überdruck von 100 kPa stark abnimmt und im Be­ reich von 100 kPa bis 400 kPa sich nicht mehr wesentlich än­ dert.

Fig. 3 zeigt die Zerkleinerung der Gallensteine auf Bruch­ stücke kleiner als 2 mm in Abhängigkeit vom Überdruck. Wird der Überdruck von 0 auf 400 kPa gesteigert, so ergibt sich nur eine zunächst kaum feststellbare, dann langsam abnehmende Menge an kleinen Bruchstücken. D. h. die Wirksamkeit der Stoß­ wellen bei der Zertrümmerung der Gallensteine nimmt nur wenig ab.

Die Untersuchungen zeigen, daß die Schädigung des von den Stoßwellen durchdrungenen Gewebes stark abnimmt, wenn ein Überdruck auf das Gewebe ausgeübt wird. Bis zu einem Überdruck von 100 kPa wird dabei eine steile Abnahme der Schädigung festgestellt. Oberhalb von etwa 100 kPa tritt nur noch eine minimale kaum meßbare Schädigung auf. Die Wirksamkeit der Stoßwellen auf festere Substanzen, wie z. B. Körperkonkremente, Knochen und Knorpel, nimmt dagegen bei zunehmendem Überdruck nur langsam ab. Auch bei einem Überdruck über 100 kPa ist die Wirksamkeit noch kaum reduziert.

Daraus ergibt sich, daß es für die Erfindung besonders vorteilhaft ist, den zu behandelnden Körperbereich des Patienten unter einen Überdruck von etwa 100 kPa bis 400 kPa zu setzen. In diesem Überdruckbereich verursachen die Stoßwellen eine minimale Schädigung des durchlaufenden Körper­ gewebes, während ihre Wirksamkeit im Zielgebiet nur wenig verringert ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Behandlung eines im Körperinneren eines Menschen oder Tieres liegenden Zielgebietes mit akusti­ schen Stoßwellen, mit wenigstens einer extrakorporal anzuordnenden Stoßwellen-Quelle, mit einer Fokusierungs­ einrichtung für die von der Stoßwellen-Quelle erzeugten Stoßwellen und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks zumindest in einem Teil des Bereichs des Kör­ pergewebes, der von den Stoßwellen durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung den Über­ druck über eine Zeitdauer erzeugt, die länger als die Pulsdauer der Stoßwellen ist, und dass die Stoßwellen jeweils während dieser Zeitdauer des Überdrucks erzeugt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Überdruck von etwa 30 kPa bis 1 MPa über dem Umgebungsluftdruck in dem Körpergewebe erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Überdruck von etwa 100 bis 400 kPa über dem Umgebungsluftdruck erzeugt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckbehälter vorgesehen ist, der zumindest einen zu behandelnden Körperbereich abdich­ tend umschließt und ein Druckmedium aufnimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium Luft ist und der Druckbehälter an eine Druckluftquelle angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, dass der Druckbehälter eine Druckkabine oder ein Raum ist, die den Patienten vollständig aufnimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Überdruckes Überdruck-Pulse erzeugt, deren Pulsdauer länger ist als die Pulsdauer der Stoßwellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einreichung zur Erzeugung des Überdruckes Ul­ traschallwellen erzeugt, deren Überdruck-Halbperiode länger ist als die Pulsdauer der Stoßwellen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stoßwellen-Quelle und die Einrichtung zur Erzeugung der Überdruck-Pulse in einem gemeinsamen Behandlungskopf integriert sind.