DE2635635B2

DE2635635B2 - Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen für die beruhrungsfreie Zerstörung von Konkrementen in Korpern von Lebewesen

Info

Publication number: DE2635635B2
Application number: DE19762635635
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.Rer.Nat. 7990 Friedrichshafen Forssmann; Wolfgang Dr.-Ing. 7759 Immenstaad Hepp; Hendrik Ing.(Grad.) 7770 Ueberlingen Zech
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1976-08-07
Filing date: 1976-08-07
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2635635A1; DE2635635C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen für die berührungsfreie Zerstörung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen, bei der Zuleitung und Rückleitung induktionsarm geführt sind, mit aus einer Halterung herausragenden Elektroden.

Aus der DE-PS 23 51 247 ist eine Einrichtung zum Zertrümmern von im Körpern eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mit einer Fokussierungskammer bekannt, wobei die Fokussierungskammer ein Teil eines Rotationsellipsoids ist und in deren einem Brennpunkt Stoßwellen durch Funkenentladung erzeugbar sind. Hierbei ist die Fokussierungskammer zwischen beiden Brennpunkten mittels einer elastischen Membran verschlossen, die Membran liegt luftspaltlos am Körper an und das Konkrement befindet sich im zweiten Brennpunkt. Die Fokussierungskammer ist dabei mit einer Flüssigkeit gefüllt und mittels der erwähnten Funkenstrecke wird durch elektrische Unterwasserfunkenentladungen in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie in mechanische Stoßwellenenergie umgewandelt. Wird die elektrische Unterwasserfunkenentladung in dem Brennpunkt der retationselliptischen Fokussierungskammer gezündet, so lassen sich nahezu punktförmig im zweiten Brennpunkt Stoßwellen hoher Amplitude (> 1 kbar) mit geringen Impulslängen (< 1 μββϋ) erzeugen. Die im Körper von Lebewesen befindlichen Konkremente können mit diesen Stoßwellen in abgangsfähige Bruchstücke zertrümmert werden.

Bei der bekannten Einrichtung liegen sich zwei Elektroden gegenüber, wobei eine getrennte Zuleitung erfolgt. Zur Erzeugung von Stoßwellen werden Spannungen zwischen 15 kV und 3OkV benötigt. Die Zerstörung von Konkrementen ist wesentlich von der Flankensteilheit und der Impulslänge abhängig. An die Unterwasserfunkenstrecke werden deshalb hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Eigenschaften hohe Anforderungen gestellt.

Die US-PS 34 13 976 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zum Spalten von Konkrementen in den Harnleitern und im Nierenbecken, wobei die Stoßwellen direkt am Behandlungsort erzeugt werden und durch hämmernde, mechanische Einwirkung das Konkrement zerstören sollen. Die Elektroden sind folglich so gestaltet, daß man besonders nah an das Konkrement herankommt, eine Forderung, die beim Gegenstand der Erfindung nicht gestellt ist, da ja hier Konkremente berührungslos zertrümmert werden sollen. Die mechanische Festigkeit der bei der bekannten Vorrichtung verwendeten Elektroden reicht dazu aus, um die hier verwendeten 1OmA aufzunehmen. Bei der berührungslosen Zertrümmerung von Konkrementen hingegen muß man mit einer Belastung bis zu 100 kA rechnen, so daß sich die vorliegenden Belastungsfälle um mehrere Zehnerpotenzen unterscheiden.

Bekannt ist weiter aus der US-PS 11 05 984 eine Funkenstrecke zur Erzeugung elektrischer Schwingungen (für Hochfrequenz) in gasförmigen Medien, wobei die Elektroden Polschuhe sind. Bei dieser Funkenstrekke ist die zweite Elektrode mehrfach rechtwinklig abgewinkelt und liegt de·.· ersten Elektrode gegenüber, jedoch ergibt sich hier durch diese Gestaltung der Nachteil, daß beide Elektroden voneinander unabhängig justiert werden müssen und bei Belastung mit höheren Stromstärken durch die erzeugte Stoßwelle sich die zweite Elektrode wegen des großen Hebelarms winklig verbiegen würde, so daß mehrere Funkenentladüngen nintereinander nicht ausführbar sind.

Schließlich ist es aus der US-PS 25 59 227 (F i g. 3) bekannt, lebendes Gewebe mit Stoßwellen zu behandeln, wobei sich zwei abgewinkelte Elektrodenspitzen gegenüberliegen, die sich jedoch beim Auftreten

^o höherer Belastungen verbiegen würden, und in der US-PS 32 34 429 ist ein Schaltungssymbol für eine Funkenstrecke derart dargestellt, daß sich die Elektrodenspitzen in Richtung der Zuleitung axial gegenüberliegen.

j5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen für die Zerstörung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen zu schaffen mit extrem kurzer Impulslänge, die eine hohe mechanische Festigkeit aufweist und die die elektrische Energie nahezu verlustfrei in Stoßwellenenergie umwandelt, wobei die Funkenstrecke so zu gestalten ist, daß eine möglichst große Abstrahlfläche vorhanden ist, die die Fokussierungskammer möglichst gleichmäßig ausleuchtet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Elektrode verlängert und über eine Schleife zurückgeführt ist, so daß sich die Elektroden axial gegenüberliegen.

Hierdurch wird erreicht, daß die Elektrodenspitzen so elastisch sind, daß sie sich während des Funkenschlags spreizen können und anschließend wieder in ihre Ruhestellung zurückfedern. Durch die besondere geometrische Anordnung der Elktrodenspitzen wird eine Störung der Stoßwellenausbreitung vermieden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden gemeinsam in einem Dämpfer gehaltert sind. Dieser Dämpfer kann aus Kunststoffvergußmasse bestehen und gleichzeitig zur elektrischen Isolierung der Elektroden voneinander dienen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Elektrode als Joch oder Käfig ausgebildet und besitzt eine Büchse zur Befestigung der Elektrodenspitze.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die prinzipielle Darstellung einer Einrichtung zum Zertrümmern im Körper eines Lebewesens

befindlichen Konkrementen mit der elektrischen Schaltung einer Unterwasserfunkenstrecke,

F i g. 2 eine Funkenstrecke als Bauteil in axonometriacher Ansicht und

F i g. 3 und 4 weitere Ausgestaltungen dir Funkenstrecke von F i g. 2.

F i g. 1 zeigt eine geschnittene Fokussierungskammer 2, deren mit Flüssigkeit gefüllter Innenraum 4 eine in Schnittansicht ellipsenförmig verlaufende Wandung 6 aufweist. Die Fokussierungskammer 2 liegt flüssigkeits- ι ο dicht an einem Körper 8 an, wobei das Gewebe schematisch dargestellt ist Die Abmessungen der Fokussierungskammer sind den anatomischen Gegebenheiten des menschlichen Körpers angepaßt

Bezüglich der ellipsenförmigen Wandung 6 sind zwei Brennpunkte Fi, Fi vorhanden. Im Brennpunkt Fi befindet sich das zu zerstörende Konkrement in Form eines Nierensteins, Blasensteins, Gallensteins oder dgl. und im Brennpunkt Fi ist eine Funkenstrecke 12 dargestellt Werden nun mittels der Funkenstrecke 12 Stoßwellen erzeugt, so werden diese an der Wandung 6 so reflektiert, daß sie im Brennpunkt Fi fokussiert werden und dort in der Lage sind, das Konkrement an abgangsfähige Bruchstücke zu zertrümmern.

Die Funkenstrecke 12 wird in Verbindung mit den Fig.2, 3 und 4 noch näher beschrieben. Sie ist austauschbar in die Wandung 14 der Fokussierungskammer 2 eingesetzt und steht über eine Doppeldrahtleitung 16, 18 mit einer Schaltung 20 und einer nicht gezeigten Energiequelle in Verbindung. m

Zur Erzeugung von Unterwasserfunken wird elektrische Energie in einem Kondensator 22 gespeichert und über Widerstände und Induktivitäten bei Betätigung eines Schalters 24 zur Funkenstrecke 12 geleitet. Es werden dabei Spannungen zwischen 15 kV und 3OkV verwendet. Diese hohen Spannungen verlangen eine besondere Funkenstrecke sowie eine besondere Art der Zuleitung, die in F i g. 2 gezeigt ist. Die Funkenstrecke ist dabei so gestaltet, daß eine möglichst große Abstrahlfläche vorhanden ist, die den Reflektor w gleichmäßig ausleuchtet

Zuleitung 16 und Rückleiter 18 sind, wie aus F i g. 2 hervorgeht, nach dem Prinzip der Doppeldrahtleitung ausgeführt. An der Funkenstrecke 12 treten sie in einen Dämpfer 26 aus elastischem Kunststoff ein, der einerseits in der Bohrung eines Halteelements 27 befestigt ist. Zuleitung und Rückleitung stehen dabei in elektrischer Verbindung mit zwei Schaltstäben von ca. 4mm Durchmesser, die im linken Teil von Fig.2 zu sehen sind. Einer der Stahlstäbe ragt als gerade w Elektrode 28 aus dem Dämpfer 26 in gerader Richtung heraus und endet in einer Spitze 30. Die andere Elektrode 32, die mit dem Rückleiter in Verbindung steht, wird beim Austreten aus dem Dämpfer 26 im wesentlichen parallel zur Elektrode 28 geführt und dann schleifenförmig bei 34 um 180° umgebogen. Die Elektrode 32 weist an ihrem vorderen Ende eine Elektrodenspitze 36 auf, die im Abstand der Elektrodenspitze 30 der ersten Elektrode 28 gegenüberliegt Die Elektrodenspitzen 30, 36 bestehen beispielsweise aus Wolfram oder Tantal und weisen einen öffnungswinkel von ca. 25° auf. Anstelle von Wolfram oder Tantal kann ebenso ein anderes, abbrandfestes Material verwendet werden. Die Elektroden 28, 36 sind durch Dämpfer 26 und eine Kunststoffhülle 37 gegeneinander isoliert, wobei die Fixierung der Spitzen mit Hilfe des Dämpfers erfolgt, der beispielsweise aus Polyurethan mit einer Härte zweischen 50 und 70 Shore besteht Durch den Dämpfer wird die Kraft in Längs- und Querrichtung aufgenommen und Schwingungen gedämpft Beide Leitungen 16, 18 werden so dicht nebeneinander geführt, daß sie an einen Bandleiter angeschlossen werden können. Mit einer derartigen Elektrode werden Induktivitäten um 100 nH erreicht

Für Konsensatoren mit einer koaxialen Anschlußgeometrie kann die Verbindung mit der Funkenstrecke derart vorgenommen werden, daß die eine Elektrode 28 durch ein Rohr 38 gebildet ist Die andere Elektrode 32 wird auf ein Rohr 40 aufgelötet oder geschweißt, welches das Rohr 38 umgibt. Zwischen beiden Rohren 38, 40 befindet sich als Dämpfer und Isoliermasse eine Schicht 42 aus Polyurethan, die bis nahe an die Elektrodenspitzen 30, 36 gezogen ist Zwischen Innenrohr 38 und Außenrohr 40 besteht außer der Polyurethan-Schicht keine starre Verbindung, so daß sich beide innerhalb der Elastizitätsgrenzen des Polyurethans verschieben lassen, um so die Kraftwirkungen bei der Erzeugung der Stoßwellen aufzunehmen. Die mit F i g. 2 gleichen Teilen wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 4 gezeigt, wobei der rohrförmige Außenleiter 40 in ein Joch 43 oder einen Käfig übergeht, an dessen Ende 44 die Elektrodenspitze 36 in einer Büchse 46 mit Kegelsitz 48 befestigt ist Das Joch 43 oder der Käfig kann aus zwei oder mehreren metallischen Bügeln bestehen, die an der einen Seite mit dem Außenleiter 40 verschweißt sind und an der anderen Seite eine Büchse mit Bohrung für die Elektrodenspitze tragen. Vorzugsweise ist die Elektrodenspitze mit Haftsitz in der Büchse befestigt, was z. B. durch einen Kegelsitz ermöglicht wird. Beim Gegenstand von F i g. 4 besteht der Innenleiter 16 aus einem Rohr 42 und weist einen Isoliermantel 50 auf, der zwischen ihm und dem Außerleiter liegt Das Rohrende 52 des Zuleiters 16 verjüngt sich und weist eine konische Bohrung auf, in die ebenfalls eine kegelförmige Elektrodenspitze 30 einsetzbar ist. Auch bei der Anordnung nach F i g. 4 können sich Außenleiter und Innenleiter um Bruchteile eines Millimeters vorschieben, so daß die bei dem Funkenschlag auftretenden Kräfte außerhalb der Fokussierungskammer 2 in einem Dämpfer aufgenommen werden können. Zur besseren Sicherheit von Berührung können an den Bügeln ein Drahtnetz oder ringförmige Drähte angebracht werden, so daß das System nach außen elektrisch abgeschirmt ist. Die Stoßwelle selbst wird durch diese Maßnahmen nicht oder nur geringfügig gestört.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen für die berührungsfreie Zerstörung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen, bei der Zuleitung und Rückleitung induktionsarm geführt sind, mit aus einer Halterung herausragenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (32) verlängert und über eine Schleife (34) zurückgeführt ist, so daß sich die Elektroden (28, 32) axial gegenüberliegen.

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (28, 32) gemeinsam in einem Dämpfer (26) aus Kunststoff gehaltert sind.

3. Funkenstrecke nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (32) als Joch (43) oder Käfig ausgebildet ist und eine Büchse (46) zur Befestigung einer Elektrodenspitze besitzt.