DE3146627C2

DE3146627C2 - Schaltung zur Erzeugung einer elektrischen Entladung im nsec-Bereich

Info

Publication number: DE3146627C2
Application number: DE19813146627
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Dipl.-Ing. 7991 Friedrichshafen Forßmann
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1981-11-25
Publication date: 1990-04-19
Also published as: DE3146627A1

Abstract

Schaltung und deren Betrieb zur Erzeugung einer elektrischen Entladung im nsec-Bereich mit steilem Anstieg und Abfall, zur Erzeugung einer mechanischen Stoßwelle, die zur Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein HF-Kabel (1), welches zu einer Unterwasserfunkenstrecke (6) führt und am Eingang (2) und am Ausgang (4) impedanzmäßig angepaßt ist, ein elektrischer Implus gegeben wird, der an den Ausgang (4) läuft, die Funkenstrecke (6) zündet, dadurch die Ausgangsimpedanz sprunghaft zu Null macht, selbst zum größten Teil reflektiert wird und im Eingangswiderstand (3) vernichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung einer elektrischen Entladung im nsec-Bereich zur Erzeugung einer mechanischen Stoßwelle, die zur Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen verwendet wird.

Bekannt ist ein Gerät zur berührungslosen Zerkleinerung von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mittels Stoßwellen (DE-PS 23 51 247). Dabei werden die Stoßwellen durch eine Unterwasserfunkenentladung erzeugt und auf das Konkrement, z. B. einen Nierenstein, fokussiert. Die Zerstörung des Konkrements und die Größe der abplatzenden Teilchen sind wesentlich durch die Flankensteilheit des Druckanstieges und von der Dauer des Impulses bestimmt. Stand der Technik sind Impulse aus Kondensatorenentladungen mit Längen von 100 nsec bis 1 μδεα Nachteilig bei diesem Verfahren sind die hohen Stromstärken, die die Elektroden oder Funkenstrecke stark beanspruchen, so daß Elektroden mit Wolframspitzen eine Standzeit von nur 50 bis 100 Entladungen haben (Beiträge Z. Urolog. 2 Seite 11). Die dabei freiwerdenen Energien belasten als Körperschall den Patienten, ohne zur Zerkleinerung des Konkrements beizutragen und ionisieren die Funkenstrecke so stark, daß eine zweite Entladung erst nach einer gewissen Erholungszeit möglich ist.

Aus den Literaturstellen Früngel »HIGH SPEED PULSE TECHNOLOGY« 1965, Seiten 131 bis 133 und 174 bis 176 ist eine Triggerschaltung für Drahtexplosionen bekannt, die eine Vielzahl von Funkenslreckcn möglichst gleichzeitig durchzünden soll. In dieser Schaltung wird ein Koaxialkabel verwendet, zu dem ein 50 Ohm-Widersland in Reihe geschaltet ist. Der 50OhHi-WiClCrSIiIn(J liegt in Reihe und nicht parallel zur Si'hii Il funkenstrecke. μ

Aus der I)I)-I¹S 99 4% ist eine Schaltung mil einer Laufzeitkette bekannt, bei der ein Abschlußwiderstand in Reihe zu einer Entladungslampe — die mit einer Funkenstrecke verglichen werden kann — liegt Auch aus dieser Literaturstelle ist ein parallel zur Funkenstrecke liegender Widerstand nicht bekannt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine elektrische Entladung er zeugt, weiche einen steilen Anstieg, eine kurze Dauer — im Bereich mehrerer nsec — und einen schnellen Abfall hat, wodurch eine Stoßwellenfront mit genügend hoher Druckamplitude zum Zerstören von Steinen geschaffen wird, und durch deren geringe Strom- bzw. Leistungsbelastung, die über die Funkenstrecke geht der Patient und die Funkenstrecke geschont werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltung mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen.

Wird über dieses Kabel ein elektrischer Impuls von ca. 100 nsec Länge, aber schnellem Anstieg geschickt, so zündet dieser die Funkenstrecke, wodurch die Ausgangsimpedanz auf Z « O springt das Kabel damit nicht mehr abgeschlossen ist der größte Teil des Impulses reflektiert wird und ein nur mehrere nsec langer Impuls die Funkenstrecke belastet.

Vorteile der Erfindung:

— keine Kavitationsschwingungen, die als Körperschall den Patienten belasten, ohne Konkremente zu zerstören,

— kleine Leistungsbelastung, damit hohe Lebensdauer der Elektroden,

— wegen des geringen Energieverbrauchs erholt sich die Funkenstrecke so schnell, daß z. B. mit mehreren Impulsquellen mehrere Stoßwellenfronten im nsec-Bereich nacheinander ausgelöst werden können. Diese Wellenfronten folgen dann räumlich im mm-Bereich aufeinander, können einen Stein zur gleichen Zeit bearbeiten und zerkleinern ihn so noch wirkungsvoller.

Möglichkeit, den langen Impuls nochmals zur selben oder anderen Funkenstrecke zu schicken, wenn eine Kabeiweiche eingebaut ist. Die Impulsverbreiterung der Stoßwelle liegt dann im Bereich der Kabella'ifzeit und kann gegenüber der Impulslänge der Stoßweile vernachlässigt werden.
Hoher Wirkungsgrad der elektrisch-mechanischen Energieumsetzung durch steile Impulsflanken.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung der Funkenstrecke,

Fig.2 zeigt das Größenverhältnis zwischen einem Nierenstein und dem Abstand mehrerer Stoßwellenfronten.

Die Fig. 1 zeigt ein Koaxialkabel 1, welches am Eingang 2 durch den Widerstand 3 impedanzmäßig abgeschlossen ist Am Ausgang 4 liegen der Abschlußwiderstand 5 und die Unterwasserfunkenstrecke 6 parallel. Die Funkenstrecke 6 liegt in einem Brennpunkt eines Ellipsoids 7, in dessen zweiten Brennpunkt ein Konkrement 8 in einem Körper 9 liegt.

Erfindungsgemäß wird ein kurzer Impuls mil steilen Flanken folgendermaßen erzeugt:

Auf den Eingang 2 des Kabels I wird ein längerer Impuls (ca. 100 nsec) mit steilem Anstieg gegeben, der aus einem bekannten EMP-Netzwerk oder der Entladung eines Laufzeitkabels kommt. Dieser Impuls wan-

den mit Wellenleitergeschwindigkeit (ca. 0.6 c) zum Ausgang 4 und steht da das Kabel impedanzmäßig angepaßt ist, als Impulsquelle zur Verfügung. Hierdurch steigt an der parallel geschalteten Funkenstrecke 6 die Spannung mit der Steilheit des elektrischen Impulses an. Ist die Grenzspannung für den Durchschlag des Unterwasserfunkens erreicht, zündet der Unterwasserfunke und löst die Stoßwelle aus. Die gesamte Ausgangsimpedanz wird dadurch sprunghaft auf Z « O geändert Der Kabelausgang 4 ist nicht mehr impedanzmäßig angepaßt und der Rest des ankommenden Impulses wird am Kabelende reflektiert Dadurch reißt der Unterwasserfunke schon mehrere nsec nach der Stoßerzeugung ab. Der reflektierte elektrische Impuls wandert in dem Kabel 1 zum Eingang 2 zurück. Da der Eingang 2 angepaßt ist wird der Impuls nicht wieder zum Ausgang 4 reflekliert Ein Wiederzünden der Unterwasserfunkenstrecke 6 erfolgt nicht Die Restenergie wird im Eir.gangswiderstand 3 vernichtet.

Ausbildungen, bei denen der Restimp"ls nicht im Widerstand 3 vernichtet wird, sondern wieder reflektiert oder über eine Kabelweiche auf eine oder mehrere andere Funkenstrecken geleitet wird, sind möglich.

Die Fig.2 zeigt einen Nierenstein von etwa lern Durchmesser und Stoßweüenfronten, die im zeillichen Abstand von I usec erzeugt werden. Ihr räumlicher Abstand beträgt ungefähr 1,5 mm, was zur Folge hat daß der Stein von mehreren Stoßwellenfronten gleichzeitig bearbeitet wird. Die auftretenden Druck-Zug- und Scherbelastungen summieren sich in ihren Wirkungen und zerkleinern den Stein noch effektiver als die gleiche Anzahl von Stoßwellenfronten, die den Stein in längeren Zeitabständen als der Durchiaufzeit durch den Stein treffen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

35

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Erzeugung einer elektrischen Entladung im nsec-Bereich zur Erzeugung einer me- s chanischen Stoßwelle, die zur Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein HF-Kabel (1) vorgesehen ist, welches zu einer Unterwasserfunkenstrecke (6) führt und das am Ein- gang (2) und am Ausgang (4) mit Widerständen (3,5) impedanzmäßig angepaßt ist, und daß dem Eingang (2) ein elektrischer Impuls zugeführt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß am Eingang (2) des Kabels (1) eine Kabelweiche vorgesehen ist, die einen vom Kabel (1) kommenden Impuls auf eine oder mehrere andere Funkenstrecken leitet

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls aus einem EMP-Netz- werk stammt

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls aus einer Kabelentladung stammt

5. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls aus einer Kondensatorentladung stammt.