DE3316837C2

DE3316837C2 - Einrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen mittels einer Funkenstrecke für die berührungsfreie Zertrümmerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen

Info

Publication number: DE3316837C2
Application number: DE3316837A
Authority: DE
Inventors: Hans Gerhard Dr. 7990 Friedrichshafen Müller; Othmar Dr. 7997 Immenstaad Wess
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1983-05-07
Filing date: 1983-05-07
Publication date: 1986-06-26
Also published as: JPH0338850B2; EP0124686A2; EP0124686A3; JPS59211434A; US4608983A; EP0124686B1; DE3316837A1

Abstract

Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen in einem Brennpunkt eines ellipsoidförmigen Reflektors für die berührungsfreie Zertrümmerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen, mit koaxial geführtem Außenleiter und Innenleiter, wobei sich der Innenleiter zur ersten Elektrode verjüngt und der Außenleiter in einen Käfig übergeht, an dem die zweite Elektrode befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (24, 30) auf der großen Halbachse (31) des Ellipsoids (2) liegen, daß der Käfig von radial ausgerichteten, bogenförmig um den Brennpunkt (F1) führenden Bügeln (28) mit flachem Querschnitt gebildet wird und daß der Schaftabschluß als ellipsoidförmige Reflektorfläche (26) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen mittels einer Funkenstrecke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 23 51 247 ist eine Einrichtung zum Zertrümmern von im Körper 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. Wird die elektrische Unterwasserfunkenentladung in dem Brennpunkt der rotationselliptischen Fokussierungskammer gezündet, so lassen sich nahezu punktförmig im zweiten Brennpunkt Stoßwellen hoher Amplitude (> 1 kbar) mit geringen Impulslängen (< 1 μ5ε^ erzeugen.

Die im KörDer 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 30 kV benötigt. Die Zerstörung von Konkrementen ist wesentlich von der Flankensteilheit und der Impulslänge abhängig. An die Un*erwasserfunkenstrecke werden deshalb hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Eigenschaften hohe Anforderungen gestellt

Aus der DE-PS 26 35 635 ist eine Funkenstrecke zur Erzeugung von Stoßwellen für die berührungsfreie Zerstörung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen bekannt bei der Zuleitung und Rückleitung induktionsann geführt sind, mit aus einer Halterung herausragenden Elektroden, wobei eine Elektrode verlängert und über eine Schleife zurückgeführt ist so daß sich die Elektroden axial gegenüberliegen. Die Funkenstrecke ist auswechselbar und seitlich im Reflektor angebracht Die Elektroden liegen nicht koaxial auf der großen Halbachse des Reflektors, die durch den Reflektor gegebene Rotationssymmetrie ist durchbrochen. Das behindert die Wellenausbreitung und kann Asymmetrieen im Funkensprung verursachen. Dies gilt auch für eine Ausführungsform mj«. einem als Käfig ausgebildeten Außenleiter, an dem eine zweite Elektrode befestigt ist.

Aus der DE-OS 24 18 631 ist eine Vorrichtung zum

Erzeugen von Druckwellen bekannt, bei der eine Funkenstrecke im Haaptscheitel eines Reflektors angebracht ist Ihre Elektroden liegen jedoch nicht koaxial auf der großen Halbachse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen mittels einer Funkenstrecke für die Zerstörung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen zu schaffen, die extrem kurze Impulse erzeugen kann, die eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, die elektrische Energie mit höherem Wirkungsgrad in fokussierte Stoßwellen umwandelt, bei der Querschläger vermieden werden, wobei die Funkenstrecke so zu gestalten ist, daß eine möglichst große wirksame Abstrahlfläche vorhanden ist, die die Fokussierungskammer möglichst gleichmäßig »ausleuchtet«.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Einrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen mittels einer Funkenstrecke gernäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Ausführungen de- Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Durch die Lage der Elektroden auf der großen Halbachse wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht, da jetzt in der Hauptabstrahlrichtung der Stoßwelle (senkrecht zu den Elektroden) eine gleichmäßigere Reflexion möglich ist. Die Bügel, die bogenförmig um den Brennpunkt herumführen, verhindern Querschläger. Ihre flache Ausführung in radialer Ausrichtung gewährt eine hohe Stabilität, verbunden mit einer geringen Induktivität und minimiert die Störung der Stoßwellenausbreitung. Der Funkensprung findet stets (auch bei einem gewissen Abbrand) im Zentrum der als Reflektor verwendeten Fokussierungskammer statt. Das der Krümmung der Fokussierungskammer angepaßte Ende des hülsenförmigen Außenleiters vergrößert die wirksame Reflektorfläche.

In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung werden als Elektroden dünne Stäbchen verwendet, die zum Schutz vor Überschlägen zum Bügei hin lackiert sein können, die schnell auswechselbar und/oder nach-

schiebbar sein können. Die dünnen Stabchen erfordern kein Anspitzen der Elektroden; es können billige Rundsläbe verwendet werden. Die geringen Abmessungen der Stäbchen behindern die Stoßwellenabstrahlung kaum. Mit einem einfachen Nachführmechanismus kann der Abbrand ausgeglichen werden, die Standzeit erhöht sich. Verbrauchte Stäbchen können schnell ausgewechselt werden. Eine Lackschicht auf den Mantelflächen verhindert Überschläge, die nicht von den Spitzen ausgehen.

Die Erfindung wird anhand von drei Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die prinzipie'le Darstellung einer Einrichtung zum Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mit einer Unterwasserfunkenstrecke.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Funkenstrecke in Draufsicht

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Funkenstrecke mit nachführbaren, stäbchenförmigen Elektroden.

F i g. 1 zeigt eine ellipsoidförmige Fokussierungskammer 2, deren mit Flüssigkeit 4 gefüllter Innenraum eine in Schnittansicht ellipsenförmig verlaufende Wandung 6 aufweist. Oberhalb der Fokussierungskammer 2 befindet sich in einer flüssigkeitsgefüllten Wanne 7 ein Körper 8 mit einem zu zerstörenden Konkrement 9. Die Fokussierungskammer 2 besitzt zwei Brennpunkte Fi und F2. Im Brennpunkt F2 befindet sich das zu zerstörende Konkrement 9, z. B. ein Nierenstein. Im Brennpunkt Fl liegt die Einrichtung 10 zur Erzeugung von Stoßwellen. In dieser Ausführung besteht die Einrichtung 10 aus dem koaxial geführten Außenleiter 14 und dem koaxial geführten Innenleiter 16, die durch die Isolation 18 voneinander getrennt sind. Die Einrichtung 10 ist durch die Isolation 20 nach außen isoliert und gedämpft. Der Innenleiter 16 verjüngt sich innerhalb einer Hülse 22 und bildet eine spitz geformte Innenelektrode 24, die an den Brennpunkt Fi heranreicht.

Der rohrförmige Außenleiter 14 bildet eine verstärkte Hülse 22. Das Ende 26 des hülsenförmigen Außenleiters 14 bildet einen Teil der Reflektorfläche. Aus der Hülse 22 reicht ein Käfig, der aus zwei Bügeln 28 gebildet wird, die bogenförmig um den Brennpunkt Fl herumführen, sich jenseits des Brennpunktes Fl treffen und die zweite, ebenfalls spitz geformte Außenelektrode 30 tragen, die ebenfalls auf der großen Halbachse 31 der cllipsoidförmigen Fokussierungskammer 2 liegt und nach innen weist.

Wird nun eine ausreichend hohe Spannung zwischen Außenleiter ί 1 und Innenleiter 16 gelegt, so springt zwischen den Elektroden 24, 30 ein Funke über. Dieser Unterwasserfunke erzeugt in der Flüssigkeit 4 Stoßwellen, die sich zur Wandung 6 hin ausbreiten, dort reflektiert werden und auf den Brennpunkt F2 fokussiert werden. Dort sind sie in der Lage, das Konkrement 9 in abgangsfähige Bruchstücke zu zertrümmern.

Der koaxiale Funkenstreckenaufbau mit zwei oder mehr Bügeln 28, die einen Käfig bilden, berücksichtigt die Forderung nach niedriger Induktivität. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann der Käfigdurchmesser zur Hülse 22 hin deutlich verbreitert werden. Bei den derzeit als Fokussierungskammer 2 verwendeten Ellipsoiden (Halbachsen a = !25 mm, b = 75 mm) kann der Hülsendurchrnesscr z. B. 6 cm betragen, so daß die Bügel 28 bei den derzeit verwendeten Spannungen (bis 30 kV) mit Sicherheit so weit von der Innenelektrode 24 entfernt zur Hülse 22 geführt werden können, daß Querschläger auch ohne Bügelisolierung verhindert werden. Der hülser.nahe Käfigdurchmesser wird jedoch aus Gründen der Reduktion der Induktivität nicht größer als notwendig ausgeführt. Andererseits ergibt sich eine verringerte Induktivität der Elektrodenzuführung aus einer Querschnittsvergrößerung der koaxialen Außen- und Innenleiter 14 und 16.

Das Ende 26 des hülsenförmigen Außenleiters besteht in dieser Ausführung aus einem Material, das eine

ίο gute Stoßwellenreflektion bei annähernd senkrechtem Einfall gewährleistet (z. B. Messing). Die Hülse ?2 paßt sich nahtlos in die Wandung 6 der als Reflektor verwendeten Fokussierungskammer 2 ein, er wird selbst zu einem Teil des Reflektors und vergrößert so die wirksame Reflexionsleistung.

Ausführungen, bei denen der Außenleiter 14 leitend mit der Fokussierungskammer 2 verbunden ist, bei denen das Ende 26 des hüisenförmigen Außenleiters elektrisch vom Außenleiter 14 isoliert ist oder aus einem Isolator besteht, sind möglich, hier aber nicht gezeigt.

Die Ausführung der Bügel des Elektrouenkäfigs aus Flachmaterial ist gegenüber den bekannten Rundstäben besonders vorteilhaft. Die flache Ausführung in radialer Ausrichtung bietet einerseits ausreichend Querschnitt für die geforderte Stabilität und andererseits eine minimale Störung der Stoßwellenausbreitung, sowohl für die primären als auch für die reflektierten Stoßwellen.

Ähnlich wie bei einem elektrischen Dipol variiert die durch Funkensprung zwischen den zwei axial angeordneten Elektroden 24,30 abgestrahlte Stoßweile mit dem Azimutwinkel. Die größte Amplitude wird senkrecht zur Elektrodenachse (große Halbachse) abgestrahlt. Bei erfindungsgemäßem Elektrodeneinbau wird gerade der Teil der Primärwelle mit der höchsten Amplitude in Richtung auf die wichtigsten Reflektorzonen abgestrahlt. Unfokussiert geht nur ein ohnehin schwächerer Teil der primären Stoßwelle verloren. Bei dem seitlichen Einbau der Funkenstrecke, wie er vom Stand der Technik her bekannt ist, ging ein größerer Teil der Primär-

welle mit hoher Amplitude unfokussiert zur öffnung hinaus verloren. Das Gleiche gilt für die der Ellipsoidöffnung entgegengesetzte Abstrahlrichtung zum Ellipsoidhauptscheitel hin.

Durch die Lage der Elektroden 24,30 ajf der großen Halbachse 31 wird auch die Symmetrie und Reproduzierbarkeit des Funkensprungs gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die axiale Symmetrie gebrochen war, verbessert.
F i g. 2 zeigt eine Ausführung einer Funkenstrecke 32 mit drei Bügeln 28 von der öffnung des als Fokussierungskammer verwendeten Ellipsoids 33 aus gesehen. Innerhalb des Ellipsoids 33 sind zu erkennen: die äußere Isolation 20, die Hülse 22, die drei Bügel 28 und eine Halterung 19 für die obere Elektrode. Verdeckt sind die innere Isolation und die beiden koaxialen Elektroden. Die schmale Ausführung der Bügel 28 stört die Ausführung der Bügel 28 stört die Ausbreitung des Stoßwellenfejdes kaum.

F i g. 3 zeigt schematisch eine Ausführung einer Funkenstrecke 34 mit Nachstell- und Schnellwechs<;leinrichtung für stäbchenförmige Elektroden 3d, 38.

Nachstellvorrichtungen, mit denen der Abbrand von Elektroden ausgeglichen werden kann, sind an sich bekannt. Ebenso sind Spannfutter für den schnellen Wechsei von stäbchenförmigen Körpern bekannt, z. B. Bohrfutter bei Drillbohrern.

Es wird hier eine Ausführung einer Funkenstrecke 34 gezeigt, die beim Verdrehen an einer Hülse 48 die Elek-

troden 36,38 koaxial gegeneinander bewegt, so daß die eigentliche Funkenstrecke zwischen den Elektrodenspitzen immer im ersten Brennpunkt 42 des Ellipsoids bleibt.

Diese Ausführung der Funkenstrecke 34 besteht aus einer Wechselhülse 46, mit der die gesamte Funkenstrecke 34 im Reflektorkörper 47 befestigt wird. Innerhalb der Wechselhülse 46 stecken ineinander: Die als Außenleiter dienende Hülse 48, ein Innenleiter 50 und ein Elektrodenkäfig 52, getrennt durch die Isolationshülsen 54,56,58. Der Außenleiter ist als drehbare Hülse 48 ausgestaltet und besitzt ein Innenlinksgewinde 60, mit dem der Innenleiter 50 mit Elektrode 36 nach oben (zum ersten Brennpunkt 42 hin) verschoben werden kann, und ein Innenrechtsgewinde 62, das bei der gleichen Drehung den Elektrodenkäfig 52 mit Elektrode 38 nach unten (ebenfalls zum ersten Brennpunkt 42 hin) zieht.

Der Spitzenabstand läßt sich dadurch von außen während einer Applikation problemlos immer wieder auf den optimalen Abstand nachjustieren. Damit lassen sich die Optimalbedingungen hinsichtlich Fokussierung, Wirkungsgrad und Kavitationsblasen konstant einhalten. Die Nachführung der Elektroden 36, 38 kann automatisiert werden. Ein schneller Austausch von abgebrannten Elektroden 36, 38 wird dadurch möglich, daß die stäbchenförmigen Elektroden 36, 38 in einer Wechselhalterung (Schnellspannfutter 64, 66) nach Art eines einfachen Bohrfutters mit geteilten Backen und konischer Überwurfmutter gehalten werden.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

35

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen mittels einer in einem Brennpunkt einer ellipsoidförmigen Fokussierungskammer angeordneten Funkenstrecke für die berührungsfreie Zertrümmerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen, mit koaxial geführtem Außenleiter und Innenleiter zur Zuführung von elektrischer Energie zu den Elektroden der Funkenstrecke, wobei sich der Innenleiter verjüngt und eine Innenelektrode bildet und der Außenleiter eine Hülse bildet, an der sich ein Käfig befindet, an welchem eine Außenelektrode in derselben Achse der Innenelektrode befestigt und elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (24,30) auf der großen Halbachse (31) der Fokussierungskammer (2) liegen, daß der Käfig von radial ausgerichteten, bogenförmig um den Brennpunkt (F 1) führenden Bügeln (28) mit flachem Querschnitt gebildet ist und daß das Ende (26) des hülsenförmigen Außenleiters (14) als ellipsoidförmige Reflektorfläche ausgebildet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden dünne zylindrische Stäbchen verwendet sind, die zum Schutz vor Querschlägern mit Lack isoliert sein können.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stäbchenförmigen Elektroden (3ö, 38) in Schnellspannfuttern (64, 66) leicht auswechselbar befestigt und.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeic iiet, daß die Elektroden (36, 38) durch Verdrehen einer Hülse (48) gegeneinander verschiebbar sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Käfigdurchmessers im Bereich der Größe der kleinen Halbachse des Ellipsoids liegt.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (26) des hülsenförmigen Außenleiters (14) aus einem Material besteht, das Stoßwellen bei annähernd senkrechtem Einfall gut reflektiert.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (26) des hülsenförmigen Außenleiters (14) aus Messung besteht.