DE3425992C2

DE3425992C2 - Piezoelektrischer Wandler zur Zerstörung von Konkrementen im Körperinneren

Info

Publication number: DE3425992C2
Application number: DE3425992A
Authority: DE
Inventors: Günther. Prof. Dr. 6940 Weinheim Kurtze; Rainer Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Riedlinger
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 1984-07-14
Filing date: 1984-07-14
Publication date: 1986-10-09
Also published as: FR2567394A1; US4721106A; FR2567394B1; DE3425992A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler zur Zerstörung von Konkrementen im Körperinneren. Der Wandler besteht im wesentlichen aus einer Kugelkalotte mit an deren Frontseite angeordneten piezoelektrischen Keramikelementen. Um zu vermeiden, daß dem an der Frontseite des Wandlers abgestrahlten Überdruckimpuls ein sonst durch Reflexion an der Kalottenrückseite entstehender Unterdruckimpuls folgt, wird die Kalotte aus Metall, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung, hergestellt, wobei die Wellenwiderstände des Kalottenmetalls und des Keramikmaterials zumindest weitgehend übereinstimmen sollen. Im übrigen ist die rückseitige Oberfläche der Kalottenrückwand geometrisch so gestaltet und/oder mit einer Beschichtung versehen, daß die daran reflektierten Schallwellen nicht mehr fokussiert werden.

Description

Oberfläche 3 und auch an der frontseitigen Oberfläche 7 der Kalotte 2 teilreflektiert und der frontseitig austretende Schallanteil 6 nicht mehr fokussiert, so daß der vorher angesprochene Unterdruckimpuls nicht mehr auftreten wird

Die Ausführungsform nach F i g. 2 stimmt im wesentlichen mit der nach Fig. 1 überein, jedoch ist die rückseitige Kalottenfläche 3 zusätzlich mit einer schallabsorbierenden Schicht 8 versehen. Wenn die Vertiefungen bzw. Rillen 4 tiefer sind als die Schallimpulslänge, ^ erden die hinten aus dem Kalottenmaterial austretenden Schallwellen reflexionsarm in die Schicht 8 übergehen und dort absorbiert Anstelle der oder zusätzlich zu den Vertiefungen 4 könnten auch Bohrungen 9 auf der Rückseite der Kalotte 2 angebracht werdea

Eine weitere vorteilhafte Lösung zeigt die F i g. 3, bei der die rückseitige Oberfläche 3 der Kalotte 2 in mehrere Teilflächen 10 aufgelöst ist, deren Krümmungen entgegengesetzt zur frontseitigen Krümmung der Kalotte gerichtet sind und deren Krümmungsradien der Darstellung entsprechend wesentlich vom frontseitigen Krümmungsradius der Kalotte abweichen. Dabei ist möglichst jede Symmetrie dieser Krümmungen zur Kalottenachse 11 zu vermeiden. Die Teilflächen 10 ihrerseits werden auch in diesem Fall mit unregelmäßigen 2s Vertiefungen, keilförmigen Rillen 4 und/oder mit Bohrungen 9 (Sacklöcher) versehen, deren Tiefe zumindest der Dicke der Keramikelemente 1 entspricht Außerdem ist die Kalotte 2 rückseitig mit einer harten Materialschicht 8 ausgestattet, die sowohl elektrisch isolierend als auch schallabsorbierend ist Diese Schicht kann beispielsweise aus Kunstharz mit harten anorganischen Füllstoffen bestehen.

Im übrigen wird bei Wandlern dieser Art die Kalotte 2 aus Metall als sogenannte »heiße« Elektrode dienen, während die frontseitige Metallisierung der Kalotte auf Erdpotential liegen wird. Außerdem können die zu einem Mosaik angeordneten Keramikelemente in weichem und elektrisch isolierendem Material eingegossen sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 gen auftreten. Soweit dies unmittelbar am zu zertrüm- Patentansprüche: memden Konkrement geschieht kann dies zu einer be schleunigten Zerstörung führen, sich also positiv auswir-

1. Piezoelektrischer Wandler zur Zerstörung von ken. Es ist aber nicht auszuschließen, daß die Kavita-Konkrementen im Körperinnern, bestehend aus ei- $ tionsschwelle auch im vorgelagerten Gewebe bereits ner Kugelkalotte mit an deren Frontseite angeord- überschritten wird Kavitation im Gewebe kann aber zu neten, piezoelektrischen Keramikelementen, da- Blutungen bzw. zu Gewebezerstörungen führen,
durch gekennzeichnet, daß die Wellenwi- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß Auftrederstände des Kalottenmaterials und der Keramik- ten von Unterdruckimpulsen zu vermeiden oder zuminelemente (1) keine wesentlichen Abweichungen auf- io dest so weit zu reduzieren, daß Kavitationen ausgeweisen und daß die rückseitige Oberfläche (3) der schlossen werden können.

Kaiotts (2) geometrisch so gestaltet und/oder be- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das beim einschichtet ist, daß die daran reflektierten Schallwel- gangs erwähnten piezoelektrischen Wandler die Wellen, die von den piezoelektrischen Keramikelemen- lenwiderstände des Kalottenmaterials und der Keraten erzeugt werden, nicht fokussiert werden. 15 mikelemente keine wesentlichen Abweichungen auf-

2. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, da- weisen und daß die rückseitige Oberfläche der Kalotte durch gekennzeichnet, daß die Kalotte (2) aus Metall geometrisch so gestaltet und/oder beschichtet ist, daß besteht die daran reflektierten' Kugelwellen nicht fokussiert

3. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, da- werden.

durch gekennzeichnet daß die Kalotte (2) aus einer 20 Einem erzeugten Unterdruckimpuls folgt aufgrund

Kupferlegierung besteht dieser Lösung kein durch Reflexion entstehender Un-

4. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, da- terdruckimpuls, da die Keramikelemente rückseitig redurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Oberflä- flexionsfrei abgeschlossen sind. Die Elemente haben ehe (3) der Kalotte (2) Vertiefungen aufweist die dann keins Eigenfrequenzen mehr, und ihre Deformaeinen stetigen Übergang des Wellenwiderstandes in 25 tionen folgen einer elektrisch vorgegebenen Impulsein isolierendes und schallabsorbierendes Material form.

(8) hinein bewirken, mit dem die Kalotte beschichtet In der Zeichnung sind im Querschnitt drei Ausfüh-

ist. rungsbeispiele der Erfindung dargestellt Diese Beispie-

5. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 Ie werden nachfolgend näher beschrieben.

oder 4, dadurch gekennzeichnet daß die rückwärtige 30 Ein 1 eflexionsfreier Abschluß der auf dem Radius R Oberfläche (3) der Kalotte (2) in gekrümmte Teilflä- angeordneten piezoelektrischen Keramikelemente 1 chen (10) aufgelöst ist deren Krümmungen asymme- läßt sich vorteilhaft durch Kupferlegierungen, wie Mestrisch zur Kalottenachse (11) sind und deren Krüm- sing oder Bronze, realisieren. Wenn man die tragende mungsradien vom frontseitigen Krümmungsradius Kugelkalotte als Messing-Kalotte 2 ausbildet, deren Leder Kalotte erheblich abweichen. 35 gierung so gewählt sein muß, daß ihr Wellenwiderstand

6. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 5, da- mit dem der Keramik wenigstens im wesentlichen überdurch gekennzeichnet daß in den Teilflächen (10) einstimmt und wenn man daran die Keramikelemente 1 Vertiefungen angeordnet sind. mit einer sehr dünnen lötfähigen bzw. leitfähigen Klebstoffschicht befestigt dann tritt an der Rückseite der

40 Keramikelemente keine Reflexion auf. Es wird sogar

noch der nach vorn abgestrahlte Impuls im Vergleich zu einem Wandler mit einer Kunststoffkalotte verstärkt.

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wand- Der nach hinten abgestrahlte Schallimpuls läuft in die

ler zur Zerstörung von Konkrementen im Körperinne- Kalotte 2 hinein. Da diese nicht beliebig dick sein kann, ren, bestehend aus einer Kugelkalotte mit an deren 45 würde der Schallimpuls normalerweise an der Kalotten-Frontseite angeordneten piezoelektrischen Keramik- rückseite unter Phasenumkehr reflektiert, das heißt, der elementen. Unterdruckimpuls würde zwar verzögert, aber nicht

Die Erregung eines solchen beispielsweise in der vermieden.

nicht vorveröffentlichten DE-OS 33 19 871 beschriebe- Zur Unterdrückung dieses verzögerten Impulses gibt

nen piezokeramischen Wandlers mit einem Hochspan- 50 es im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten, nungsimpuls kann dazu führen, daß zunächst je nach Man kann die Rückseite der Kalotte mit einem schallab-Polarisationsrichtung ein nahezu rechteckförmiger sorbierenden Material beschichten und durch Vertte-Über- oder Unterdruckimpuls erzeugt wird, dessen fungen, Rillen oder dergleichen, deren Tiefe größer ist Zeitdauer durch die Laufzeit der Dichte- bzw. Dehnwel- als die Impulslänge, für einen stetigen Übergang des Ie im Keramikmaterial gegeben ist. Das gleiche tritt 55 Wellenwiderstandes vom Kalottenmaterial in das ababer auch an der Rückseite des Wandlers auf. Er wird sorbierende Material sorgen. Dieser Weg ist allerdings dort unter Phasenumkehr reflektiert und erscheint an- relativ aufwendig. Besser könnte insofern eine Lösung schließend mit umgekehrter Phase an der Frontseite. sein, bei der die rückseitige Oberfläche der Kalotte bei-

Einem Überdruckimpuls folgt also stets ein Unter- spielsweise durch gegenläufig zur Kalottenwölbung druckimpuls, und da auch an der Frontseite der größte 60 verlaufende Krümmungen so gestaltet wird, daß der Teil der Energie unter Phasenumkehr reflektiert wird, durch Reflexion entstehende Unterdruckstoß nicht wicdcrhuii sich dieser Vorgang lüchriäch. AnSiclic ciiicS iiichf iöküSSicii wird.

Einzeliinpulses wird also eine abklingende Schwingung Die F i g. 1 zeigt eine Lösung, bei der die rückseitige

erzeugt, deren Grundfrequenz durch die tiefste Dicken- Oberfläche 3 der Kalotte 2 unregelmäßige Vertiefungen

Eigenschwingung (Dicke « '/2 Wellenlänge) der Piezo- 65 bzw. Rillen 4 hat, also im Prinzip stark zerklüftet ist.

keramik gegeben ist. Hierdurch wird der von den Keramikelementen 1 nach

Es ist zu erwarten, daß in den Unterdruckphasen die- hinten abgestrahlte Schallimpuls 5 mehrfach und den

ser abklingenden Schwingung Kavitationserscheinun- dargestellten Pfeilen entsprechend an der rückseitigen