DE3908274A1 - Vorrichtung zur erzeugung von fokussierten akustischen wellenfeldern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung von fokussierten akustischen Wellenfeldern für thera­ peutische Anwendungen und insbesondere zur Zerstörung von Konkrementen, Körpersteinen etc. mit einer Schallerzeu­ gungseinheit, die in einem Koppelmedium ein Wellenfeld erzeugt, das durch die Formgebung der Abstrahlfläche und/ oder das Wellenfeld reflektierende und/oder beugende Ele­ mente fokussiert wird.

Die vorliegende Anmeldung ist eine Zusatzanmeldung zu der deutschen Patentanmeldung P 38 35 318.0.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von fokussierten akusti­ schen Wellenfeldern für therapeutische Anwendungen und insbesondere zur Zerstörung von Konkrementen, Körperstei­ nen etc., gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften 32 41 026, 33 18 871, 34 25 992 oder 34 37 862 sowie aus der nicht vorveröffentlichten älteren Patentanmeldung P 38 35 318.0 bekannt.

Bei der aus der DE-OS 32 41 026 bekannten Vorrichtung wird als "Schallerzeugungseinheit" eine Funkenstrecke verwen­ det, deren Wellenfeld von einem Ellipsoid reflektiert und so fokussiert wird.

Die in den DE-OSen 33 19 871 und 34 25 992 beschriebenen Vorrichtungen verwenden als Schallerzeugungseinheit piezo­ elektrische Wandler, die auf der Innenseite einer Kugelka­ lotte angeordnet sind. Aufgrund der Formgebung der Ab­ strahlfläche entsteht ein fokussiertes Wellenfeld.

Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 38 35 318.0, zu der die vorliegende Anmeldung eine Zusatzanmel­ dung darstellt, ist eine Schallerzeugungseinheit bekannt, die eine Zylindergeometrie (im allgemeinen Sinne) auf­ weist. Durch einen entsprechend ausgebildeten Reflektor wird das Wellenfeld der Schallerzeugungseinheit dann fo­ kussiert.

Weiterhin ist es bekannt, ebene Schallerzeugungseinheiten, die auf elektromagnetischer Basis arbeiten, in "rohrähnli­ chen" und als Linsen wirkende Schall-Führungs- und Bünde­ lungssystemen anzuordnen.

Die aus den vorveröffentlichten Druckschriften bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von fokussierten akustischen Wellenfeldern für therapeutische Anwendungen und insbeson­ dere zur Zerstörung von Konkrementen, Körpersteinen etc. weisen eine feste Fokusgröße auf, die sich vom Anwender nicht verändern läßt; damit kann der Anwender die Fokus­ größe nicht an die Steingröße, -lage oder -art anpassen: Beispielsweise haben Vorrichtungen, bei denen auf der Innenseite einer Kugelkalotte piezoelektrische Schallwan­ dler angeordnet sind, einen vergleichsweise kleinen Fokus, während Vorrichtungen mit ebenen Schallerzeugungseinheiten auf elektromagnetischer Basis einen vergleichsweise ausge­ dehnten "Fokus" haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von fokussierten akustischen Wellenfeldern für therapeutische Anwendungen und insbesondere zur Zer­ störung von Konkrementen, Körpersteinen etc. anzugeben, die eine leichte Einstellung der Fokusgröße erlaubt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Überraschenderweise kann die erfindungsgemäße Aufgabe da­ durch gelöst werden, daß weiterhin von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, also von einer Vorrichtung mit einer Schallerzeugungseinheit, die in einem Koppelmedium ein Wellenfeld erzeugt, das durch die Formgebung der Abstrahlfläche und/oder das Wellenfeld reflektierende und/oder beugende Elemente fokussiert wird, ausgegangen wird.

Der Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, daß bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Fokussierung des Wellenfeldes "beugungsbegrenzt" ist. Damit ist gemeint, daß der Einfluß der Wellenlänge des Wellenfeldes, das durch die Formgebung der Abstrahl­ fläche und/oder reflektierende und/oder beugende Elemente "abgebildet" und insbesondere fokussiert wird, vergleichs­ weise groß ist.

Anders ausgedrückt, kann die Größe des Fokus in gewissen Grenzen bei ansonsten gleicher Geometrie der das Wellen­ feld beeinflußenden Elemente dadurch variiert werden, daß die Wellenlänge des abgestrahlten Wellenfeldes variiert wird. Die in technischem Maßstab problemlos darstellbaren Wellenlängen-Änderungen sind dabei hinreichend, um die Fokusgröße an medizinische Forderungen anzupassen, die sich beispielsweise durch die Steingröße, -art und/oder -lage ergeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den Ansprüche 2 bis 4 sind verschiedene Maßnahmen angegeben, mit denen bei einer Vorrichtung, bei der die Schallerzeugungseinheit mittels einer Entladeeinheit an­ steuerbar ist, die eine Kondensator-Bank zur Energiespei­ cherung aufweist, die Wellenlänge des erzeugten Wellenfel­ des ohne großen Aufwand variierbar ist: Gemäß Anspruch 2 sind zur Variation der Wellenlänge die einzelnen Kondensatoren der Kondensator-Bank wahlweise parallel und/oder in Reihe schaltbar, während gemäß An­ spruch 3 zur Variation der Wellenlänge lastseitig Konden­ satoren und/oder Induktivitäten zuschaltbar sind.

Diese Maßnahmen können im Prinzip bei beliebigen Vorrich­ tungen, also auch bei Vorrichtungen mit piezoelektrischen Schallwandlern angewendet werden.

Im Anspruch 4 ist beansprucht, daß zur Variation der Fre­ quenz lastseitig die Induktivität schaltbar sind. Diese Lösung ist insbesondere von Vorteil bei einer Vorrichtung gemäß der älteren Patentanmeldung P 38 35 318.0, bei der die Schallerzeugungseinheit als elektromagnetische Druck­ wellenerzeugungseinheit ausgebildet ist, die Zylindergeo­ metrie im allgemeinen Sinne aufweist, und mittels einer Entladeeinheit ansteuerbar ist, die eine Kondensator-Bank zur Energiespeicherung aufweist, und deren Wellenfeld ein insbesondere als Paraboloid ausgebildeter Reflektor fokus­ siert. Bei einer derartigen Vorrichtung kann die Variation der Wellenlänge des Wellenfeldes beispielsweise wie folgt erzielt werden:
Durch die vergleichsweise große Oberfläche der Abstrahl­ fläche der Schallerzeugungseinheit ist es möglich, daß die Schallerzeugungseinheit mehrere ineinander gewickelte Spulen aufweist, die alternativ oder miteinander verschal­ tet vom Strom der Entladeeinheit durchflossen werden.

Dies bedeutet, daß durch einen externen Umschaltvorgang, der beispielsweise vom behandelnden Arzt oder von einer Steuereinheit ausgelöst werden kann, die einzelnen Spu­ len, die die Schallerzeugungseinheit aufweist, alternativ oder in einer (teilweisen) Reihen- und/oder Parallelschal­ tung von der Entladeeinheit angesteuert werden. Da die verschiedenen Spulen unterschiedliche Induktivitäten auf­ weisen, ändern sich die Parameter des von den Spulen und den Kondensatoren der Kondensator-Bank zur Energiespeiche­ rung gebildeten Schwingkreises, und damit auch die Wellen­ länge des erzeugten Druckwellenfeldes.

Die in den vorstehend besprochenen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen haben den Vorteil, daß es durch sie möglich ist, während eines Behandlungsvorgangs die Fokusgröße an die Charakteristiken des zu zerstörenden Konkrements, das beispielsweise mittels einer Ortungseinheit erfaßt wird, anzupassen. Das Umschalten kann dabei mittels "Knopfdruck" durch den behandelnden Arzt, aber auch durch eine entspre­ chende Steuereinheit, an die beispielsweise die Signale der Ortungseinheit angelegt sind, erfolgen.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Vorrich­ tung zur Erzeugung von fokussierten akustischen Wellenfel­ dern für therapeutische Anwendungen und insbesondere zur Zerstörung von Konkrementen, Körpersteinen etc. derart auszugestalten, daß die Spule bzw. Spulen austauschbar sind. Dabei ist es bevorzugt, daß sich die austauschbaren Spulen hinsichtlich Durchmesser, Windungszahl und Membran­ material unterscheiden (Anspruch 6).

Ferner ist es natürlich möglich, daß zusätzlich auch die Anstiegszeit variierbar ist, wie dies beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster 87 09 692 beschrieben ist.

Aufgrund der vorstehenden exemplarischen Beschreibung kann ein auf dem einschlägigen Gebiet tätiger Fachmann die Erfindung jederzeit realisieren, so daß auf die Beschrei­ bung spezieller Ausführungsbeispiel verzichtet wird.

Es versteht sich von selbst, daß innerhalb des erfindungs­ gemäßen Grundgedankens - durch eine Änderung der Wellen­ länge des Wellenfeldes die "Korrekurbedingungen" der akustooptischen Abbildung und damit die Fokusgröße zu variieren - die verschiedensten Modifikationen möglich sind: So ist es beispielsweise möglich, einzelne Maßnahmen beispielsweise zur Variation der Schwingkreisparameter und damit der Wellenlänge miteinander zu kombinieren, und zusätzlich auch austauschbare Spulen vorzusehen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von fokussierten akustischen Wellenfeldern für therapeutische Anwendungen und insbeson­ dere zur Zerstörung von Konkrementen, Körpersteinen etc. mit einer Schallerzeugungseinheit, die in einem Koppelme­ dium ein Wellenfeld erzeugt, das durch die Formgebung der Abstrahlfläche und/oder das Wellenfeld reflektierende und/oder beugende Elemente fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Fokusgröße die Wellenlänge der abgestrahlten Schallwellen variierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schallerzeu­ gungseinheit mittels einer Entladeeinheit ansteuerbar ist, die eine Kondensator-Bank zur Energiespeicherung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Wellenlänge die einzelnen Kondensatoren der Kondensator-Bank wahlweise parallel und/oder in Reihe schaltbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schal­ lerzeugungseinheit mittels einer Entladeeinheit ansteuer­ bar ist, die eine Kondensator-Bank zur Energiespeicherung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Wellenlänge lastseitig Kondensatoren und/oder Induktivitäten zuschalt­ bar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Schallerzeugungseinheit mittels einer Entladeeinheit ansteuerbar ist, die eine Kondensator-Bank zur Energie­ speicherung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Frequenz lastseitig die Induktivität schaltbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Schallerzeugungseinheit als elektromagnetische Druck­ wellenerzeugungseinheit ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule austauschbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die austauschbaren Spulen hinsichtlich Durchmesser, Windungszahl und Membranmaterial unterscheiden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schallerzeugungseinheit als elektromagnetische Druck­ wellenerzeugungseinheit ausgebildet ist, die Zylindergeo­ metrie im allgemeinen Sinne aufweist, und mittels einer Entladeeinheit ansteuerbar ist, die eine Kondensator-Bank zur Energiespeicherung aufweist, und deren Wellenfeld ein insbesondere als Paraboloid ausgebildeter Reflektor fokus­ siert, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwellenerzeugungsein­ heit mehrere ineinander gewickelte Spulen aufweist, die alternativ oder miteinander verschaltet vom Strom der Entladeeinheit durchflossen werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Anstiegszeit variierbar ist.