DE4032357C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallwellengenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der EP 02 75 427 A1 ist eine derartige Vorrichtung beschrieben. Vor einer Flachspule ist eine Isolierfolie und davor eine Membran aus elektrisch leitendem Material angeordnet. Durch Anlegen eines Entladungsstroms an die Flachspule, das heißt durch elektrische Primärenergie, wird die Membran schlagartig von der Flachspule wegbewegt und erzeugt in einem an die Membran angrenzenden flüssigen Medium ebene Wellen, die sich senkrecht zur Membranfläche ausbreiten und fokussiert werden.

In der DE 37 39 390 A1 ist eine Stoßwellenquelle mit Flachspule und einer gegenüber dieser isolierten Membran beschrieben, wobei die Flachspule aus zwei getrennt und/oder gemeinsam aktivierbaren Teilspulen besteht. Diese Vorrichtung bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE 33 08 637 A1 ist ein Ultraschallgerät beschrieben, der mehrere konzentrisch angeordnete, ringförmige Ultraschallgeber umfaßt, wobei jeder Ultraschallgeber die gleiche Fläche besitzt.

In der DE 34 17 985 A1 ist ein Stoßwellengeber beschrieben, mit dem ein Brennpunkt mit deutlich vergrößerter Ausbreitung in Achsenrichtung erzeugt werden kann.

Für unterschiedliche Anwendungen, z. B. Nieren- oder Gallenlithotripsie, werden unterschiedliche Anforderungen in bezug auf die Fokusgeometrie und Spitzendruck gestellt.

Wegen der Problematik von Gewebeschädigung ist für die Nierenlithotripsie ein lateral eher breiter Fokus (FWHM (Full Width at Half Maximum)=6-10 mm) mit Spitzendrücken von etwa 500 Bar erwünscht. Solche Werte werden typischerweise mit Schallwellengeneratoren kleiner Aperturwinkel (50°-60°) erzeugt. Der vergleichsweise lange axiale Fokus (50-100 mm) kann dabei im Falle der Nierenlithotripsie in Kauf genommen werden.

Für die Gallenlithotripsie ist dagegen ein lateral eher schmaler Fokus (FWHM =3-5 mm) mit Spitzendrücken von etwa 800 Bar erwünscht, wobei die axiale Halbwertsbreite etwa bei 40 mm liegen sollte, da vor und hinter der Gallenblase empfindliche Strukturen (Leber, Lunge, Nieren, Wirbelsäule) liegen. Solche Werte werden typischerweise mit Stoßwellenquellen hoher Aperturwinkel (80°-90°) erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallwellengenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der den verschiedenen Anwendungen anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß durch Änderung des effektiven Aperturwinkels der Schallwellengenerator für verschiedene therapeutische Anwendungen, z. B. Nieren- und Gallenlithotripsie, optimal einsetzbar ist. Besitzt das ebene Schallfeld eine Breite D und das Sammellinsensystem eine Brennweite f, so wird unter dem effektiven Aperturwinkel der Wert

2 · arctan (D/2f)

verstanden.

Dies entspricht der in der Optik gebräuchlichen Definition des Aperturwinkels, wobei das Adjektiv "effektiv" angibt, daß zwischen den Randstrahlen des Schallfelds ein schallwellenfreier Raum bestehen kann, wie in Fig. 2b abgebildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine skizzierte Draufsicht auf eine Flachspule von drei konzentrisch angeordneten Teilspulen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier Anordnungen, mit denen verschieden Fokusgeometrien und Spitzendrücke erzielt werden,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Flachspule nach Anspruch 4.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Flachspule, die aus drei konzentrisch angeordneten Teilspulen 1, 2, 3 besteht (aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden nur wenige Spulenwicklungen gezeichnet). Jede der drei Teilspulen kann separat mit Strom versorgt werden.

Fig. 2 zeigt, wie durch zwei verschiedene Beschaltungen der drei konzentrischen Teilspulen 1, 2, 3 Fokusgeometrie und Spitzendrücke variiert werden können (die gezeichneten Querschnittsflächen der Spulenwindungen, die zu derselben Teilspule gehören, sind durch Querstriche von den übrigen abgetrennt). Dabei ist zu beachten, daß die Größenverhältnisse der Spulenflächen der Teilspulen nicht im Sinne von Anspruch 4 gewählt sind. Unter der Spulenfläche ist hier und im folgenden nur die von den Spulenwicklungen eingenommene Fläche bei einem Schnitt senkrecht zur Spulenachse zu verstehen. Die gezeigte Anordnung ist rotationssymmetrisch bezüglich der Spulenachse. In Fig. 2a werden nur die innere und mittlere Teilspule 1, 2 vom Entladungsstrom durchflossen. Dazu können die beiden Spulen z. B. hintereinandergeschaltet werden oder man legt an jede der beiden Teilspulen jeweils einen Entladungsimpuls. Durch die Auslenkung der Membran 4 wird eine zylinderförmige ebene Wellenfront erzeugt, deren Durchmesser im wesentlichen dem der Teilspule 2 entspricht. In einer Sammellinse 5 wird die Wellenfront fokussiert.

In Fig. 2b dagegen werden die mittlere und äußere Teilspule 2, 3 vom Entladungsstrom durchflossen. Aus der Auslenkung der Membran 4 resultiert eine röhrenförmige ebene Wellenfront mit einer im wesentlichen den Spulenflächen der stromdurchflossenen Teilspulen 2, 3 entsprechenden Grundfläche. Aufgrund des größeren effektiven Aperturwinkels im Sinne der oben gegebenen Definition erhält man im Falle der Anordnung nach Fig. 2a einen axial wie lateral breiteren Fokus bei niedrigeren Spitzendrücken als im Falle der Anordnung nach Fig. 2b.

Besonders vorteilhaft ist, daß bei den beiden gezeigten Anordnungen trotz unterschiedlichem effektivem Aperturwinkel die Lage des Fokus nicht verändert wird.

Die elektromagnetische Koppelung zwischen Spule und Membran (ein Maß dafür ist z. B. die Streuinduktivität) ist u. a. abhängig von der Größe der stromdurchflossenen Spulenfläche. Aus diesem Grund sind insbesondere auch die Größenverhältnisse der Teilspulenflächen untereinander von Bedeutung. Eine bevorzugte Ausführungsform hierzu zeigt Fig. 3. Dort ist eine Flachspule abgebildet, bestehend aus drei konzentrisch angeordneten Teilspulen 1, 2, 3. Dabei sind die Spulenflächen der drei Teilspulen so gewählt, daß die Summe der Spulenfläche von innerer Spule 1 und mittlerer Spule 2 gleich ist der Summe der Spulenfläche von mittlerer Spule 2 und äußerer Spule 3. Durch diese Wahl der Größenverhältnisse wird erreicht, daß die gesamte stromdurchflossene Spulenfläche beim Stromdurchgang durch innere und mittlere Teilspule 1, 2 (z. B. Nierenlithotripsie) genauso groß ist, wie beim Stromdurchgang durch mittlere und äußere Teilspule 2, 3 (z. B. Gallenlithotripsie).

Des weiteren ist auch eine Anordnung der Teilspulen möglich, bei der bei unterschiedlicher Beschaltung der Teilspulen, jedoch gleicher elektrischer Primärenergie, die gleiche akustische Energie abgestrahlt wird.

Claims (2)

1. Schallwellengenerator mit veränderbarem effektiven Aperturwinkel nach dem elektromagnetischen Prinzip für therapeutische Anwendungen und insbesondere zum berührungslosen Zertrümmern eines im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrements mit einer Flachspule und einer gegenüber dieser isolierten metallischen Membran (4), wobei die Flachspule aus mehreren, getrennt aktivierbaren und konzentrisch angeordneten Teilspulen (1, 2, 3) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule aus drei Teilspulen (1, 2, 3) besteht, wobei die Summe der Flächen der inneren (1) und mittleren Teilspule (2) gleich der Summe der Flächen der mittleren (2) und äußeren Teilspule (3) ist.

2. Schallwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch gleichzeitige Aktivierung der inneren (1) und mittleren Teilspule (2) ein niedriger effektiver Aperturwinkel (50°-70°), durch gleichzeitige Aktivierung der mittleren (2) und äußeren Teilspule (3) sich ein hoher effektiver Aperturwinkel (70°-100°) ergibt.