DE4036981A1 - Vorrichtung zur erzeugung von fokussierten akustischen schallwellen - Google Patents

Description

Die Erfindumg bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von fokussierten akustischen Schallwellen für therapeutische Amwendungen und insbesondere für die Zertrümmerung von Konkrementen, mit einer Schallerzeu­ gungseinheit, die wenigstens eine Schall-Abstrahlfläche aufweist, von der Schallwellen ausgehen, die von einer Fokussiereinheit fokussiert werden.

Vorrichtungen dieser Art sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Nur exemplarisch wird auf die DE 38 35 318 C1 und die dort genannten weiteren Druck­ schriften verwiesen, auf die im übrigen auch zur Erläu­ terung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelhei­ ten verwiesen wird.

In der DE 38 35 318 C1 ist eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung von fokussierten Druckwellen für therapeutische Anwendungen beschrieben, bei der die Schallerzeugungs­ einheit ein zu einer durch den Fokuspunkt gehenden Achse rotationssymmetrischer Körper ist, dessen sich in Richtung dieser Achse erstreckende Mantelfläche die Abstrahlfläche für die Schallwellen ist. Die axial­ symmetrisch abgestrahlten Schallwellen fokussiert ein Reflektor, der beispielsweise im Falle einer zylindri­ schen Schallerzeugungseinheit ein Paraboloid ist.

Bei einem weitgehend übereinstimmenden Vorschlag wird eine B. ebene ringförmige Schallquellen verwendet, die die Schallwellen in "Rückwärtsrichtung" auf einen Re­ flektor abstrahlt, der die Schallwellen dann durch den "Ring hindurch fokussiert".

Beispielsweise aus der DE 32 41 026 C3 ist eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen bekannt, bei der die von einer Funkenstrecke erzeugten Stoßwellen durch ein Ellipsoid fokussiert werden.

Weiterhin ist aus der EP 02 09 053 C3 eine Einrichtung zur berührungsfreien Zertrümmerung von Konkrementen im Körper von Lebewesen bekannt, bei der die auf elektro­ magnetischer Basis arbeitende Schallerzeugungseinheit die Form einer Kalotte hat, so daß bereits "fokussierte Schallwellen" abgestrahlt werden.

Ferner ist es z. B. aus der DE 35 43 867 A1 bekannt, anstelle von elektromagnetischen Schallerzeugungsein­ heiten Piezoschwinger, aber auch magnetostriktive Schwinger zur verwenden, die ebenfalls in Form einer (Kugel)-Kalotte angeordnet sind.

Aus der DE 35 01 838 A1 ist eine Einrichtung zur Erzeu­ gung zeitlich versetzter Stoßwellen bekannt, bei der eine ebene Schallerzeugungseinheit verwendet wird, deren Schallwellen ein erster kegelförmiger Reflektor auf einen zweiten Reflektor umlenkt, der die Schallwel­ len dann fokussiert.

Über die vorstehend genannten und nur exemplarisch aufgeführten Vorrichtungen sind noch weitere, z. T. abweichend aufgebaute Vorrichtungen zur Erzeugung von therapeutisch wirksamen Schallwellen bekannt geworden.

Sämtlichen bekannten Vorrichtungen ist jedoch gemein­ sam, daß die Fokuszone weitgehend feste und für eine bestimmte Ausbildung der Schallerzeugungseinheit typi­ sche Abmessungen aufweist, die allenfalls geringfügig variiert werden können.

Je nach Anwendungsfall ist es jedoch wünschenswert, einen breiteren oder einen schmaleren Fokus zu verwen­ den. Beispielsweise können kleine Steine gewebeschonend mit kleinen Fokuszonen behandelt werden. Größere Steine oder multiple Konkremente können andererseits günstiger mit einer ausgedehnten Fokuszone behandelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Erzeugung von fokussierten akustischen Schall­ wellen für therapeutische Anwendungen und insbesondere für die Zertrümmerung von Konkrementen, mit einer Schallerzeugungseinheit, die wenigstens eine Schall- Abstrahlfläche aufweist, von der Schallwellen ausgehen, die von einer Fokussiereinheit fokussiert werden, derart weiterzubilden, daß die Fokuszone für bestimmte Anwendungsfälle verbreitert werden kann.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist zumindest die Fokussiereinheit in Segmente unterteilt, die relativ zueinander bewegbar sind. Hierdurch ist es einerseits möglich, die einzel­ nen Segmente derart anzuordnen, daß die Überlagerung ihrer "Teil-Fokuszonen" eine möglichst kleine Gesamt- Fokuszone entsprechend der jeweiligen "nicht bewegten Grundvorrichtung" ergibt, andererseits aber die einzel­ nen Segmente so zu bewegen, daß die einzelnen "Teil- bzw. Segment-Fokuszonen" gegeneinander verdreht sind, so daß sich eine verbreiterte Fokuszone ergibt, oder gegeneinander verschoben sind, so daß sich die Gesamt- Fokuszone als Überlagerung mehrerer getrennter Fokus­ zonen darstellt (Anspruch 16) .

Hierzu ist es gemäß Anspruch 13 möglich, daß die Seg­ mente unabhängig voneinander um den Fokuspunkt schwenk­ bar sind. Ferner können die Segmente unabhängig vonein­ ander um eine durch den Fokuspunkt verlaufende Achse schwenkbar (Anspruch 14) oder gegeneinander verschieb­ bar sein. Dabei ist die Zahl der Segmente mindestens zwei, es können aber auch drei, vier oder mehr Segmente verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke, zumindest die Fokus­ siereinheit in Segmente zu unterteilen, die relativ zueinander bewegbar sind, kann auf die verschiedensten und insbesondere jede der eingangs beschriebenen Vor­ richtungen angewendet werden:

Insbesondere kann die Fokussiereinheit die Form einer Kalotte haben, deren Schnittkurven im wesentlichen Kurven 2. Ordnung sind (Anspruch 2). Selbstverständlich ist es aber auch möglich, Fokussiereinheiten mit wenig­ stens in einem "achsparallelen Schnitt" ebenen Flächen zu verwenden, wie sie beispielsweise in der EP 02 98 334 A1 beschrieben sind.

Dabei kann die Schallerzeugungseinheit gemäß Anspruch 3 identisch mit der Oberfläche der Fokussiereinheit sein oder gemäß Anspruch 6 im Ausgangszustand ein rotations­ symmetrischer Körper sein, dessen sich in Richtung der Rotationsachse erstreckende Mantelfläche eine Abstrahl­ fläche für axialsymmetrische Schallwellen darstellt, deren Ausbreitungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse verläuft, und die der kalottenförmi­ ge Reflektor fokussiert.

In jedem Fall kann die die Schallerzeugungseinheit Piezoschwinger (Anspruch 4 bzw. 11) oder eine elektro- magnetische Druckwellenerzeugungseinheit, aber auch andere Schallerzeugungs-Elemente, wie magnetostriktive Schwinger etc. aufweisen (Anspruch 5 bzw. 11).

Wenn die kalottenförmige Fokussiereinheit ein Reflektor ist, der die von der(n) Schall-Abstrahlfläche(n) ausge­ henden Schallwellen fokussiert (Anspruch 6), ist es auch möglich, daß die Schallerzeugungseinheit in an sich bekannter Weise eine Funkenstrecke ist, so daß der Reflektor die Form eines Ellipsoids hat (Anspruch 7).

Wenn gemäß Anspruch 8 die Schallerzeugungseinheit im Ausgangszustand ein rotationssymmetrischer Körper ist, dessen sich in Richtung der Rotationsachse erstreckende Mantelfläche eine Abstrahlfläche für axialsymmetrische Schallwellen darstellt, deren Ausbreitungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse verläuft, und die der kalottenförmige Reflektor fokussiert, ist es bevorzugt, wenn der rotationssymmetrische Körper eben­ falls in Segmente unterteilt ist, die zusammen mit den zugeordneten Segmenten des kalottenförmigen Reflektors bewegbar sind (Anspruch 12).

In jedem Falle ist es jedoch Anspruch 17 von Vorteil, wenn das Koppelmedium eine Flüssigkeit ist, und wenn ein Gehäuse vorgesehen ist, das zumindest die Fokus­ siereinheit umgibt und das eine Öffnung aufweist, die von einer schalldurchlässigen, akustisch angepaßten Membran abgeschlossen ist. Durch diese Ausbildung ergibt sich in einfacher Weise eine flüssigkeitsdichte Ausbildung, die eine Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in gleicher Weise wie herkömmliche Vorrich­ tungen erlaubt.

Bei einer weiteren Fortbildung dieser Ausgestaltung sind die Segmente mit Ausnahme einer Schallaustritts­ öffnung flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Schall­ austrittsöffnungen stehen mit einem flüssigkeitsdich­ ten Raum in Verbindung, der eine Öffnung aufweist, die von einer schalldurchlässigen, akustisch angepaßten Membran abgeschlossen ist (Anspruch 18).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt darüberhinaus die einfache Integration einer Röntgen- und/oder Ultra­ schall-Ortungsvorrichtung für Konkremente, deren Beob­ achtungsachse die Achse der Schallerzeugungseinrichtung im Fokuspunkt schneidet oder in der Achse der Schaller­ zeugungseinheit verläuft (Anspruch 19). Insbesondere dann, wenn die Beobachtungsachse der Röntgen- und/oder Ultraschall-Ortungsvorrichtung in der Achse der Schal­ lerzeugungseinheit verläuft, ist es möglich, die Vor­ richtung so zu gestalten, daß die Bewegungsmöglichkeit der einzelnen Segmente dazu genutzt wird, daß deren (Auseinander-) Bewegung dazu dient, die Beobachtungs­ achse der Ortungsvorrichtung freizugeben, so daß ein platzsparenden Anordnung der einzelnen Elemente möglich wird.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all­ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, und deren einzige Figur einen Querschnitt durch eine erfindungs­ gemäße Vorrichtung zeigt.

In der Figur ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von fokussierten akustischen Schallwellen für therapeuti­ sche Anwendungen und insbesondere für die Zertrümmerung von Konkrementen gezeigt, die im Grundzustand, d. h. dem Zustand, in dem die Segmente nicht (auseinander) bewegt sind, der in der DE 38 35 318 C1 beschriebenen Vorrich­ tung gleicht.

Die Vorrichtung weist eine Schallerzeugungseinheit 1 auf, die beispielsweise eine elektromagnetische, mag­ netostriktive oder piezoelektrische Druckwellenerzeu­ gungseinheit sein kann, und die im Ausgangszustand ein rotationssymmetrischer Körper ist. Die sich in Rich­ tung der Rotationsachse 2 erstreckende Mantelfläche 3 der Schallerzeugungseinheit 1 stellt eine Abstrahlflä­ che für axialsymmetrische Schallwellen 4 dar, deren Ausbreitungsrichtung in einem nicht näher dargestellten Koppelmedium zunächst im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 2 verläuft. Ein kalottenförmiger Re­ flektor 5, der im Falle einer zylindrischen Mantelflä­ che ein Paraboloid ist, fokussiert die reflektierten Schallwellen 4′ in einer Fokuszone F.

Erfindungsgemäß sind sowohl die Schallerzeugungseinheit 1 als auch der Reflektor 5 in bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel zwei Segmente (1, 1′ bzw. 5. 5′) unter­ teilt, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel rela­ tiv zueinander dadurch bewegbar sind, daß sie unabhän­ gig voneinander um den Fokuspunkt F bzw. eine durch den Fokuspunkt gehende Achse schwenkbar sind. Die Bewegung der Reflektorsegmente 5 bzw. 5′ erfolgt dabei gemeinsam mit den zugeordneten Segmenten der Schallerzeugungsein­ heit 1 bzw. 1′. In der Figur ist der Fall dargestellt, daß bereits eine Schwenkung der einzelnen Teile um den Winkel α erfolgt ist. Hierdurch werden die in der Pra­ xis "länglichen" Fokuszonen der Reflektor-Segmente 5 bzw. 5′ ebenfalls gegeneinander um den Winkel α ver­ dreht, so daß sich als Gesamt-Fokuszone, d. h. als Über­ lagerung der beiden Einzel-Fokuszonen eine verbreiterte Fokuszone ergibt.

Die Bewegbarkeit bzw. die Verschwenkbarkeit der einzel­ nen Segmente 1 und 5 bzw. 1′ und 5′ trotz des Vorhan­ denseins eines Koppelmediums für die Schallwellen, wie beispielsweise Wasser, kann dadurch realisiert werden, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, das die Schallerzeu­ gungseinheit 1, 1′ und den Reflektor 5, 5′ umgibt und das eine Öffnung aufweist, die in der beispielsweise in der DE 38 35 318 C1 beschriebenen Weise von einer schalldurchlässigen, akustisch angepaßten Membran abge­ schlossen ist. Das Gehäuse und die Membran sind zur Vereinfachung der Darstellung in der Figur nicht darge­ stellt.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungs­ gedankens beschrieben worden, innerhalb dessen selbst­ verständlich die verschiedensten Abwandlungen möglich sind:
So ist es möglich. mehr als zwei Segmente vorzusehen und/oder die Segmente gegeneinander verschiebbar zu gestalten. Weiterhin können wenigstens zwei Segmente keinen gemeinsamen Fokuspunkt aufweisen.

Vor allem aber kann der erfindungsgemäße Grundgedanke auf die verschiedensten Vorrichtungen angewendet wer­ den, wie sie u. a. in den eingangs genannten Druck­ schriften beschrieben sind.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von fokussierten akusti­ schen Schallwellen für therapeutische Anwendungen und insbesondere für die Zertrümmerung von Konkrementen, mit einer Schallerzeugungseinheit, die wenigstens eine Schall-Abstrahlfläche aufweist, von der Schallwellen ausgehen, die von einer Fokussiereinheit fokussiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Fokussierein­ heit in Segmente unterteilt ist, die relativ zueinander bewegbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinheit die Form einer Kalotte hat, deren Schnittkurven im wesent­ lichen Kurven 2. Ordnung sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schall-Abstrahlfläche der Schallerzeugungseinheit identisch mit der Oberflä­ che der Fokussiereinheit ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallerzeugungseinheit Piezoschwinger aufweist, die kalottenförmig angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallerzeugungseinheit eine elektromagnetische Druckwellenerzeugungseinheit ist, die kalottenförmig angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kalottenförmige Fokus­ siereinheit ein Reflektor ist, der die von der(n) Schall-Abstrahlfläche ausgehenden Schallwellen fokus­ siert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallerzeugungseinheit in an sich bekannter Weise eine Funkenstrecke ist, und daß der Reflektor die Form eines Ellipsoids hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallerzeugungseinheit im Ausgangszustand ein rotationssymmetrischer Körper ist, dessen sich in Richtung der Rotationsachse er­ streckende Mantelfläche eine Abstrahlfläche für axial­ symmetrische Schallwellen darstellt, deren Ausbrei­ tungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Rotations­ achse verläuft, und die der kalottenförmige Reflektor fokussiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche die Ab­ strahlfläche der Schallerzeugungseinheit ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche die Fläche eines Reflektors ist, der die von einer ebenen Schall­ erzeugungseinheit ausgehenden Schallwellen umlenkt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallerzeugungseinheit eine elektromagnetische oder piezoelektrische Druckwel­ lenerzeugungseinheit ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper ebenfalls in Segmente unterteilt ist, die zusam­ men mit den zugeordneten Segmenten des kalottenförmigen Reflektors bewegbar sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente unabhängig voneinander um den Fokuspunkt schwenkbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente unabhängig voneinander um eine durch den Fokuspunkt verlaufende Achse schwenkbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente gegeneinander verschiebbar sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Segmente keinen gemeinsamen Fokuspunkt aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelmedium eine Flüs­ sigkeit ist, und daß ein Gehäuse vorgesehen ist, das zumindest die Fokussiereinheit umgibt und das eine Öffnung aufweist, die von einer schalldurchlässigen, akustisch angepaßten Membran abgeschlossen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelmedium eine Flüs­ sigkeit ist, und daß die Segmente mit Ausnahme einer Schallaustrittsöffnung flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind, und daß die Schallaustrittsöffnungen mit einem flüssigkeitsdichten Raum in Verbindung stehen, der eine Öffnung aufweist, die von einer schalldurchlässigen, akustisch angepaßten Membran abgeschlossen ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Röntgen- und/oder Ultraschall-Ortungsvorrichtung für Konkremente vorgese­ hen ist, deren Beobachtungsachse die Achse der Schall­ erzeugungseinrichtung im Fokuspunkt schneidet oder in der Achse der Schallerzeugungseinheit verläuft.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Bewegung der Segmente die Beobachtungsachse der Ortungsvorrichtung freigebbar ist.