DE4117638C2

DE4117638C2 -

Info

Publication number: DE4117638C2
Application number: DE4117638A
Authority: DE
Inventors: Syuzi Yokohama Jp Suzuki; Mamoru Tokio/Tokyo Jp Izumi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1992-11-12
Also published as: FR2662884A1; US5247924A; FR2662884B1; DE4117638A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für den Einsatz zum Zertrümmern eines in einem Körper be findlichen Steins, insbesondere einen mit einem piezo elektrischen Element ausgestatteten Stoßwellengenera tor.

Für die Nierensteindiagnose bzw. -behandlung wird seit einiger Zeit eine mit Stoßwellen arbeitende Steinzer trümmerungsvorrichtung eingesetzt. Bei einer derartigen Vorrichtung wird ein Stoßwellengenerator an der Außen seite eines Patienten angeordnet, um eine Stoßwelle auf einen Stein in einem interessierenden Bereich (Behand lungsbereich) abzustrahlen und damit den Stein zu zer trümmern. Bisherige Stoßwellengeneratoren verwenden nicht nur ein piezoelektrisches Element, sondern auch Funken-, elektromagnetische Induktions- oder Explo sionsenergie.

Ein ein piezoelektrisches Element verwendender Stoßwel lengenerator (im folgenden als piezoelektrischer Stoß wellengenerator bezeichnet) hat besondere Aufmerksam keit auf sich gezogen, weil er in kostensparender Weise eine stabile Stoßwellenausgangsleistung zu liefern ver mag.

Der piezoelektrische Stoßwellengenerator umfaßt gewöhn lich ein eine konkave Fläche aufweisendes piezoelektri sches Element und einen an dessen Stirnseite angeordne ten Wasserbeutel oder -sack. Das piezoelektrische Ele ment besteht aus einer piezoelektrischen Keramikplatte oder -scheibe und zwei auf jeweils einer Seite dersel ben angeordneten Elektroden. Das piezoelektrische Ele ment weist eine konkave Fläche als Ultraschallabstrahl fläche und einen geometrisch festgelegten Brennpunkt auf. Der Wasserbeutel enthält ein flüssiges Medium (Wasser) zum Übertragen von Ultraschall unter günstige ren Bedingungen, wobei zeitweilig an der Oberfläche des piezoelektrischen Elements eine akustische Anpaß schicht zur Ermöglichung einer akustischen Ankopplung zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Wasser ausgebildet ist. Die akustische Anpaßschicht besteht normalerweise aus einem Epoxydharz. Für diagnostische (therapeutische) Behandlung wird die Wasserbeutelober fläche mit der Oberfläche des Patientenkörpers in Be rührung gebracht. Bei Speisung mit Hochspannung strahlt das piezoelektrische Element Ultraschallenergie hoher Leistung ab. Die so abgestrahlte Ultraschallenergie konvergiert am geometrischen Brennpunkt des piezoelek trischen Elements, wobei am Brennpunkt eine Stoßwelle auftritt. Wenn der Brennpunkt auf den Stein einge stellt wird, wird eine erzeugte Stoßwelle auf den Stein gerichtet, wodurch dieser aufgebrochen bzw. zertrümmert wird.

Wenn sich das piezoelektrische Element in direktem Kon takt mit Wasser befindet, tritt ein Abfall des Isola tionswiderstands dieses Elements auf, so daß oftmals ein Kurzschluß über die paarigen Elektroden an den bei den Oberflächen dieses Elements stattfindet. Bei einem Kurzschluß zwischen diesen Elektroden dringt aufgrund der an den Patienten angelegten hohen Spannung elektri scher Strom über den Wasserbeutel in den Patienten ein, wodurch ein "Sicherheitsproblem" hervorgerufen wird. Durch die Anordnung der akustischen Anpaßschicht auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements wird dieses Problem zu einem gewissen Grad gemildert. Bei längerer Anwendung des Stoßwellengenerators verschlech tert sich die Isolationseigenschaft des piezoelektri schen Elements. Außerdem kann sich die akustische An paßschicht aufgrund des Aufquellens des Wasser absor bierenden Epoxyharzes und einer Verringerung ihrer Bin dungsfestigkeit gegenüber dem piezoelektrischen Ele ment von diesem ablösen. Aus diesem Grund muß der Stoß wellengenerator nach vergleichsweise kurzer (Betriebs-) Zeit durch einen neuen Stoßwellengenerator ersetzt wer den. Die bisherige Vorrichtung bedingt zudem hohe War tungskosten.

Die nachveröffentlichte EP 04 21 286 A2 offenbart einen piezoelektrischen Wandler, bei dem Polyurethane, Epoxygemische und Silikone als besonders geeignete Vergußmaterialien bezeichnet werden.

Aus der DE 34 30 161 A1 ist eine poröse Anpassungs schicht in einem Ultraschallapplikator, die ohne Zwi schenfügung eines flüssigen Mediums mit dem Patienten in Berührung steht, und aus der DE 88 09 253 U1 ein Stoßwellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens bekannt.

Aus der DE 85 23 024 U1 ist ein Ultraschallgenerator bekannt, der über eine akustische Linse und ein flüs siges Medium verfügt. Die akustische Linse und eine akustische Anpaßschicht sind zwischen einem piezoelek trischen Element und dem flüssigen Medium angeordnet. Wenn die akustische Anpaßschicht und die akustische Linse bei diesem bekannten Ultraschallgenerator jedoch aus einem Material mit einem großen Wasserabsorptions faktor geformt sind, so würden sich über einen bestimmten Zeitraum die Eigenschaften des piezoelek trischen Elements bezüglich der Wasserdichtheit verschlechtern.

Der Erfindung liegt im Hinblick auf diesen Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Stoßwellengenerator dahingehend zu verbessern, daß über einen langen Zeitraum hinweg ein Kontakt des piezoelektrischen Elements mit dem flüssigen Medium verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1, 10 und 20 gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Stoßwellengenera tors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Ansteuer- oder Treiberimpulsspannungs/Ausgangsimpuls spannungs-Kennlinien für verschiedene Arten von Stoßwellengeneratoren,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der zeitabhän gigen Änderung des Wasserabsorptionsfaktors eines Epoxyharzes und von PTFE (Polytetra fluorethylen),

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Stoßwellengenera tors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Stoßwellengenera tors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Aufsicht auf ein piezoelektrisches Element nach Fig. 5,

Fig. 7A bis 7D Darstellungen zur Veranschaulichung der Schritte der Herstellung des Stoßwellen generators nach Fig. 5 und

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Hauptteils eines Stoßwellengenerators gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Nachstehend ist anhand der Zeichnung zunächst eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Gemäß Fig. 1 weist ein Stoßwellengenerator an seiner Basis 1 eine Öffnung 2 auf, wobei ein piezoelektrisches Element 3, die Öffnung 2 verschließend, an der Basis 1 angebracht ist. Das piezoelektrische Element 3 ist an seiner Ultraschall abstrahlenden Stirnfläche konkav und an seiner Rückseite konvex gekrümmt. Ein Brennpunkt F wird geometrisch durch die konkave Form der Ultra schallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements 3 bestimmt oder festgelegt. Zwischen der Rückseite des piezoelektrischen Elements 3 und der Basis 1 ist ein Luftspalt 4 festgelegt, in welchem das piezoelektrische Element 3 der Luft ausgesetzt ist bzw. mit dieser in Berührung steht. Die Tragstruktur des piezoelektrischen Elements 3 ist eine solche des sog. "Luftunterstüt zungstyps".

Das piezoelektrische Element 3 umfaßt eine piezoelek trische Keramikplatte sowie Elektroden 6 und 7, von denen je eine an Stirnseite und Rückseite der Keramik platte 5 angeordnet ist. Die Elektroden 6 und 7 sind über Zuleitungen 8 bzw. 9 mit einem Impulsgeber 10 zum Erzeugen eines Hochspannungsimpulses verbunden. Das piezoelektrische Element 3 spricht auf einen vom Impulsgeber 10 kommenden Hochspannungsimpuls unter Erzeugung von Ultraschall hoher Leistung an. Der erzeugte Ultraschall wird aufgrund des o. g. Luftunter stützungseffekts prinzipiell von der Stirnfläche des piezoelektrischen Elements 3 abge strahlt.

An der Ultraschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements 3 ist eine akustische Anpaßschicht 11 ausge bildet, auf der wiederum eine Schicht 12 aus einem Fluorharz, d. h. einem hydrophoben Harz, vorgesehen ist. Am offenen Ende der Basis 1 ist, die Öffnung 2 ver schließend, ein aus einem elastischen Material, wie Gummi oder Kautschuk, bestehender Wasserbeutel 13 mon tiert. Der Wasserbeutel 13 enthält Wasser 14 als flüs siges Medium für das Aussenden oder Übertragen von Ultraschall. Die akustische Anpaßschicht 11 ist so an geordnet, daß eine akustische Ankopplung zwischen dem piezoelektrischen Element 3 und der das Fluorharz ent haltenden Schicht 14 erreicht wird. Die akustische An paßschicht 11 besteht aus z. B. einem Epoxyharz, wobei ihre akustische Impedanz auf einen Mittelwert zwischen der akustischen Impedanz des piezoelektrischen Ele ments 3 und derjenigen der Fluorharz-Schicht 12 einge stellt ist. Aufgrund dieser akustischen Anpaßschicht 11 wird eine vom piezoelektrischen Element erzeugte Ultra schallwelle wirksam in Vorwärtsrichtung abgestrahlt, so daß eine Erhöhung des Drucks einer am Brennpunkt F er zeugten Stoßwelle erreicht wird. Die Fluorharz-Schicht 12 verhindert, daß das Wasser 14 das piezoelektrische Element 3 erreicht. Wenn die akustische Impedanz die ser Schicht 12 auf einen Mittelwert zwischen der aku stischen Impedanz der akustischen Anpaßschicht und der jenigen des Wassers 14 eingestellt ist, verhindert oder stört diese Schicht 12 in keinem Fall die Übertragung des Ultraschalls.

Bei medizinischer Diagnose bzw. Behandlung wird die Oberfläche des Wasserbeutels 13 in Berührung mit einer (Haut-)Oberfläche 15 am Rücken des Patienten in seinem Nierenbereich gebracht, und zwar an der von der Basis 1 abgewandten Seite. In diesem Zustand wird der Stoßwellengenerator so ausgerichtet, daß der Brenn punkt F des piezoelektrischen Elements 3 mit einem (zu zertrümmernden) Nierenstein 17 zusammenfällt. An schließend wird der Impulsgeber 10 angesteuert, um das piezoelektrische Element 3 mit einem Hochspannungsim puls zu beaufschlagen. Als Ergebnis wird Ultraschall hoher Leistung an der Stirnfläche, d. h. der Ultra schallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements 3 erzeugt. Der erzeugte Ultraschall, d. h. die erzeugte Ultraschallwelle wird am Brennpunkt F konvergiert, so daß an diesem Brennpunkt eine Stoßwelle entsteht. Ein am Brennpunkt F liegender Stein 17 wird dabei durch die Stoßwelle zertrümmert.

Im folgenden ist die Schicht 12 im einzelnen erläutert.

Ein Fluorharz besitzt gegenüber z. B. Polyvinylchlorid, Epoxy- und Phenolharzen eine ausgezeichnete Wasserbe ständigkeit. Im folgenden ist ein Fall beschrieben, in welchem Polytetrafluorethylen (PTFE), d. h. ein Fluor harz, für die Schicht 12 verwendet wird. PTFE besitzt einem Fluorharz eigene Eigenschaften, wie einen kleinen Wasserabsorptionsfaktor und gute Wasserdichtheit. PTFE besitzt eine akustische Impedanz von etwa 3×10⁶ kg/m²×s, d. h. praktisch in der gleichen Größenordnung wie die akustische Impedanz (etwa 8×10⁶ kg/m²×s) des in der akustischen Anpaßschicht 11 verwendeten Epoxy harzes und höher als die akustische Impedanz (etwa 1,5×10⁶ kg/m²×s) von Wasser. Wie sich aus obigem er gibt, ist die akustische Impedanz der Fluorharz- Schicht 12 kleiner als diejenige der akustischen Anpaß schicht 11 und größer als diejenige von Wasser (als flüssiges Medium) 14. Wenn dabei die Schicht 12 eine Dicke entsprechend einem Viertel eines ungeradzahligen Vielfachen der mittleren oder Mitten-Wellenlänge (λ) des Ultraschalls in der Schicht 12, z. B. λ/4 oder 3 λ/4 aufweist, sind die Erfordernisse für die "akusti sche Anpassung" im wesentlichen erfüllt. Die vom piezo elektrischen Element 3 kommende Ultraschallwelle wird daher in der Fluorharz-Schicht 12 kaum gedämpft. Da die Schallgeschwindigkeit in PTFE etwa 1400 m/s beträgt, beträgt die mittlere Wellenlänge λ etwa 2,8 mm aufgrund der Beziehung λ = V/f (mit V = Schall geschwindigkeit im Medium, f = Resonanzfrequenz), unter der Voraussetzung, daß die Resonanzfrequenz des piezo elektrischen Elements 3 beispielsweise etwa 500 kHz be trägt. Die Dicke der Schicht 12 beträgt daher vorzugs weise z. B. 0,7 mm, entsprechend λ/4, oder etwa 2,1 mm, entsprechend 3 λ/4.

Fig. 2 veranschaulicht eine Beziehung einer vom Impuls geber an das piezoelektrische Element angelegten An steuer- oder Treiberimpulsspannung Vp zur Ausgangsim pulsspannung Vo; diese Beziehung ist das Ergebnis von tatsächlich durchgeführten Messungen an Stoßwellengene ratoren verschiedener Ausgestaltungen unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements eines Durchmessers von 300 mm. Die Ausgangsimpulsspannung Vo wird durch Um wandlung eines Ultraschallwellenausgangssignals, das vom Stoßwellengenerator erzeugt und von einem piezo elektrischen Wandler empfangen worden ist, in ein elektrisches Signal erhalten. In Fig. 2 steht die aus gezogene Linie 21 für die Kennlinie in dem Fall, daß der Stoßwellengenerator eine akustische Anpaßschicht einer Dicke von λ/4 aus einem Epoxyharz und keine PTFE-Schicht aufweist. Die strichpunktierte Linie 22 in Fig. 2 stellt eine Kennlinie für den Fall dar, daß der Stoßwellengenerator eine akustische Anpaßschicht auf weist, die aus einem Epoxyharz und einer aufliegenden PTFE-Schicht einer Dicke von λ/4 besteht; die gestrichel te Linie 23 gemäß Fig. 2 ist eine Kennlinie für den Fall, daß der Stoßwellengenerator eine akustische An paßschicht aus einem Epoxyharz und einer darauf liegenden PTFE- Schicht einer Dicke von 3 λ/4 aufweist. Wie aus der graphischen Darstellung von Fig. 2 hervorgeht, sind die Treiberimpulsspannungs/Ausgangsimpulsspannungs- Kennlinien 22 und 23 in dem Fall, daß der Stoßwellenge nerator die PTFE-Schicht aufweist, nicht wesentlich verschieden von der Kennlinie 21 für den Fall, daß der Stoßwellengenerator keine PTFE-Schicht aufweist. Auch wenn daher, wie angegeben, die Fluorharzschicht 12, z. B. eine PTFE-Schicht vorgesehen ist, bleibt die inhä rente oder Eigenleistung des Stoßwellengenerators da durch unbeeinflußt.

Fig. 3 veranschaulicht in graphischer Darstellung eine zeitabhängige (pro Tag) Änderung einer Epoxyharz schicht und einer PTFE-Schicht. Wie aus den Linien 31 und 32 in der graphischen Darstellung von Fig. 3 her vorgeht, beträgt der Wasserabsorptionsfaktor (bzw. seine Änderung) etwa 0,2% in 10 Tagen für die Epoxy harzschicht, während die PTFE-Schicht in 10 Tagen nahe zu keine Änderung zeigt. Die Differenz im Wasserab sorptionsfaktor zwischen der Epoxyharzschicht und der PTFE-Schicht beeinflußt den Isolationswiderstand. Beim bisherigen Stoßwellengenerator, der nur eine Epoxy harzschicht an der Ultraschallabstrahlfläche des piezo elektrischen Elements aufweist, tritt nach einer länge ren Zeitspanne ein Abfall im Isolationswiderstand des piezoelektrischen Elements auf, wodurch sich ein Ablei tungsstrom erhöht. Außerdem verringert sich die Aushal te- oder Stehspannung des piezoelektrischen Elements, so daß im ungünstigsten Fall ein Kurzschluß zwischen den auf jeweils einer Oberfläche des piezoelektrischen Elements angeordneten Elektroden auftritt. Erfindungs gemäß weist der Stoßwellengenerator die erwähnte PTFE- Schicht auf, so daß dabei auch über einen längeren Zeitraum hinweg nahezu kein Abfall des Isolationswi derstands des piezoelektrischen Elements auftritt. Der Ableitungsstrom kann daher vernachlässigt werden, und es tritt kein Abfall in der Aushalte- oder Stehspannung des piezoelektrischen Elements auf. Der Stoßwellengene rator besitzt demzufolge eine verlängerte Betriebsle bensdauer bei erhöhter Sicherheit für einen Patienten. Als Ergebnis können die Betriebskosten unter Vermeidung von Wartungsaufwand beträchtlich verringert sein.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, be sitzt der erfindungsgemäße Stoßwellengenerator mit der am piezoelektrischen Element ausgebildeten oder vorge sehenen PTFE-Schicht einen deutlich kleineren Wasser absorptionsfaktor als der die Epoxyharzschicht aufwei sende Stoßwellengenerator. Der erfindungsgemäße Stoßwel lengenerator gewährleistet demzufolge eine zufrieden stellende Aushalte- oder Stehspannung ohne eine Ver ringerung der elektrischen Isolation im Laufe einer längeren Zeitspanne sowie erhöhte Sicherheit für den Patienten. Mit der PTFE-Schicht einer Dicke von λ/3 kann gegenüber einer PTFE-Schicht einer Dicke von 3 λ/4 eine höhere Langzeit-Wasserbeständigkeit erzielt wer den. Die PTFE-Schicht einer Dicke von 3 λ/4 ist gegen über der PTFE-Schicht einer Dicke von λ/4 in vorteil hafter Weise durch z. B. Schleifen oder Druckformen leichter bearbeitbar.

Die Fluorharzschicht ist nicht auf die PTFE-Schicht beschränkt, sondern kann beispielsweise auch aus einer Schicht aus Polychlortrifluorethylen (PCTFE) oder Poly vinylidenfluorid (PVDF) bestehen. Mit diesen Fluorhar zen lassen sich ebenfalls im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielen.

Fig. 4 veranschaulicht einen Stoßwellengenerator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei wel cher eine Fluorharzschicht 12 unmittelbar und ohne Zwi schenfügung einer akustischen Anpaßschicht 11 auf einem piezoelektrischen Element 3 geformt ist. In diesem Fall ist die akustische Impedanz der Schicht 12 mit einem Mittelwert zwischen der akustischen Impedanz des piezo elektrischen Elements 3 und derjenigen von Wasser 14 gewählt; außerdem kann das Erfordernis der "akustischen Anpassung" dadurch erfüllt werden, daß die Dicke der Schicht 12 mit einem ungeradzahligen Vielfachen von λ/4 gewählt wird.

Im folgenden ist eine dritte Ausführungsform der Er findung anhand von Fig. 5 erläutert. Eine Basis 41 des Stoßwellengenerators besteht aus einem Isoliermaterial, wie einem Glas-Epoxyharz, das einen thermischen Aus dehnungskoeffizienten nahezu entsprechend demjenigen eines piezoelektrischen Elements, niedriges Gewicht und größere mechanische Festigkeit besitzt. Ein eine kon kave Oberfläche aufweisendes piezoelektrisches Element 42 ist mit der Basis 41 verbunden und besteht aus einer Anzahl von piezoelektrischen Einheiten 43 (im vorlie genden Fall 16 Einheiten). Die piezoelektrischen Ein heiten 43 sind mit Hilfe eines Klebmittels zu einer Einheit vereinigt, deren Vorder- oder Stirnfläche, d. h. die Ultraschallabstrahlfläche, konkav geformt ist, wäh rend ihre Rückseite konvex ausgebildet ist. Im Mittel bereich des piezoelektrischen Elements 42 ist eine Öff nung oder Bohrung 50 vorgesehen, und zwischen der Basis 41 und der Rückseite der piezoelektrischen Einheiten ist ein Zwischenraum oder Spalt 44 festgelegt. Diese Ausführungsform ist ebenfalls von einem sog. Luftunter stützungstyp, bei dem die Rückseite der piezoelektri schen Einheit 43 im Zwischenraum 44 der Luft ausgesetzt ist.

Die piezoelektrische Einheit 43 umfaßt, ebenso wie die piezoelektrische Einheit 3 gemäß Fig. 1, eine piezo elektrische Keramikplatte oder -scheibe und zwei Elek troden, die jeweils an einer der Oberflächen der piezo elektrischen Keramikplatte vorgesehen sind. Diese Elek troden sind über Zuleitungen mit einem Impulsgeber zum Erzeugen oder Liefern eines Hochspannungsimpulses ver bunden. Wenn die piezoelektrische Einheit 43 mit einem Hochspannungsimpuls beaufschlagt wird, wird eine Ultra schallwelle hoher Leistung an der Stirnfläche des piezo elektrischen Elements 42 erzeugt bzw. von dieser abge strahlt, wobei eine Stoßwelle an einem Brennpunkt er zeugt wird, der durch die konkave Fläche, d. h. die Ul traschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements 42 geometrisch bestimmt oder festgelegt ist.

An der Ultraschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements 42 ist eine akustische Anpaßschicht 51 aus z. B. einem Epoxyharz vorgesehen. Eine Fluorharz schicht 52 ist auf der Oberfläche der akustischen An paßschicht 51, der Außenumfangsfläche der Basis 41 so wie der Innenwandfläche der Bohrung 50 ausgebildet.

Ein aus einem elastischen Werkstoff, wie Gummi oder Kautschuk, bestehender Wasserbeutel 53 ist mit der Außenumfangsfläche der Basis 41 verbunden. Der Wasser beutel 53 enthält Wasser 54 als flüssiges Medium für die Übertragung einer Ultraschallwelle. Bei dieser Aus führungsform kann ebenfalls eine Erhöhung des Drucks einer erzeugten Stoßwelle mittels einer akustischen An kopplung zwischen dem piezoelektrischen Element 42 und der Fluorharzschicht 52 durch die akustische Anpaß schicht 51 erzielt werden. Außerdem verhindert die Fluorharzschicht 52, daß das Wasser 54 das piezoelek trische Element 42 erreicht.

In die Bohrung 50 ist eine Ultraschallsonde 56 einge setzt, die Ultraschall bzw. eine Ultraschallwelle, die schwächer ist als die vom piezoelektrischen Element 42 erzeugte Ultraschallwelle, in Richtung auf einen interes sierenden Bereich im Patienten abstrahlt und ein von der Seite des Patienten kommendes Echo empfängt. Ein als elektrisches Signal von der Ultraschallsonde 56 abgegebenes Echosignal wird einer nicht dargestellten Ultraschallabbildungsvorrichtung zugespeist, auf wel cher ein Patiententomogramm (B-Modus-Bild) angezeigt wird. Unter Beobachtung des betreffenden Tomogramms kann ein Mediziner den Stoßwellengenerator entsprechend ausrichten.

Wie im Fall der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Dicke der Fluorharzschicht 52 entsprechend einem Viertel oder einem ungeradzahligen Vielfachen der mitt leren bzw. Mittenfrequenz λ der vom piezoelektrischen Element 42 erzeugten Ultraschall welle gewählt. Genauer gesagt: wenn die Resonanzfre quenz des piezoelektrischen Elements 42 etwa 500 kHz für die Fluorharzschicht 52 aus z. B. PTFE beträgt, liegt die Mittenfrequenz λ bei etwa 2,8 mm. Die Schicht 52 ist oder wird daher mit einer Dicke von 0,7 mm oder 2,1 mm und mit einem Durchmesser gewählt, der gleich oder größer ist als der Durchmesser (z. B. etwa 300 mm) des piezoelektrischen Elements 42. Auf einer normalen Drehbank ist es sehr schwierig, eine Fluorharzschicht 52 gleichmäßiger Dicke und des an gegebenen Durchmessers herzustellen.

Ein Verfahren zur Herstellung der Fluorharzschicht 52 ist nachstehend beispielhaft anhand der Fig. 7A bis 7D beschrieben.

Fig. 7A veranschaulicht eine Metallform 61 und einen vorbereiteten PTFE-Block 63. Die Form 61 besitzt eine der Innenfläche einer Fluorharzschicht 52 angepaßte Krümmung. Der Block 63 weist eine geschliffene konkave Fläche 63 mit einer der konvexen Fläche 62 entsprechen den Krümmung auf. Die konkave Fläche 64 des Fluorharz blocks 63 wird mit der konvexen Fläche 62 der Form 61 mit Hilfe eines Klebmittels vergleichsweise schwacher Adhesion bzw. Klebkraft verbunden. Wenn die Metall-Form 61 in den Fluorharzblock 63 eingesetzt (und damit ver bunden) ist, wird der Block 63 auf die in Fig. 7B ge zeigte Weise mittels einer numerisch gesteuerten (NC) Drehbank zu einer Schicht 52 geschliffen bzw. geformt.

Wenn ein piezoelektrisches Element 42 gemäß Fig. 5 in seiner Lage an der Basis 41 befestigt ist, wird an der Basis 41 eine akustische Anpaßschicht 51 gemäß Fig. 5 angeformt, und eine Fluorharzschicht 52 wird mit der Anpaßschicht 51 verbunden bzw. verklebt. Die akustische Anpaßschicht 51 besteht aus einem Werkstoff, der durch Vermischen eines geeigneten, einen Härter enthaltenden Füllstoffs mit einem Epoxyharz zur Einstellung einer vorbestimmten akustischen Impedanz zubereitet wird. Ein solcher akustischer Anpaßschicht-Werkstoff wird in flüssiger Form gemäß Fig. 7C auf die Basis 41 aufge tragen. Im allgemeinen besitzt ein mit einem Härter vermischtes Epoxyharz eine sich zwischen einem flüssi gen Zustand und einem festen Zustand ändernde Eigen schaft, und ein solches Harz wird als Klebmittel be nutzt. Die Form 61 mit der an ihrer konvexen Fläche ausgebildeten Fluorharzschicht 52 wird an die Basis 41 angepreßt, auf welche die akustische Anpaßschicht in flüssigem Zustand aufgetragen worden ist. In diesem Schritt wird die obengenannte Eigenschaft des Epoxy harzes ausgenutzt. Das Epoxyharz härtet dabei unter Einhaltung einer vorbestimmten Dicke aus. Hierbei dient die Fluorharzschicht 52 als Formteil, um die Epoxy harzschicht in eine vorbestimmte Form zu bringen. Auf die angegebene Weise werden eine akustische Anpaß schicht (Epoxyharz) 51 und eine Fluorharzschicht 52 schichtartig auf die Basis 41 aufgebracht.

Nach dem Trennen der Metall-Form 61 vom Formling blei ben auf der Basis 41 die akustische Anpaßschicht 51 aus dem Epoxyharz und eine Fluorharzschicht 52 zurück (vgl. Fig. 7D).

Im folgenden ist eine vierte Ausführungsform der Er findung anhand von Fig. 8 beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform ist ein ringförmiges piezo elektrisches Element 73 an der Unterseite einer ring förmigen Basis 71 ausgebildet oder vorgesehen (vgl. Fig. 8). Zwischen der Basis 71 und dem piezoelektri schen Element 73 ist ein Zwischenraum oder Spalt 74 vorgesehen. Das piezoelektrische Element umfaßt eine piezoelektrische Keramikplatte oder -scheibe 75 sowie auf jeweils einer Oberfläche der Keramikplatte 75 vor gesehene Elektroden 76 und 77. Dieses piezoelektrische Element 73 kann, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5, in Einheiten unterteilt sein. Gemäß Fig. 8 ist an der Unterseite des piezoelektrischen Elements 73 eine ringförmige akustische Anpaßschicht 78 vorgesehen, wäh rend eine Fluorharzschicht 79 so ausgebildet und ange ordnet ist, daß sie die Unterseite (Fig. 8) der akusti schen Anpaßschicht 78 sowie Innen- und Außenseitenwände von Basis 71 und piezoelektrischem Element 73 um schließt, d. h. bedeckt. Eine unterhalb der Unterseite (Fig. 8) der Fluorharzschicht 79 vorgesehene akustische Linse 80 weist - von der Unterseite von Fig. 8 her ge sehen - eine konkave Oberfläche 81 auf. Die konkave Fläche 81 der akustischen Linse 80 ist so ausgestaltet, daß eine vom piezoelektrischen Element 73 erzeugte Ul traschallwelle an einem Brennpunkt konvergiert, der durch die konkave Oberfläche 81 der akustischen Linse 80 geometrisch bestimmt ist. An der Vorderseite der akustischen Linse 80 ist ein Wasserbeutel 83 ange bracht, der Wasser 84 als flüssiges Medium für die Übertragung der Ultraschallwelle enthält.

Die Bedingungen für die akustische Linse 80 werden durch die folgenden Merkmale erfüllt: 1. ihre akusti sche Impedanz ist idealerweise gleich derjenigen von Wasser (flüssiges Medium); 2. ihre Ultraschalldämp fungsabsorption ist klein; und 3. es besteht eine große Differenz zwischen der akustischen Linse und dem Wasser 84 bezüglich ihrer Ultraschallgeschwindigkeit. Im Fall der konkaven Linse gemäß Fig. 8 besteht die akustische Linse 80 aus einem Werkstoff, dessen Schallgeschwindig keit höher ist als diejenige von Wasser (etwa 1500 m/s). Im allgemeinen ist ein (Kunst-)Harz für eine solche akustische Linse 80 zufriedenstellend; die akusti sche Impedanz ist dabei derjenigen der akustischen An paßschicht 78 und der Fluorharzschicht 79 gleich.

Aufgrund der Verwendung der beschriebenen akustischen Linse 80 können das piezoelektrische Element 73, die akustische Anpaßschicht 78 und die Fluorharzschicht 79 jeweils ringförmig ausgebildet sein. Die Fluorharz schicht 79 kann daher in einem Stanzvorgang in eine Ringform gebracht werden. Erfindungsgemäß werden somit komplizierte Fertigungsschritte vermieden.

Claims

1. Stoßwellengenerator, der an ein zu behandelndes Objekt (15, 55) über ein flüssiges Medium für Ultraschallübertragung zwecks Erzeugung einer Stoßwelle im Objekt ankoppelbar ist, mit einem piezoelektrischen Element (3, 42, 73) mit einer Ultraschallabstrahlfläche, gekennzeichnet durch eine auf der Ultraschall abstrahlfläche des piezoelektrischen Elements vorgesehene, mit dem flüssigen Medium in Berührung stehende Fluorharzschicht (12, 52, 79).

2. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Basis (1, 41, 71) zur Halterung des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73).

3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß an der Basis (1, 41, 71) ein Zwi schenraum oder Spalt (4, 44, 74) an einer Seite, welche der Seite, an welcher die Ultraschall abstrahlfläche des piezoelektrischen Elements ange ordnet ist, gegenüberliegt, festgelegt ist.

4. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das piezoelektrische Element (3, 42, 73) eine konkave Ultraschallabstrahlfläche aufweist.

5. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (3, 42, 73) eine piezoelektrische Keramikplatte oder -scheibe (5, 75) und zwei, jeweils an einer der Oberflächen der Keramikplatte vorgesehene Elektroden (6, 7, 76, 77) aufweist.

6. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht (12, 52, 79) eine Dicke aufweist, die einem Viertel eines ungeradzahligen Vielfachen der mittleren oder Mittenwellenlänge einer Ultraschallwelle in der Fluorharzschicht entspricht.

7. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht aus einem Polytetrafluorethylen geformt ist.

8. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht (12, 52, 79) auf der Ultraschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73) vorgesehen und aus einem Werkstoff geformt ist, dessen akustische Impedanz zwischen der (akustischen) Impedanz des piezoelektrischen Elements und derjenigen des flüssigen Mediums liegt.

9. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch einen vorderhalb der Ultraschall abstrahlfläche des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73) angeordneten und ein flüssiges Medium (14, 54, 84) für Ultraschallübertragung enthaltenden Sack (13, 53, 83).

10. Stoßwellengenerator, der an ein zu behandelndes Objekt (15, 55) über ein flüssiges Medium für Ultraschallübertragung zwecks Erzeugung einer Stoßwelle im Objekt ankoppelbar ist, mit einem piezoelektrischen Element (3, 42, 73) mit einer Ultraschallabstrahlfläche und mit einer auf der Ultraschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73) vorgesehenen akustischen Anpaßschicht (11, 51, 78), gekennzeichnet durch eine auf der akustischen Anpaßschicht vor gesehene, mit dem flüssigen Medium in Berührung stehende Fluorharzschicht (12, 52, 79).

11. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, gekenn zeichnet durch eine Basis (1, 41, 71) zur Halterung des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73).

12. Stoßwellengenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Basis ein Zwischenraum oder Spalt (4, 44, 74) an einer Seite, welche der Seite, an welcher die Ultraschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73) angeordnet ist, gegenüberliegt, festgelegt ist.

13. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (3, 42, 73) eine konkave Ultraschallabstrahl fläche aufweist.

14. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (3, 42, 73) eine piezoelektrische Keramikplatte oder -scheibe (5, 75) und zwei, jeweils an einer der Oberflächen der Keramikplatte vorgesehene Elektroden (6, 7, 76, 77) aufweist.

15. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Anpaßschicht (11, 51, 78) aus einem Werkstoff geformt ist, dessen akustische Impedanz zwischen der akustischen Impedanz des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73) und derjenigen der Fluorharzschicht (12, 52, 79) liegt.

16. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht (12, 52, 79) eine Dicke aufweist, die einem Viertel eines ungeradzahligen Vielfachen der mittleren oder Mittenwellenlänge einer Ultraschallwelle in der Fluorharzschicht entspricht.

17. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht (12, 52, 79) aus einem Werkstoff geformt ist, dessen akustische Impedanz zwischen der (akustischen) Impedanz der akustischen Anpaßschicht (11, 51, 78) und derjenigen des flüssigen Mediums (14, 54) liegt.

18. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht (12, 52, 79) unter Verwendung von Polytetrafluorethylen geformt ist.

19. Stoßwellengenerator nach Anspruch 10, gekenn zeichnet durch einen vorderhalb einer Ultra schallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements (3, 42, 73) angeordneten und ein flüssiges Medium (14, 54, 84) für die Ultraschallübertragung enthaltenden Sack (13, 53, 83).

20. Stoßwellengenerator, der an ein zu behandelndes Objekt über ein flüssiges Medium für Ultraschall übertragung zwecks Erzeugung einer Stoßwelle im Objekt ankoppelbar ist, mit einem piezo elektrisches Element (73) mit einer Ultraschall abstrahlfläche und mit einer vorderhalb der Ultraschallabstrahlfläche des piezoelektrischen Elements (73) vorgesehenen akustischen Linse (80), gekennzeichnet durch eine an der Ultra schallabstrahlfläche angeordnete und mit dem flüssigen Medium in Berührung stehende Fluor harzschicht (79).

21. Stoßwellengenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (73) und die Fluorharzschicht (79) jeweils ringförmig ausgebildet sind.

22. Stoßwellengenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem piezo elektrischen Element (73) und der Fluor harzschicht (79) eine akustische Anpaßschicht (78) angeordnet ist.

23. Stoßwellengenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorharzschicht aus einem Polytetrafluorethylen geformt ist.