DE4313768A1 - Vorrichtung zur Steinzertrümmerung - Google Patents

Vorrichtung zur Steinzertrümmerung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steinzertrümmerung im medizinischen Bereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige als Stoßwellen-Lithotripter bekannte Vorrichtung ist in der EP 0 317 507 B1 beschrieben. Das Prinzip besteht darin, einen kinetischen Stoß als Welle durch einen steifen, doch genügend biegsamen Draht zu der Wirkstelle zu übertragen, wobei die Stoßenergie dadurch erzeugt wird, indem ein geschoßartiger Massekörper nach Art eines Blasrohres geführt und durch Preßluft gegen das andere Drahtende geschossen wird. Die durch die beschleunigte Bewegung des Massekörpers gesammelte kinetische Energie überträgt sich schlagartig beim Auftreffen auf den Draht, durchläuft diesen als Stoßwelle und tritt am gegenüberliegenden Ende ebenso schlagartig in Erscheinung, wobei der Draht selbst keine Längsbewegung ausführt. Damit lassen sich Gallensteine, Nierensteine und dergleichen sprengen.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist das aufwendige und umständliche Antriebsprinzip des Massekörpers. Es erfordert nämlich einen speziellen Preßluftgenerator, der zyklische Luftdruckspitzen erzeugt, sowie einen Hilfsspeicher am stromabwärtsgelegenen Ende des Blasrohres, der als pneumatische Rückstellfeder fungiert. Die Energieübertragung vom Preßluftgenerator zum Massekörper über die kompressible, also elastische Luft erfordert einen relativ langen Bewegungshub des Massekörpers, um diesen auf die erforderliche Geschwindigkeit zu beschleunigen. Der lange Hub bedeutet aber viel Reibungsverlust, der einen Teil der Energie aufzehrt. Der Reibungsverlust ist auch dadurch erhöht, als der Massekörper nach Art eines Kolbens möglichst dicht an der Innenwand des Blasrohres anliegen soll. Anderenfalls gelangt Druckluft am Massekörper vorbei und füllt den Hilfsspeicher, der dann zu stark als Bremse der Beschleunigung des Massekörpers entgegenwirkt. Die Passung des Massekörpers im Blasrohr ist zudem temperaturabhängig, wodurch sich im Betrieb der Wirkungsgrad des Antriebs verändert.
Aus der DE-AS 27 24 324 ist eine Vorrichtung zum Zertrümmern von Blasensteinen bekannt, die ein Bündel von Stoßdrähten aufweist. Hierbei wird für jeden Draht ein elektromagnetischer Antrieb vorgesehen, wobei ein Eisenanker fest mit dem Drahtende verbunden ist und von einer stationären Spule angetrieben wird. Ein derartiger Antrieb vermag keine ausreichend wirksame Stoßwelle zu erzeugen, vielmehr wird der Stoßdraht in seiner ganzen Länge in eine oszilierende Bewegung versetzt, wobei die Hubamplitude nur sehr klein ist, bei welcher Hubamplitude der Wirkungsgrad des Antriebs auch nur gering ist. Zudem wirkt hierbei die Masse des Eisenankers als Hemmnis.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einen einfacheren und praktikableren Antrieb aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Energie eines elektrischen Energieimpulses wird unmittelbar und nicht unter Zwischenschaltung eines Übertragungsmediums, wie Luft, auf den Massekörper übertragen. Es braucht daher auf keine einschränkenden Bedingungen eines Zwischenträgers Rücksicht genommen zu werden. Die Führung kann ausreichend Spiel aufweisen, um die Reibungsverluste zu reduzieren und die Energie gelangt bei vertretbar kurzem Beschleunigungsweg zur ausreichenden Entfaltung. Der erforderliche Impulsgeber kann einfach und preiswert hergestellt werden.
Im praktischen Einsatz befinden sich Lithotripter, bei denen in unmittelbarer Nähe des Steines eine Schockwelle durch einen Funkenüberschlag zwischen zwei Elektroden erzeugt wird. Hierzu ist ein Hochspannungs-Impulsgeber erforderlich. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 gestattet es in vorteilhafter Weise, einen derartigen in den meisten Kliniken ohnehin vorhandenen Impulsgeber alternativ auch mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung zu verwenden. Der Wandler ist demnach lediglich hinsichtlich der auftretenden hohen Spannung auszulegen und zu isolieren.
Am besten beherrschbar ist ein Wandler gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 3. Jedoch ist ein elektrostatischer Wandler ebenfalls möglich.
Der Massekörper kann auf verschiedene Art dem Einfluß eines Magnetfeldes unterworfen werden. So kann er aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, in dem ein Gegenfeld aufbauende Wirbelströme induziert werden, womit sich der Massekörper aus der Spule herausschießt. Besteht der Massekörper aus dauermagnetischem Material, kann er durch ein die Richtung umkehrendes Magnetfeld in beiden Bewegungsrichtungen aktiv bewegt werden. Allerdings bedarf dies einer sorgfältigen Abstimmung von Masse und Frequenz der Feldschwingung, damit der Massekörper nicht durch das sich umkehrende Magnetfeld abgebremst wird, bevor er seinen Impuls an den Impulsleitungsdraht abgegeben hat.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 bezeichnet eine sehr gut beherrschbare Art des Bewegungsantriebs und stellt darauf ab, daß der Massekörper unabhängig von der Polarität des Magnetfeldes stets in einer Richtung aktiv angetrieben wird. Dies macht die Steuerung einfacher und eignet sich bevorzugt für einen Einzelimpuls-Betrieb.
In Verbindung mit dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, den Massekörper gemäß Anspruch 5 durch eine Rückstellfeder und zwar in Gestalt einer gewöhnlichen Drahtfeder in die Ruheposition zurück zu bringen. Deren Verhalten ist bestens berechenbar und praktisch beherrschbar.
Prinzipiell kann der Massekörper ähnlich wie ein Waagebalken schwenkbar gelagert werden, wobei auf einen Hebelarm die Spule einwirkt und der andere Hebelarm wie ein Hammer eines Hammerwerks gegen den Impulsleitungsdraht schlägt.
Demgegenüber betrifft die Ausgestaltung nach Anspruch 6 eine lineare Bewegung des Massekörpers, wodurch die Energie als effektiverer Stoß auf den Impulsleitungsdraht gelangt.
Die Ausbildung nach Anspruch 7 ist speziell auf das elektromagnetische Antriebsprinzip ausgerichtet.
Die Weiterbildungen nach Anspruch 8 und 9 bewirken eine Reduzierung des Reibungswiderstandes der Linearführung. Es ist dabei der Gleitbelag auf der stationären Seite vorgesehen, während der Massekörper ohne Beschichtung bleiben kann. Dies stellt insbesondere darauf ab, daß auswechselbare Massekörper mit unterschiedlicher Masse vorgesehen werden. Diese sind dann, da unbeschichtet, preiswerter.
Ein Stoßaufnehmer gemäß Anspruch 10 gestattet es, die mechanische Festigkeit der Stoßeinleitungsstelle besser an diese Belastungsart anzupassen, wohingegen der Impulsleitungsdraht aus einem anderen Material bestehen kann.
In der Weiterbildung nach Anspruch 11 dient der Stoßaufnehmer als stationäre Kupplung gegenüber austauschbaren Impulsleitungsdrähten, wobei seine Position in Bezug auf den Massekörper konstruktiv einfach vorgegeben werden kann.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 12 ergibt ein kompaktes und gut handhabbares Gerät.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schemadarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Vorrichtung umfaßt als Hauptbestandteile einen Hochspannungs-Impulsgeber 11, eine Impulserzeugereinrichtung 12 und einen Impulsleitungsdraht 13. Letzterer kann aus einer Stahllegierung bestehen und hat eine Beschaffenheit ähnlich der einer Klaviersaite. Das heißt, das Material ist so steif, daß ein an einem Ende eingeleiteter mechanischer Stoß durch Molekülstöße im Drahtinneren zum anderen Ende weitergeleitet wird. Andererseits ist das Material genügend elastisch, um eine Verbiegung des Impulsleitungsdrahtes so weit zu gestatten, daß er, über ein Endoskop in einen Körper eingeführt, den erforderlichen Auslenkungen nachgeben kann.
Der Impulsgeber 11 ist von der in den Kliniken zumeist vorhandenen Art und ist zur Erzeugung von Hochspannungs-Impulsen variabler Amplitude und Frequenz eingerichtet. Lediglich schematisch angedeutet ist daher ein Spannungsregler 14, ein Speicherkondensator 15 und eine triggerbare Funkenstrecke 16, die als Schalter fungiert. An die Anschlußklemmen 17 wird ein flexibles Kabel 18 angeschlossen, dessen anderes Ende mit einer Spule 19 verbunden ist.
Die Spule 19 ist koaxial zu einer geometrischen Längsachse 21 gewickelt und ihre zylindrische Innenlage umschließt ein dazu koaxiales Rohr 22, das vorzugsweise aus einem Kunststoff besteht, der gute Gleiteigenschaften aufweist, oder an seiner Innenwand mit einem Gleitbelag beschichtet ist. Ein Gehäuse 23 aus Weicheisen hat eine zur geometrischen Längsachse 21 koaxiale Stufenbohrung, mit einem ersten Bohrungsteil 24, in dem die Spule 19 aufgenommen ist, und einem axial anschließenden zweiten Bohrungsteil 25 kleineren Durchmessers, in dem ein zapfenförmiger Stoßaufnehmer 26 aus mechanisch widerstandsfähigem Material mittels einer Kunststoffassung 27 elastisch gedämpft gehalten wird. Ein Ende des Impulsleitungsdrahtes 13 ist mit dem Stoßaufnehmer 26 starr, aber vorzugsweise lösbar (beispielsweise schraubbar), verbunden. Gemäß Fig. 1 stützt sich die rechte Stirnseite der Spule 19 an der Stufe 28 der Stufenbohrung ab. Ihre linke Stirnseite wird von einer Abschlußscheibe 29 gehalten, die noch im ersten Bohrungsteil 24 zentriert wird und von einer Fassungskappe 31 in dieser Axiallage gesichert wird. Die Abschlußscheibe 29 besteht aus Weicheisen und hat ein zentrales Loch 32 dessen Durchmesser nur wenig größer ist, als der Innendurchmesser des Rohres 22. Im Rohr 22 ist ein zylindrischer Massekörper 33 aus Weicheisen gleitbar gelagert. Seine Länge ist größer als sein Durchmesser und zumindest etwas länger als die Spule 19. In der Schemadarstellung ist der links über die Abschlußscheibe 29 hinausragende Teil des Massekörpers 33 materialeinheitlich und mit gleichem Durchmesser fortsetzend dargestellt. Es versteht sich, daß dies nicht notwendig ist. Bedeutsam ist lediglich, daß in einem Axialabstand zur linken Außenfläche 34 der Abschlußscheibe 29 eine Stützscheibe 35 am Massekörper 33 angebracht ist, so daß sich zwischen dieser und der Außenfläche 34 eine Rückstellfeder 36 abstützen kann. Diese zieht den Massekörper 33 eine gewisse Wegstrecke aus der Spule 19 heraus in die gezeichnete Ruheposition. Die Wegstrecke wird dabei durch einen Anschlag 37 an der Innenseite einer Abschlußwand 38 der Fassungskappe 31 gedämpft begrenzt.
Nicht besonders dargestellt ist eine Ausgestaltung, wonach der Anschlag axialverstellbar bezüglich der Abschlußwand 38 angeordnet ist, womit der Hub des Massekörpers 33 variiert werden kann.
In der dargestellten Ruheposition befindet sich die rechte Stirnfläche 39 in einem vorgegebenen Abstand (entsprechend dem Hub) vor der linken Stirnfläche 41 des Stoßaufnehmers 26. Wird nun über die Funkenstrecke 16 ein Spannungsimpuls ausgelöst, so wandelt die Spule 19 diesen in einen Magnetfeldimpuls, der wiederum den Massekörper 33 in Richtung zum Stoßaufnehmer 26 beschleunigt. Während der ständig beschleunigten Bewegung sammelt dadurch der Massekörper 33 Bewegungsenergie an, die dann beim Aufprall an den Stoßaufnehmer 26 schlagartig in dessen Stirnfläche 41 eingeleitet wird. In Form einer Stoßwelle durchläuft sodann diese kinetische Energie den Stoßaufnehmer 26 und dann den Impulsleitungsdraht 13, ohne daß sich diese selbst gegenständlich bewegen, und tritt dann am Ende des Impulsleitungsdrahtes 13 aus. Diese Stoßenergie kann dann durch unmittelbare Berührung oder über einen Schwingungsreflektor auf den zu zerstörenden Stein geleitet werden.
An den Impulsgeber 11 kann ohne weiteres anstelle des hier dargestellten elektro-magnetischen Impulserzeugers ein elektro-hydraulischer Lithotripter angeschlossen werden. Es ist also praktisch nur die in den Körper einzuführende Sonde dem Bedarfsfall entsprechend auszuwählen.
Die Spule 19 und das Rohr 22 haben gemäß einer praktischen Ausführungsform eine Länge von 2 cm und der Massekörper 33 hat einen Durchmesser von 5 mm, sowie einen Hub von 3 bis 4 mm.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Steinzertrümmerung im medizinischen Bereich, umfassend einen Impulsleitungsdraht, dessen erstes Ende zu einem zu zerstörenden Stein weist, weiterhin umfassend eine Impulserzeugereinrichtung, in der das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes gehalten ist, wobei die Impulserzeugereinrichtung einen längs einer Führung beweglich angeordneten Massekörper aufweist, sowie eine Antriebsanordnung , durch die der Massekörper gegen das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes hin und von diesem wieder weg antreibbar ist, zur Einleitung eines kinetischen Stoßimpulses in den Impulsleitungsdraht, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsanordnung einen Wandler (19) umfaßt, zur Umwandlung eines elektrischen Energieimpulses in unmittelbare Bewegungsenergie des Massekörpers (33) in der Richtung zum zweiten Ende des Impulsleitungsdrahtes (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (19) dafür ausgebildet ist, um an einen elektrischen Hochspannungs-Impulsgeber (11) anschließbar zu sein, der zur Erzeugung von Schockwellen durch Funkenüberschlag vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine in der Impulserzeugereinrichtung (12) stationär angeordnete Spule (19) umfaßt, sowie einen durch das davon erzeugte Magnetfeld antreibbaren Massekörper (33).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Massekörper (33) aus Weicheisen besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Massekörper (33) durch eine Rückstellfeder (36) in eine vom zweiten Ende des Impulsleitungsdrahtes (13) entfernte Ruheposition bewegbar ist, sobald das Magnetfeld der Spule (19) verschwindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung als zylindrisches Rohr (22) ausgebildet ist und daß der Massekörper (33) als in diesem Rohr mit geringem Spiel eingepaßter Zylinder ausgebildet ist, dessen Länge größer ist, als dessen Durchmesser.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22) aus nicht magnetischem Material besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Rohres (22) mit einem Gleitbelag bedeckt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22) aus einem Kunststoff mit den Eigenschaften eines Gleitbelages gebildet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes (13) fest mit einem zylinderförmigen Stoßaufnehmer (26) verbindbar ist, der elastisch in der Impulserzeugereinrichtung (12) gelagert ist und an den der Massekörper (33) zur Einleitung eines Stoßimpulses anschlagend geführt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes (13) fest aber lösbar, insbesondere einschraubbar mit dem Stoßaufnehmer (26) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugereinrichtung (12) ein hohlzylindrisches Gehäuse (23) umfaßt, in dem koaxial zueinander die Spule (19), der Massekörper (33) und der Stoßaufnehmer (26), sowie das daran unmittelbar anschließende Teilstück des Impulsleitungsdrahtes (13) angeordnet sind.
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