DE4313768C2 - Vorrichtung zur Steinzertrümmerung - Google Patents
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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 eins 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.
Die Erfindung wird anhand
der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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 Mölekülstöße 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 Kunststofffassung 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
elektromagnetischen 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
einen kinetischen Stoßimpuls leitenden 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 an geordneten Massekörper aufweist, sowie eine Antriebsordnung, durch die der Massekörper gegen das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes hin und von diesem wieder weg antreibbar ist, zur Einleitung des kinetischen Stoßimpulses in den Impulsleitungsdraht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsanordnung einen Wandler (19) umfaßt, zur Umwandlung eines elektrischen Energieimpulses in unmittelbare Bewegungsenergie des Masse körpers (33) in der Richtung zum zweiten Ende des Impulsleitungsdrahtes (13).
weiterhin umfassend eine Impulserzeugereinrichtung, in der das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes gehalten ist,
wobei die Impulserzeugereinrichtung einen längs einer Führung beweglich an geordneten Massekörper aufweist, sowie eine Antriebsordnung, durch die der Massekörper gegen das zweite Ende des Impulsleitungsdrahtes hin und von diesem wieder weg antreibbar ist, zur Einleitung des kinetischen Stoßimpulses in den Impulsleitungsdraht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsanordnung einen Wandler (19) umfaßt, zur Umwandlung eines elektrischen Energieimpulses in unmittelbare Bewegungsenergie des Masse körpers (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 Fun
kenüberschlag vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine
in der Impulserzeugereinrichtung (12) stationär angeordnete Spule (19) um
faßt, sowie einen durch das davon erzeugte Magnetfeld antreibbaren Masse
körper (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 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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