DE69018853T2

DE69018853T2 - Vorrichtung zum Zerstören von Konkrementen.

Info

Publication number: DE69018853T2
Application number: DE69018853T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Aida; Nobuyuki Iwama
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2010-02-17
Also published as: JPH02215452A; DE69018853D1; EP0383629A1; US5076277A; EP0383629B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstören von Konkrementen mittels einer Stoßwelle und insbesondere eine Vorrichtung zum Zerstören von Konkrementen, die piezoelektrische Elemente als Stoßwellenquelle verwendet.
In letzter Zeit wurde als eine Methode zum Entfernen eines Konkrements, wie beispielsweise eines Nierensteines, ohne Durchführung einer Operation, eine Methode zum Zerstören eines Konkrements durch Fokussieren einer toßwelle auf einen Konkrementteil in einem Körper von einer externen Stoßwellenquelle vorgeschlagen und weit verbreitet verwendet. Diese Methode beeinträchtigt einen Patienten, d.h. einen lebenden Körper, weniger als eine Operation. Wenn jedoch ein Brennpunkt einer Stoßwelle außerhalb eines Konkrementteiles fällt und die fokussierte Stoßwelle auf ein normales Gewebe eingestrahlt wird, dann kann ein Seiteneffekt auf das normale Gewebe nicht verhindert werden. Gewöhnlich fällt oft ein Konkrementteil außerhalb eines Erennpunktes einer Stoßwellenquelle aufgrund einer Atembewegung oder einer Körperbewegung eines Patienten.
Eine Konkrement-Zerstörungsvorrichtung, die dem oben beschriebenen Problem begegnet, ist in der US-A- 4 803 995 bzw. in der FR-A-2 600 521 beschrieben. Diese Konkrement-Zerstörungsvorrichtung verwendet piezoelektrische Elemente als eine Stoßwellenquelle und arbeitet derart, daß eine Niederdruck-Ultraschallwelle in dem gleichen fokussierten Zustand wie eine Stoßwelle in einen Körper über piezoelektrische Elemente zur Konkrement-Zerstörung eingestrahlt wird und die Übereinstimmung zwischen einem Brennpunkt der Stoßwellenquelle und eines Konkrementteiles entsprechend der Intensität eines Echos von einem Teil nahe des Brennpunktes bestimmt wird. Da gemäß dieser Vorrichtung eine Stoßwelle lediglich eingestrahlt wird, wenn ein Brennpunkt und ein Konkrementteil miteinander übereinstimmen, kann eine fehlerhafte Einstrahlung, die beispielsweise durch eine Atembewegung hervorgerufen ist, vermieden werden.
Im allgemeinen sind piezoelektrische Elemente, die zum Erzeugen einer Stoßwelle für eine Konkrement-Zerstörung eingesetzt sind, genau konkav angeordnet, um eine Druckverteilung, die extrem auf eine halbe Amplitudenbreite, d.h. eine halbe Breite in der Radialrichtung von etwa 2 bis 4 mm fokussiert ist, zu bilden, so daß ein extrem hoher Druck von etwa 60 bis 100 MPa (600 bar bis 1 kbar) an einem Brennpunkt erhalten wird. Eine Niederdruck-Ultraschallwelle, die in dem gleichen Grad wie diese Konkrement-Zerstörungswelle fokussiert ist, wird auf ein sphärisches Target bzw. Ziel als ein Modell-Konkrement, wie dies in Fig. 1A gezeigt ist, eingestrahlt, und eine Spitzenwertverteilung von dessen Echointensität wird gemessen. Das Meßergebnis ist in Fig. 1B gezeigt. Eine aktive Aluminiumoxidkugel mit einem Durchmesser von 7 mm wird als sphärisches Target bzw. Ziel verwendet. In der Fig. 1B sind Spitzenwerte der Echointensität, die erhalten sind, wenn das sphärische Target bzw. Ziel in der Richtung der Tiefe des Brennpunktes und senkrecht zu einer Mittenachse bewegt sind, aufgetragen. In diesem Fall nimmt die halbe Breite der in Fig. 1B gezeigten Echointensitätsverteilung 4 mm ein, was 57 % des Durchmessers des Zieles bzw. Targets sind.
Wenn angenommen wird, daß bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Vorgehen die Echointensität die Intensität des halben Wertes, d.h. 1/2 oder mehr von der Maximalintensität, erreicht, so wird bestimmt, daß ein Brennpunkt einer Stoßwellenquelle mit einem Konkrementteil übereinstimmt, und eine Stoßwelle wird eingestrahlt. In diesem Fall wird erwartet, daß die Stoßwelle auf einen Teil von lediglich ungefähr 57 % des Durchmessers eines Konkrements, jedoch nicht auf dessen Endteil eingestrahlt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei herkömmlichen Vorgehen eine Übereinstimmung zwischen einem Konkrementteil und einem Brennpunkt einer Stoßwellenquelle mittels einer Ultraschallwelle erfaßt, die einen geringeren Druck als diejenige einer Stoßwelle aufweist, und eine Einstrahlung einer Stoßwelle wird einfach auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses gesteuert. Wenn daher der Brennpunkt an einem Endteil eines Konkrements liegt, wird die Echointensität vermindert, um eine Erfassung der Übereinstimmung zwischen dem Konkrementteil und dem Brennpunkt der Stoßwellenquelle unbrauchbar zu machen, und keine Stoßwelle wird entsprechend eingestrahlt. Als ein Ergebnis kann die Stoßwelle nicht auf das gesamte Konkrement eingestrahlt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konkrement-Zerstörungsvorrichtung zu schaffen, die wirksam eine Stoßwelle auf das gesamte Konkrement einstrahlen kann, ohne die Stoßwelle auf einen Teil mit Ausnahme des Konkrementes einzustrahlen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Konkrement- Zerstörungsvorrichtung vorgesehen, die aufweist: piezoelektrische Elemente, die durch Anordnen einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen in eine vorbestimmte Gestalt gebildet sind, um so eine Stoßwellen-Erzeugungsquelle zu bilden, eine erste Ansteuereinrichtung zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente, so daß eine Stoßwelle zur Konkrement-Zerstörung mit einer vorbestimmten Brennpunkt-Druckverteilung von den piezoelektrischen Elementen erzeugt wird, eine zweite Ansteuereinrichtung zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente, so daß eine Niederdruck-Ultraschallwelle mit einem niedrigeren Druck als derjenige der Stoßwelle von den piezoelektrischen Elementen erzeugt wird, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Echos der Niederdruck-Ultraschallwelle vom Innern eines Patientenkörpers über die piezoelektrischen Elemente und eine Steuereinrichtung zum Aktivieren der zweiten Ansteuereinrichtung vor einer Aktivierung der ersten Ansteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruck- Ultraschallwelle eine weitere Brennpunkt-Druckverteilung als diejenige der Stoßwelle hat und daß die Steuereinrichtung die erste Ansteuereinrichtung aktiviert, wenn eine Intensität des durch die Empfangseinrichtung empfangenen Echos einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Die piezoelektrischen Elemente sind konzentrisch angeordnet, und die Niederdruck-Ultraschallwelle mit einer weiten Brennpunkt-Druckverteilung kann durch Ansteuern von piezoelektrischen Elementen an lediglich einem Inneren Randteil, d.h. einem Teil nahe der Mitte durch die zweite Ansteuereinheit oder durch Ansteuern jedes piezoelektrischen Elementes der piezoelektrischen Elemente mit einer vorbestimmten Zeitdifferenz erzeugt werden.
Wenn eine Koinzidenz zwischen einem Konkrementteil und einem Brennpunkt mittels eines Niederdruck-Ultraschalles mit einer weiteren Brennpunkt-Druckverteilung als diejenige einer Stoßwelle zur Konkrement-Zerstörung bestimmt wird, überschreitet die Echointensität einen Schwellenwert, und die Stoßwelle wird erzeugt, selbst wenn der Brennpunkt mit einem Endteil des Konkrementes zusammenfällt. Als ein Ergebnis kann die Stoßwelle auf im wesentlichen das gesamte Konkrement eingestrahlt werden.
Gemäß der erfindungsgemäßen Konkrement-Zerstörungsvorrichtung wird eine Koinzidenz zwischen einem Brennpunkt einer Stoßwellenquelle und einem Konkrementteil mittels einer Niederdruck-Ultraschallwelle mit einer weiteren Brennpunkt-Druckverteilung als diejenige einer Stoßwelle bestimmt. Daher kann die Stoßwelle genau auf das gesamte Konkrement eingestrahlt werden, ohne irrtümlich die Stoßwelle auf ein normales Gewebe um das Konkrement einzustrahlen. Als ein Ergebnis kann ein Seiteneffekt verringert werden, und ein Konkrement-Zerstörungseffekt kann verbessert werden.
Die Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1A und 1B Darstellungen zur Erläuterung von Problemen der herkömmlichen Technik sind und ein sphärisches Target oder Ziel als ein Modell-Konkrement und eine Spitzenwertverteilung der Echointensität von dem Target zeigen,
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das eine Anordnung einer Konkrement-Zerstörungsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm ist, das in Einzelheiten eine Anordnung eines Impulsgebers der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zeigt,
Fig. 4A bis 4G Zeitdarstellungen zur Erläuterung eines Betriebs der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung sind,
Fig. 5A und 5B Darstellungen zur Erläuterung von Effekten der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sind, und ein sphärisches Target und eine Spitzenwertverteilung der Echointensität von dem Target zeigen,
Fig. 6 ein Blockschaltbild ist, das eine Anordnung einer Konkrement-Zerstörungsvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 7 ein Blockdiagramm ist, das eine Anordnung einer Konkrement-Zerstörungsvorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 8 eine Vorderansicht ist, die schematisch eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung zeigt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden in Einzelheiten anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung einer Konkrement-Zerstörungsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Behandlungsapplikator 1 umfaßt piezoelektrische Elemente 2, die durch konzentrisches Anordnen einer Vielzahl von ringförmigen piezoelektrischen Elementen gebildet und sphärisch als ein Ganzes vorgesehen sind, um eine konkave Sende/Empfangsfläche zu bilden, und eine Abbildungsultraschallsonde 3, die an der Mitte der piezoelektrischen Elemente 2 eingeführt ist. Um eine Sendewirksamkeit einer Ultraschallwelle (einschließlich einer Stoßwelle) von den piezoelektrischen Elementen 2 auf einen Patienten 4 zu erhöhen, damit eine wirksame Zerstörung eines Konkrements 5 in dem Körper des Patienten 4 ermöglicht ist, wird beispielsweise ein (nicht gezeigter) Wasserbeutel oder -sack an einem Ultraschall-Sende/Empfangs-Oberflächenteil des Applikators 1 vorgesehen. Der Wasserbeutel besteht aus einem flexiblen Material und enthält eine Ultraschallmediumlösung, beispielsweise Wasser.
Die Abbildungsultraschallsonde 3 ist angeordnet, um in der Axialrichtung (Richtung längs deren Achse) und der Drehrichtung (Drehrichtung um die Achse) beweglich zu sein. Eine Abbildungsvorrichtung 6 überträgt eine Ultraschallwelle in den Körper des Patienten 4 über die Sonde 3 und empfängt ein Echo, um dadurch ein Ultraschall-B-Modus-Bild auf einer (nicht gezeigten) Anzeige anzuzeigen. Ein Operator (beispielsweise ein Arzt) verfährt den Applikator 1, so daß der Brennpunkt der piezoelektrischen Elemente 2 mit dem Konkrement 5 zusammenfällt, während das B-Modus-Bild beobachtet wird.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrischen Elemente 2 in einen Innenrandteil 2a und einen Außenrandteil 2b geteilt, die unabhängig voneinander angesteuert werden können und mit Impulsgebern 7a bzw. 7b als Impulserzeugungsteilen verbunden sind. Die Impulsgeber 7a und 7b sind unter der Steuerung einer Folgesteuereinheit 8 angesteuert. Eine Hochspannungsversorgung 10 und eine Niederspannungsversorgung 11 sind wahlweise mit einem Versorgungseingangsanschluß jedes der Impulsgeber 7a und 7b über einen durch die Folgesteuereinheit 8 gesteuerten Schalter 9 verbunden.
Der Innenrandteil 2a der piezoelektrischen Elemente 2 ist mit einem Empfänger 12 verbunden. Von Echos aus dem Körper des Patienten 4, die durch den Innenrandteil 2a der piezoelektrischen Elemente 2 empfangen sind, siebt der Empfänger 12 lediglich ein Signal aus einem Teil nahe des Brennpunktes entsprechend einem Zeitgattersignal von der Folgesteuereinheit 8 aus und verstärkt und erfaßt das ausgesiebte Signal. Ein Ausgangssignal von dem Empfänger 12 wird zu einem Pegeldetektor 13 gespeist, und dessen Pegel, d.h. Echointensität wird erfaßt bzw. detektiert. Ein Ausgangssignal von dem Pegeldetektor 13 wird zu der Folgesteuereinheit 8 gespeist.
Die Fig. 3 zeigt in Einzelheiten eine Anordnung von einem der Impulsgeber 7a und 7b. in der Fig. 3 ist ein Versorgungseingangsanschluß 21 mit einem Ende eines Ladungsspeicherkondensators 22 verbunden und auch an den Kollektor eines Schalttransistors 24 und ein Ende eines Koppelkondensators 26 über eine Induktivität oder Spule 23 angeschlossen. Das andere Ende des Koppelkondensators 26 ist mit einem Ende eines Dämpfungswiderstandes 27 und einem Ausgangsanschluß 28 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 22, der Emitter des Transistors 24 und das andere Ende des Dämpfungswiderstandes 27 sind geerdet. Die Basis des Transistors 24 ist mit der Folgesteuereinheit 8, die in Fig. 2 gezeigt ist, über einen Steuereingangsanschluß 25 verbunden.
Ein Steuerimpuls wird von der Folgesteuereinheit 8 zur Basis des Transistors 24 über den Steuereingangsanschluß 25 gespeist. Wenn der Transistor 25 eingeschaltet ist, wird eine in dem Kondensator 22 gespeicherte Ladung über die Induktivität 23 und den Transistor 24 entladen, und das Potential am Ausgangsanschluß 28 ändert sich abrupt entsprechend in der negativen Richtung (fällt ab). Wenn der Transistor 24 ausgeschaltet ist, wird eine gegenelektromotorische Kraft der Induktivität 23 erzeugt, um das Potential des Ausgangsanschlusses 28 in der positiven Richtung anzuheben. In diesem Fall wird ein Induktivitätswert der Induktivität 23 eingestellt, um mit einer Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Elemente abgestimmt zu sein, und die Impulsbreite des Steuerimpulses, der am Steuereingangsanschluß 25 liegt, wird auf 1/2 des Wertes der Resonanzfrequenz eingestellt. Als ein Ergebnis tritt eine Impulsspannung von etwa dem Doppelten (p-p-Wert) der Spannung der Hoch- oder Niederspannungsversorgung 10 oder 11 am Ausgangsanschluß 28 auf.
Ein Betrieb der Vorrichtung mit dem obigen Aufbau wird im folgenden anhand der Zeitdarstellungen von Fig. 4 näher erläutert.
Der Schalter 9 verbindet gewöhnlich die Niederspannungsversorgung mit den Impulsgebern 7a und 7b. In diesem Zustand speist die Folgesteuereinheit 8 einen in Fig. 4A gezeigten Steuerimpuls zu dem Impulsgeber 7a, und der Impulsgeber 7a erzeugt entsprechend einen in Fig. 4C gezeigten Spannungsimpuls. Dieser Niederspannungsimpuls wird zu dem Innenrandteil 2a der piezoelektrischen Elemente 2 gespeist, und eine schwache Ultraschallwelle (Niederdruck-Ultraschallwelle) von etwa 10 bar wird in den Körper des Patienten 4 eingestrahlt.
Ein durch den Körper nach Einstrahlung der Niederdruck- Ultraschallwelle reflektiertes Echo wird durch die piezoelektrischen Elemente 2 empfangen, und das durch den Innenrandteil 2a empfangene Echo wird zu dem Empfänger 12 gespeist. In Übereinstimmung mit dem in Fig. 4D gezeigten Zeitgattersignal von der Folgesteuereinheit 8 siebt der Empfänger 12 lediglich eine Komponente des Echos von einem Teil nahe dem Brennpunkt der piezoelektrischen Elemente 2 aus. Der Empfänger 12 verstärkt und detektiert die ausgesiebte Komponente und hält der Spitzenwert, um dadurch ein in Fig. 4E gezeigtes Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal von dem Empfänger 12 wird zu dem Pegeldetektor 13 gespeist und mit einem vorbestimmten Schwellenwert Vth verglichen.
Da das Konkrement 5 eine höhere akustische Impedanz als diejenigen der anderen weichen Gewebe in dem Körper des Patienten 4 hat, ist die Intensität des Echos von dem Konkrement 5 hoch. Aus diesem Grund wird der Ausgangssignalpegel von dem Empfänger 12 höher als der Schwellenwert Vth, und das Ausgangssignal von dem Pegeldetektor 13 nimmt entsprechend beispielsweise einen hohen Pegel an. Wenn im Gegensatz das Konkrement 5 außerhalb des Brennpunktes der piezoelektrischen Elemente 2 aufgrund einer Atmung fällt, wird nahezu kein Echo von dem Körper reflektiert. Daher wird der Ausgangssignalpegel von dem Empfänger 12 niedriger als der Schwellenwert Vth, und das Ausgangssignal von dem Pegeldetektor 13 nimmt entsprechend beispielsweise einen niedrigen Pegel an. Das Ausgangssignal von dem Pegeldetektor 13 wird zu der Folgesteuereinheit 8 gespeist.
Wenn das Ausgangssignal von dem Pegeldetektor 13 den hohen Pegel annimmt, d.h. wenn die Echointensität den durch Vth bestimmten Schwellenwert überschreitet, bestimmt die Folgesteuereinheit 8, daß der Brennpunkt und der Teil des Konkrementes 5 miteinander zusammenfallen und kehrt die Polarität eines Schaltsteuersignales zu dem Schalter 9 für ein vorbestimmtes Zeitintervall um, wie dies in Fig. 4F gezeigt ist. Als ein Ergebnis verbindet der Schalter 9 die Hochspannungsversorgung 10 mit den Impulsgebern 7a und 7b. Zur gleichen Zeit speist die Folgesteuereinheit 8 drei in den Fig. 4A und 4B gezeigte Steuerimpulse zu den Impulsgebern 7a bzw. 7b. Als ein Ergebnis wird eine in Fig. 4G erzeugte Hochspannungsimpulsfolge von den Impulsgebern 7a und 7b erzeugt und zu den Innen- und Außenrandteilen 2a und 2b der piezoelektrischen Elemente 2 gespeist, und eine intensive Stoßwelle wird erzeugt und auf das Konkrement 5 eingestrahlt.
Die Fig. 4A und 4B zeigen drei Steuerimpulse, jedoch kann die Anzahl der Steuerimpulse beliebig bestimmt werden, beispielsweise zu eins, zwei oder mehr als drei Steuerimpulsen.
Wenn das Ausgangssignal von dem Pegeldetektor 13 auf einem niedrigen Pegel ist, d.h. wenn die Echointensität nicht den Schwellenwert erreicht, gibt die Folgesteuereinheit 8 das Schaltsteuersignal nicht zu dem Schalter 9 aus. Daher wird kein Hochspannungsimpuls ausgegeben. In diesem Fall wird der Impulsgeber 7a wieder angesteuert, um die Niederdruck-Ultraschallwelle auszustrahlen und dadurch den obigen Betrieb zu wiederholen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist der Teil, der zum Erzeugen der Niederdruck-Ultraschallwelle verwendet wird, um eine Koinzidenz zwischen dem Brennpunkt der piezoelektrischen Elemente 2 zu detektieren, und der Teil des Konkrements 5 der Innenrandteil 2a, und der Durchmesser des Innenrandteils 2a ist im wesentlichen 1/2 des Durchmessers des Teiles (Innen- und Außenrandteile 2a und 2b), der verwendet wird, um die Konkrement-Zerstörungsstoßwelle zu erzeugen. Daher wird eine Brennpunkt-Druckverteilung der Niederdruck-Ultraschallwelle in der Radialrichtung auf im wesentlichen das Doppelte von derjenigen der Stoßwelle erweitert. Es braucht jedoch nicht betont zu werden, daß der Durchmesser des Innenrandteiles nicht wie oben beschrieben bestimmt zu werden braucht. Beispielsweise kann er ungefähr 2/3 des Teiles betragen, der zum Erzeugen der Stoßwelle verwendet wird.
Die Fig. 5A und 5B zeigen diese Erscheinung, wobei die Fig. 5A die Abmessung eines sphärischen Targets (beispielsweise einer Aluminiumoxidkugel mit einem Durchmesser von 7 mm) als ein Modell-Konkrement zeigt, das mit der Niederdruck-Ultraschallwelle zu bestrahlen ist, und Fig. 5B zeigt ein Meßergebnis einer Verteilung von Echointensitätsspitzenwerten in der Radialrichtung die erhalten wird, wenn die Niederdruck-Ultraschallwelle auf das Target eingestrahlt wird. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, ist eine halbe Breite der Echointensitätsteilung im wesentlichen identisch zu dem Durchmesser des in Fig. 5A gezeigten sphärischen Targets. Wenn deshalb der Schwellenwert Vth im Pegeldetektor 13 auf einen Wert entsprechend der Echointensität der halben Breite eingestellt wird, überschreitet die Echointensität den Schwellenwert, und die Stoßwelle wird erzeugt, selbst wenn der Brennpunkt mit einem Endteil des Konkrements 5 zusammenfällt. Als ein Ergebnis kann die Stoßwelle auf im wesentlichen das gesamte Konkrement eingestrahlt werden, um wirksam eine Konkrement-Zerstörung durchzuführen.
Zusätzlich ist in diesem Ausführungsbeispiel der Schalter 9 vor den Impulsgebern 7a und 7b vorgesehen, um wahlweise die Hoch- und Niederspannungsversorgungen 10 und 11 mit diesen zu verbinden, wodurch selektiv die angehobenen Hoch- und Niederspannungsimpulse von den Impulsgebern 7a und 7b erzeugt werden. Da daher der Schalter 9 lediglich eine Niederspannung und Strom handzuhaben braucht, kann ein kompakter Schalter verwendet werden. Zusätzlich ist lediglich ein Schalter erforderlich, obwohl die Anzahl von Impulsgebern (piezoelektrischen Elementen) erhöht ist, was zu einer einfachen Anordnung führt.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 6 sind piezoelektrische Elemente 30 durch konzentrisches Anordnen von fünf ringförmigen piezoelektrischen Elementen 31 bis 35 gebildet, und Impulsgeber 41 bis 45 mit jeweils der gleichen Anordnung wie diejenige, die in Fig. 3 gezeigt ist, sind jeweils mit den piezoelektrischen Elementen 31 bis 35 verbunden. Um in diesem Fall eine Stoßwelle für eine Konkrement- Zerstörung zu erzeugen, sind die Impulsgeber 41 bis 45 mit einer Hochspannungsversorgung 10 über einen Schalter 9 verbunden, und Steuerimpulse sind gleichzeitig von einer Folgesteuereinheit 8 zu den Impulsgebern 41 bis 45 gespeist.
Um eine Niederdruck-Ultraschallwelle zum Detektieren einer Koinzidenz zwischen einem Teil eines Konkrements 5 und einem Brennpunkt der piezoelektrischen Elemente 30 zu erzeugen, sind die Impulsgeber 41 bis 45 mit einer Niederspannungsversorgung 11 über den Schalter 9 verbunden, und Steuerimpulse sind von der Steuereinheit 8 zu den Impulsgebern 41 bis 45 mit relativen Zeitdifferenzen dazwischen gespeist. Daher liegen Niederspannungsimpulse an den piezoelektrischen Elementen 31 bis 35 mit Zeitdifferenzen dazwischen.
In diesem Fall sind die Zeitdifferenzen nach Einwirkung der Niederspannungsimpulse auf die piezoelektrischen Elemente 31 bis 35 derart eingestellt, daß ein fokussierter Zustand einer Ultraschallwelle an deren Brennpunkt erweitert wird. Die Tatsache, daß ein fokussierter Zustand einer eingestrahlten Ultraschallwelle verändert werden kann, indem eine Zeitdifferenz für einen Ansteuerzeitablauf jedes piezoelektrischen Elementes einer piezoelektrischen Elementanordnung gegeben wird, ist aus beispielsweise einem herkömmlichen Ultraschall- Diagnosegerät bekannt. Indem vorbestimmte Zeitdifferenzen den Steuerimpulsen von der Folgesteuereinheit 8 zu den Impulsgebern 41 bis 45 mittels der obigen Technik gegeben wird, kann die Brennpunkt-Druckverteilung der Niederdruck-Ultraschallwelle weiter gemacht werden als diejenige der Stoßwelle.
Von den piezoelektrischen Elementen 31 bis 35 empfangene Echos sind vorzugsweise durch eine Verzögerungsschaltung 50 um die gleichen Zeitdifferenzen verzögert, die den Niederdruck-Ultraschallwellen gegeben sind, welche von den Elementen 31 bis 35 eingestrahlt sind.
Danach werden wie in dem obigen Ausführungsbeispiel die verzögerten Echos zu einem Empfänger 12 gespeist und mit einem Schwellenwert Vth durch einen Pegeldetektor 13 verglichen, um zu bestimmen, ob die Echointensität den Schwellenwert überschreitet. Wenn die Echointensität den Schwellenwert überschreitet, speist die Folgesteuereinheit 8 gleichzeitig Steuerimpulse zu den Impulsgebern 41 bis 45, und die Hochspannungsversorgung 10 ist mit den Impulsgebern 41 bis 45 über den Schalter 9 verbunden. Als ein Ergebnis werden Hochspannungsimpulse von den Impulsgebern 41 bis 45 ausgegeben, und die Stoßwellen werden von den piezoelektrischen Elementen 31 bis 35 entsprechend erzeugt.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In dieser Vorrichtuüg werden der Schalter 9 und die Niederspannungsversorgung 11, die in Fig. 2 gezeigt sind, nicht verwendet, und eine Hochspannungsversorgung 10 ist direkt mit den Impulsgebern 7a und 7b verbunden. Wie in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind piezoelektrische Elemente 2 in Innen- und Außenrandteile 2a und 2b unterteilt, die unabhängig voneinander angesteuert werden können und mit den Impulsgebern 7a und 7b verbunden sind. Wie jedoch in Fig. 8 gezeigt ist, ist der Innenrandteil 2a in eine Vielzahl von (in Fig. 8: acht) Teilen in der Umfangsrichtung unterteilt. Der Impulsgeber 7a ist mit lediglich schraffierten Teilen des in Fig. 8 gezeigten Innenrandteiles 2a verbunden, während der Impulsgeber 7b an den gesamten Innenrandteil 2a und den Außenrandteil 2b angeschlossen ist. Zusätzlich ist ein Empfänger 12 mit lediglich den schraffierten Teilen des Innenrandteiles 2a verbunden.
In dieser Vorrichtung liegt eine von dem Impulsgeber 7a erzeugte Impulsspannung an lediglich den schraffierten Teilen des Innenrandteiles 2a der piezoelektrischen Elemente 2. Selbst wenn daher die Impulsspannung hoch ist, weist eine erzeugte Ultraschallwelle einen niedrigen Druck auf. Zusätzlich ist der Maximaldurchmesser der schraffierten Teile kleiner als der Maximaldurchmesser der teilweisen Innen- und Außenrandteile 2a und 2b, die verwendet sind, um eine Konkrement-Zerstörungsstoßwelle zu erzeugen. Daher kann eine Niederdruck- Ultraschallwelle zum Detektieren einer Koinzidenz zwischen einem Brennpunkt und einem Teil eines Konkrementes 5 erzeugt werden, indem lediglich die Hochspannungsversorgung 10 als eine Energiequelle vorbereitet wird. Da zusätzlich eine Brennpunkt-Druckverteilung der Niederdruck-Ultraschallwelle größer wird als diejenige der Stoßwelle, können gewünschte Aufgaben gelöst werden.
Zahlreiche Abwandlungen sind möglich. Beispielsweise sind die piezoelektrischen Elemente 2 in die Innen- und Außenrandteile 2a und 2b in Fig. 2 unterteilt. Die piezoelektrischen Elemente können jedoch in eine größere Anzahl von Teilen unterteilt werden, und Niederspannungsimpulse können an verschiedene piezoelektrische Elemente an der Innenrandseite gleichzeitig oder mit Zeitdifferenzen angelegt werden, um dadurch eine Niederdruck-Ultraschallwelle zum Erfassen einer Koinzidenz zwischen einem Brennpunkt der piezoelektrischen Elemente und einem Konkrementteil einzustrahlen.

Claims

1. Konkrement-Zerstörungsvorrichtung mit:

piezoelektrischen Elementen (2; 30), die durch Anordnen einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen in eine vorbestimmte Form gebildet sind, um dadurch eine Stoßwellen-Erzeugungsquelle zu bilden,

einer ersten Ansteuereinrichtung (7a, 7b, 10) zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente (2; 30), so daß eine Stoßwelle zur Konkrement-Zerstörung mit einer vorbestimmten Brennpunkt-Druckverteilung von den piezoelektrischen Elementen (2; 30) erzeugt wird;

einer zweiten Ansteuereinrichtung (7a, 7b, 11; 41 bis 45, 11; 7a, 10) zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente (2; 30), so daß eine Niederdruck- Ultraschallwelle mit einem kleineren Druck als derjenige der Stoßwelle von den piezoelektrischen Elementen erzeugt wird;

einer Empfangseinrichtung (12; 12, 50) zum Empfangen eines Echos der Niederdruck-Ultraschallwelle vom Innern eines Patientenkörpers über die piezoelektrischen Elemente (2; 30), und

einer Steuereinrichtung (8, 9, 13; 8, 13) zum Aktivieren der zweiten Ansteuereinrichtung (7a, 7b, 11; 41 bis 45, 7a, 10) vor einer Aktivierung der ersten Ansteuereinrichtung (7a, 7b, 10), wenn eine Intensität eines durch die Empfangseinrichtung (12; 12, 50) empfangenen Echos einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet;

dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruck- Ultraschallwelle eine weitere Brennpunkt-Druckverteilung als diejenige der Stoßwelle hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ansteuereinrichtung eine Einrichtung (7a, 7b, 10) zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente (2; 30) durch einen Impuls mit einer vergleichsweise hohen Spannung umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ansteuereinrichtung eine Einrichtung (7a, 7b, 11; 41 bis 45, 11) zum Ansteuern wenigstens einiger der piezoelektrischen Elemente (2; 30) durch einen Impuls mit einer vergleichsweise niedrigen Spannung umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente ein Vielzahl von konzentrisch angeordneten piezoelektrischen Elementen (2; 30) umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ansteuereinrichtung eine Einrichtung (7a, 10) zum Ansteuern lediglich derjenigen auf einer inneren Randseite der piezoelektrischen Elemente (30) umfaßt, um so die Niederdruck- Ultraschallwelle mit einem niedrigeren Druck und einer weiteren Brennpunkt-Druckverteilung als diejenigen der Stoßwelle zu erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ansteuereinrichtung eine Einrichtung (41 bis 45, 11) zum Ansteuern jedes der piezoelektrischen Elemente (2; 30) mit einer vorbestimmten Zeitdifferenz umfaßt, um so die Niederdruck-Ultraschallwelle mit einem niedrigeren Druck und einer weiteren Brennpunkt-Druckverteilung als diejenigen der Stoßwelle umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine Abbildungs-Ultraschall-Sende/Empfangs-Einrichtung (3, 6) zum Senden/Empfangen einer Abbildungsultraschallwelle und

eine Bildverarbeitungseinrichtung (6) zum Gewinnen eines Ultraschallbildes entsprechend einem Ultraschallecho, das durch die Abbildungs-Ultraschall-Sende/Empfangs-Einrichtung (3, 6) erhalten ist.