DE8322413U1 - Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen - Google Patents

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 83 P 3 2 4 & DE

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum berührungsloaen Zertrümmern eines im Körper eines Lebewesens befindliehen Konkremente mit einem Stoßwellengenerator/ der auf ein Zielgebiet im Körper ausriehtbar ist,

Einrichtungen dieser Art werden in der Medizin eingesetzt/ z.B. zum Zerstören von Steinen in der Niere des Menschen. Sie sind besonders vorteilhaft/ da sie jeg liehen Eingriff in den Körper vermeiden. Es ist nicht notwendig, operativ vorzugehen. Auch das Heranführen von Sonden und Geräten an das Konkrement entfällt. Eine Gefährdung durch Infektionen oder Verletzungen/ z.B. beim Einführen der Sonde oder Operationen/ kann beim be rührungslosen Zertrümmern nicht auftreten.

Eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art ist in der DE-AS 23 51 247 beschrieben. Hier wird in einer Fokussier rungskammer, die als halbförmiger Rotationsellipsoid ausgebildet ist/ in einem ersten Brennpunkt eine Funkenentladung zwischen zwei Elektroden herbeigeführt. Diese verursacht eine Stoßwelle, deren Wellenfront sich nach allen Seiten, d.h. kugelförmig ausbreitet. An der Wand des Rotationsellipsoids werden die Wellen reflektiert.

Sie sammeln sich im zweiten Brennpunkt des Rotationsellipsoids. In diesem zweiten Brennpunkt in dem das Konkrement plaziert ist, treffen die reflektierten Wellen gleichzeitig ein. Unter dem gebündelten Anprall der Stoßwellen wird das Konkrement zerstört. Die Ankopplung zwischen der einen Ellipsoidenhälfte und dem Körper,

WiI 2 Rl / 26.07.1983

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in welchem sich das Konkrement befindet, geschieht über eine dünne Folie, die luftspaltlos am Körper anliegt. Die Fokussierungskammer ist mit Wasser gefüllt.

Diese Einrichtung bringt den Nachteil mit eich/ daß Änderungen der Schockwellenenergie nur in geringen Grenzen und nur mit einem erhebliehen apparativen Aufwand durch Änderung des Abstande der Unterwasserelektroden möglich sind. Weiterhin ist nachteilig, daß der gegenseitige Abstand der Elektroden 2ur Erzeugung , von intensitätsstarken !Schockwellen in der Regel einige v. ^! Millimeter betragen muß/ wodurch die Schockwellenquelle keine punktförmige Geometrie besitzt und Abbildungsfehler bei der Fokussierung entstehen können. Außerdem nutzen sich die Unterwasserelektroden bei jeder Entladung stark ab, so daß ihre Lebensdauer begrenzt ist/ was eine regelmäßige Wartung der Einrichtungen erforderlich macht«

obengenannte Umstände sind bereite in der DS-OS 25 33 960 erkannt. Gemäß dieser Druckschrift können die zitierten Nachteile dadurch behoben werden/ daß anstelle der Funkenstrecke ein außerhalb der Fökussie-ί , eungskaimer befindlicher Riesenimpulsiaser eingesetzt wird. Dessen Strahl wird durch einen Strahlteiler auf» geweitet und dann durch ein in der Wand der Fokussierung skammer· befindliches Linsensystem in einem Brennpunkt der fötationselliptischen Pokussierungskaftaer vereinigt. Hier wird eine Schockwelle ausgelöst/ z.B.

durch Konzentration des Energiebündels auf einen absorbierenden Stift oder eine stark absorbierende Flüssigkeit. Auch bei dieser Einrichtung wird ein schwierig herzustellender rotationselliptischer Reflexionskörper verwendet. Außerdem ist der Wirkungs- grad einer solchen Einrichtung mit Laser als gering an-

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zusehen. Die Einrichtung nach der DE-AS 23 51 247 bringt außerdem den Umstand mit sich, daß der Körper des Patienten nur durch die Koppelfolie, die am Körper anliegt, und durch das Wasser in der Einrichtung von der Hochspannungsfunkenstrecke getrennt ist· Beschädigungen der Koppelfolie bergen ein gewisses Risiko für den Patienten in sieh.

In der DB-OS 29 02 331 ist ein Gerät zur transkutanen,

unblutigen Verödung von kleinen retikulären und Besenreiser-Varicen beschrieben. Als Wellengenerator sind gleichzeitig ansteuerbare Ultraschallelemente verwendet/ die parabolisch angeordnet sind/ damit sieh ihre Sehallenergien In einem Brennpunkt treffen/ in dem die zu zer- störende Varlee plaziert ist. Die gesamte Anordnung der Ultraschallelemente 1st mittels eines Schneckentriebes und einer Stellschraube längeverschiebbar. Hierdurch können verschiedene Abstände des Brennpunkts vom Applikatorende eingestellt werden» Bei diesem Gerät ist die Leistung der Ultrasehallkristalls zum Zertrümmern von Konkrementen im tiefen Innern eines menschlichen Körpers nicht ausreichend. Die genaue Einstellung der einzelne» Uitrasehallsehwinger sowohl hinsichtlieh des Ortes als auch der Energie ist daher unkritisch. Ein Abschalten einzelner Ultraschal!kristalle zwecks Einstellung der Ultraschallenergie im Brennpunkt ist nicht vorgesehen.

In der DE-OS 31 19 295 ist eine Einrichtung zum Zerstören von Konkrementen in Körperhöhlen unter 2uhilfe* nähme eines großflächigen Ultraschallwandlers als Schwingungserzeuger beschrieben. Es kommt ein fokussierender Ultraschallwandler mit einer Pulsspitzenleistung von wenigstens 100 kW zur Anwendung. Hier besteht die Möglichkeit, verschiedene Zonen des Körpers, die auf dem Schallweg zum Konkrement liegen und dabei stören, durch Verändern der Abstrahlfläche auszublenden. Es wird auch eine Ausführungsform dargestellt, bei der einzelne

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ringförmige Ultraschällelemente, die den Wandler bild?n, •uf einer Kugeloberfläche angeordnet sind, über eine Veränderung der Leistung entsprechend der Art und Tiefenlage des Konkrements ist nichts ausgesagt. Außerdem dürfte der Aufwand für eine solche Einrichtung/ ins besondere im Hinblick auf die Auebildung der ringförmigen Ultraschalleleinente, beträchtlich sein.

Außerdem ist anzumerken/ daß bei solchen Ultraschal1-geräten nur begrenzte Spitzenleistungen der abgestrahl ten Schallenergie möglich sind. Darüber hinaus ist bei ν ' einem solchen Gerät eine große Anzahl von Ultrasehallwandlern erforderlich/ was hohen Montage- und Steueraufwand erfordert« Außerdem ist bei ültraachallwandlern ein unerwünschtes pulsförtniges Unterschwingen zu beobachten/ das nur mit erheblichem Aufwand zu reduzieren ist.

In der Zeitschrift akustische Beihefte, 1962/ Heft 1/ Seiten 185 - 202/ ist der Aufbau eines sogenannten

"Stoßwellenrohres"/ wie es im Prinzip in de? vorliegenden Erfindung verwendet wird/ besehrieben. Vor einer Flachspule, durch eine Isolierfolie getrennt/ befindet ^ \ sieh eine Kupfermembran. An diese Kupfermembran sehließt ein mit Wasser gefülltes Rohr an. Durch Anlegen einer Spannung in Bereich 2 - 20 kV an die Flachspule wird in der Kupfertaembran ein Magnetfeld induziert/ welches Ab« Stoßkräfte bewirkt/ die die Membran von der Spule schlagartig wegdrücken. Hierdurch entsteht eine ebene Scheckwelle, die im wassergefüllten Rohr zu einer steilen Stoßwelle wird und am Rohrende für Experimente zur Verfügung steht. Eingesetzt wird ein solches Stoßwellenrohr z. B. zu Stoffunterrsuchungen in der Chemie.

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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art die Betriebssicherheit zu erhöhen, eine Abbildung auf ein Zielgebiet mit möglichst kleinem Abbildungsfehler zu erhalten und Wartungsarbeiten zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß als Stoßwellengenerator ein an sich bekanntes, im wesentlichen eine ebene Stoßwelle erzeugendes Stoßwellenrohr vorgesehen ist, und daß dem Stoßwellenrohr ^ eine Linsenanordnung zugeordnet ist, welche die V Stoßwelle auf einen Fokuspunkt im Zielgebiet fokussiert.

Da diese Einrichtung einen Stoßwell engen.arator verwendet, der ebene Wellen erzeugt, müssen die nur aus einer Richtung kommenden Stoßwellen gebündelt und fokussiert werden. Hierbei sind Abbildungsfehler weniger wahrscheinlich, als wenn von einer Fuunkenstrecke ausgehende, in alle Richtungen laufende Kugelwellen fokussiert werden müssen. Die zeitliche und räumliche Reproduzierbarkeit der Stoßwelle ist bei Erzeugung mit einem Stoßwellenrohr im Vergleich zur Erzeugung mit einer Funkenstrecke wesentlich verbessert. Außerdem entfallen Wartungs-ζ arbeiten, die durch Verschleiß und Abbrand der Elektroden einer Funkenstrecke anfallen. Denn ein Stoßwellenrohr erzeugt die Stoßwellen mit Hilfe elektromagnetischer Kräfte und benötigt keine Funkenstrecke.

Ein Stoßwellenrohr ist so aufgebaut, daß es am einen Ende eines mit Flüssigkeit, bevorzugt mit Wasser gefüllten Rohres eine Kupfermembran enthält/ die durch eine isolierfolie getrennt, vor einer Flachspule angeordnet ist. Aufgrund eines Stromimpulses in der Flach« spule wird die Kupfermembran von dieser abgestoßen und

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erzeugt dabei die Stoßwelle in der Flüssigkeit. Die Kupfermembran selber und das an sie anschließende Rohrstück werden in der Regel auf ein gemeinsames Bezugspotential gelegt, d.h. sie sind geerdet. Es liegt also keine Hochspannung an dem die Stoßwelle leitenden Koppelmedium an, wodurch die elektrische Sicherheit von Patient und Personal erhöht ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen in Verbindung mit ^ den Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch eine Zertrümmerungseinrichtung nach der Erfindung, mit einer Sammellinse, und

Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch eine Zertrümmerungseinrichtung nach der Erfindung mit einem System akustischer Linsen.

In Figur 1 ist ein an sich bekanntes Stoßwellenrohr 1, bestehend aus einem Mantel 2, aus einer Flachspule 3 mit

; zwei elektrischen Anschlüssen 5 und 7, aus einer

Isolierfolie 9, aus einer Kupfermembran 11 und aus einem metallischen Rohrstück 13, vor einer akustischen Sammellinse 15, die einen Brennpunkt F besitzt plaziert. Das Rohrstück 13 ist mit einer flüssigkeit 14, z.B. Wasser gefüllt.

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Über ein Koppelmedium 1? mit wasserähnlichen akustischen Eigenschaften ist das Stoßwellenrohr 1 an einen Körper 19 angekoppelt. Der Körper 19 z.B, ein Patient, hat in seiner Niere 21 ein Konkrement 23 z.B« einen Nierenstein

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Die Sammellinse 15 ist mit einer Peinregulierung 24 in Richtung eines Doppelpfeils 25 relativ zum Hantel 2 des Stoßwellenrohrs 1 verschiebbar.

Das Stoßwellenrohr 1, die Sammellinse 15 und die Feinregulierung Zk sind auf einem geroeinsamen (nicht gezeigten) Gestell, Stativ oder einer Montageplatte montiert. Diese Montageplatte ist auf einem (nicht gezeigten) Lager angebracht, welches allseitig schwenkbar und in allen Raumrichtungen verschiebbar ist. Dadurch kann das Stoßwellenrohr 1 auf das Konkrement 23 so ausgerichtet werden, daß der Brennpunkt F im Konkrement 23 liegt.

Die Kupfermembran 11 und das Rohrstück 13 sind elektrisch an ein Schutzpotential wie Erde 27 gelegt, ebenso der Anschluß 7 der Flachspule 3. Der andere Anschluß 5 der flachspule 3 ist über einen Schalter 29, der einen Hilfskontakt 31 umfaßt, in eine Versorgungs- und Steuereinheit 33 geführt.

Über eine (nicht gezeigte) Kondensator/Widerstandsschaltung wird in der Versorgungs- und Steuereinheit 33 eine Hochspannung U erzeugt. Diese kann mehrere Kilovolt, z.B. 20 kV betragen. Die Spannung U kann dabei einstellbar sein. Ein Steuersignal, welches von der Versorgungs- und Steuereinheit 33 über eine Steuerleitung 35 an den Hilfskontakt 31 gegeben wird, bewirkt das Schließen des Schalters 29. Ein Teil der in dem (nicht gezeigten) Kondensator der Versorgungs- und Steuereinheit 33 gespeicherten Energie entlädt sich dabei schlagartig in die Flachspule 3, die sehr schnell ein magnetisches Feld aufbaut. In der Kupfermembran 11 wird ein Strom induziert, der dem Strom in der Flachspule

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entgegengerichtet ist und ein magnetisches Gegenfeld erzeugt. Durch die Kraftwirkung des Gegenfeldes wird die Kupfermembran 11 von der Flachspule 3 weggeschlagen. Dieses Wegschlagen der Kupfermembran 11 erzeugt eine ebene Stoßwelle, d.h. eine schlagartige Kompression in der der Membran 22 vorgelagerten Flüssigkeit 14. Diese Stoßwelle zeigt einen steilen Druckanstieg, z.B. auf bar. Die Druckwelle gewinnt in ihrem Lauf durch das Rohrstück 13, die Sammellinse 15 und dem Körper 19 des Patienten noch an Steilheit. Nach dem Durchgang c ;rch die Sammellinse 15, ist die Stoßwelle so geformt, daß sie im Brennpunkt F konvergiert. Dort ist das Konkrement 23 plaziert, und die fokussierte Stoßwelle gibt einen Teil ihres Energieinhalts durch Zug- und Druckkräfte an das im Vergleich zur Umgebung spröde Konkrement 23 ab. Diese Kräfte zerlegen das Konkrement 23 in mehrere Teile und bewirken so seine Zertrümmerung.

Je nach Größe und Konsistenz des Konkrementes 23 muß dieser Einstrahlvorgang mehrmals wiederholt werden.

Diese erläuterte Zertrümmerungseinrichtung bietet den beachtlichen Vorteil, daß die geerdete Kupfermembran und das geerdete Rohrstück 13 keine Gefahrenquellen für den Patienten 19 oder das Bedienungspersonal darstellen. Die elektrische Sicherheit der Einrichtung kann für das Bedienpersonal durch eine (nicht gezeigte) zusätzliche isolierende Umhüllung, z.B in Form einer Kunststoffbeschichtung der äußeren Fläche des Mantels 2, noch gesteigert werden. Bei Verwendung eines mit dem Koppelmedium 17 gefüllten Sacks 37 an der Eintrittsstelle dur Stoßwelle in den Patienten 19 ergibt sich eine doppelte Sicherheit für den Patienten 19 vor der elektrischen Hochspannung. Diese Sicherheit wird zum einen durch die isolierende Sackwand und zum anderen durch die Isolierfolie 9 vor der Flachspule 3 bestimmt.

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Der Schalter 29 kann im übrigen in der Versorgungsund Steuereinheit 33 integriert sein* Er kann auch von der Stoßwellenrohranordnung entfernt gelegen sein. Da zum Auslösen nioht notwendigerweise eine Funkenstrecke verwendet werden muß/ es kommen nämlich z.B. auch Vakuum-Oder neuerdings auch SF6-Schalter in Frage/ entfallen aufwendige Wartung*- und Betriebearbeiten/ die mit der Funkenstrecke verbunden wären.

Die Figur 2 zeigt ein an sich bekanntes Stoßwellenrohr ^ dem ein System 40 akustische Linsen zur Abbildung einer ν ' ebenen Stoßwelle auf ein Konkrement 23 im Körper eines Patienten 19 zugeordnet 1st. Das System 40 akustische Linsen besteht aus einer Zerstreuungslinse 42/ einem Kondensor 44 und einer Sammellinse 46 mit einem Brennpunkt F. Das bevorzugte Material für das System 40 der akustischen Linsen ist Acrylglas oder Polystyrol. Die im Stoßwellenrohri erzeugte ebene Stoßwelle wird durch die Zerstreungsllnse 42 in ihrem Querschnitt aufgeweitet. Durch den Kondensator 44 wird die Stoßwelle parallel gerichtet und durch die Sammellinse 46 auf den Brennpunkt F fokussiert.

ζ Die zu Figur 1 beschriebenen Ausgestaltungen des Stoß- «ellenhohes 1 und der Haltevorrichtung gelten auch für diese Ausführungsferm des Abbildungssystem* So ist hier das gesamte System 40 akustischer Linsen relativ zum Stoßwellenrohr 1 in axialer Richtung des Doppelpfeils verschiebbar.
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Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, daß die Stoßwelle über einen größeren Querschnitt der Körperoberfläche in den Körper 19 des Patienten eintritt. Hierdurch ist es möglich die Energiedichte im Gewebe des Patienten, insbesondee an der Körperoberfläche 48 klein zu halten.

Claims (8)

Il tit· ·· i»t ,··»*"· »t -10- VPA 83 P 3 2 4 8 BE •ftrteiyfajnsprüche

1. Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern eines im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkremente mit einem Stoßwellengenerator, der auf ein Zielgebiet im Körper ausrichtbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß als Stoßwellengenerator ein an sich bekanntes, im wesentlichen eine ebene Stoßwelle erzeugendes Stoßwellenrohr (1) vorgesehen ist, und daß dem Stoßwellenrohr (1) eine Linsenanordnung (15; 40) zugeordnet ist, welche die Stoßwelle auf einen Fokuspunkt (F) im Zielgebiet (23) fokussiert.

2. Zertrunimerungseinrichtung nach Anspruch 1, d a -

durch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten des Stoßwellenrohrs (1) auf das Zielgebiet (23) eine mechanisch--,- Einrichtung vorgesehen ist.

3. Zertrümmerungseinrichtung nach Anspruch 2, d a durch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung einen Feintrieb (24) umfaßt, der zum Verstellen der Tiefe des Fokuspunktes (F) im Körper (19) dient.

4. Zertrümmerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung einen Feintrieb umfaßt, der zum Verstellen des Fokuspunktes (F) senkrecht zur Abstrahlrichtung der Stoßwelle dient.

5. Zertrümmerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung eine einzelne akustische Sammellinse (15) ist (Figur 1).

- 11 - VPA 83 P 3248 DE Neue Seite 11
(ersetzt die bisherige Seite 11)

6. Zertrummerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung ein Linsensystem (40)/ bestehend aus mehreren akustischen Linsen, ist.

7. Zertrummerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem (40) aus einer akustischen Zerstreuungslinse (42), aus einem Kondensor (44) und einer akustischen Sammellinse (46) besteht (Figur 2).

8. Zertrümmerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung (15; 40) als Ab-Schluß des Stoßwellenrohrs (1) vorgesehen ist.

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