DE8429561U1

DE8429561U1 - Vorrichtung zum Zertrümmern von Konkrementen

Info

Publication number: DE8429561U1
Application number: DE19848429561
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1986-01-30

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin Und München VPA 84 G 8 5 Z 8 DE

Vorrichtung zum Zertrümmern Von Konkrementen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mit einem Ultraschallwandler, dessen Schwingungen über einen langgestreckten Wellenleiter zum Konkrement übertragen werden.

Es ist bekannt, daß Konkremente, z. B. Nierensteine, durch Stoßwellen zertrümmert werden können, die in einer Fokussierungskammer durch Funkenentladung erzeugt werden. Das zu zertrümmernde Konkrement ist dabei in dem einen Brennpunkt eines Rotationsellipsoids anzuordnen, in dessen anderem Brennpunkt die Stoßwellenerzeugung erfolgt. Die Stoßwellen werden dabei durch ein Wasserbad übertragen, in dem der Patient gelagert werden muß. Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE-OS 31 22 056 beschrieben. Der für die Positionierung des Konkrementes und aufgrund des Wasserbades erforderliche Aufwand ist dabei relativ groß.

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Es ist auch bereits bekannt, Blasensteine dadurch zu zertrümmern, daß in die Blase eine rohrförmige, starre Ultraschallsonde eingeführt wird, die an ihrem distalen Ende «iinen den Stein zertrümmernden Kopf aufweist und an ihrem außerhalb des Körpers des Patienten liegenden Ende mit einem Ultraschallwandler verbunden ist, der den Kopf der Ultraschallsonde zu Schwingungen anregt. Diese bekannte Ultraschallsonde ist dabei wegen der starren Ausbildung nur für die Zertrümmerung bestimmter Konkremente, nämlich von Blasensteinen, geeignet. Eine Vor-

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richtung dieser Art ist in der Zeitschrift "Biomedizinische Technik"* Band 16, 1971, Seiten 106 bis 108, beschrieben.

Schließlich ist es auch bereits bekannt, in einer Funkenentladungskammer erzeugte Stoßwellen über eine Membran auf einen biegsamen, drahtförmigen Schalleiter zu übertragen, der in ein Gefäß eingeführt und mit seinem freien Ende das Konkrement aufgrund seiner durch den Funkenüber^- schlag erzeugten Bewegungen zertrümmert. Der Aufwand für die Schwingungserzeugung ist dabei groß und die wassergefüllte Entladungskammer nimmt relativ viel Platz ein, so daß die Anwendung dieser Vorrichtung in Verbindung mit einem Endoskop schwierig ist (AT-PS 309 663).

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau eine Verwendung in Verbindung mit einem Endoskop möglich ist, so daß der Wellenleiter durch das Endoskop zu Konkrementen im menschlichen Körper, z. B. zu Steinen im Gallengang, geführt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wellenleiter von einem flexiblen metallischen Draht gebildet ist. Dieser Draht, in den der Ultraschallwandler einstrahlt, kann leicht im Innern eines Endoskopes geführt werden und macht die Endoskopbewegungen mit.

Eine besonders leichte Umlenkung des distalen Endes des Wellenleiter ist möglich, wenn dieser an seinem freien Ende verjüngt ist. Der im Endoskop befindliche Teil des Wellenleiters kann mit einer Kunststoffschicht ummantelt sein, um die durch die Berührung mit der Innenwand des Instrumentierkanales unvermeidliche Überkopplung akustischer Energie und die dadurch hervorgerufene Erwärmung

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des Endoäkopes gering zu halten.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. 5

In der Zeichnung ist ein Ultraschallwandler 1 dargestellt, der eine kreiszylindrische Geometrie hat und aus verschiedenen zylindrischen Teilstücken zusammengesetzt ist. Zwei ringförmige Lochscheiben 2, 3 aus piezokeramischem Material bilden den aktiven Teil eines Resonators,

in dem eine elektro-akustische Energieumwandlung erfolgt. ( ' Die beiden Lochscheiben 2, 3, zwischen denen sich eine dünne Metallscheibe 4 mit etwas größerem Außendurchmesser befindet, sind axial durch eine nicht dargestellte Schraube zwischen gleich großen Stahlzylindern 5, 6 eingespannt. Der gesamte Ultraschallwandler 1 stellt einen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 50 mm und einer Lange von 90 mm dar.

Der Ultraschallwandler 1 wird von einer Signalquelle 7 über einen Verstärker 8 und einen Anpassungstransformator 9 gespeist. Durch Anlegen einer geeigneten elektrischer* Spannung an die Lochscheiben 2, 3 wird der gesamte Zylin- ( \ der 2 bis 6 zu mechanischen Schwingungen angeregt. Die niedrigste Eigenresonanzfreuenz liegt dabei bei dem gewählten Beispiel bei 21 kHz. Die Metallscheibe 4 befindet sich in der Mitte des Resonators. Da an dieser Stelle nur eine Druckschwingung, aber keine axiale Auslenkung der Resonatormasse erfolgt, eignet sich diese Scheibe gut für die mechanische Halterung des gesamten Systems in einem Halter 10, ohne daß Schallenergie in Form von Körper-' schall über den Halter 10 an die Umgebung abgegeben wird. Der äußere, überstehende Rand der Metallscheibe 4 ist in eine PVC-Hülse eingefaßt. An den Ultraschallwandler 1 schließt sich ein Anpassungstransformator 11 an,

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dessen Querschnitt vom Einstrahl- zum Abstrahlende exponentiell abnimmt. Der Änpassungstransformator 11 dient zur Einkopplung dei Energie des Ultraschallwandlers 1 in einen Wellenleiter 12. Der Querschnitt des Anpassungstransformators 11 wird auf einer Lange von z. B. 16,4 cm kontinuierlich verjüngt und entspricht am rechten Ende ungefähr dem Querschnitt des Wellenleiters 12. Die akustische Funktion des Anpassungstransformators 11 besteht darin, die Schal.lenergie möglichst gut in den Wellenleiäer 12 einzukoppeln. Die Schällwelle, die an den Stirnflächen des Ultraschallwandlers 1 verfügbar ist, ist durch einen bestimmten Schalldruck und eine relativ geringe Schallschnelle gekennzeichnet? das Produkt dieser beiden Größen repräsentiert die Schall-Leistungsdichte.

Der Anpassungstransformator 11, der fest mit einer Stirnfläche des Ultraschallwandlers 1 verbunden ist, bewirkt eine Transformation der Schallgrößen: An seinem Ende mit dem geringen Querschnitt entsteht eine Schallwelle mit einer etwa um das Verhältnis der Querschnitte vergrößerten Schallschnelle und einem unveränderten Schalldruck. Das Produkt aus Schallschnelle und Schalldr-jck, d. h. die Leistungsdichte, ist hier wegen der höheren Energiekonzentration um das gleiche Verhältnis größer. Die Schall- λ welle mit der hochtransformierten Schallschnelle am dünneren Ende des Anpassungstransformators 11, die der periodischen Auslenkung, dem Hub der Stirnfläche proportional ist, wird über den Wellenleiter 12 übertragen und am Konkrement für einen guten Zertrümmerungseffekt benötigt.

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Der akustische Wellenleiter 12 ist von einem massiven Draht gebildet, der biegsam und elastisch ist und aus rostfreiem Stahl besteht. Er weist zwei Teile 12a und l2b auf. Direkt am Anpassungstransformator 11 ist der etwa 190 cm lange Teil 12a mit einem Durchmesser von bei-

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spielsweise 1,5 mm angeschlossen. Er wird fortgesetzt durch den kürzeren Teil 12b mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,8 mm, dessen Länge auf eine halbe aKustische Wellenlänge bemessen ist und demgemäß beispielsweise 11,5 cm beträgt. Der längere, dickere Teil 12a des Wellenleiters 12 verfügt über eine Biegsamkeit, die ausreicht, um im Instrumentierkanal eines Endoskopes den notwendigen Krümmungen zu folgen. Der kürzere, dünnere Teil 12b ist noch leichter biegsam und dafür vorgesehen, am Distalende aus dem Endoskop herausgeschoben und so

umgelenkt zu werden, daß er in ein Gefäß, z. B. in den Q Gallengang ein- und an den Stein herangeführt werden kann.

Der im Endoskop befindliche Teil des Wellenleiters 12 kann mit einem Kunststoffschlauch ummantelt sein, um die durch die Berührung mit der Innenwand des Instrumentierkanales unvermeidliche Uberkopplung akustischer Energie und die dadurch hervorgerufene Erwärmung des Endoskopes gering zu halten. Die besonders innige Berührung des Wellenleiters durch den Verstellhebel des Endoskopes sollte nach Möglichkeit an einer Stelle erfolgen, an der sich ein Minimum der Schallschnelle auf der Leitung befindet. / Dieses Minimum ist im Leerlauffall um ein Viertel der Wellenlänge vom Leiterende entfernt. Bei einer Energieübertragung übar den Wellenleiter 12 in den Stein läßt sich aber eine Uberkopplung, die einerseits eine Dämpfung der Nutzleistung und andererseits eine Erwärmung des Endoskopes zur Folge hat, nicht ganz vermeiden.

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Die Signalquelle 7 ist auf die Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers 1 abstimmbar und läßt neben einem kontinuierlichen Betrieb auch verschiedene Modulationsarten zu. Die an den Ultraschallwandler 1 abgegebene elektrlsehe Leistung liegt in der Größenordnung von 10 Watt* Am

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leerlaufenden Ende des Wellenleiters 12 treten periodische Auslenkungen von bis zu 10 um auf. Daraus ergibt sich eine verfügbare Leistung von 1 bis 2 Watt. Bei einem Betrieb des Wellenleiters 12 im Endoskop tritt im Falle der Anregung mit kontinuierlichem Sendesignal eine beträchtliche Erwärmung von Bereichen des Endoskopes auF. Diese Erwärmung kann weitgehend reduziert werden, wenn mit Schwingungsfolgen (Bursts) gearbeitet wird. Günstit,s Bedingungen lassen sich mit Bursts von 60 bis 80 Perioden der vorgegebenen Resonanzfrequenz erzielen, die, gefolgt

von Schwingungspausen, mit einer Frequenz von 200 bis ( Hz wiederholt werden.

7 Schutzansprüche
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Claims

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1. Vorrichtung zum Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen mit einem Ultraschallwandler (1), dessen Schwingungen über einen langgestreckten Wellenleiter (12) zum Konkrement übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (12) von einem flexiblen metallischen Draht gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter (12) an seinem freien Ende (12b) verjüngt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter (12) ein niassi/er Stahldraht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (12) mit einer Kunststoffschicht ummantelt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis A,

da

durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (1) einen Schwinger (2, 3) aus piezokeramischen Material aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Ultraschallwandler (1) zwei ringförmige Lochscheiben (2, 3) aus piezokeramischen Material aufweist, zwischen denen eine Metallscheibe (4) liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da-

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durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ultraschallwandler (1) und dem Wellenleiter (12) ein metallischer Anpassungstransformator (11) angeordnet ist, dessen Querschnitt vom Einstrahl- zum Abstrahlende exponentiell abnimmt.

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