DE8622092U1 - Sensor für die Erfassung von Stoßwellenimpulsen - Google Patents

Sensor für die Erfassung von Stoßwellenimpulsen

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DE8622092U1 DE19868622092 DE8622092U DE8622092U1 DE 8622092 U1 DE8622092 U1 DE 8622092U1 DE 19868622092 DE19868622092 DE 19868622092 DE 8622092 U DE8622092 U DE 8622092U DE 8622092 U1 DE8622092 U1 DE 8622092U1
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10—Amplitude; Power
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/06—Measuring force or stress, in general by measuring the permanent deformation of gauges, e.g. of compressed bodies

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Description

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Berlin und München VPA 8B P 3 2 9 Ö OE
Sensor für die ErfassungVon StoBwellenimpulsen 5
Die Erfindung betrifft einen Sensor für die Erfassung Von Stoßwellenimpulsen, die in einem Fokusbereich fokussiert sind.
Im Betrieb einer Stößwöllenquelle, z. B. eines Lithotripters zur Nierensteinzertrümmerung, bei welchem ein Stoßwellenimpuls mit Hilfe einer elektrischen Spule erzeugt wird (vgl. DE-OS 33 28 051), sind von Zeit zu Zeit Überprüfungen der Funktion angebracht. Solche Uberprüfungen betreffen beispielsweise die Fokuslage, die Druckverteilung oder die DruckampÜtude des Stoßwellenimpul-^ ses. Die Überprüfungen sind notwendig nach Erstmontage, Umbau, bei einem Service oder bei einer Reparatur der Stoßwellenquelle. Wird beispielsweise das den Stoßwellenimpuls fokussierende Mittel (wie z. B. eine akustische Linse oder ein Reflektor) ausgetauscht, so muß hinterher geprüft werden, ob eine identische Fokuslage im Vergleich zur Situation vor dem Austausch vorhanden ist.
Ein Stoßwellensensor, der insbesondere für die Lithotripsie verwendet werden kann, ist z. B. aus der· DE-OS 34 37 976 bekannt.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß als Prüfmittel für eine Funktionsüberprüfung, die nicht während der fortlaufenden Therapiebehandlung eines Patienten stattfindet, auch Stoßwellensensoren geeignet sind, welche erst eine gewisse Zeit nach Einwirkung von den Stoßwellenimpulsen eine Auswertung erlauben. Es kommen also 35
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^ \ für diesen Überprüfungsfall auch Stoßwellenindikatoren oder -sensoren infrage, bei denen sowohl eine unmittelbare Beobachtung des Auftreffpunktes der Stößwellenimpulse, als auch eine nachträgliche Auswertung, z. B. Ab-Schätzung der integral empfangenen Energie, möglich ist. Neben der Herstellbarkeit und dem Preis für die Überprüfung ist die leichte Handhabbarkeit des Prüfrnittels oder Sensors von Bedeutung.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es; einen. Sensor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mittels einer einfachen (insbesondere optischen) Kontrolle eine Aussage über die Zentrierung der Stoßwellenquelle mö'g-( lieh ist.
15
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor eine dünne Metallfolie umfaßt, die im Fokusbereich senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Stoßwellenimpulse angeordnet ist.
20
Vorteil dieses Sensors ist es, daß durch Betrachtung von Vorder- oder Rückseite der Metallfolie mit dem bloßen oder bewaffneten Auge die Lage der Verformung oder Ausbeulung, die durch das Auftreffen der Stoßwellenimpulse verursacht wird, erfaßt werden kann. Die Lage der Verformung ist ein Maß für die Stellung der Stoßwellenquelle bezüglich der gewünschten Hauptausbreitungsrichtung der Stoßwellen. Ist auf der Metallfolie eine Markierung oder Skala angebracht, so kann eine Abweichung von der Zentralachse der Stoßwellenquelle auch quantitativ festgestellt werden; Der Sensor ist weitgehend störunanfällig, da auf elektrische' Komponenten, wie beispielsweise Meßwertaufnehmer, Zuleitungen, elektrische Kontaktierung, etc., verzichtet wird.
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Die optische Auswertung, d. h, die Böstimmung beispielsweise der Läge der durch die StoßweÜenimpulse hervorgerufenen Verformung^ kann entweder in situ oder abef äUch in einem getrennten Auswertegerät erfolgen* Solche Auswertegeiäte sind auf dem Gebiet der Materialprüfung an sich bekannt. Mit ihrer Hilfe können bestimmte Großen der Verformung, wie beispielsweise deren Durchmesser, deren lokale Tiefe, deren Profil oder deren Volumen, erfaßt werden.
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Durch Vergleich der Verformung mit einer empirisch gewonnenen Kalibrierung, z. B. einer mechanischen Lehre mit einer Norm-Verformung, können für eine bestimmte ( ' Stoßwellenquelle quantitative Angaben, wie beispielsweise Druck oder Intensität der auftreffenden Stoßwellenimpulse, und/oder Trend angegeben, wie beispielsweise Angaben über die Leistung der Stoßwellenquelle während längerer Betriebszeiteh, gemacht werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ankoppelkörper mit integrierter Metallfolie als Sensor im Aufblick, ( ) Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ankoppelkörper gemäß
Fig. 1, der auf ein Stoßwellenrohr aufgesetzt ist, Fig. 3 einen Sensor mit in einem Rahmen eingespannter
Metallfolie und
Fig. 4 einen Sensor mit einer Metallfolie innerhalb einer flexiblen Kapsel.
Nach Fig. 1 ist ein scheibenförmiger Ankoppelkörper 1 für Stoßwellen in einer Klemmzange 3 eingespannt. Der Ankoppelkörper 1 besteht aus einem elastischen, formstabilen Material, wie beispielsweise einem Hydrogel.
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'"' '"1V _'·<"··' VPA WP32 9 0OE Die Klemrtizange 3 ist ähnlich einer Wäscheklammer aufgebaut* Sie umfaßt im wesentlichen zwei halbkreisförmige Einklemmsehenkel 5, 7, die über eine Drehachse 9 mit Handhabungsschenkeln 11 bzw. 13 verbunden sind. Zwischen den beiden Handhabungsschenkeln Il, 13 liegt eine Spreizfeder 15, die im eingespannten Zustand den Einfaßdruck auf den Ankoppelkörper 1 ausübt. Zum Herausnehmen des Ankoppelkörpers 1 brauchen die beiden Handhäbungsschenkel 11, 13 nur von Hand äufeinanderzu gedruckt zu werden.
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Innerhalb des Ankoppelkörpers 1 ist eine Metallfolie 17 eingelassen. Die Metallfolie 17 ist dabei beispielsweise in den Ankoppelkörper 1 zentrxsch eingegossen oder zwischen zwei Teilankoppelkörpern zwischengelegt. Die Metalifolie 17 kann beispielsweise mit einem Fixierelement (nicht gezeigt) an einem äußeren Halteelement des Ankoppelkörpers 1, hier an einem der Einklemmschenkel 5 oder 7, befestigt sein.
Die Metallfolie 17 ist vorzugsweise aus einem Material mit einer geringen Elastizität, einer hohen Streckgrenze und einer hohen akustischen Impedanz gefertigt. Es kommen somit beispielsweise eine Bleifolie, eine Zinnfolie, einer Kupferfolie oder eine Goldfolie infrage. Die Metalifolie 17 weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 pm und 200 pm auf. Sie ist vorzugsweise mit einer Markierung oder Skala versehen, die beispielsweise ähnlich einer Zielscheibe aus Sektoren und Kreisringen aufgebaut ist. Der Durchmesser der Metallfolie 17 kann zwischen 2 cm und 7 cm liegen.
In Flg. 2 ist der Ankoppelkörper 1 in Verbindung mit einer Stoßwellenquelle 19 in Seitenansicht dargestellt. Auf die Darstellung der Halteelemente 5, 7 des Ankoppelkörpers 1 wurde bier verzichtet.
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. Die Stoßwellenquelle 19 umfaßt hier einen Stoßwellengenerator 21 zur Erzeugung eines Stoßwellenimpulses 23. Nach Durchlaufen einer durch Faltenbalg einstellbaren Vorlaufstrecke 25, die ein Fokussierungsmxttel für den Stoßwellenimpuls 22 enthält, tritt jeder Stoßwellenimpuls aus einer Auskoppelmembran 27 in den Ankoppelkörper 1 ein. Der Ankoppelkörper 1 ist so dimensioniert, daß der 1 Fokusbereich F des Stoßwellenimpulses 23 innerhalb des f Ankoppelkörpers 1 liegt.
10
Die Stoöwellenquelle 19 weist eine Zentrumslinie Z auf, die bei korrekt justierter Stoßwellenquelle 19 durch den Fokusbereich F verläuft. Die Zentrumslinie Z ist gleich- I V. zeitig die Hauptausbreitungsrichtung für den Stoßwellen- |
impuls 23. Innerhalb des Ankoppeikörpers 1 auf Höhe des 1 Fokusbereichs F ist die Metallfolie 17 senkrecht zur &ngr;
Zentrumslinie Z angeordnet. Unter Fokusbereich F wird in diesem Zusammenhang derjenige Wirkungsbereich des Stoß- ; wellenimpulses 23 verstanden, in welchem ein nennenswerter Einfluß auf die Verformung der Metallfolie 17 stattfindet. Dabei muß nicht notwendigerweise auf einen einzigen Stoßwellenimpuls 17 abgestellt werden, sondern auf eine Vielzahl von (beispielsweise 200) Stoßwellenimpulsen 23.
25
' Bei Auftreffen der Stoßwellenimpulse 23 bildet sich bei der Metallfolie 17 eine Ausbeulung oder Verformung 29 oder auch ein Loch heraus* Die Verformung 29 erstreckt \ sich aufgrund von Zugkräften, die in Verbindung mit dem .' Auftreffen des Stoßwellenimpulses 23 auftreten, nach rückwärts, also in Richtung auf die Stoßwellenquelle 19, Anhand der auf der Metallfolie 17 aufgebrachten Markierung oder Skala kann eine Abweichung des Auftreffortes der Stoßwellenimpulse 23 vom Zen*,.··:.> der Metallfolie 17, welches auf der Zentrumslinie Z liegt, quantitativ erfaßt | werden* I
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VPA B8P32 9 0DE
) Versuche haben gezeigt, daß je nach Folienmaterial, -dicke und Stoßwellenimpulszahl auch ein Loch in der Metallfolie 17 entstehen kann. Ein solches Loch kann ähnlich wie bei der Verformung 29 später beschrieben, 5 optisch ausgewertet werden.
Wurde beispielsweise das Fokussierungselement 25 der Stoßwellenquelle 19 bei einer Reparatur oder bei einer Servicearbeit ausgetauscht, so ist aufgrund der Streybreite bei der Herstellung von Fokussierungsmitteln
nicht auszuschließen, daß nach der Reparatur der Fokusbereich F außerhalb der Zentrumslinie Z liegt. Anhand der Verformung 29 auf der Metallfolie 17 kann eine sol-V ehe Abweichung quantitativ erfaßt werden. Das Servicepersonal ist dann in der Lage, das eingetauschte Fokussierungsmittel 25 über Justierelemente so auszurichten, daß der Fokusbereich F wieder auf der Zentrumslinie Z liegt. Die neue Justierung kann anhand einer neuen Verformung 29, die sich bei einem anschließenden Betrieb der Stoßwellenquelle 19 ergibt, überprüft werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, eine neue Metallfolie 17 (eventuell mit einem neuen Ankoppelkörper 1) zu gebrauchen, damit sich nicht mehrere Verformungen 29 auf derselben Metallfolie 17 überschneiden.
25
/ Es ist zweckmäßig, eine Auswerteeinrichtung vorzusehen,
anhand welcher Aussagen über den Durchmesser, die Tiefe, das Profil, usw. der Verformung 29 getroffen werde·-} können. Solche Auswerteeinrichtungen sind auf dem Gebiet der Materialprüfung an sich bekannt. Desweiteren kann es vorteilhaft sein, eine mechanische Lehre oder Schablone vorzusehen, die werksseitig für eine bestimmte, vorgegebene Stoßwellenquelle 19 kalibriert ist. Bei ordnungsgemäßer Einstellung sollte die nach der Reparatür oder der Servicearbeit auftretende Verformung 29 identisch zu der Norm-Vefformung der Schablone sein.
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Abweichungen bezüglich des Durchmessers, der Tiefe, des Profils und des Volumens der Verformung 29 können leicht festgestellt werden. Hieraus können Korrektur- oder Justiermaßnahmen hergeleitet werden. 5
In Fig. 3 sind gleiche Teile mit denselben Bezugsz^ichen versehen wie in Fig. 1 und 2.
Eine rechteckige Metallfolie 17 ist hier in einem Rahmen 31 mit einem zentralen rechteckigen Ausschnitt oder Loch 32 eingespannt. Der Rahmen 31 kann beispielsweise ähnlich wie ein Dia-Rahmen aufgebaut sein. Die Metallfolie 17 ist hier mit einer rasterartigen Markierung 33 versehen, die aus einer Anzahl von parallelen, senkrechten und waagerechten Strichen besteht. Die Metallfolie 17 ist in der Mitte des Ausschnitts 32 ist mit einem Punkt P markiert.
Der Rahmen 31 mit eingespannter Metallfolie 17 wird so an der Auskoppelmembran einer Stoßwellenquelle plaziert, daß die Mittellinie oder Zentrumsachse der Stoßwellenquelle durch den Punkt P verläuft. Bei Auflxeffen einer Anzahl von Stoßwellenimpulsen verformt sich die Metallfolie 17 im Fokusbereich der Stoßwellenimpulse. Anhand der Markierung 33 kann eine Abweichung zwischen Fokusbereich und dem Punkt P optisch ausgewertet werden. Hierfür kann das unbewaffnete Auge genügen.
In Fig. 4 sind wiederum gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
Es ist ein Ring 41 dargestellt, welcher in der Mitte seines inneren Rands und parallel zu seinen beiden Stirnseiten eine Scheidewand 43 aufweist. Die Scheidewand 43 ist mit einer zentralen Öffnung 45 versehen, die von einef Metallfolie 17 überdeckt wird. Der Durchmesser der
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Öffnung 45 und damit die Auftreffläche auf die Metallfolie 47 für den Stoßwellenimpuls beträgt z. B. ca. 40 mm. Der Ring 41 besteht aus Kunststoff, z. B. aus PVC. Die Metallfolie 17 wird von einem Spannring 48 so über der zentralen Öffnung 45 festgehalten, daß die Metallfolie 17 fsltenfrei die zentrale Öffnung 45 abdeckt. Dazu können beispielsweise konventionelle Kunststoffschrauben 48a durch den Spannring 48 geführt und in die Scheidewand 43 eingeschraubt werden. Auch andere Befestigungen können gewählt werden.
Am stirnseitigen oberen Rand des Ringes 41 ist eine erste Ankoppelfolie oder Ankoppelmembran 49 von einem ersten Haltering 51 durch Befestigungsmittel 51a eingespannt. Die Ar.koppelfolie 49 ist beispielsvfeise aus Gummi, bevorzugt EPDM-Gummi gefertigt, mit einer Stärke zwischen 1 mm und 2 mm und einem Durchmesser von ca. 120 mm. Die Ankoppelfolie 49 ist so zwischen der Stirnseite des Ringes 41 und dem Haltering 51 eingespannt, daß sie das Innere des Ringes 41 faltenfrei in leicht gespanntem Zustand abdeckt.
Es bildet sich somit zwischen der ersten Ankoppelfolie 49 einerseits und der Scheidewand 43 zusammen mit der Metallfolie 17 andererseits ein scheibenartiger erster Zwischenraum 53, der randseitig von dem Ring 51 begrenzt ist. Der Zwischenraum 53 ist mit einem Kopplungsmedium 54 für akustische Stoßwellen, &zgr;. B. mit entgastem destillierten Wasser, gefüllt. Als Füllung kommt ebenfalls ein Öl, wie beispielsweise Rizinusöl, infrage.
Die Konfiguration von erster Ankoppelfolie 49, erstem Haltering 51 und erstem Zwischenraum 53 ist spiegelbildlich auch auf der unteren Seite des Sensors vorgesehen. Dort ist somit eine zweite Ankoppelfolie 55 von einem zweiten Haltering 57 gegen die untere Stirnfläche des Rings 41 durch Befestigungsmittel 57a fixiert. Dadurch
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wird ein zweiter Zwischenraum 59 gebildet, weicher analog zur oberen Kammer des Sensofs ausgeführt ist* Auch er ist mit dem Köpplungsmedium 14 gefüllt. Die nicht eingespannten Teile der Ankoppelfolien 49, 55 haben z. B. einen Durchmesser von ca. 100 mm* Die Ankoppelfolien 69, 55 sind zweckmäßigerweise durchsichtig, um eine Begutachtung der Metallfolie 17 ohne Demontage des Gehäuses vornehmen zu können.
14 ansprüche
4 Figuren
Der erste Zwischenraum 53 ist mit dem zweiten Zwischenraum 59 über eine oder bevorzugt mehrere DurchleitÖffhuhgen 61 in der Scheidewand 43 verbunden. Durch die Durchleitöffnung 61 findet ein Druckausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenraum 53 bzw. 59 statt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Metallfolie 17, die etwa in der Mitte der Ankoppelfolien 49, 55 angeordnet ist, beidseitig mit dem gleichen statischen Druck belastet wird und nicht einseitig vorgespannt ist*
2Ö Der beschriebene Sensor kann als Ganzes in den Fokusbereich eines Stoßwellengenerators eingesetzt werden. Trotz Unterschiedlicher äußerer Bedingungen zu beiden Seiten des Sensors ist die Metallfolie 17 einem definierten Zustand ausgesetzt. Die leichte Handhabbarkeit und die einfache Auswertbarkeit einer beulenartigen Verformung
&psgr; 29 in der Metallfolie 17 aufgrund von aufgetroffenen J
Stoßwellenimpulsen sind die gleichen, wie bei den vorher- |
gehenden Ausführungsformen beschrieben. f
Es kann zweckmäßig sein, die Metallfolie 17 in einer Vor- I
richtung, die ähnlich einem Schieber aufgebaut ist, ein- f
zuspannen. Über eine passende Öffnung im Gehäuse kann J
der Schieber zusammen mit der Metallfolie 17 eingeführt | und zum Austausch oder zur Inaugeseheinnahme wieder aus-
geführt werden. J

Claims (13)

&bull; &lgr; &bgr; nc &eegr; &Lgr; e· &pgr; '*'*·_ ItI - "" VPA BB P 3 2 9 O OE ansprüche
1. Sensor für die Erfassung von StoSwellenimpulsen, die in einem Fokusbereich fokussiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß er eine dünne Metallfolie (17) umfaßt, die im Fokusbereich (F) senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung (Z) der Stoßwellenimpulse (23) angeordnet ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (17) aus einem Material mit einer geringen Elastizität, einer hohen Streckgrenze und einer hohen akustischen Impedanz ( besteht.
15
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallfolie (17) eine Bl^ifo.'ie ist.
4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallfolie (17) eine Zinnfolie ist.
5. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallfolie (17) ('\ eine Kupferfolie ist.
6. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallfolie (17) eine Goldfolie ist.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (17) zwischen 10 pm und 200 pm dick ist.
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G 86 22 092.6 11 VPA 86 G 3290 DE
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallfolie (17) in ein elastisches, formstabxles Material (1) eingebettet ist.
9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Material (1) ein Hydrogel ist.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallfolie (17) in einem Rahmen (31) eingespannt ist.
11. Sensor nach einem der Anspruchs 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (17) in einer mit einem Koppelmedium (54) gefüllten, elastischen Kap-] 15 seiung (41, 49, 55) angeordnet ist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
j gekennzeichnet, daß die Metallfolie (17) einen
J Durchmesser zwischen 2 cm und 7 cm aufweist.
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13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eine mechanische Schablone vorgesehen ist, in die die Metallfolie (17) einlegbar ist, so
\ daß der Abstand zwischen der Metallfolie (17) und der Schablone
25 feststellbar ist.
Tp 2 Lei / 22,04.1988
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