DE8809253U1 - Shock wave generator for contactless destruction of concretions in the body of a living being - Google Patents
Shock wave generator for contactless destruction of concretions in the body of a living beingInfo
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Description
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Stoßwellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines LebewesensShock wave generator for contactless destruction of concretions in the body of a living being
Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, aufweisend eine Stoßwellenquelle, mittels derer in eine eis akustisches Ausbreitungsmedium vorgesehene Flüssigkeit von einer Abstrahlflache der Stoßwellenquelle ausgehende, im wesentliche ebene Stoßwellen einleitbar sind, und eine mittels der Flüssigkeit mit der Abstrahlflache akustisch gekoppelte w akustische Sammellinse, welche die von der Abstrahlflache ausgehenden Stoßwellen auf einen auf der akustischen Achse des Stoßwellengenerators liegenden Fokus fokussiert.The invention relates to a shock wave generator for the contactless crushing of concretions in the body of a living being, comprising a shock wave source, by means of which essentially planar shock waves emanating from a radiation surface of the shock wave source can be introduced into a liquid provided as an acoustic propagation medium, and an acoustic collecting lens acoustically coupled to the radiation surface by means of the liquid, which focuses the shock waves emanating from the radiation surface onto a focus lying on the acoustic axis of the shock wave generator.
Derartige Stoßwellengeneratoren werden in geeigneter Weise mit dem Körper des Lebewesens akustisch gekoppelt, so daß die erzeugten Stoßwaller in den Körper des Lebewesens eingeleitet werden können, Dabei wird der Stoßwellengenerator mittels eines Ortungssystems, z.B. unter Zuhilfenahme von Röntgenstrahlung oder Ultraschall, so in bezug auf den Körper des Lebewesens ausgerichtet, daß sich das zu zertrümmernde Konkrenieru im Fokus des Stoßwellengenerators befindet. Unter der Wirkung der Stoß-( ) wellen zerfällt das Konkrement dann in Bruchstücke, die auf natürlichem Wege abgehen können.Such shock wave generators are acoustically coupled to the body of the living being in a suitable manner so that the shock waves generated can be introduced into the body of the living being. The shock wave generator is aligned with respect to the body of the living being using a location system, e.g. with the aid of X-rays or ultrasound, so that the concretion to be broken up is in the focus of the shock wave generator. Under the effect of the shock waves, the concretion then breaks up into fragments that can be expelled naturally.
Ein Stoßwellengenerator der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 33 28 051 beschrieben. Der bekannte Stoßwellengenerator weist als Stoßwellenquelle eine elektro-dynamisch antreibbare, ebene kreisscheibenförmige Membran auf, deren eine Seite an die Flüssigkeit grenzt und die Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle bildet, von der ebene Stoßwellen ausgehen. Im Abstand von der Abstrahlfläche ist eine akustische Sammellinse angeordnet. Der bekannte Stoßwellengenerator arbeitet nur bei geringen Öffnungswinkeln zufriedenstellend, also dann, wenn der DurchmesserA shock wave generator of the type mentioned above is described in DE-OS 33 28 051. The known shock wave generator has an electro-dynamically driven, flat circular disk-shaped membrane as a shock wave source, one side of which borders on the liquid and forms the radiation surface of the shock wave source, from which flat shock waves emanate. An acoustic collecting lens is arranged at a distance from the radiation surface. The known shock wave generator only works satisfactorily at small opening angles, i.e. when the diameter
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der Abstrahlflache der Membran'kleiner ist als die Fokuslänge der verwendeten Sammellinse. Bei Öffnungswinkeln von mehr als etwa 55', also dann, wenn die Fokuslenge gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Abstrahlfläche der Membran, muß die akustische Sammellinse zum Rand hin relativ dick ausgebildetthe radiating surface of the membrane is smaller than the focal length of the used convex lens. For aperture angles of more than about 55', i.e. when the focal length is equal to or smaller than the diameter of the radiating surface of the membrane, the acoustic convex lens must be relatively thick towards the edge.
% sein, was zu einer Verschlechterung der Fokussierung durch verstärkte Dämpfung und Abbildungsfehlern bei der Fokussierung der % which can lead to a deterioration of the focus due to increased attenuation and aberrations when focusing the
zur Zertrümmerung von nahe bei der Körperoberfläche des Lebe- ^k 10 wesens liegenden Konkrementen, z.B. Gallenblasensteinen, ungeeignet, da hier verständlicherweise eine Stoßwellenquelle mit &dgr; großem öffnungswinkel erforderlich ist. Erschwerend kommt hinzu, daß sich Gallenblasensteine durch Röntgenstrahl ,-ng nicht ohne weiteres abbilden lassen, und es sich daher empfiehlt, zur Ortung von Gallenblasensteinen eine Ultraschall-Ortungseinrichtung vorzusehen. Die Ultraschall-Ortungseinrichtung wird gewöhnlich in einer sich mittig durch den gesamten Stoßwellengenerator einschließlich der Stoßwellenquelle hindurch erstreckenden öffnung angeordnet. Um dann Stoßwellen gleicher Intensität wie mit einem Stoßwellengenerator ohne Ultraschall-Ortungseinrichtung abstrahlen zu können, ist eine Vergrößerung des Durchmessers der Abstrahlfläche erforderlich, was bei gegebener Fokuslänge der Sammellinse zu einer weiteren Vergrößerung des öffnungswinkels des Stoßwellengenerators und damit zu verstärkten Abbildungsfehlern führt, da auch iar Durchmesser ) der Sammellinse entsprechend vergrößert werden muß und diese dann am Rand eine Dicke aufweist, die gegenüber einem Stoßweller»generator ohne Ultraschall-Ortungseinrichtung nochmals größer ist.for breaking up concretions lying close to the body surface of the living being, eg gall bladder stones, because this obviously requires a shock wave source with a large opening angle. To make matters worse, gall bladder stones cannot be easily imaged using X- rays, and it is therefore advisable to provide an ultrasound locating device for locating gall bladder stones. The ultrasound locating device is usually arranged in an opening that extends centrally through the entire shock wave generator, including the shock wave source. In order to be able to emit shock waves of the same intensity as with a shock wave generator without an ultrasonic locating device, the diameter of the emitting surface must be increased, which, for a given focal length of the collecting lens, leads to a further increase in the opening angle of the shock wave generator and thus to increased imaging errors, since the diameter () of the collecting lens must also be increased accordingly and this then has a thickness at the edge which is even greater than that of a shock wave generator without an ultrasonic locating device.
Es hat sich gezeigt, daß auch die Verwendung von Flübsigkeitslinsen, die eine Flüssigkeit mit von der des akustischen Ausbreitungsmediums stark abweichender akustischer Impedanz und Brechzahl enthalten, keine Abhilfe schaffen kann, da derartige Flüssigkeitslinsen erhöhte Verluste durch Reflexion und Mehrfachreflexionen nach sich ziehen.It has been shown that the use of liquid lenses, which contain a liquid with an acoustic impedance and refractive index that differs significantly from that of the acoustic propagation medium, cannot provide any relief, since such liquid lenses result in increased losses due to reflection and multiple reflections.
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( Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,' einen Stoßwellengenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei großen Öffnungswinkel^ insbesondere bei Öffnungswinkeln von mehr als 55', unzulässige Abbildungsfehler vermieden sind. 5 ( The invention is based on the object of designing a shock wave generator of the type mentioned at the beginning in such a way that even with large opening angles, in particular with opening angles of more than 55', unacceptable imaging errors are avoided. 5
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Abstrahlfliche der Stoßwellenquelle und der akustischen Sammellinse ein sich in Richtung auf die Abstrahlfläche kontinuierlich verjüngender rotationssymmetrischer Körperangeordnet ist, der wenigstens im Bereich seiner Mantelfläche aus einem Werkstoff, dessen akustische Impedanz wesentlich größer äis die der Flüssigkeit ist, gebildet ist und dessen Mittelachse der akustischen Achse des Stoßwellengenerators entspricht, ■ und daß die akustische Sammellinse als wenigstens einseitig konkave Linse ausgeführt ist, wobei die akustische Sammellinse nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als bikonkave Linse ausgeführt ist. BeV einseitig konkaven bzw. bikonkaven sphärischen Linsen liegt der Fokus derjenigen Anteile einer Stoßwelle, die von dem der akustischen Achse des Stoßwellengenerators benachbarten Bereich der Abstrahlflache ausgehen, näher bei der akustischen Sammellinse als der Fokus derjenigen Anteile der Stoßwelle, die von den Randbereichen der Abstrahlfläche ausgehen. Durch den gemäß der Erfindung zwischen der Abstrahlfläche und der akustischen Sammellinse angeordneten rotationssymmetrischen Körper, der auch als Hohlkörper ausge-( führt sein kann, werden jedoch diejenigen Anteile der Stoßwelle, die von dem der akustischen Achse des Stoßwellengenerators benachbarten Bereich der Abstrahlfläche ausgehen, derart abgelenkt, daß sie divergierend auf die akustische Sammellinse treffen und ihr Fokus somit mit dem Fokus derjenigen Anteile der Stoßwelle, die von dem Randbereich der Abstrahlfläche ausgehen, zusammenfällt. Mittels des rotationssymmetrischen Körpers erfolgt somit eine Korrektur der Abbildungsfehler der akustischen Sammellinse, so daß auch Öffnungswinkel von mehr als 55* realisiert werden können, ohne daß zu starke Dämpfung und unzulässige Abbildungsfehler auftreten. Bei sphärisch ausgebildeten Sammellinsen wird durch den rotationssymmetrischenAccording to the invention, this object is achieved in that between the radiation surface of the shock wave source and the acoustic converging lens there is arranged a rotationally symmetrical body that continuously tapers towards the radiation surface, which is formed at least in the area of its outer surface from a material whose acoustic impedance is significantly greater than that of the liquid and whose central axis corresponds to the acoustic axis of the shock wave generator, and in that the acoustic converging lens is designed as a lens that is concave on at least one side, whereby the acoustic converging lens is designed as a biconcave lens according to a particularly preferred embodiment of the invention. In one-sided concave or biconcave spherical lenses, the focus of those parts of a shock wave that emanate from the area of the radiation surface adjacent to the acoustic axis of the shock wave generator is closer to the acoustic converging lens than the focus of those parts of the shock wave that emanate from the edge areas of the radiation surface. However, the rotationally symmetrical body arranged between the radiation surface and the acoustic collecting lens according to the invention, which can also be designed as a hollow body, deflects those parts of the shock wave that emanate from the area of the radiation surface adjacent to the acoustic axis of the shock wave generator in such a way that they hit the acoustic collecting lens in a divergent manner and their focus thus coincides with the focus of those parts of the shock wave that emanate from the edge area of the radiation surface. The rotationally symmetrical body thus corrects the imaging errors of the acoustic collecting lens, so that opening angles of more than 55° can also be achieved without excessive attenuation and unacceptable imaging errors occurring. In the case of spherically designed collecting lenses, the rotationally symmetrical
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Körper im wesentlichen eine Korrektur der sphärischen Aberration bezüglich der von dem der akustischen Achse des Stoßwellengenerators benachbarten Bereich der Abstrahlfläche ausgehenden Anteile der Stoßwelle erzielt. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei Verwendung einer bikonkaven sphärischen Sammellinse durch die Anwesenheit des rotationssymmetrischen Körpers praktisch keine verringerung der Druckamplitude im Fokus gegenüber einem Stoßwellengenerator ohne rotationssymmetrischen Körper auftritt. Es ist wesentlich, daß eine Korrektur der Abbildungsfehler mittels des rotationssymmetrischen Körpers nur in Verbindung mit einer wenigstens einseitig konkaven bzw. bikonkaven Linse möglich ist. In Verbindung mit konvexen Linssn würde der rotationssymmetrische Körper zusätzliche Abbildungsfehler verursachen. Infolge des Umstandes, daß der rotations- symmetrische Körper wenigstens im Bereich seiner Mantelfläche aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen akustische Impedanz wesentlich größer als die der Flüssigkeit ist, tritt nur ein vernachlässigbar geringer Anteil einer auf den rotationssymmecrischen Körper auftreffenden Stoßwelle in diesen ein, so daß durch die Anwesenheit des rotationssymmetrischen Körpers keine nennenswerten Verluste verursacht werden. Die akustische Impedanz der Werkstoffes des rotationssymmetrischen Körpers sollte wenigstens etwa zehnmal größer sein als die der Flüssigkeit. Wenn als Flüssigkeit Wasser (akustische Impedanz 1,5 &khgr; 10 g/cm s) vorgesehen ist, kommen als Werkstoff für den rotationssymmerischen Körper z.B. Messing (akustischelmpedanz 37 &khgr; 15 g/cm1 s) oder Stahl (akustische Impedanz 45 &khgr; 155 g/cm* s) in Frage.Body essentially achieves a correction of the spherical aberration with respect to the portion of the shock wave emanating from the area of the radiation surface adjacent to the acoustic axis of the shock wave generator. It has been shown that, particularly when using a biconcave spherical collecting lens, the presence of the rotationally symmetrical body results in practically no reduction in the pressure amplitude in the focus compared to a shock wave generator without a rotationally symmetrical body. It is important that a correction of the imaging errors using the rotationally symmetrical body is only possible in conjunction with a lens that is concave or biconcave on at least one side. In conjunction with convex lenses, the rotationally symmetrical body would cause additional imaging errors. Due to the fact that the rotationally symmetrical body is made of a material at least in the area of its outer surface whose acoustic impedance is significantly greater than that of the liquid, only a negligible portion of a shock wave impinging on the rotationally symmetrical body enters it, so that no significant losses are caused by the presence of the rotationally symmetrical body. The acoustic impedance of the material of the rotationally symmetrical body should be at least about ten times greater than that of the liquid. If water (acoustic impedance 1.5 x 10 g/cm s) is planned as the liquid, the material for the rotationally symmetrical body could be brass (acoustic impedance 37 x 15 g/cm 1 s) or steel (acoustic impedance 45 x 15 5 g/cm* s).
Aus der DE-OS 33 28 051 ist zwar die Verwendung von bikonkaven Linsen in Stoßwellengeneratoren oer eingangs genannten Art bekannt; der für die Erfindung wesentliche Gedanke, eine derartige Sammellinse in Verbindung mit einem zwischen der Sammellinse und der Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle angeordneten, sich in Richtung auf die Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle kontinuierlich verjungenden rotationssymmetrischen Korper zu verwenden, ergibt sich aus diesem Stand der Technik jedoch nicht.The use of biconcave lenses in shock wave generators of the type mentioned above is known from DE-OS 33 28 051; the idea essential to the invention of using such a collecting lens in conjunction with a rotationally symmetrical body arranged between the collecting lens and the radiation surface of the shock wave source and continuously tapering in the direction of the radiation surface of the shock wave source, however, does not arise from this prior art.
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( ) Besondere Vorteile sind mittels der Erfindung bei solchen Stoßwellengeneratoren erzielbar, die einen auf der akustischen Achse des Stoßwellengenerators angeordneten zu einer Ultraschall-Ortungseinrichtung gehörigen Ultraschall-Appllkator aufweisen. Bei solchen Stoßwellengeneratoren ist nach einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß der rotationssymmetrische Körper an seinem der akustischen Sammellinse benachbarten Ende eine Öffnung aufweist, in der die Ultraschall-Ortungseinrichtung angeordnet ist. Es ist somit möglich, eine Ultraschall-Ortungseinrichtung auf der akustischen Achse des Stoßwellengenerators anzuordnen, ohne- daß dieser mit einer zentralen Bohrung zur Aufnahme der Ultraschall-Crtur.gssinrichtung versehen werden &pgr;>&ugr;&Bgr;; Eingriffe in den Aufbau der Stoßwellenquelle erübrigen sich somit. Insbesondere ist jedoch eine unerwünschte Vergrößerung des Durchmessers der Abstrahlfläche vermieden, die dann unvermeidlich ist, wenn die Ultraschall-Ortungseinrichtung in einer zentralen Bohrung des Stoßwellengenerators aufgenommen ist. Außerdem ist die Ultraschall-Ortungseinrichtung im Inneren des rotationssymmetrischen Körpers vor der Einwirkung der Stoßwellen geschützt.( ) Particular advantages can be achieved by means of the invention in shock wave generators which have an ultrasonic applicator arranged on the acoustic axis of the shock wave generator and belonging to an ultrasonic locating device. In such shock wave generators, according to a variant of the invention, the rotationally symmetrical body has an opening at its end adjacent to the acoustic collecting lens, in which the ultrasonic locating device is arranged. It is thus possible to arrange an ultrasonic locating device on the acoustic axis of the shock wave generator without the latter being provided with a central bore for receiving the ultrasonic locating device; interventions in the structure of the shock wave source are thus unnecessary. In particular, however, an undesirable increase in the diameter of the radiation surface is avoided, which is unavoidable when the ultrasonic locating device is accommodated in a central bore of the shock wave generator. In addition, the ultrasonic locating device inside the rotationally symmetrical body is protected from the effects of shock waves.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Halterungsteil für den rotationssymmetrischen Körper vorgesehen, das einen sich in Richtung auf die akustische Sammellinse erstreckenden rohrförmigen Abschnitt und mit diesem verbundene, sich in Rich-( ) tung auf die akustische Achse des Stoßwellengenerators erstrekkende Arme aufweist, an denen der rotationssymmetrische Körper befestigt ist, wobei die innere Kontur des rohrförmigen Abschnittes nach Gestalt und Größe der Abstrahlfläche entspricht, mit dieser fluchtend angeordnet ist und der rohrförmige Abschnitt wie der rotationssymmetrische Körper aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen akustische Impedanz wesentlich grosser als die der Flüssigkeit ist. Abgesehen davon, daß durch ein derartiges Halterungsteil auf einfache Weise eine sichere HaI-terung des rotationssymmetrischen Körpers möglich ist, hat sich gezeigt, daß die Ummantelung des Raumes zwischen der Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle und der akustischen SammellinseAccording to one embodiment of the invention, a holding part for the rotationally symmetrical body is provided, which has a tubular section extending in the direction of the acoustic collecting lens and arms connected to it, extending in the direction of the acoustic axis of the shock wave generator, to which the rotationally symmetrical body is attached, the inner contour of the tubular section corresponding in shape and size to the radiation surface, being arranged in alignment with it and the tubular section, like the rotationally symmetrical body, being made of a material whose acoustic impedance is significantly greater than that of the liquid. Apart from the fact that such a holding part makes it possible to securely hold the rotationally symmetrical body in a simple manner, it has been shown that the casing of the space between the radiation surface of the shock wave source and the acoustic collecting lens
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&igr;· &igr; &igr;· · ·&igr;· &igr;&igr; · · ·
t ) ourch den aus einem Werkstoff mit von der der Flüssigkeit wesentlich abweichender akustischer Impedanz gebildeten rohrförmigen Abschnitt eine weitere Steigerung der Fokussierungsleistung bewirkt. \.\w, pipe Störung der Ausbreitung der Stoßwellen durch die Arme des Halterungsteiles zu vermeiden, ist nach einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß diese aus einem Werkstoff gebildet sind, dsssen akustische Impedanz im wesentlichen der der Flüssigkeit entspricht.t ) the tubular section made of a material with an acoustic impedance that differs significantly from that of the liquid results in a further increase in the focusing performance. \.\w, pipe In order to avoid interference with the propagation of the shock waves through the arms of the holding part, a variant of the invention provides that these are made of a material whose acoustic impedance corresponds essentially to that of the liquid.
Es hat sich gezeigt, daß insbesondere in Verbindung mit einer sphärischen akustischen Sammellinse in der Regel eine ausrei- #%&Kgr;&agr;&pgr;&ggr;4&agr; l/nrttol/f iir rlor> &Dgr;&EEgr;&EEgr; 1 lHnnnefoKler &ogr;&tgr;7^ olhof A c4* worin no &Pgr;) &Kgr; RIt has been shown that, particularly in conjunction with a spherical acoustic collecting lens, a sufficient #%&Kgr;&agr;&pgr;&ggr;4&agr; l/nrttol/f iir rlor>�Dgr;&EEgr;&EEgr; 1 lHnnnefoKler γ&tgr;7^ olhof A c4* where no &Pgr;) &Kgr; R
wt I w* tww t^WAA.wrt«»*^A w w«. r<ww«^*-w**w,w>w**.*.w*. «*«.*_■*._»*·,· _ «~ w y .._.... *j— ...__ eine* Variante der Erfindung als rotationssymmetrischer Körper ein Kegel vorgesehen ist. In Abhängigkeit von der Ausbildung der akustischen Sammellinse kann der rotationssymmetrische Körper jedoch auch von der Kegelform abweichend ausgeführt sein, sofern er sich in Richtung auf die Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle in einer solchen Weise kontinuierlich verjüngt, daß die von dem der akustischen Achse der Stoßwellenquelle benachbarten Bereich der Abstrahlfläche ausgehenden Anteile einer Stoßwelle derart abgelenkt werden, daß eine Korrektur der Abbildungsfehler der akustischen Sammellinse bewirkt wird.wt I w* tww t^WAA.wrt«»*^A w w«. r<ww«^*-w**w,w>w**.*.w*. «*«.*_■*._»*·,· _ «~ w y .._.... *j— ...__ a* variant of the invention, a cone is provided as the rotationally symmetrical body. Depending on the design of the acoustic converging lens, the rotationally symmetrical body can, however, also be designed to deviate from the conical shape, provided that it tapers continuously in the direction of the radiation surface of the shock wave source in such a way that the portions of a shock wave emanating from the area of the radiation surface adjacent to the acoustic axis of the shock wave source are deflected in such a way that a correction of the imaging errors of the acoustic converging lens is effected.
Sofern es sich bei der als akustisches Ausbreitungsmedium vorgesehenen Flüssigkeit um Wasser handelt, ist es zweckmäßig, den ) rotationssymmetrischen Körper wenigstens im Bereich seiner Mantelfläche aus Metall, z.B. Messing oder Stahl, und die akustische Sammellinse aus Polystyrol zu bilden.If the liquid intended as the acoustic propagation medium is water, it is advisable to form the rotationally symmetrical body, at least in the area of its outer surface, from metal, e.g. brass or steel, and the acoustic collecting lens from polystyrene.
Nach einer Variante uör Erfindung ist als Stoßwellenquelle eine stoßartig antreibbare, insbesondere ebene Membran vorgesehen, deren eine Seite an die Flüssigkeit grenzt und die Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle bildet.According to a variant of the invention, a shock-driven, in particular flat membrane is provided as the shock wave source, one side of which borders on the liquid and forms the radiation surface of the shock wave source.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der rotetionssymmetrische Korper den Ultraschall-Apoplikator &idigr;*«^&igr; Art eines Gehäuses umgibt.One embodiment of the invention provides that the rotationally symmetrical body surrounds the ultrasonic apoplicator in the form of a housing.
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AusfQhrungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the attached drawing. They show:
Fig. 1 einon erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator im Längsschnitt, undFig. 1 shows a shock wave generator according to the invention in longitudinal section, and
Fig. 2 eine Einzelheit eines er findungsgemäßen Stoßwellengenerators im Längsschnitt.Fig. 2 shows a detail of a shock wave generator according to the invention in longitudinal section.
Der Stoßwellengenerator besitzt gemäß der Fig. 1 ein rohrförmiges Gehäuse 1, an dessen einem Ende die insgesamt mit 2 bezeichnete Stoßwellenquelle angeordnet ist. An seinem anderen Ende besitzt das Gehäuse 1 eine Austrittsöffnung 3 fur von der V Stoßwellenquelle Z ausgehend·; Stoßwellen, die mittels eines flexiblen Sacket, 4 verschlossen ist. Der von der Stoßwellenquelle 2, dem Gehäuse 1 und dem flexiblen Sack 4 umschlossene Raum enthält Wasser als akustisches Ausbreitungsmedium fur die von der Stoßwellenquelle 2 ausgehenden Stoßwellen.According to Fig. 1, the shock wave generator has a tubular housing 1, at one end of which the shock wave source, designated as a whole by 2, is arranged. At its other end, the housing 1 has an outlet opening 3 for shock waves emanating from the shock wave source 2 , which is closed by means of a flexible bag 4. The space enclosed by the shock wave source 2, the housing 1 and the flexible bag 4 contains water as an acoustic propagation medium for the shock waves emanating from the shock wave source 2.
Zur Fokussierung der von der Stoßwellenquelle *2 ausgehenden Stoßwellen ist eine akustische Sammellinse 5 vorgesehen, welche die Stoßwellen auf einen auf der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators liegenden Fokus F fokussiert.To focus the shock waves emanating from the shock wave source *2, an acoustic collecting lens 5 is provided, which focuses the shock waves onto a focus F located on the acoustic axis A of the shock wave generator.
Mittels des flexiblen Sackes 4 ist der Stoßwellengenerator an ( einen nicht dargestellten Körper eines Lebewesens zur akustischen Koppelung anpreßbar. Dabei wird der Stoßwellengenerator so angeordnet, daß sich ein im Körper des Lebewesens befindliches, zu zertrümmerndes Konkrement im Fokus F befindet. Dies geschieht mit Hilfe eines auf der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators angeordneten, zu einer Ultraschall-Ortungseinrichtung gehörigen Ultraschall-Appllkators 7, der nur schematisch angedeutet 1st. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen Ultraschall-Sektor-Applikator, der die Erzeugung von Ultraschall-B-Bildern gestattet und der derart angeordnet ist, daß der von ihm abgetastete Sektor die akustische Achse A des Stoßwellengenerators enthält.By means of the flexible bag 4, the shock wave generator can be pressed against a body of a living being (not shown) for acoustic coupling. The shock wave generator is arranged in such a way that a concretion to be broken up in the body of the living being is located in the focus F. This is done with the help of an ultrasound applicator 7 which is arranged on the acoustic axis A of the shock wave generator and belongs to an ultrasound locating device and is only indicated schematically. This is preferably an ultrasound sector applicator which allows the generation of ultrasound B-images and which is arranged in such a way that the sector scanned by it contains the acoustic axis A of the shock wave generator.
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) Als StoBwellenquelle 2 ist eine sogenannte elektro-dynanische StoBvellenquelle vorgesehen, wie sie in der DE-OS 33 28 051 nlher beschrieben ist. Die StoBwellenquelle 2 besitzt eine kreisscheibenfBrmige, ebene Meabran 8 aus eine* elektrisch leitenden Merkstoff, die Mit ihrer einen Seite unmittelbar an das in den Stoßwellengenerator eingeschlossene Nasser grenzt. Der anderen Seite der Menbran 8 gegenüberliegend ist unter Zwischenfügung einer Isolierfolie 9 eine ebene Flächenspule 10 angeordnet, die spiralförmig gewickelt ist und auf einen Spulenträger 11 aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff angebracht ist. Zwischen den spiralförmig verlaufenden Windungen der Flächenk?ule 10 befindet sich eine elektrisch nicht leitende Vergußmasse. , · Die genannten Bauteile der Stoßwellenquelle 2 sind in der Bohv rung eines Montageringes 12 axial unverschieblich aufgenommen, der seinerseits in der Bohrung des rohrförmigen Gehäuses 1 axial unverschieblich aufgenommen ist.) The shock wave source 2 is a so-called electro-dynamic shock wave source, as described in more detail in DE-OS 33 28 051. The shock wave source 2 has a circular disk-shaped, flat membrane 8 made of an electrically conductive material, one side of which borders directly on the water enclosed in the shock wave generator. Opposite the other side of the membrane 8, with an insulating film 9 in between, there is a flat surface coil 10 which is wound in a spiral shape and is attached to a coil carrier 11 made of an electrically non-conductive material. An electrically non-conductive casting compound is located between the spiral windings of the surface coil 10. , · The components of the shock wave source 2 mentioned are accommodated in an axially immovable manner in the bore of a mounting ring 12, which in turn is accommodated in an axially immovable manner in the bore of the tubular housing 1.
Die Flächenspule 10 weist zwei Anschlüsse 13 und 14 auf und ist mittels geeigneter Schaltmittel 15 an eine Hochspannungsversorcung 16 anschaltbar. Diese beaufschlagt die Flächenspule 10 mit Hochspannungsimpulsen. Wird die Flachenspule 10 mit einem Hochspannungsimpuls beaufschlagt, hat dies zur Folge, daß die Flächenspule 10 äußerst schnell ein magnetisches Feld aufbaut. Gleichzeitig wird in die Membran 8 ein Strom induziert, der dem in der Flächenspule 10 fließenden Strom entgegengesetzt ist und ( demzufolge ein magnetisches Gegenfeld erzeugt, unter dessen Wirkung die Membran 8 schlagartig von der Flächenspule 10 wegbewegt wird. Ausgehend von der als Abstrahlfläche 17 wirkenden, an das Wasser angrenzenden Seite der Membran 8 wird dann ein Druckimpuls in das Wasser eingeleitet, der sich auf seinem Weg durch das Wasser zu einer Stoßwelle aufstellt und mittels der akustischen Sammellinse 5 fokussiert wird. Im weiteren wird daher der Einfachheit halber stets der Begriff Stoßwelle verwendet. The surface coil 10 has two connections 13 and 14 and can be connected to a high-voltage supply 16 using suitable switching means 15. This supplies the surface coil 10 with high-voltage pulses. If the surface coil 10 is supplied with a high-voltage pulse, this results in the surface coil 10 building up a magnetic field extremely quickly. At the same time, a current is induced in the membrane 8 which is opposite to the current flowing in the surface coil 10 and ( consequently generates a counter magnetic field, under the effect of which the membrane 8 is suddenly moved away from the surface coil 10. Starting from the side of the membrane 8 which acts as a radiation surface 17 and is adjacent to the water, a pressure pulse is then introduced into the water, which forms a shock wave on its way through the water and is focused by means of the acoustic collecting lens 5. For the sake of simplicity, the term shock wave is therefore always used below.
Zwischen der Abstrahlfläche 17 und der akustischen Sammellinse 5 1st ein sich in Richtung auf die Abstrahlfläche 17 kontinu-Between the radiating surface 17 and the acoustic collecting lens 5 there is a continuous line extending in the direction of the radiating surface 17.
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ierlich verjüngender rotationssymnetrischer Körper angeordnet, der in Falle des dargestellten Ausführungsbeispieles als Kegel 18 ausgeführt ist. Die Mittelachse des Kegels 18, dessen Spitze der Abstrahlfläche 17 zugewandt ist, entspricht der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators, die durch den Mittelpunkt der Abstrahlfläche 17 verläuft. Wie aus der Fig. 1 anhand der Schraffur erkennbar ist, ist der Kegel 18 in Bereich seiner Mantelfläche aus Metall, z.B. Messing oder Stahl, gebildet. Diese Werkstoffe weisen- eine erheblich größere akustische Inpedanz als Wasser auf. Die sphärisch gekrümmte akustische Sannellinse 5 ist aus einen Werkstoff, z.B. Polystyrol, gebildet, dessen Schallgeschwindigkeit größer als die von Wasser ist. Eine solche Linse muß, damit sie tatsächlich als Sammellinse - wirkt, auf wenigstens einer Seite konkav ausgeführt sein. Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispieles ist die Sammellinse 5 bikonkav ausgebildet.A spherically tapered, rotationally symmetrical body is arranged, which in the case of the embodiment shown is designed as a cone 18. The central axis of the cone 18, the tip of which faces the radiation surface 17, corresponds to the acoustic axis A of the shock wave generator, which runs through the center of the radiation surface 17. As can be seen from the hatching in Fig. 1, the cone 18 is made of metal, e.g. brass or steel, in the area of its outer surface. These materials have a considerably greater acoustic impedance than water. The spherically curved acoustic scanning lens 5 is made of a material, e.g. polystyrene, whose speed of sound is greater than that of water. Such a lens must be concave on at least one side in order for it to actually function as a converging lens. In the case of the embodiment shown, the converging lens 5 is biconcave.
Die vom Randbereich der Abstrahlfläche 17 ausgehenden Anteile der Stoßwelle werden durch die bikonkave Sammellinse 5 auf den Fokus F fokussiert, wie dies in der Fig. 1 strlchliert angedeutet ist. In Abwesenheit des Kegels 18 wurden diejenigen Anteile der Stoßwelle, die von dem der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators benachbarten Bereich der Abstrahlfläche 17 ausgehen, infolge der Abbildungsfehler der bikonkaven Sammellinse 5 auf den Fokus F1, der näher bei der Sammellinse 5 liegt,The parts of the shock wave emanating from the edge area of the radiation surface 17 are focused by the biconcave converging lens 5 onto the focus F, as is indicated in Fig. 1 by a streak. In the absence of the cone 18, those parts of the shock wave emanating from the area of the radiation surface 17 adjacent to the acoustic axis A of the shock wave generator were focused onto the focus F 1 , which is closer to the converging lens 5, due to the imaging errors of the biconcave converging lens 5.
, fokussiert, was in der Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Im Falle des erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators werden jedoch die von dem der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators benachbarten Bereich der Abstrahlfläche 17 ausgehenden Anteile der Stoßwelle durch den Kegel 18 in der punktiert angedeuteten Welse derart abgelenkt, daß sie divergierend auf die bikonkave Sammellinse 5 treffen, was dazu führt, daß auch diese Anteile der Stoßwelle auf den Fokus F fokussiert werden. Im Falle des erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators sind somit die Abbildungsfehler der bikonkaven Sammellinse 5 korrigiert, so daß euch bei Öffnungswinkeln ß von mehr als 55* keine unzulässigen Abbildungsfehler auftreten., which is indicated in dash-dotted lines in Fig. 1. In the case of the shock wave generator according to the invention, however, the parts of the shock wave emanating from the area of the radiation surface 17 adjacent to the acoustic axis A of the shock wave generator are deflected by the cone 18 in the dotted line in such a way that they hit the biconcave collecting lens 5 in a divergent manner, which means that these parts of the shock wave are also focused on the focus F. In the case of the shock wave generator according to the invention, the imaging errors of the biconcave collecting lens 5 are thus corrected, so that no unacceptable imaging errors occur at opening angles ß of more than 55*.
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( ) Wie aus der Flg. 1 ersichtlich ist, ist der Kegel 18 an seinem der akustischen Sammellinse 5 benachbarten Ende mit einer Öffnung 19 versehen, in der der Ultraschall-Applikator 7 angeordnet ist. Da der Hantel des Kegels 18 aus einem Metall besteht, dessen akustische Impedanz erheblich größer als die von Wasser ist, .ist der Ultraschall-Applikator 7 vor der Einwirkung der Stoßwellen weitestgehend geschützt. In seinem Inneren besteht der Kegel 18 aus einem Kunststoffschaum 20, in dem diejenigen Anteile der von dem Stoßwellengenerator abgegebenen Stoßwellen, die den Mantel des Kegels 18 durchdringen, absorbiert werden. Der Ultraschall-Applikator 7 steht über elektrische Leitungen, von denen der Einfachheit halber nur eine dargestellt und mit 21 bezeichnet ist, mit einer nicht dargestellten, an sich be-( ) As can be seen from Fig. 1, the cone 18 is provided with an opening 19 at its end adjacent to the acoustic collecting lens 5, in which the ultrasound applicator 7 is arranged. Since the dumbbell of the cone 18 consists of a metal whose acoustic impedance is considerably greater than that of water, the ultrasound applicator 7 is largely protected from the effects of the shock waves. In its interior, the cone 18 consists of a plastic foam 20 in which those parts of the shock waves emitted by the shock wave generator which penetrate the shell of the cone 18 are absorbed. The ultrasound applicator 7 is connected via electrical lines, of which only one is shown for the sake of simplicity and is designated 21, to a not shown, in itself
^ kannten elektronischen Einrichtung in Verbindung, die zur Steuerung des Uitraschall-Applikators 7 und zur Darstellung der erzeugten Ultraschall-Bilder dient.^ known electronic device which serves to control the ultrasound applicator 7 and to display the ultrasound images generated.
Auch wenn keine Ultraschall-Ortungseinrichtung vorhanden ist, kann der Kegel 18 die öffnung 19 aufweisen, die dann mit Wasser gefüllt ist. Wie Versuche gezeigt haben, ist auch dann eine ordnungsgemäße Funktion des Stoßwellengenerators gewährleistet.Even if no ultrasonic locating device is present, the cone 18 can have the opening 19, which is then filled with water. As tests have shown, proper functioning of the shock wave generator is guaranteed even then.
In ihrem zentralen Bereich, der infolge des Kegels 18 ohnehin nicht mit Stoßwellen beaufschlagt wird, weist die akustische Sammellinse 5 eine Bohrung 22 au?, die den ungestörten Diirch-) tritt der von dem Ultraschall-Applikator 7 ausgesandten Ultraschallwellen ermöglicht.In its central area, which is not exposed to shock waves anyway due to the cone 18, the acoustic collecting lens 5 has a bore 22 which allows the undisturbed passage of the ultrasonic waves emitted by the ultrasonic applicator 7.
Der Kegel 18 mit dem darin enthaltenen Ultraschall-Applikator ist mittels eines insgesamt mit 23 bezeichneten Halterungsteiles in dem Gehäuse 1 gehaltert. Das Halterungsteil 23 weist einen von dem in dem Stoßwellengenezator befindlichen Wasser umgebenen, sich in Richtung auf die akustische Sammellinse 5 erstreckenden rohrförmigen Abschnitt 24 auf, der an seinem von der akustischen Sammellinse 5 abgewandter» Ende mittels eines Montageringes 25 mit der inneren Wandung des Gehäuses 1 verbunden ist. An dem der akustischen Sammellinse 5 benachbarten EndeThe cone 18 with the ultrasound applicator contained therein is held in the housing 1 by means of a holding part designated overall by 23. The holding part 23 has a tubular section 24 which is surrounded by the water in the shock wave generator and extends in the direction of the acoustic collecting lens 5 and which is connected to the inner wall of the housing 1 by means of a mounting ring 25 at its end facing away from the acoustic collecting lens 5.
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des rohrförmigen Abschnittes 24 weist das Halterungsteil 23 mehrere sich in Richtung auf die akustische Achse A des Stoßwellengönerators erstreckende Arme 26 auf, an denen der den Ultraschall-Applikator 7 enthaltende Kegel 18 befestigt ist. Die Arme 26 bestehen aus einem Werkstoff, z.B. Polyamid, dessen akustische Impedanz im wesentlichen der von Masser entspricht, so daß eine Störung der Ausbreitung der Stoßwellen durch die Arme 26 vermieden ist. Der rohrförmige Abschnitt 24 des Halterungsteiles 23 ist aus einem Werkstoff gebildet, dessen akustisehe Impedanz wesentlich größer als die von Wasser ist, z.B. aus einem Metall wie Stahl. Der rohrförmige Abschnitt 24 weist einen kreisringförmigen Querschnitt auf, der hinsichtlich seines inneren Durchmessers an den Durchmesser der Abstrahlfläche ^ 17 angepaßt ist. Außerdem ist der rohrförmige Abschnitt 24 fluchtend zu der Abstrahlfläche 17 angeordnet, d.h. seine Mittelachse entspricht der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators, Infolge des rohrförmigen Abschnittes 24 des Halterungsteiles 23 wird eine Steigerung der Fokussierungsleistung erzielt. of the tubular section 24, the support part 23 has several arms 26 extending in the direction of the acoustic axis A of the shock wave generator, to which the cone 18 containing the ultrasound applicator 7 is attached. The arms 26 consist of a material, e.g. polyamide, whose acoustic impedance essentially corresponds to that of mass, so that interference with the propagation of the shock waves by the arms 26 is avoided. The tubular section 24 of the support part 23 is made of a material whose acoustic impedance is significantly greater than that of water, e.g. a metal such as steel. The tubular section 24 has a circular cross-section, the inner diameter of which is adapted to the diameter of the radiation surface 17. In addition, the tubular section 24 is arranged flush with the radiation surface 17, i.e. its central axis corresponds to the acoustic axis A of the shock wave generator. As a result of the tubular section 24 of the mounting part 23, an increase in the focusing performance is achieved.
In der Fig. 2 ist eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators dargestellt, der sich von dem zuvor beschriebenen lediglich dadurch unterscheidet, daß der Kegel 18, der wieder an seinem der Sammellinse 5 zugewandten Ende die öffnung 19 aufweist, den wesentlichen mechanischen Teilen des Ultra-( schall-Applikators 7, es handelt sich hierbei um einen mechanischen Ultraschall-Sektor-Applikator, als Gehäuse dient.In Fig. 2, a detail of a shock wave generator according to the invention is shown, which differs from the one previously described only in that the cone 18, which again has the opening 19 at its end facing the collecting lens 5, serves as a housing for the essential mechanical parts of the ultrasound applicator 7, which is a mechanical ultrasound sector applicator.
Der Ultraschall-Applikator 7 weist einen Ultraschall-Schwinger 27, z.B. ein lineares Ultraschall-Array, auf, der an einem Tragkörper 28 angebracht ist. Dieser ist auf einer mit dem Kegel 18 verbundenen Achse 29 derart gelagert, daß er gemeinsam mit dem Ultraschall-Schwinger 27 eine oszillierende Schwenkbewegung ausführen kann, die durch den Doppelpfeil X angedeutet ist. Die beiden Endstellungen des Ultraschall-Schwingers 27 sind in Fig. 2 dargestellt, eine davon in strichlierten Linien. Zum Antrieb des Tragkörpers 28 und des Ultraschall-SchwingersThe ultrasound applicator 7 has an ultrasound oscillator 27, e.g. a linear ultrasound array, which is attached to a supporting body 28. This is mounted on an axis 29 connected to the cone 18 in such a way that it can perform an oscillating pivoting movement together with the ultrasound oscillator 27, which is indicated by the double arrow X. The two end positions of the ultrasound oscillator 27 are shown in Fig. 2, one of them in dashed lines. To drive the supporting body 28 and the ultrasound oscillator
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27 ist eine Koppelstange 30 vorgesehen, die gelenkig an dem Tragkörper 28 befestigt ist und mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung angetrieben wird. Die Koppelstange 30 erstreckt sich durch in dem Kegel 18 und in dem rohrförmigen Abschnitt des Halterungsteiles vorgesehenen Durchbrüche 31 bzw. 32. Sie ist in nicht näher dargestellter Weise flüssigkeitsdicht durch das Gehäuse 1 nach außen geführt, wo sich die erwähnte Antriebseinrichtung befindet. Der Innenraum des Kegels 18 ist mit Wasser gefüllt, in dem sich die Bauteile des Ultraschall-Applikators 7 befinden.27, a coupling rod 30 is provided which is attached in an articulated manner to the supporting body 28 and is driven by means of a drive device not shown. The coupling rod 30 extends through openings 31 and 32 provided in the cone 18 and in the tubular section of the holding part. It is guided in a liquid-tight manner not shown through the housing 1 to the outside, where the mentioned drive device is located. The interior of the cone 18 is filled with water in which the components of the ultrasound applicator 7 are located.
28 angebrachte Ultraschall-Wandler die zur Erzeugung von Ultraschall-B-Bildern erforderliche, bereits beschriebene oszillierende Schwenkbewegung aus. Der Ultraschall-Schwinger 27 ist so angeordnet, daß die abgetastete Ebene die akustische Achse A des Stoßwellengenerators enthalt.The ultrasound transducer mounted on the 28 carries out the previously described oscillating movement required to generate ultrasound B-images. The ultrasound oscillator 27 is arranged in such a way that the scanned plane contains the acoustic axis A of the shock wave generator.
im Falle der Ausführungsbeispiele ist jeweils eine nach dem elektro-dynamischen Prinzip wirkende Stoßwellenquelle 2 vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere, z.B. piezoelektrische Stoßwellenquellen Verwendung finden.In the case of the embodiments, a shock wave source 2 operating according to the electrodynamic principle is provided. However, other shock wave sources, e.g. piezoelectric ones, can also be used within the scope of the invention.
10 Schutzansprüche
2 Figuren10 Protection claims
2 figures
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE8809253U DE8809253U1 (en) | 1988-07-19 | 1988-07-19 | Shock wave generator for contactless destruction of concretions in the body of a living being |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8809253U DE8809253U1 (en) | 1988-07-19 | 1988-07-19 | Shock wave generator for contactless destruction of concretions in the body of a living being |
Publications (1)
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| DE8809253U1 true DE8809253U1 (en) | 1989-11-16 |
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ID=6826120
Family Applications (1)
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| DE8809253U Expired DE8809253U1 (en) | 1988-07-19 | 1988-07-19 | Shock wave generator for contactless destruction of concretions in the body of a living being |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8809253U1 (en) |
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1988
- 1988-07-19 DE DE8809253U patent/DE8809253U1/en not_active Expired
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