EA046790B1

EA046790B1 - METHOD FOR DETERMINING THE OPTIMAL FREQUENCY OF VIBRATIONAL MOTION OF A PROJECTILE WITH FORCE ACCELERATION OF AN INTRACORPORAL LITHOTRIPSY DEVICE

Info

Publication number: EA046790B1
Application number: EA202293171
Authority: EA
Inventors: Томас Хиндинг; Бернхард Гльогглеер
Original assignee: Карл Шторц Се Энд Ко. Кг
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2024-04-23

Description

Изобретение относится к методу определения оптимальной частоты колебательного движения снаряда с силовым ускорением аппарата для интракорпоральной литотрипсии и соответствующего аппарата для литотрипсии.The invention relates to a method for determining the optimal frequency of oscillatory motion of a projectile with force acceleration of an apparatus for intracorporeal lithotripsy and a corresponding apparatus for lithotripsy.

Литотрипсия - это известный на сегодняшний день метод дезинтеграции камней, которые также называют конкрементами, в мочевыводящих путях, почках и/или мочевом пузыре. Большинство устройств литотрипсии используют ультразвук, лазер или пневматические источники энергии для дезинтеграции таких камней.Lithotripsy is a currently known method for the disintegration of stones, also called calculi, in the urinary tract, kidneys and/or bladder. Most lithotripsy devices use ultrasound, laser, or pneumatic energy sources to disintegrate such stones.

Известный на сегодняшний день литотриптер содержит вал, который соединен с электрически управляемым драйвером или пневматическим приводом. Вал вводится в анатомию пациента в точке, близкой к камню, и через вал посылается волновая форма для разрушения камня валом и создания пневматического молотка или воздействия на камень, в результате чего камень фрагментируется на более мелкие, легко удаляемые элементы, которые затем могут быть удалены с помощью всасывающегопромывочного насоса. Это метод интракорпоральной литотрипсии.The lithotripter known today contains a shaft that is connected to an electrically controlled driver or a pneumatic actuator. The shaft is inserted into the patient's anatomy at a point close to the stone, and a waveform is sent through the shaft to break the stone with the shaft and create a pneumatic hammer or impact on the stone, causing the stone to fragment into smaller, easily removable elements, which can then be removed with using a suction flush pump. This is a method of intracorporeal lithotripsy.

Для того чтобы можно было максимально эффективно спроектировать дезинтеграцию камня, известно сочетание двух систем, например методы с использованием ультразвука и пневматически генерируемого механического удара.In order to design stone disintegration as efficiently as possible, a combination of two systems is known, for example methods using ultrasound and pneumatically generated mechanical shock.

Известно также, что ультразвуковая и пневматическая системы могут работать независимо или вместе. Если они работают вместе и снаряд с пневматическим приводом ударяется о сонотрод, это приводит к помехам в работе ультразвукового генератора. Если снаряд ударяется о сонотрод, удар также воздействует на пьезоэлемент, генерирующий ультразвуковые волны, так что в генераторе индуцируется напряжение.It is also known that ultrasonic and pneumatic systems can operate independently or together. If they work together and the pneumatically driven projectile hits the sonotrode, it will interfere with the operation of the ultrasonic generator. If the projectile hits the sonotrode, the impact also affects the piezo element that generates the ultrasonic waves, so that a voltage is induced in the generator.

В случае некоторых систем литотрипсии из-за этого вмешательства управление больше не может поддерживаться, в этот момент появляется сообщение об ошибке, и систему необходимо перезапустить.In the case of some lithotripsy systems, due to this intervention, control can no longer be maintained, at which point an error message appears and the system must be restarted.

Известно, что в случае пневматической системы удары, обладающие как можно более высокой энергией, должны достигаться с частотой, которая является как можно более высокой или оптимальной. Известно также, что давление, масса и путь ускорения существенно влияют на энергию, которая выделяется при ударе снаряда о сонотрод.It is known that in the case of a pneumatic system, blows having the highest possible energy should be achieved with a frequency that is as high or optimal as possible. It is also known that pressure, mass and acceleration path significantly affect the energy that is released when a projectile hits a sonotrode.

Задачей настоящего изобретения является улучшение уровня техники. В частности, объектом изобретения является комбинированная литотриптерно-ультразвуковая-пневматическая система, которая функционирует без помех. Например, еще одним объектом изобретения является такая комбинированная система, которая максимизирует силу дезинтеграции снаряда, используемого в пневматической системе. В частности, еще одним объектом изобретения является такая комбинированная система, которая максимизирует частоту повторного ускорения используемого снаряда.The object of the present invention is to improve the state of the art. In particular, the object of the invention is a combined lithotripter-ultrasound-pneumatic system that operates without interference. For example, another aspect of the invention is such a combination system that maximizes the disintegration force of a projectile used in a pneumatic system. In particular, another object of the invention is such a combination system that maximizes the re-acceleration frequency of the projectile used.

Эта цель достигается с помощью метода определения оптимальной частоты колебательного движения снаряда с силовым ускорением, имеющего признаки независимого п. 1. Предпочтительные дальнейшие усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Прежде всего, будет объяснена следующая терминология:This goal is achieved using a method for determining the optimal frequency of oscillatory motion of a projectile with force acceleration, which has the features of independent claim 1. Preferred further improvements of the invention are indicated in the dependent claims of the invention. First of all, the following terminology will be explained:

Настоящий метод определения оптимальной частоты колебательного движения снаряда с силовым ускорением аппарата интракорпоральной литотрипсии, в частности аппарата литотрипсии, можно также понимать, помимо прочего, как метод тестирования, калибровки, настройки или оптимизации функциональности аппарата литотрипсии. В частности, метод не осуществляется во время хирургического вмешательства. Метод осуществляется, например, на производственном предприятии либо до, либо, соответственно, после хирургического вмешательства.The present method for determining the optimal frequency of oscillatory motion of a projectile with force acceleration of an intracorporeal lithotripsy apparatus, in particular a lithotripsy apparatus, can also be understood, among other things, as a method for testing, calibrating, tuning or optimizing the functionality of a lithotripsy apparatus. In particular, the method is not carried out during surgery. The method is carried out, for example, in a production plant either before or, respectively, after surgery.

Терминология оптимальная частота колебательного движения снаряда с силовым ускорением при интракорпоральной, в частности пневматической, литотрипсии может быть понята в данном случае как максимальная частота. Даже если частота только оптимизирована, в данном случае упоминается оптимальная частота.Terminology: the optimal frequency of oscillatory motion of a projectile with force acceleration during intracorporeal, in particular pneumatic, lithotripsy can be understood in this case as the maximum frequency. Even if the frequency is only optimized, the optimum frequency is mentioned here.

В случае настоящей литотрипсии снаряд, проходящий в закрытом пространстве, ускоряется от первого конца пространства до второго конца пространства таким образом, что снаряд тормозится на втором конце. При быстром торможении снаряда высвобождается энергия удара, которая передается через снаряд наружу к рожку и закрепленному на нем сонотроду. После торможения снаряда он предпочтительно перемещается обратно от второго конца к первому концу, после чего снаряд снова может быть ускорен в другом направлении. Повторное перемещение снаряда от первого конца ко второму концу и обратно обозначается в данном случае как колебательное движение.In the case of true lithotripsy, a projectile passing through a closed space is accelerated from the first end of the space to the second end of the space in such a way that the projectile is decelerated at the second end. When the projectile is rapidly decelerated, impact energy is released, which is transmitted through the projectile outward to the horn and the sonotrode attached to it. After the projectile is decelerated, it preferably moves back from the second end to the first end, after which the projectile can be accelerated again in the other direction. The repeated movement of the projectile from the first end to the second end and back is designated in this case as oscillatory motion.

Прямой контакт наконечника сонотрода с разрушаемым конкрементом имеет решающее значение для передачи энергии удара.Direct contact of the sonotrode tip with the fractured stone is critical for the transfer of impact energy.

Пьезоэлемент предпочтительно работает в резонансе с рожком и сонотродом для генерирования ультразвуковых волн.The piezo element preferably operates in resonance with the horn and sonotrode to generate ultrasonic waves.

Аппарат для проведения литотрипсии представляет собой устройство для проведения литотрипсии, в частности, портативное устройство с эндоскопом.A lithotripsy apparatus is a device for performing lithotripsy, specifically a portable device with an endoscope.

Ультразвуковая частота пьезоэлемента предпочтительно составляет 27 кГ ц. Ультразвуковой сигнал предпочтительно генерируется с помощью генератора сигналов.The ultrasonic frequency of the piezoelectric element is preferably 27 kHz. The ultrasonic signal is preferably generated using a signal generator.

- 1 046790- 1 046790

Траектория ускорения в данном случае представляет собой отдельную пространственную область, в которой снаряд может ускоряться от одного конца к другому концу. Снаряд может скользить вперед и назад в пределах этой пространственной области свободно и предпочтительно с небольшим трением.The acceleration trajectory in this case is a separate spatial region in which the projectile can accelerate from one end to the other end. The projectile can slide back and forth within this spatial region freely and preferably with little friction.

Предпочтительно путь ускорения частично проходит в рожке. Конец пути ускорения предпочтительно соединен с сонотродом на втором упоре.Preferably, the acceleration path partly passes through the horn. The end of the acceleration path is preferably connected to the sonotrode at a second stop.

Контрподшипник предпочтительно является отражателем ультразвуковых волн. Рожок используется для передачи ультразвуковых волн, генерируемых пьезоэлементом, на сонотрод, используемый в качестве волновода. В то же время контрподшипники рожка служат механическим держателем для ускорительного тракта, который расположен внутри отражателя и рожка.The counter bearing is preferably an ultrasonic wave reflector. The horn is used to transmit ultrasonic waves generated by the piezoelectric element to the sonotrode, which is used as a waveguide. At the same time, the horn counter-bearings serve as a mechanical holder for the acceleration path, which is located inside the reflector and horn.

Контрподшипники/или рожки имеют, в частности, полуцилиндрическую форму.The counter bearings/or horns are in particular semi-cylindrical in shape.

Когда ускоренный снаряд тормозится на первой или второй остановке, возникает толчок, который также заставляет вибрировать пьезоэлемент в результате механической связи. Благодаря пьезоэлектрическому эффекту это вибрация вызывает напряжение, которое индуцируется на концах пьезоэлемента и может быть обнаружено с помощью электронной схемы. При ударе снаряда в пьезоэлементе возникает высокое напряжение, которое нарушает резонансную частоту ультразвукового генератора. Присутствующая в нем электроника должна перенастроиться, чтобы снова войти в резонанс. Эта перенастройка может быть использована в качестве сигнала для определения положения снаряда.When the accelerated projectile is decelerated at the first or second stop, a shock is generated, which also causes the piezo element to vibrate as a result of mechanical coupling. Due to the piezoelectric effect, this vibration causes a voltage that is induced at the ends of the piezo element and can be detected by an electronic circuit. When a projectile hits, a high voltage arises in the piezoelectric element, which disrupts the resonant frequency of the ultrasonic generator. The electronics present must realign in order to resonate again. This realignment can be used as a signal to determine the position of the projectile.

Основная идея изобретения заключается в использовании информации, которая может быть получена из этого электрического сигнала, например, времени или периодов появления индуцированного напряжения, для регулирования временного приведения в действие средства, ускоряющего снаряд, таким образом, чтобы сила, передаваемая от снаряда к конкременту, подлежащему разрушению, была максимальной и/или частота колебаний снаряда во внутренней части на пути ускорения была максимальной и/или оптимизированной.The basic idea of the invention is to use the information that can be obtained from this electrical signal, for example, the time or periods of occurrence of the induced voltage, to control the temporary actuation of the projectile accelerating means, so that the force transmitted from the projectile to the stone being destruction, was maximum and/or the frequency of oscillation of the projectile in the internal part along the acceleration path was maximum and/or optimized.

Другой основной идеей изобретения является, в частности, использование пьезоэлемента, который используется для генерации ультразвуковых волн, в качестве датчика для оптимизации движения снаряда внутри на пути ускорения.Another main idea of the invention is, in particular, the use of a piezoelectric element, which is used to generate ultrasonic waves, as a sensor to optimize the movement of the projectile inside along the acceleration path.

Снаряд может быть ускорен с помощью сжатого воздуха, электромагнитной силы или механического устройства. Среда, создающая силу, может быть сжатым воздухом, электромагнитным полем или механическим устройством. Термин среда используется в данном случае в значении среда, которое передает силу от первого предмета ко второму. Термин среда, которая генерирует силу может пониматься в данном случае как любое устройство, любой материал или любое физическое поле или сила в вышеуказанном смысле. Устройством для ускорения снаряда может быть, например, рельсовая пушка. Альтернативно или дополнительно для ускорения снаряда могут использоваться, например, механические устройства.The projectile can be accelerated using compressed air, electromagnetic force, or a mechanical device. The force-producing medium can be compressed air, an electromagnetic field, or a mechanical device. The term medium is used in this case to mean medium, which transfers force from the first object to the second. The term medium that generates force can be understood in this case as any device, any material or any physical field or force in the above sense. The device for accelerating the projectile can be, for example, a rail gun. Alternatively or additionally, for example, mechanical devices can be used to accelerate the projectile.

Пьезоэлемент может быть возбужден ультразвуковой частотой. Для этого пьезоэлемент предпочтительно подключается к генератору сигналов, который генерирует ультразвуковую частоту.The piezoelectric element can be excited by ultrasonic frequency. For this purpose, the piezoelectric element is preferably connected to a signal generator that generates an ultrasonic frequency.

Траектория ускорения может быть реализована с помощью участка трубы, где первый конец участка трубы имеет первый упор, а второй конец участка трубы имеет второй упор. Секция трубы предпочтительно имеет полую цилиндрическую форму.The acceleration path may be implemented using a pipe section, where a first end of the pipe section has a first stop and a second end of the pipe section has a second stop. The pipe section preferably has a hollow cylindrical shape.

Первый клапан может использоваться для подачи сжатого воздуха в участок трубы таким образом, что снаряд ускоряется от первого упора до второго упора. В частности, источник сжатого воздуха соединен с первым упором, т.е. с первым концом участка трубы, посредством обратного клапана. Кроме того, воздух, вытесняемый снарядом, может буферизироваться в камере хранения, которая находится отдельно от пути ускорения и/или участка трубы. Такая буферизация предпочтительно является временной. После закрытия первого клапана буферизованный сжатый воздух может быть использован для ускорения снаряда от второго упора до первого.The first valve may be used to supply compressed air to a section of pipe such that the projectile is accelerated from the first stop to the second stop. In particular, a source of compressed air is connected to the first stop, i.e. with the first end of the pipe section, by means of a check valve. In addition, the air displaced by the projectile may be buffered in a storage chamber that is separate from the acceleration path and/or pipe section. Such buffering is preferably temporary. Once the first valve is closed, buffered compressed air can be used to accelerate the projectile from the second stop to the first.

Для сжатого воздуха можно использовать давление от 0,5 до 5 бар.For compressed air, a pressure of 0.5 to 5 bar can be used.

В частности, второй клапан, расположенный между участком трубы и/или траекторией ускорения и камерой хранения, автоматически открывается после закрытия первого клапана, чтобы разогнать снаряд от второго упора до первого.In particular, a second valve located between the pipe section and/or acceleration path and the storage chamber is automatically opened after the first valve is closed to accelerate the projectile from the second stop to the first.

Первый клапан закрывается, в частности, после того, как снаряд достигнет второго упора.The first valve closes, in particular, after the projectile reaches the second stop.

Электрический сигнал пьезоэлемента может представлять собой сигнал питания, который может быть измерен с помощью катушки. Таким образом, электрический сигнал может быть эффективно обнаружен с малыми потерями от цепи, включенной в пьезоэлемент. Здесь может быть использован принцип токового зажима.The electrical signal of the piezoelectric element may be a power signal, which can be measured using a coil. Thus, the electrical signal can be efficiently detected with low losses from the circuit included in the piezoelectric element. The current clamp principle can be used here.

В соответствии с методом согласно изобретению, сигнал питания, измеренный на пьезоэлементе, может также подвергаться частотной фильтрации, чтобы сохранить диапазон частот, в котором находится частота при работе пьезоэлемента, вдали от цепи, в которой измеренный сигнал питания подвергается дальнейшей обработке. Такой фильтр может быть, например, RC-, RL- или RLC-цепью.According to the method of the invention, the power signal measured at the piezoelectric element may also be frequency filtered in order to keep the frequency range in which the operating frequency of the piezoelectric element occurs away from the circuit in which the measured power signal is further processed. Such a filter can be, for example, an RC, RL or RLC circuit.

В частности, частотно-фильтрованный сигнал питания выпрямляется для получения аналогового сигнала.Specifically, the frequency-filtered power signal is rectified to produce an analog signal.

Для этого может быть использован выпрямитель или один из типов выпрямителей. Например, исFor this purpose, a rectifier or one of the types of rectifiers can be used. For example, is

- 2 046790 пользуется буферная схема.- 2 046790 uses a buffer circuit.

Кроме того, можно определить по меньшей мере одно пороговое значение выпрямленного частотно-фильтрованного сигнала питания, которое соответствует достижению снарядом первого или второго упора. Таким образом, в зависимости от силы тока, который генерирует снаряд при ударе о пьезоэлемент, можно определить, попал ли он в первый проксимальный или второй дистальный упор. Время, в которое происходит соответствующая остановка, предпочтительно также может быть определено по сигналу. Информация о местоположении дистальная в данном случае понимается как точка на медицинском устройстве, которая удалена от пользователя или оператора. Информация о местоположении проксимальная в данном случае понимается как точка на медицинском устройстве, которая находится близко к пользователю или оператору.In addition, at least one threshold value of the rectified frequency-filtered power signal may be determined that corresponds to the projectile reaching the first or second stop. Thus, depending on the current that the projectile generates when it hits the piezoelectric element, it can be determined whether it hit the first proximal or second distal stop. The time at which the corresponding stop occurs can advantageously also be determined by a signal. Distal location information in this case is understood as a point on a medical device that is distant from the user or operator. Proximal location information in this case is understood as the point on the medical device that is close to the user or operator.

Микроконтроллер может быть использован для оценки выпрямленного, частотно-фильтрованного сигнала питания и для оценки определенных пороговых значений. Микроконтроллер может проводить здесь тесты на правдоподобность, чтобы минимизировать неправильные измерения или ошибки измерения или соответственно исключить их.The microcontroller can be used to evaluate the rectified, frequency-filtered power signal and to evaluate certain threshold values. The microcontroller can perform plausibility tests here to minimize or eliminate incorrect measurements or measurement errors.

Метод может быть осуществлен с помощью регулирования таким образом, что колебание напряжения, вызванное толчком или ударом снаряда при первой остановке, регулируется до заранее определенного значения. Заданное значение может быть наименьшим значением, которое отличается от нуля и которое может быть определено с помощью настоящей электроники. Регулирование может быть, например, двухточечным, при котором предопределенное значение является целевым значением, а фактическое значение перемещается вокруг целевого значения. Регулирование вызывает, в частности, в зависимости от фактического значения, более раннее или более позднее срабатывание второго клапана, который может выпускать сжатый воздух, буферизованный в камере хранения, таким образом, что снаряд ускоряется от второго упора до первого упора.The method can be carried out by regulation in such a way that the voltage fluctuation caused by the push or impact of the projectile at the first stop is adjusted to a predetermined value. The set value may be the smallest value that is different from zero and that can be determined using actual electronics. The control can be, for example, point-to-point, where the predetermined value is the target value and the actual value moves around the target value. The control causes, in particular, depending on the actual value, an earlier or later operation of the second valve, which can release the compressed air buffered in the storage chamber, such that the projectile is accelerated from the second stop to the first stop.

В другом аспекте изобретение достигается с помощью аппарата для литотрипсии. Аппарат для литотрипсии подходит, в частности, для осуществления описанного выше метода.In another aspect, the invention is achieved using a lithotripsy apparatus. The lithotripsy apparatus is particularly suitable for carrying out the method described above.

Аппарат для литотрипсии имеет пьезоэлемент, расположенный между проксимально расположенным контрподшипником и дистально расположенным рожком, где пьезоэлемент механически соединен с контрподшипником и рожком. В этом случае полый цилиндрический ускорительный путь расположен внутри контрподшипника и рожка и имеет на проксимальном конце контрподшипника первый упор, а на дистальном конце рожка - второй упор.The lithotripsy apparatus has a piezoelectric element located between a proximally located counter-bearing and a distal horn, where the piezoelectric element is mechanically connected to the counter-bearing and the horn. In this case, a hollow cylindrical acceleration path is located inside the counter bearing and horn and has a first stop at the proximal end of the counter bearing and a second stop at the distal end of the horn.

Проксимальный конец пути ускорения имеет, в частности, источник сжатого воздуха, соединенный с ним посредством первого клапана.The proximal end of the acceleration path has, in particular, a source of compressed air connected to it by means of a first valve.

В частности, снаряд расположен во внутренней части ускорительного пути, причем этот снаряд спроектирован и сконфигурирован для ускорения с помощью сжатого воздуха источника сжатого воздуха от первого упора до второго упора и для ускорения с помощью сжатого воздуха, вытесненного снарядом и буферизованного в камере хранения от второго упора до первого упора. Второй клапан может быть расположен между накопительной камерой и траекторией ускорения.In particular, the projectile is located in the interior of the acceleration path, the projectile being designed and configured to be accelerated by compressed air from a source of compressed air from a first stop to a second stop and to be accelerated by compressed air displaced by the projectile and buffered in a storage chamber from the second stop to the first stop. The second valve may be located between the storage chamber and the acceleration path.

Сонотрод, выполненный в виде волновода, расположен, в частности, на дистальном конце рожка.The sonotrode, made in the form of a waveguide, is located, in particular, at the distal end of the horn.

В этом случае проксимальный конец сонотрода механически соединен со вторым упором ускорительного пути.In this case, the proximal end of the sonotrode is mechanically connected to the second stop of the acceleration path.

Аппарат для литотрипсии в данном случае сконструирован и настроен, в частности, таким образом, что электрический сигнал пьезоэлемента, вызванный вибрацией первого и/или второго упора в результате попадания снаряда, может быть обнаружен и использован для регулирования сжатого воздуха источника сжатого воздуха.The lithotripsy apparatus in this case is designed and configured, in particular, in such a way that the electrical signal of the piezoelectric element caused by the vibration of the first and/or second stop as a result of the impact of the projectile can be detected and used to regulate the compressed air of the compressed air source.

Изобретение будет более подробно описано ниже на основе примерного варианта осуществления, в котором:The invention will be described in more detail below based on an exemplary embodiment in which:

на фиг. 1 показана схематическая иллюстрация аппарата для литотрипсии в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;in fig. 1 is a schematic illustration of a lithotripsy apparatus in accordance with one embodiment of the invention;

на фиг. 2 показано измерение электрической мощности сигнала, подаваемого на пьезоэлемент, в зависимости от времени, в течение которого выполняется метод в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;in fig. 2 shows a measurement of the electrical power of a signal applied to a piezoelectric element as a function of the time during which a method in accordance with one embodiment of the invention is performed;

на фиг. 3 показана блок-схема метода согласно п.1.in fig. Figure 3 shows a block diagram of the method according to paragraph 1.

Аппарат литотрипсии 100 служит для осуществления метода определения оптимальной частоты колебательного движения снаряда, вызванного сжатым воздухом. Аппарат литотрипсии 100 может, например, представлять собой портативное устройство с сонотродом, прикрепленным к дистальному концу портативного устройства, при этом сонотрод имеет гибкий волноводный вал.The lithotripsy apparatus 100 is used to implement a method for determining the optimal frequency of the oscillatory motion of the projectile caused by compressed air. The lithotripsy apparatus 100 may, for example, be a portable device with a sonotrode attached to a distal end of the portable device, the sonotrode having a flexible waveguide shaft.

Аппарат литотрипсии 100 имеет пьезоэлемент 130, расположенный между проксимально расположенным контрподшипником 110 и дистально расположенным рожком 120. В этом случае пьезоэлемент 130 механически соединен с контрподшипником 110 и рожком 120. Пьезоэлемент 130 подвергается воздействию ультразвука частотой около 27 кГц с помощью генератора сигнала, не показанного на фигуре.The lithotripsy apparatus 100 has a piezoelectric element 130 positioned between a proximal counter-bearing 110 and a distal horn 120. In this case, the piezoelectric element 130 is mechanically coupled to the counter-bearing 110 and horn 120. The piezoelectric element 130 is exposed to ultrasound at a frequency of approximately 27 kHz using a signal generator not shown. figure.

Контрподшипник 110 и пьезоэлемент 130 имеют полуцилиндрическую форму. Рожок 120 имеетThe counter bearing 110 and the piezo element 130 have a semi-cylindrical shape. Horn 120 has

- 3 046790 вращательно-симметричную форму с цилиндрическим углублением вдоль центральной продольной оси. Проксимальный конец рожка 120 имеет такой же внешний диаметр, как и пьезоэлемент 130. Начиная с проксимального конца рожка 120, внешний диаметр рожка сначала остается постоянным на протяжении заранее определенного пути, а затем асимптотически уменьшается до значения диаметра, которое несколько больше диаметра цилиндрического углубления во внутренней части рожка 120.- 3 046790 rotationally symmetrical shape with a cylindrical recess along the central longitudinal axis. The proximal end of the horn 120 has the same outer diameter as the piezo element 130. Starting at the proximal end of the horn 120, the outer diameter of the horn first remains constant along a predetermined path and then asymptotically decreases to a diameter value that is slightly larger than the diameter of the cylindrical recess in the inner horn parts 120.

В данном случае контрподшипник 110 выполняет функцию отражателя ультразвуковых волн, генерируемых пьезоэлементом 130. Форма рожка 120 и/или контрподшипника 110 обеспечивает оптимальное направление поперечных и вращательных колебаний, как и продольных колебаний, к дистальному концу сонотрода 170. Преимуществом здесь является то, что сонотрод 170 и рожок 120 состоят из материалов практически с одинаковым акустическим сопротивлением.In this case, the counter-bearing 110 functions as a reflector of ultrasonic waves generated by the piezoelectric element 130. The shape of the horn 120 and/or the counter-bearing 110 ensures that transverse and rotational vibrations, as well as longitudinal vibrations, are optimally directed towards the distal end of the sonotrode 170. An advantage here is that the sonotrode 170 and horn 120 are composed of materials with substantially the same acoustic impedance.

Во внутренней части 122 контрподшипника 110 и рожка 120 расположен полый цилиндрический участок трубы 140, первый конец которого имеет на проксимальном конце 112 контрподшипника 110 первый упор 142, а второй конец которого имеет на дистальном конце 124 рожка 120 второй упор 144.In the inner part 122 of the counter bearing 110 and horn 120 there is a hollow cylindrical section of pipe 140, the first end of which has a first stop 142 at the proximal end 112 of the counter bearing 110, and the second end of which has a second stop 144 at the distal end 124 of the horn 120.

Проксимальный конец 146 участка трубы 140 имеет источник сжатого воздуха 160, соединенный с ним посредством первого клапана 150. Первый клапан 150 имеет обратный клапан.The proximal end 146 of the section of pipe 140 has a source of compressed air 160 connected thereto by a first valve 150. The first valve 150 has a check valve.

Во внутренней части 122 участка трубы 140 расположен удлиненный снаряд 148, который может быть ускорен с помощью сжатого воздуха из источника сжатого воздуха 160 от первого упора 142 до второго упора 144. Снаряд 148 может свободно перемещаться взад и вперед по участку трубы 140. Снаряд 148 может ускоряться от второго упора 144 до первого упора 142 за счет сжатого воздуха, вытесняемого снарядом 148 и буферизованного в накопительной камере, которая не показана.Located within the interior 122 of pipe section 140 is an elongated projectile 148 that can be accelerated by compressed air from a compressed air source 160 from a first stop 142 to a second stop 144. The projectile 148 is free to move back and forth along the pipe section 140. The projectile 148 can accelerate from the second stop 144 to the first stop 142 due to the compressed air displaced by the projectile 148 and buffered in a storage chamber, which is not shown.

Снаряд 148 имеет цилиндрический корпус из очень прочной стали, который слегка магнитится. На проксимальном конце 146 участка трубы 140 расположен не показанный на рисунке удерживающий магнит, который может притягивать снаряд 148 и удерживать его там в состоянии покоя.The 148 projectile has a cylindrical body made of very strong steel that is slightly magnetic. At the proximal end 146 of the section of pipe 140 there is a holding magnet, not shown, that can attract the projectile 148 and hold it there at rest.

Сонотрод 170, выполненный в виде волновода, расположен на дистальном конце 124 рожка 120. В этом случае проксимальный конец 172 сонотрода 170 механически соединен со вторым упором 144 таким образом, что удар снаряда 148 о второй упор 144 оптимально передает импульс снаряда 148 на сонотрод 170. Диаметр сонотрода 170 меньше диаметра участка трубы 140.The sonotrode 170, configured as a waveguide, is located at the distal end 124 of the horn 120. In this case, the proximal end 172 of the sonotrode 170 is mechanically connected to the second stop 144 such that the impact of the projectile 148 on the second stop 144 optimally transfers the momentum of the projectile 148 to the sonotrode 170. The diameter of the sonotrode 170 is less than the diameter of the pipe section 140.

В случае пневматической литотрипсии могут использоваться обе системы, т.е. ультразвуковая система с ультразвуковым элементом 130 и пневматическая система, в которой снаряд 148 ускоряется с помощью сжатого воздуха из источника сжатого воздуха 160. Это называется комбинированной работой. В качестве альтернативы пневматическая система может работать и без ультразвуковой системы. В последнем случае вся система может быть откалибрована при выключенном генераторе сигналов, т.е. предельные значения силы тока могут быть сохранены и использованы в качестве эталона при комбинированной работе, при которой измерение затруднено, поскольку ультразвуковая частота представляет собой источник помех.In the case of pneumatic lithotripsy, both systems can be used, i.e. an ultrasonic system with an ultrasonic element 130 and a pneumatic system in which the projectile 148 is accelerated by compressed air from a compressed air source 160. This is called combined operation. Alternatively, the pneumatic system can be operated without an ultrasonic system. In the latter case, the entire system can be calibrated with the signal generator turned off, i.e. current limits can be stored and used as a reference for combined operation where measurement is difficult because ultrasonic frequency is a source of interference.

В каждом случае, т.е. при комбинированной работе или при работе только пневматической системы, сигнал питания измеряется с помощью не показанного токового клеща на линии соединения между пьезоэлементом 130 и генератором сигналов.In each case, i.e. in combined operation or in operation of the pneumatic system only, the power signal is measured using a current clamp, not shown, on the connection line between the piezo element 130 and the signal generator.

Поскольку ультразвуковые колебания пьезоэлемента 130 представляют собой источник помех, сигнал питания, измеренный токовым клещом, фильтруется по частоте с помощью RLC-цепи таким образом, что из сигнала питания отфильтровывается небольшая область вокруг ультразвуковой частоты примерно 27 кГц. Ширина отфильтрованной частоты предпочтительно адаптирована к сигналу помехи.Since the ultrasonic vibration of the piezo element 130 is a source of interference, the power signal measured by the current clamp is frequency filtered by an RLC circuit such that a small region around the ultrasonic frequency of approximately 27 kHz is filtered out of the power signal. The width of the filtered frequency is preferably adapted to the interfering signal.

Частотно-фильтрованный сигнал питания преобразуется в аналоговый выпрямленный сигнал с помощью буферной схемы.The frequency-filtered power signal is converted into an analog rectified signal using a buffer circuit.

В случае выпрямленного сигнала можно выделить два пороговых значения, первое пороговое значение соответствует удару снаряда 148 о первый упор 142, а второе пороговое значение соответствует удару снаряда о второй упор 144.In the case of a rectified signal, two threshold values can be distinguished, the first threshold value corresponds to the impact of the projectile 148 on the first stop 142, and the second threshold value corresponds to the impact of the projectile on the second stop 144.

Выпрямленный сигнал регистрируется микроконтроллером, который контролирует и проверяет всю оценку. Микроконтроллер может проводить проверку достоверности обнаруженного сигнала питания, чтобы свести к минимуму неправильные измерения или ошибки измерения.The rectified signal is recorded by a microcontroller, which monitors and verifies the entire evaluation. The microcontroller can perform a plausibility check on the detected power signal to minimize mismeasurements or measurement errors.

Метод определения максимальной или соответственно оптимальной частоты колебательного движения снаряда 148, вызываемого сжатым воздухом, включает, согласно первому шагу, многократное ускорение снаряда 148 посредством сжатого воздуха от первого проксимального упора 142 участка трубы 140 до второго дистального упора 144 и от второго упора 144 до первого упора 140.The method for determining the maximum or, respectively, optimal frequency of the oscillatory motion of the projectile 148 caused by compressed air includes, according to the first step, multiple acceleration of the projectile 148 by means of compressed air from the first proximal stop 142 of the pipe section 140 to the second distal stop 144 and from the second stop 144 to the first stop 140.

В этом случае первый клапан 150 используется для подачи сжатого воздуха в участок трубы 140 таким образом, что снаряд 148 ускоряется от первого упора 142 до второго упора 144, при этом воздух, вытесненный снарядом 148, буферизируется в камере хранения, и после закрытия первого клапана 150 буферизированный сжатый воздух используется для ускорения снаряда 148 от второго упора 144 до первого упора 142.In this case, the first valve 150 is used to supply compressed air to a section of pipe 140 such that the projectile 148 is accelerated from the first stop 142 to the second stop 144, the air displaced by the projectile 148 being buffered in the storage chamber, and after closing the first valve 150 buffered compressed air is used to accelerate the projectile 148 from the second stop 144 to the first stop 142.

Согласно второму этапу метода, пьезоэлемент 130 возбуждается ультразвуковой частотой. Для этого к пьезоэлементу 130 подключается не показанный генератор сигнала, работающий на частоте 27 кГц.According to the second stage of the method, the piezoelectric element 130 is excited by ultrasonic frequency. To do this, a signal generator, not shown, operating at a frequency of 27 kHz, is connected to the piezoelectric element 130.

Согласно третьему этапу метода, определяется сигнал питания пьезоэлемента 130, вызванный вибAccording to the third stage of the method, the power signal of the piezoelectric element 130 caused by the vibration is determined

--

Claims

by transmitting the first stop 142 or the second stop 144 as a result of being hit by a projectile 148. According to the fourth stage of the method, the detected power signal is used to regulate the compressed air.

Power signal 180 has a plurality of exponentially decaying regions, modeled by a sine or cosine function, that are separated from each other in time. In this case, the first section 182 of the power signal 180 arises from vibration of the projectile 148 at the second stop 144, and the second section 184 of the power signal 180 arises from vibration at the first stop 142.

List of symbols:

100 - apparatus for lithotripsy;

110 - counter bearing;

112 - proximal end of the counter bearing;

120 - horn;

122 - internal part of the counter bearing and horn;

124 - distal end of the horn;

130 - piezoelectric element;

140 - pipe section;

142 - first stop on the acceleration path;

144 - second stop of the acceleration path;

146 - proximal end of the acceleration path;

148 - projectile;

150 - first valve;

160 - source of compressed air;

170 - sonotrode;

172 - proximal end of the sonotrode;

180 - power signal;

182 - first section of the power signal;

184 - second section of the power signal;

300 - method;

310 - method step;

320 - method step;

330 - method step.

CLAIM

1. The lithotripsy apparatus (100), in particular for the implementation of the method (300), includes:

a piezo element (130) located between a proximally located counter bearing (110) and a distal located horn (120), where the piezo element (130) is mechanically connected to the counter bearing (110) and horn (120) and a hollow cylindrical acceleration path is located in the internal part (122) counter bearing (110) and horn (120), wherein the hollow cylindrical acceleration path has at the proximal end (112) of the counter bearing (110) a first stop (142) and at the distal end (124) of the horn (120) a second stop (144), where the proximal the end (146) of the acceleration path has a source of compressed air (160) connected by a first valve (150), or the lithotripsy apparatus (100) has a device for generating an electromagnetic field for applying a force applied electromagnetically to the projectile (148); and a projectile (148) is located in an internal portion (122) of the acceleration path, said projectile being designed and configured to be accelerated by compressed air from a compressed air source (160), or an electromagnetic force from a first stop (142) to a second stop (144) and for acceleration by means of compressed air displaced by the projectile (148) and buffered in the storage chamber, or electromagnetic force from the second stop (144) to the first stop (142);

sonotrode (170), which is made in the form of a waveguide and which is located at the distal end (124) of the horn (120), while the proximal end (172) of the sonotrode (170) is mechanically connected to the second stop (144), and the lithotripsy apparatus (100) is designed and configured such that an electrical signal from the piezoelectric element (130) causing the first stop (142) and/or the second stop (144) to vibrate as a result of being hit by a projectile (148) can be detected and used to control compressed air from a compressed source air (160) or to control electromagnetically applied force.

2. The method (300) of operation of the lithotripsy apparatus (100) according to claim 1, in which determining the optimal frequency of oscillatory movement of the projectile (148) of intracorporeal lithotripsy (100), includes the following steps:

repeated acceleration (310) of the projectile (148) from the first proximal stop (142) along the acceleration path to the second distal stop (144) and from the second stop (144) to the first stop (140), where the piezoelectric element (130) is located between the proximally located counter bearing (110) and a distally located horn (120) and is mechanically connected to the counter bearing (110) and the horn (120), and the horn (120) has a distally located sonotrode (170), where the acceleration path is located in the internal

-