EP0254104B1 - Stosswellengenerator zur Erzeugung eines akustischen Stosswellenimpulses - Google Patents

Stosswellengenerator zur Erzeugung eines akustischen Stosswellenimpulses Download PDF

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EP0254104B1
EP0254104B1 EP87109622A EP87109622A EP0254104B1 EP 0254104 B1 EP0254104 B1 EP 0254104B1 EP 87109622 A EP87109622 A EP 87109622A EP 87109622 A EP87109622 A EP 87109622A EP 0254104 B1 EP0254104 B1 EP 0254104B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shock
wave
lenses
wave generator
pulse
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP87109622A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0254104A1 (de
Inventor
Helmut Dr. Reichenberger
Georg Naser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0254104A1 publication Critical patent/EP0254104A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0254104B1 publication Critical patent/EP0254104B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated

Definitions

  • the invention relates to a shock wave generator for generating an acoustic shock wave pulse with a focusing device having a plurality of lenses for the shock wave pulse.
  • shock wave generator is known for example from DE-OS 33 28 051.
  • a so-called "shock wave tube” for lithotripsy which comprises an electrical coil and, separated from it by an insulating film, a copper membrane. If a capacitor is suddenly discharged through the coil, electromagnetic forces are formed, which knock the copper membrane away from the coil and thereby emit a shock wave pulse.
  • a lead section adjoins the copper membrane, via which the shock wave pulse is forwarded to a lens as a focusing device. The focus of the lens is the concretion of a patient that is to be destroyed.
  • Devices of this type have been introduced as lithotripters in medical technology.
  • the object of the invention is therefore to design a shock wave generator of the type mentioned at the outset in such a way that it can be easily adapted to a large number of different treatment situations, so that in particular it enables more effective treatment in lithotripsy.
  • this object is achieved in that the lenses each have a different bundling characteristic and that the shock wave generator is provided with a device to which the lenses are attached such that one lens is introduced into the path of the shock wave pulse and against another lens is interchangeable.
  • shock wave generator with a leading section between the shock wave radiation surface and a focusing device, the number of possible variations is increased in that the length of the leading section can be adjusted by moving the shock wave radiating surface.
  • the term “bundle characteristic” in connection with the lenses relates to both the focus length and the type of the lens.
  • using a lens with a short focal length and a large opening angle can achieve a better degree of focusing with reduced acoustic power than with a lens with a long focal length and small opening angle. This results in a more gentle treatment overall.
  • Deep-lying concrements e.g. in obese patients, on the other hand, require a lens with a longer focus so that an optimal effect can be achieved.
  • the use of cylindrical lenses e.g. bicylindrical or spherical / cylindrical) offers advantages when treating large stones or when several stones lying next to each other are to be treated at the same time.
  • the choice of capacitance, lens and / or lead distance in connection with a suitable choice of the capacitor voltage and the distance of the focusing device from the patient's skin can be re-made as needed from patient to patient or also with one and the same patient during the treatment progress.
  • this further object is achieved in a shock wave generator, in which a plurality of lenses with different bundle characteristics are provided, one of which is introduced into the path of the shock wave pulse and can be exchanged for another lens, in that the lenses are arranged on a common carriage, and that the carriage is linearly displaceable in a guide transverse to the path of the shock wave pulse.
  • this further object is also achieved by a shock wave generator of the aforementioned type, in which the shock wave generator is provided with a device to which the lenses are attached in such a way that a plurality of lenses can be introduced into the path of the shock wave pulse at the same time, whereby the lenses introduced into the path of the shock wave generator are arranged one behind the other in the sense of the direction of propagation of the shock wave pulse.
  • a shock wave generator 1 which is specially designed as a "shock wave tube” and comprises a flat coil 3, a lead section 5 and a focusing device 7.
  • a membrane 11 made of bronze or copper is arranged in front of the flat coil 3, separated by an insulating film 9.
  • the leading section 5 between the membrane 11 and the focusing device 7 is connected to a coupling medium, e.g. Water, filled.
  • the flat coil 3 is connected at one end to a reference potential 13 such as ground and at the other end to a spark gap 15.
  • the spark gap 15 is provided with an auxiliary electrode 17, with the aid of which it is ignited.
  • the auxiliary electrode 17 is controlled by a trigger device (not shown).
  • the spark gap 15 is also connected to a capacitor bank 19.
  • the capacitor Ct has, for example, the capacitance 1 fl F and the capacitor C 2 the value 0.5 wF. Either the capacitor C i or the capacitor C 2 is connected to the spark gap 15 via changeover switches 21, 21a.
  • the capacitor bank 19 can alternatively consist of a number of identical capacitors Ci, which can be connected in parallel or in series via switching means, so that different capacitances result.
  • a mixed form of different capacitors Ci is also possible with the simultaneous possibility of building parallel and / or series connections.
  • An actuating contact 22 of the changeover switch 21 is connected to a first control and feedback device 23, which is connected to a computer 25 for determining a parameter of the shock wave pulse, e.g. whose pressure, pulse duration or focus geometry is connected.
  • a desired capacitance is set at the capacitor bank 19 by the first control and feedback device 23.
  • the changeover switch 21 is connected to a power supply unit 27 with an adjustable output voltage.
  • the power supply 27 is also connected to the computer 25.
  • the output voltage is on an adjusting element 28, e.g. in the form of a potentiometer, selectable.
  • the focusing device 7 comprises a plurality of lenses which can optionally be introduced into the course of the shock wave pulse.
  • a second control and feedback device 29 is used for shifting, rotating and detecting the lenses and for reporting this data back to the computer 25.
  • the possibility of linear shift transverse to the longitudinal axis of the shock wave tube and the exchange of lenses is marked by a double arrow 30.
  • the possibility of moving the membrane 11 to change the length of the lead section 5 is indicated by a double arrow 31.
  • a design implementation for changing the length of the lead section 5 is explained in more detail in FIG.
  • the position of the membrane 11 is also controlled, recognized and evaluated by the computer 25 via a third control and feedback device 33.
  • the computer 25 has four inputs, to which a status signal relating to the choice of capacitance, the capacitor voltage, the choice of lenses and the length of the lead section is applied. From this information, the computer 25 forms an output signal A, which corresponds to the resulting value of a parameter of the shock wave pulse.
  • a parameter can be, for example, the peak pressure of the shock wave pulse, its pulse duration or its focus geometry.
  • the computer 25 has an output 35, via which the output signal A is passed on to an image device 37.
  • the image device 37 can be a device for displaying the X-ray or ultrasound image in the examination area of the patient P, the values being superimposed on the image via the parameters of the shock wave pulse.
  • the advantage of the shock wave generator 1 shown is the high degree of variation with regard to its operating data.
  • the length of the lead section 5 is changed by moving the shock wave radiation surface, in the exemplary embodiment thus by moving the membrane 11.
  • the steepness of the shock wave pulse at the location of the focusing device 7 can thus be changed continuously.
  • the possibility of exchanging the focusing device 7 for another, e.g. was indicated by the double arrow 30 is particularly advantageous. For example, at the beginning of the treatment, an extended concrement K with a cylindrical lens that has a line focus. At a later point, a switch is made to a spherical lens with a point-like focus area in order to have a better effect on the now smaller fragments.
  • FIG. 2 shows essentially constructive exemplary embodiments for changing the length of the lead section 5 and for replacing the focusing device 7.
  • the flat coil 3 with insulating film 9 and the membrane 11 are shown as a closed coil carrier 40.
  • the coil carrier 40 is fastened to a plurality of rods 42a, 42b, at least one of which is designed as a threaded rod 42a and which are held by a support frame 43.
  • the length of the lead section 5 changes by moving the coil carrier 40 via the threaded rod 42a.
  • the cylindrical jacket delimiting the lead section 5 is designed as a flexible bellows 45, so that route changes are easy can be compensated.
  • a new adjustment of the shock wave generator 1 is not necessary if the patient P changes. Since the focusing device 7 is stationary, the arrangement of the focusing device 7, focus point F and concretion K remains unchanged. A possibly present coupling layer 46 is applied to the patient P unchanged when the coil carrier 40 is moved.
  • FIG. 3 shows, in conjunction with FIG. 2, a possibility of choosing and exchanging the focusing device 7.
  • Two lenses 7a, 7b are attached as a focusing device 7 on a quarter-circle disk-shaped holder 48.
  • the lenses 7a, 7b have different bundle characteristics (focal length, focus area).
  • the holder 48 has a fulcrum 50. It is rotatably supported there about an axis D parallel to the longitudinal axis L.
  • the fulcrum 50 is also the center of a bore 52 in the housing 53 of the shock wave generator 1.
  • a pin 54 is guided through the bore 52, the axis of which runs parallel to the longitudinal axis L of the shock wave generator 1 and at the same time is the axis of rotation D about which the holder 48 can be rotated.
  • the pin 54 is connected to the shaft of a motor 56.
  • the adjustment of the lenses 7a, 7b and the feedback as to which lens 7a, 7b is inserted can be carried out via the motor 56.
  • the holder 48 can also be designed as a full circular disk with a large number of focusing devices or lenses 7.
  • the holder 48 as a slide or slide and to insert the lenses - similar to a slide projector, the slides - by linear displacement in the course of the shock wave pulse. This is shown in Figures 4 to 8.
  • a shock wave generator 1 which is again specifically designed as a "shock wave tube” (cf. DE-OS 3 328 051) for lithotripsy.
  • a closed coil carrier 40 which contains a flat coil, an insulating film and a membrane, is connected to a flow path 5 filled with coupling liquid, which is essentially formed by a bellows 45, a subsequent housing 53a, 53b and a coupling membrane 46 at the front end.
  • the plane shock wave pulse p triggered in the coil carrier 40 is focused along a longitudinal axis L to a focus F in which the concretion to be destroyed is located.
  • One of two lenses 7a, 7b which can optionally be pushed into the path (symbolized by the longitudinal axis L) of the shock wave pulse p, is provided as a focusing device for focusing on the focus F.
  • the two lenses 7a, 7b are arranged side by side on a common carrier, slide or slide 70. With the aid of this slide 70, the lenses 7a, 7b can be displaced transversely to the longitudinal axis L.
  • the lenses 7a, 7b are either applied to the carriage 70, e.g. screwed in or glued there, or integrated into it, e.g. poured with this in one part.
  • the common rectangular carriage 70 is on its lower side with teeth 72, for example in the form of a horizontal rack. With this toothing 72 meshes a gear 74, which is housed in the lower housing part 53b.
  • the carriage 70 is guided at the top and bottom by guides 76 and 78, which are fastened in the housing part 53a and 53b, transversely to the longitudinal axis L and horizontally.
  • the carriage 70 is adjustable between two positions by a motor drive 80 in the form of an electric motor 82 which drives the gear 74.
  • the axis of rotation R is parallel to the longitudinal axis L. The resulting linear back and forth movement is indicated by a double arrow 30.
  • Activation of the electric motor 82 thus causes either the first lens 7a or the second lens 7b to be moved into the path L of the shock wave pulse p.
  • the desired focal length can be set, ie the distance between shock wave generator 1 and focus F can vary.
  • FIG. 6 largely corresponds to FIG. 5.
  • a hydraulic cylinder 84 is provided as the motor drive 80 and is driven by a hydraulic fluid via its control connections 85, 86.
  • the piston 87 acts on a rod 88 which is fixedly connected to a lower extension 90 on the common carriage 70.
  • a back and forth movement along the double arrow 30 is achieved, depending on the direction of flow of the fluid.
  • a gear motor 92 is provided as the motor drive 80, the shaft of which is axially provided with a threaded rod 94 which runs in a traveling nut or nut 96.
  • the nut 96 is attached to the lower end of the common carriage 70.
  • a counter bearing for the threaded rod 94 is designated 98.
  • the first lens 7a, the second lens 7b or both lenses 7a, 7b can be located here in series in the sound path L.
  • the two lenses 7a, 7b can have the same focal length; in the general case, however, they will have different focal lengths, e.g. 15 cm or 12 cm. In the combined case this results e.g. a focal length of 7 cm.
  • the insertion is again in the horizontal direction.
  • the lenses 7a, 7b can be introduced either individually or in combination by means of the upper and lower transverse guides 76 and 78 into the lead section 5 near the coupling membrane 46.
  • the two lenses 7a, 7b are arranged at a certain distance from one another and are designed as biconcave lenses. Instead, they could also be designed to be plane-concave in such a way that when arranged one behind the other (if both of them are inserted), their plane sides are at a minimal distance up to the point of contact, which is filled with a film of water.
  • Both lenses 7a, 7b are arranged or accommodated in a carriage 100a and 100b, respectively, which slide in the transverse guides 76, 78 and are mounted so as to be displaceable. Both slides 100a, 100b have teeth 102a and 102b on their lower edge, e.g. in the form of a rack. These toothings 102a, 102b are actuated by a drive pinion 104 which is seated on the drive or spline shaft 106 of an electric geared motor 108. In the position assumed in FIG. 8, the drive pinion 104 meshes specifically with the toothing 102a.
  • the geared motor 108 is set in rotation in the corresponding direction. If the same is to be done with the second lens 7b, the drive pinion 104 is first disengaged from the toothing 102a and shifted in the direction of the toothing 102b of the second carriage 100b until they mesh with one another. This displacement is effected with the aid of a lever 109 which is fastened on a sleeve 110, which in turn is seated on the drive shaft 106 and carries or forms the drive pinion 104.
  • first lens 7a or the second lens 7b or both lenses 7a, 7b can be brought into the shock wave path L in acoustic connection in series via the geared motor 108 and the displaceable drive pinion 104.
  • the procedure according to FIGS. 4 and 5 can also be used.
  • the lenses 7a, 7b can also be adjusted via two separate drives, each with its own toothing and pinion.
  • the lens can also be adjusted via two separate drives by means of a threaded rod and associated nut, as shown in FIG. 7.
  • a linear displacement of the two lenses 7a, 7b can also be dispensed with in the embodiment according to FIG. Instead, the two lenses 7a, 7b can each be pivoted separately into the shock wave path L, i.e. can be introduced by a rotary movement. At least one motor drive can also be used in this version.
  • the arrangement of the two lenses 7a, 7b and their carriages 100a, 100b according to FIG. 8 one behind the other has the advantage over the embodiment according to FIGS. 4 to 7 that - despite the focal length being changeable - space is saved to the side.

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  • Surgical Instruments (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator zur Erzeugung eines akustischen Stoßwellenimpulses mit einer mehrere Linsen aufweisenden Fokussierungseinrichtung für den Stoßwellenimpuls.
  • Ein solcher Stoßwellengenerator ist beispielsweise aus der DE-OS 33 28 051 bekannt. Dort ist ein sogenanntes "Stoßwellenrohr" für die Lithotripsie beschrieben, welches eine elektrische Spule und, von dieser durch eine Isolierfolie getrennt, eine Kupfermembran umfaßt. Wird ein Kondensator schlagartig über die Spule entladen, bilden sich elektromagnetische Kräfte, durch die die Kupfermembran von der Spule weggeschlagen und dadurch ein Stoßwellenimpuls abgestrahlt wird. An die Kupfermembran grenzt eine Vorlaufstrecke an, über welche der Stoßwellenimpuls zu einer Linse als Fokussierungseinrichtung weitergeleitet wird. Im Fokus der Linse befindet sich das Konkrement eines Patienten, welches zerstört werden soll. Geräte dieser Art sind als Lithotripter in der medizinischen Technik eingeführt.
  • In der Praxis hat sich gezeigt, daß von Patient zu Patient unterschiedliche Behandlungssituationen auftreten. Diese sind z.B. abhängig von Typ und Größe des zu zerstörenden Konkrements, von der Geometrie des Konkrements (z.B. rund oder länglich), vom Abstand des Konkrements zur Hautoberfläche (durch Lage des Steins oder Körperumfang des Patienten bestimmt) und von der Anzahl der Konkremente. Zu diesen unterschiedlichen Ausgangssituationen aufgrund verschiedener Patienten kommen noch unterschiedliche Bedingungen aufgrund des Behandlungsfortschritts hinzu. So werden zunächst relativ große Fragmente in einer ausgedehnten Wirkungszone erzeugt, und im späteren Verlauf der Behandlung wird überwiegend eine Abtragung und Zerkleinerung zu kleinen Partikeln in einer enger begrenzten Wirkungszone gewünscht.
  • Um sich diesen unterschiedlichen Behandlungssituationen anzupassen, ist man bisher dazu übergegangen, entweder die Entladespannung des Kondensators zu verändern oder den Abstand der Fokussierungseinrichtung zur Haut bzw. zum Fokusort zu ändern. Diese Maßnahmen sind noch nicht ausreichend, um den Stoßwellengenerator der Vielzahl von unterschiedlichen Behandlungssituationen zufriedenstellend anzupassen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stoßwellengenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er an eine Vielzahl von unterschiedlichen Behandlungssituationen gut anpaßbar ist, so daß er insbesondere eine wirksamere Behandlung in der Lithotripsie ermöglicht.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Linsen jeweils eine unterschiedliche Bündelungscharakteristik aufweisen und daß der Stoßwellengenerator mit einer Vorrichtung versehen ist, an der die Linsen derart angebracht sind, daß jeweils eine Linse in den Weg des Stoßwellenimpulses eingebracht und gegen eine andere Linse austauschbar ist.
  • Sofern es sich um einen Stoßwellengenerator mit einer Vorlaufstrecke zwischen der Stoßwellenabstrahlfläche und einer Fokussierungseinrichtung handelt, wird die Anzahl der Variationsmöglichkeiten dadurch erhöht, daß die Länge der Vorlaufstrecke durch Verschieben der Stoßwellen-Abstrahlfläche einstellbar ist.
  • Eine Erhöhung der Einsatzmöglichkeiten wird auch dadurch erreicht, daß mehrere Kondensatoren vorgesehen sind, die mit wählbarer Kapazität zur Auslösung des Stoßwellenimpulses herangezogen werden.
  • Bezüglich der Änderung der Kapazität haben Untersuchungen bei einem Stoßwellenrohr mit 12 cm Durchmesser ergeben, daß bei Verringerung der Kapazität von z.B. 1 flF auf 0,5 flF die Dauer des Entladestroms von 5 µs auf 3,5 flS verkürzt werden kann. Eine vorteilhafte Folge davon ist, daß der abgestrahlte Stoßwellenimpuls entsprechend kürzer ist und der Stoßwellenimpuls nach Fokussierung sogar im verstärkten Maß verkürzt ist. Ein kürzerer fokussierter Impuls besitzt bei vergleichbarer Druckamplitude einen geringeren Energieinhalt und eine enger begrenzte Wirkungszone. Die Folge kann eine mehr lokale Abtragung anstatt einer Zertrümmerung sein.
  • Der Begriff "Bündelcharakteristik" im Zusammenhang mit den Linsen betrifft sowohl die Fokuslänge als auch den Typ der Linse. Bei hautnahen Konkrementen oder bei Kindern kann durch Verwendung einer Linse mit kurzer Brennweite und großem Offnungswinkel ein besserer Fokussierungsgrad bei reduzierter akustischer Leistung erreicht werden als mit einer Linse mit langer Brennweite und kleinem Öffnungswinkel. Dadurch wird insgesamt eine schonendere Behandlung erreicht. Tiefliegende Konkremente, z.B. bei korpulenten Patienten, erfordern dagegen eine Linse mit längerem Fokus, damit eine optimale Wirkung erzielt werden kann. Die Verwendung von Zylinderlinsen (z.B. bizylindrisch oder sphärisch/zylindrisch) bringt Vorteile bei der Behandlung ausgedehnter Konkremente oder für den Fall, daß mehrere nebeneinanderliegende Konkremente gleichzeitig behandelt werden sollen.
  • Die Wahl von Kapazität, Linse und/oder Vorlaufstrecke in Verbindung mit einer geeigneten Wahl der Kondensatorspannung und des Abstandes der Fokussierungseinrichtung zur Haut des Patienten kann von Patient zu Patient oder auch bei ein und demselben Patienten während des Behandlungsfortschritts nach Bedarf neu getroffen werden.
  • Es stellt sich weiter die Aufgabe, einen anpaßbaren Stoßwellengenerator anzugeben, der einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist. Insbesondere soll auf einfache Weise eine Änderung der Brennweiteneinstellung möglich sein. Darüber hinaus soll auf eine gedrungene, nicht zu breite Bauform geachtet werden.
  • Gemäß einer grundlegenden ersten Ausführungsform wird diese weitere Aufgabe bei einem Stoßwellengenerator, bei dem mehrere Linsen mit unterschiedlicher Bündelcharakteristik vorgesehen sind, von denen jeweils eine in den Weg des Stoßwellenimpulses eingebracht und gegen eine andere Linse austauschbar ist, dadurch gelöst, daß die Linsen auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sind, und daß der Schlitten in einer Führung quer zum Weg des Stoßwellenimpulses linear verschiebbar ist.
  • Gemäß einer grundlegenden zweiten Ausführungsform wird diese weitere Aufgabe auch durch einen Stoßwellengenerator der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Stoßwellengenerator mit einer Vorrichtung versehen ist, an der die Linsen derart angebracht sind, daß mehrere Linsen zugleich in den Weg des Stoßwellenimpulses einbringbar sind, wobei die in den Weg des Stoßwellengenerators eingebrachten Linsen im Sinne der Ausbreitungsrichtung des Stoßwellenimpulses hintereinander angeordnet sind.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Blockschaltbild eines Stoßwellengenerators mit veränderbarer Kapazität, Linsenstellung und Vorlaufstrecke;
    • Figur 2 ein Stoßwellenrohr mit Darstellung einer konstruktiven Lösung zur Änderung der Vorlaufstrecke und zur Linsenverstellung und Linsenauswahl im Querschnitt;
    • Figur 3 einen Blick entlang der Pfeile 111-111 von Figur 2;
    • Figur 4 eine Schnittdarstellung eines Stoßwellengenerators mit zwei horizontal in die Vorlaufstrecke seriell einschiebbaren Linsen;
    • Figur 5 einen Schnitt V-V des Stoßwellengenerators nach Figur 4;
    • Figur 6 einen weiteren Stoßwellengenerator mit serieller Linsenverstellung mittels eines Hydraulikzylinders;
    • Figur 7 einen weiteren Stoßwellengenerator mit serieller Linsenverstellung mittels einer Gewindestange und eines Getriebemotors; und
    • Figur 8 das Frontende eines weiteren Stoßwellengenerators, bei dem wahlweise eine erste Linse, eine zweite Linse oder eine Hintereinanderschaltung beider Linsen in den Weg des Stoßwellenimpulses einbringbar ist/sind.
  • Für gleiche oder ähnliche Bauelemente werden jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • In Figur 1 ist ein Stoßwellengenerator 1 dargestellt, der speziell als "Stoßwellenrohr" ausgebildet ist und eine Flachspule 3, eine Vorlaufstrecke 5 und eine Fokussierungseinrichtung 7 umfaßt. Vor der Flachspule 3 ist - durch eine Isolierfolie 9 getrennt - eine Membran 11 aus Bronze oder Kupfer angeordnet. Die Vorlaufstrecke 5 zwischen der Membran 11 und der Fokussierungseinrichtung 7 ist mit einem Koppelmedium, z.B. Wasser, gefüllt.
  • Wird die Flachspule 3 mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt, so wird die Membran 11 aufgrund elektromagnetischer Kraftwirkung schlagartig abgestoßen. Dadurch wird auf der Vorlaufstrecke 5 ein akustischer Stoßwellenimpuls generiert. Dieser Stoßwellenimpuls, der auf der Vorlaufstrecke 5 im wesentlichen eben ist, wird durch die Fokussierungseinrichtung 7 in einem Fokus F fokussiert. Der Fokus F ist dabei in den Bereich eines Konkrements K im Körper eines zu behandelnden Patienten P gelegt.
  • Die Flachspule 3 ist mit einem Ende an ein Bezugspotential 13 wie Masse und mit ihrem anderen Ende an eine Funkenstrecke 15 gelegt. Die Funkenstrecke 15 ist mit einer Hilfselektrode 17 versehen, mit deren Hilfe sie gezündet wird. Die Hilfselektrode 17 wird von einer Triggereinrichtung (nicht gezeigt) angesteuert. Die Funkenstrecke 15 ist weiterhin an eine Kondensatorbank 19 angeschlossen. Im schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Kondensatorbank 19 aus einem Kondensator Ci und einem Kondensator C2. Der Kondensator Ct hat z.B. die Kapazität 1 flF und der Kondensator C2 den Wert 0,5 wF. Über Umschalter 21, 21a ist entweder der Kondensator Ci oder der Kondensator C2 mit der Funkenstrecke 15 verbunden. Die Kondensatorbank 19 kann abweichend davon beispielsweise aus einer Vielzahl n unterschiedlicher Kondensatoren C; mit i = 1 bis n bestehen, von denen wahlweise jeweils einer an die Funkenstrecke 15 anlegbar ist. Die Kondensatorbank 19 kann alternativ dazu auch aus einer Anzahl gleicher Kondensatoren Ci bestehen, welche über Schaltmittel parallel oder in Serie geschaltet werden können, so daß sich unterschiedliche Kapazitäten ergeben. Es ist auch eine Mischform von unterschiedlichen Kondensatoren Ci bei gleichzeitiger Möglichkeit des Aufbaus von Parallel- und/oder Serienschaltungen möglich.
  • Ein Stellkontakt 22 des Umschalters 21 ist mit einem ersten Steuer- und Rückmeldegerät 23 verbunden, welches an einen Rechner 25 zur Ermittlung eines Parameters des Stoßwellenimpulses, wie z.B. dessen Druck, dessen Pulsdauer oder dessen Fokusgeometrie, angeschlossen ist. Vom ersten Steuer- und Rückmeldegerät 23 wird eine gewünschte Kapazität an der Kondensatorbank 19 eingestellt.
  • Zur Versorgung der Kondensatorbank 19 mit Energie ist der Umschalter 21 mit einem Netzgerät 27 mit einstellbarer Ausgangsspannung verbunden. Das Netzgerät 27 ist ebenfalls mit dem Rechner 25 verbunden. Die Ausgangsspannung ist an einem Einstellorgan 28, z.B. in Form eines Potentiometers, wählbar.
  • Die Fokussierungseinrichtung 7 umfaßt mehrere Linsen, die wahlweise in den Verlauf des Stoßwellenimpulses eingebracht werden können. Ein zweites Steuer- und Rückmeldegerät 29 dient zur Verschiebung, Drehung und Erkennung der Linsen und zur Rückmeldung dieser Daten an den Rechner 25. Die Möglichkeit der linearen Verschiebung quer zur Längsachse des Stoßwellenrohrs und des Austausches von Linsen ist durch einen Doppelpfeil 30 markiert.
  • Die Möglichkeit einer Verschiebung der Membran 11 zur Veränderung der Länge der Vorlaufstrecke 5 ist durch einen Doppelpfeil 31 angedeutet. Eine konstruktive Durchführung zur Längenänderung der Vorlaufstrecke 5 ist in Figur 2 näher erläutert. Die Position der Membran 11 wird über ein drittes Steuer- und Rückmeldegerät 33 ebenfalls vom Rechner 25 gesteuert, erkannt und ausgewertet.
  • Der Rechner 25 weist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Eingänge auf, an welche ein Zustandssignal bezüglich der Kapazitätswahl, der Kondensatorspannung, der Linsenwahl und der Länge der Vorlaufstrecke gelegt ist. Aus diesen Informationen bildet der Rechner 25 ein Ausgangssignal A, welches dem resultierenden Wert eines Parameters des Stoßwellenimpulses entspricht. Ein solcher Parameter kann beispielsweise der Spitzendruck des Stoßwellenimpulses, dessen Pulsdauer oder dessen Fokusgeometrie sein. Der Rechner 25 weist einen Ausgang 35 auf, über den das Ausgangssignal A an ein Bildgerät 37 weitergegeben wird. Das Bildgerät 37 kann dabei ein Gerät zur Darstellung des Röntgen- oder Ultraschallbildes im Untersuchungsbereich des Patienten P sein, wobei die Werte über die Parameter des Stoßwellenimpulses in das Bild eingeblendet sind.
  • Vorteil des gezeigten Stoßwellengenerators 1 ist die hohe Variationsmöglichkeit bezüglich seiner Betriebsdaten. Über die einstellbare Kapazität der Kondensatorbank 19 können Dauer und Amplitude des Stoßwellenimpulses sowie die Ausdehnung der Fokuszone - z.B. der -6dB-Zone bezogen auf das Druckmaximum - beeinflußt werden. Durch Verschieben der Stoßwellen-Abstrahlfläche, im Ausführungsbeispiel also durch Verschieben der Membran 11, wird die Länge der Vorlaufstrecke 5 verändert. Es kann so die Steilheit des Stoßwellenimpulses am Ort der Fokussierungseinrichtung 7 kontinuierlich verändert werden. Die Möglichkeit des Austausches der Fokussierungseinrichtung 7 gegen eine andere, die z.B. durch den Doppelpfeil 30 angedeutet wurde, ist besonders vorteilhaft. So kann z.B. zu Beginn der Behandlung bei einem ausgedehnten Konkrement K mit einer zylindrischen Linse gearbeitet werden, welche einen Linienfokus aufweist. Zu einem späteren Zeitpunkt wird auf eine sphärische Linse mit punktförmigem Fokusbereich umgeschaltet, um eine bessere Wirkung bei den nun kleineren Fragmenten zu bewirken.
  • Figur 2 zeigt im wesentlichen konstruktive Ausführungsbeispiele zur Längenänderung der Vorlaufstrecke 5 und zur Auswechslung der Fokussierungseinrichtung 7. Die Flachspule 3 mit Isolierfolie 9 und die Membran 11 sind als ein geschlossener Spulenträger 40 dargestellt. Der Spulenträger 40 ist an mehreren Stangen 42a, 42b befestigt, von denen wenigstens eine als Gewindestange 42a ausgelegt ist und die von einem Traggestell 43 gehalten sind. Durch Drehen der Gewindestange 42a entlang des gekrümmten Doppelpfeils 44 wird der Spulenträger 40 und damit die Abstrahlfläche für den Stoßwellenimpuls (= Fläche der Membran 11) entlang der Längsachse L des Stoßwellengenerators 1 verschoben. Befindet sich die Fokussierungseinrichtung 7 an einer vorgegebenen Koordinate auf der Längsachse L, so ändert sich durch Verschieben des Spulenträgers 40 über die Gewindestange 42a die Länge der Vorlaufstrecke 5. Der die Vorlaufstrecke 5 begrenzende zylinderförmige Mantel ist als ein flexibler Balg 45 ausgebildet, damit Streckenänderungen leicht ausgeglichen werden können.
  • Es ist keine neue Justierung des Stoßwellengenerators 1 notwendig, falls der Patient P wechselt. Da die Fokussierungseinrichtung 7 ortsfest ist, bleibt die Anordnung von Fokussierungseinrichtung 7, Fokuspunkt F und Konkrement K unverändert. Eine möglicherweise vorhandene Ankoppelschicht 46 liegt beim Verschieben des Spulenträgers 40 unverändert am Patienten P an.
  • In Figur 3 ist in Verbindung mit Figur 2 eine Möglichkeit der Wahl und des Austausches der Fokussierungseinrichtung 7 dargestellt. Auf einem viertelkreisscheibenförmigen Halter 48 sind zwei Linsen 7a, 7b als Fokussierungseinrichtung 7 angebracht. Die Linsen 7a, 7b haben unterschiedliche Bündelcharakteristiken (Brennweite, Fokusbereich). Der Halter 48 weist einen Drehpunkt 50 auf. Er ist dort um eine Achse D parallel zur Längsachse L drehbar gehaltert. Der Drehpunkt 50 ist gleichzeitig Mittelpunkt einer Bohrung 52 im Gehäuse 53 des Stoßwellengenerators 1. Durch die Bohrung 52 ist ein Stift 54 geführt, dessen Achse parallel zur Längsachse L des Stoßwellengenerators 1 verläuft und gleichzeitig Drehachse D ist, um welche der Halter 48 drehbar ist. Der Stift 54 ist an der Welle eines Motors 56 angeschlossen. Über den Motor 56 kann die Verstellung der Linsen 7a, 7b und die Rückmeldung, welche Linse 7a, 7b eingeschoben ist, vorgenommen werden.
  • Der Halter 48 kann auch als volle Kreisscheibe ausgelegt sein mit einer Vielzahl von Fokussierungseinrichtungen oder Linsen 7.
  • Alternativ ist es möglich, den Halter 48 als Schieber oder Schlitten auszubilden und die Linsen - ähnlich wie bei einem Diaprojektor die Dias - durch lineare Verschiebung in den Verlauf des Stoßwellenimpulses einzubringen. Dies ist in den Figuren 4 bis 8 gezeigt.
  • Nach den Figuren 4 und 5 ist ein Stoßwellengenerator 1 vorgesehen, der wieder speziell als "Stoßwellenrohr" (vgl. DE-OS 3 328 051) für die Lithotripsie ausgebildet ist. Ein geschlossener Spulenträger 40, der eine Flachspule, eine Isolierfolie und eine Membran enthält, ist an eine mit Koppelflüssigkeit gefüllte Vorlaufstrecke 5 angeschlossen, die im wesentlichen von einem Faltenbalg 45, einem anschließenden Gehäuse 53a, 53b und einer Ankoppelmembran 46 am Frontende gebildet wird. Der im Spulenträger 40 ausgelöste ebene Stoßwellenimpuls p wird entlang einer Längsachse L auf einen Fokus F fokussiert, in dem sich das zu zerstörende Konkrement befindet.
  • Als Fokussiereinrichtung zur Fokussierung auf den Fokus F ist jeweils eine von zwei Linsen 7a, 7b vorgesehen, die wahlweise in den Weg (symbolisiert durch die Längsachse L) des Stoßwellenimpulses p geschoben werden können. Zu diesem Zweck sind die beiden Linsen 7a, 7b nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger, Schieber oder Schlitten 70 angeordnet. Mit Hilfe dieses Schlittens 70 sind die Linsen 7a, 7b quer zur Längsachse L verschiebbar. Die Linsen 7a, 7b sind dabei entweder auf dem Schlitten 70 aufgebracht, z.B. dort eingeschraubt oder eingeklebt, oder aber in diesen integriert, z.B. mit diesem in einem Teil gegossen.
  • Der gemeinsame rechteckige Schlitten 70 ist an seiner unteren Seite mit einer Zahnung 72, z.B. in Form einer horizontalen Zahnstange, versehen. Mit dieser Zahnung 72 kämmt ein Zahnrad 74, das im unteren Gehäuseteil 53b untergebracht ist. Der Schlitten 70 ist oben und unten durch Führungen 76 bzw. 78, die im Gehäuseteil 53a bzw. 53b befestigt sind, quer zur Längsachse L und horizontal geführt. Der Schlitten 70 ist zwischen zwei Stellungen durch einen motorischen Antrieb 80 in Form eines Elektromotors 82, der das Zahnrad 74 antreibt, verstellbar. Die Drehachse R liegt parallel zur Längsachse L. Die resultierende lineare Hin- oder Herbewegung ist durch einen Doppelpfeil 30 gekennzeichnet. Eine Aktivierung des Elektromotors 82 bewirkt also, daß wahlweise die erste Linse 7a oder die zweite Linse 7b in den Weg L des Stoßwellenimpulses p gefahren wird. Auf diese Weise läßt sich die gewünschte Brennweite einstellen, d.h. der Abstand zwischen Stoßwellengenerator 1 und Fokus F variieren.
  • Figur 6 entspricht weitgehend der Figur 5. Hier ist als motorischer Antrieb 80 allerdings ein Hydraulikzylinder 84 vorgesehen, der über seine Steueranschlüsse 85, 86 mit einem Hydraulikfluid angetrieben wird. Der Kolben 87 wirkt auf eine Stange 88, die mit einem unteren Ansatzstück 90 am gemeinsamen Schlitten 70 fest verbunden ist. Auch hier wird wieder eine Hin- oder Herbewegung entlang des Doppelpfeils 30 erzielt, und zwar je nach Strömungsrichtung des Fluids.
  • Auch Figur 7 entspricht weitgehend der Figur 5. Hier ist als motorischer Antrieb 80 allerdings ein Getriebemotor 92 vorgesehen, dessen Welle axial mit einer Gewindestange 94 versehen ist, die in einer Wandermutter oder Nuß 96 läuft. Die Nuß 96 ist am unteren Ende des gemeinsamen Schlittens 70 befestigt. Ein Gegenlager für die Gewindestange 94 ist mit 98 bezeichnet. Beim Drehen des Getriebemotors 92 wird auch hier wieder der gemeinsame Schlitten 70 samt den Linsen 7a, 7b linear in Richtung des Doppelpfeils 30 verstellt.
  • Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 4 bis 7 war davon ausgegangen, daß sich bei der Stoßwellenaussendung jeweils nur eine einzige Linse 7a oder 7b im Schallweg L befindet. Bei der Ausführungsform nach Figur 8 ist dies anders. Hier kann sich wahlweise die erste Linse 7a, die zweite Linse 7b oder es können sich beide Linsen 7a, 7b in Hintereinanderschaltung im Schallweg L befinden. Die beiden Linsen 7a, 7b können dabei durchaus gleiche Brennweite besitzen; im allgemeinen Fall werden sie jedoch unterschiedliche Brennweiten aufweisen, z.B. 15 cm bzw. 12 cm. Im kombinierten Fall ergibt sich daraus z.B. eine Brennweite von 7 cm. Das Einbringen erfolgt auch hier wieder in horizontaler Richtung.
  • Bei der Ausführung nach Figur 8 sind die Linsen 7a, 7b wahlweise einzeln oder kombiniert mittels der oberen und unteren Querführung 76 bzw. 78 in die Vorlaufstrecke 5 nahe der Ankoppelmembran 46 einbringbar.
  • Die beiden Linsen 7a, 7b sind vorliegend in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet und als bikonkave Linsen ausgeführt. Stattdessen könnten sie auch plan-konkav ausgeführt sein dergestalt, daß bei der Hintereinander-Anordnung (wenn sie also beide eingeführt sind) ihre planen Seiten einen bis zur Berührung gehenden minimalen Abstand haben, der mit einem Wasserfilm ausgefüllt ist.
  • Beide Linsen 7a, 7b sind in einem Schlitten 100a bzw. 100b angeordnet oder untergebracht, die in den Querführungen 76, 78 gleiten und querverschieblich gelagert sind. Beide Schlitten 100a, 100b besitzen an ihrer unteren Kante eine Zahnung 102a bzw. 102b, z.B. in Form jeweils einer Zahnstange. Diese Zahnungen 102a, 102b werden durch ein Antriebsritzel 104 betätigt, das auf der Antriebs- oder Keilwelle 106 eines elektrischen Getriebemotors 108 sitzt. In der in Figur 8 eingenommenen Stellung kämmt das Antriebsritzel 104 speziell mit der Zahnung 102a.
  • Soll die erste Linse 7a in den Stoßwellenweg L hinein- oder aus diesem herausgefahren werden, wird der Getriebemotor 108 in der entsprechenden Richtung in Drehung versetzt. Soll dasselbe mit der zweiten Linse 7b geschehen, so wird das Antriebsritzel 104 zunächst aus der Verzahnung 102a ausgeklinkt und in Richtung auf die Zahnung 102b des zweiten Schlittens 100b verschoben, bis diese miteinander kämmen. Diese Verschiebung wird mit Hilfe eines Hebels 109 bewirkt, der auf einer Hülse 110 befestigt ist, die ihrerseits wieder auf der Antriebswelle 106 sitzt und das Antriebsritzel 104 trägt oder dieses bildet.
  • Es ist also ersichtlich, daß über den Getriebemotor 108 und das verschiebbare Antriebsritzel 104 wahlweise die erste Linse 7a oder die zweite Linse 7b oder aber beide Linsen 7a, 7b in schalltechnischer Hintereinanderschaltung in den Stoßwellenweg L gebracht werden können.
  • Abweichend davon kann auch entsprechend Figuren 4 und 5 vorgegangen werden. Das heißt, die Verstellung der Linsen 7a, 7b kann nach einer Modifikation auch über zwei getrennte Antriebe mit jeweils eigener Zahnung und eigenem Ritzel erfolgen. Nach einer weiteren Modifikation kann die Linsenverstellung auch über zwei getrennte Antriebe mittels Gewindestange und zugehöriger Nuß, wie in Figur 7 dargestellt, erfolgen.
  • Schließlich kann auch bei der Ausführung nach Figur 8 auf eine lineare Verschiebung der beiden Linsen 7a, 7b verzichtet werden. Stattdessen können die beiden Linsen 7a, 7b jeweils getrennt in den Stoßwellenweg L geschwenkt, d.h. durch eine Drehbewegung eingebracht werden. Auch bei dieser Ausführung kann mindestens ein motorischer Antrieb eingesetzt werden.
  • Die Hintereinander-Anordnung der beiden Linsen 7a, 7b und ihrer Schlitten 100a, 100b nach Figur 8 hat gegenüber der Ausführung nach den Figuren 4 bis 7 den Vorteil, daß - trotz Veränderbarkeit der Brennweite - Platz nach der Seite hin eingespart wird.

Claims (16)

1. Stoßwellengenerator zur Erzeugung eines akustischen Stoßwellenimpulses mit einer mehrere Linsen (7a, 7b) aufweisenden Fokussierungseinrichtung für den Stoßwellenimpuls, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7a, 7b) jeweils eine unterschiedliche Bündelungscharakteristik aufweisen und daß der Stoßwellengenerator mit einer Vorrichtung versehen ist, an der die Linsen (7a, 7b) derart angebracht sind, daß jeweils eine Linse (7a, 7b) in den Weg des Stoßwellenimpulses eingebracht und gegen eine andere Linse (7b, 7a) austauschbar ist.
2. Stoßwellengenerator zur Erzeugung eines akustischen Stoßwellenimpulses mit einer mehrere Linsen (7a, 7b) aufweisenden Fokussierungseinrichtung für den Stoßwellenimpuls, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßwellengenerator mit einer Vorrichtung versehen ist, an der die Linsen (7a, 7b) derart angebracht sind, daß mehrere Linsen (7a, 7b) zugleich in den Weg des Stoßwellenimpulses einbringbar sind, wobei die in den Weg des Stoßwellenimpulses eingebrachten Linsen (7a, 7b) im Sinne der Ausbreitungsrichtung des Stoßwellenimpulses hintereinander angeordnet sind.
3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Vorlaufstrecke zwischen der Stoßwellen-Abstrahlfläche und einer Fokussierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufstrecke (5) durch Verschieben der Stoßwellen-Abstrahlfläche in ihrer Länge einstellbar ist.
4. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kondensatoren (C1, C2) vorgesehen sind, die mit wählbarer Kapazität zur Auslösung des Stoßwellenimpulses herangezogen werden.
5. Stoßwellengenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C1, C2) zu einer in der Kapazität einstellbaren Kondensatorbank (19) zusammengefaßt sind.
6. Stoßwellengenerator mit einer Längsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7a, 7b) auf einem gemeinsamen Schlitten (70) angeordnet sind, welcher quer zur Längsachse (L) und vorzugsweise horizontal verschiebbar ist.
7. Stoßwellengenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (70) zwischen mindestens zwei Stellungen durch einen motorischen Antrieb (80) verstellbar ist (Figuren 4 bis 7).
8. Stoßwellengenerator mit einer Längsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7a, 7b) auf einem Halter (48) angeordnet sind, welcher um eine Achse (D) parallel zur Längsachse (L) drehbar ist.
9. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladespannung der Kondensatoren (C) einstellbar ist.
10. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7a, 7b) unterschiedliche Brennweiten aufweisen.
11. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7a, 7b) unterschiedliche Fokusbereiche aufweisen.
12. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (25) vorgesehen ist, an dessen Eingang ein Zustandssignal bezüglich Kapazitätswahl, Kondensatorspannung, Linsenwahl und/oder Länge der Vorlaufstrecke (5) gelegt ist, und an dessen Ausgang (35) ein errechneter resultierender Wert eines Parameters des Stoßwellenimpulses (wie z.B. dessen Druck, dessen Pulsdauer oder dessen Fokusgeometrie) anliegt.
13. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Stoßwellenrohr mit einer Metallmembran (11) umfaßt.
14. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Linsen (7a, 7b) bevorzugt durch einen motorischen Antrieb (108) wahlweise jeweils einzeln oder räumlich hintereinander in den Weg (L) des Stoßwellenimpulses (p) einbringbar sind (Figur 8).
15. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Linse (7a, 7b) mittels eines Schlittens (100a, 100b), der in einer Führung (76, 78) gehaltert ist, quer zum Weg (L) des Stoßwellenimpulses (p) linear verschiebbar ist (Figur 8).
16. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Linse (7a, 7b) um eine Achse (D'), die parallel ist zum Weg (L) des Stoßwellenimpulses (p), in den Weg (L) des Stoßwellenimpulses (p) einschwenkbar ist.
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