EP0259559B1 - Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens - Google Patents

Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens Download PDF

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EP0259559B1
EP0259559B1 EP87109710A EP87109710A EP0259559B1 EP 0259559 B1 EP0259559 B1 EP 0259559B1 EP 87109710 A EP87109710 A EP 87109710A EP 87109710 A EP87109710 A EP 87109710A EP 0259559 B1 EP0259559 B1 EP 0259559B1
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coil
turns
wave generator
potential
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Siemens AG
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    • 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 a device for contactless crushing of concrements in the body of a living being, which has a coil with spirally arranged turns and an opposite, a liquid-filled space, made of an electrically conductive material membrane, the coil can be connected to a high voltage supply.
  • shock wave generator with a membrane arranged parallel to the coil is described in DE-OS 33 12 014.
  • the shock waves are generated by connecting the coil to the high-voltage supply, which converts one to several kV, e.g. 20 kV, charged capacitor contains.
  • the energy stored in the capacitor then suddenly discharges into the coil, with the result that the coil builds up a magnetic field extremely quickly.
  • a current is induced in the membrane which is opposite to the current flowing in the coil and consequently generates an opposing magnetic field, under the effect of which the membrane is suddenly moved away from the coil.
  • the so in the with liquid, e.g. Water, filled space shock wave generated by suitable measures on the concrements located in the body of the living being, e.g. Kidney stones, focuses and causes their destruction.
  • the known shock wave generator To achieve the greatest possible conversion of the electrical energy given off by the high-voltage supply into impulse energy, it is necessary in the known shock wave generator to mount the membrane as close as possible to the coil. However, this is only possible to a limited extent because of the inevitable potential difference between the coil and the membrane, since a minimum distance must be maintained in order to avoid voltage flashovers between the membrane and the coil. Voltage flashovers would impair the effect of the shock wave generator and lead to damage to the membrane, which adversely affects its service life. In the case of the known shock wave generator, the distance between the membrane and the coil must therefore be chosen in the interest of a sufficient lifespan of the membrane so that only an unsatisfactory efficiency is achieved when converting the electrical energy into shock energy.
  • the invention has for its object to design a generic shock wave generator so that its membrane has a long service life without being associated with a significant reduction in the efficiency of energy conversion.
  • this object is achieved in that in areas of large potential difference between the turns of the coil on the one hand and the membrane on the other hand, there is an enlarged distance between the two areas which is smaller than areas.
  • the invention takes advantage of the fact that the high voltage drops across the coil and thus the potential difference between the individual turns of the coil and the membrane is different. Accordingly, it is sufficient to ensure a long service life of the membrane if the distance between the turns of the coil and the membrane is increased compared to areas of low potential difference in those areas in which voltage flashovers are to be feared due to the large potential difference present.
  • a long service life of the membrane with a particularly low impact on the efficiency of the energy conversion can be achieved if, according to a variant of the invention, the outermost turn of the coil with the membrane is at the same potential and the inner turns of the coil are at a greater distance from the membrane.
  • the outermost turn of the coil with the membrane is at the same potential and the inner turns of the coil are at a greater distance from the membrane.
  • a further reduction in the effect of the measure according to the invention on the efficiency of the energy conversion is achieved according to one embodiment of the invention in that the distance between the windings of the coil and the membrane in areas of large potential difference de increased distance to areas of small potential difference continuously decreases.
  • This measure ensures that in areas of large potential difference between the individual turns of the coil and the membrane there is actually only that distance which is necessary to avoid voltage flashovers and thus to ensure a sufficient lifespan of the membrane.
  • an embodiment of the invention provides that the membrane is at earth potential, whereby it is ensured that there is no high voltage on the liquid in the room, which may come into contact with the living being or the operating personnel.
  • a last variant of the invention provides that the turns of the coil are arranged on a support surface of an insulator, the support surface being designed according to the distance required between the turns and the membrane. This ensures safe compliance with this distance.
  • the shock wave generator has a housing 1 which contains a space 3 filled with a liquid and closed off by a membrane 2. Opposite the membrane 2 formed from an electrically conductive material, a coil 4 with spirally arranged turns is provided, an insulating film 5 being arranged between the membrane 2 and the coil 4. The turns of the coil 4 are arranged on a support surface 6 of an insulator 7, which is accommodated in a cap 8. The membrane 2, the insulating film 5 and the cap 8 containing the insulator 7 with the coil 4 are fastened to the housing 1 by means of screws 9.
  • the space between the insulating film 5 and the support surface 6 of the insulator 7 is filled with an electrically insulating cast resin (not shown for reasons of clarity).
  • the coil 4 can be connected via connections 10 and 11, which come out through holes in the insulator 7 and the cap 8, by means of a suitable switching means 12 to a schematically illustrated high-voltage supply 13, which emits a current surge to the coil 4, as a result of which the membrane 2 is suddenly repelled by the coil 4, which leads to the formation of a shock wave in the liquid in the space 3.
  • potential differences occur between the membrane 2 and the individual turns of the coil 4.
  • the outermost turn 14 of the coil 4 with the membrane 2 is at the same potential, namely earth potential 15, so that between the inner turns 16 to 21 of the coil 4 and the membrane 2 there is a high potential difference.
  • the turns 16 to 21 are consequently arranged at a greater distance from the membrane 2 than the outer turns of the coil 4, which have a smaller potential difference from the membrane 2.
  • the distance between the windings 16 to 21 from the membrane 2 also decreases in the sense of the decrease in the potential difference, namely continuously, the contact surface 6 of the insulator 7 being shaped in accordance with the distance required between the windings 16 to 21 and the membrane 2.
  • shock wave generator with a flat membrane 2 is shown. But it is also possible to use shock wave generators with different types, e.g. spherically shaped membrane according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, welcher eine Spule mit spiralförmig angeordneten Windungen und eine dieser gegenüberliegende, einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran aufweist, wobei die Spule an eine Hochspannungsversorgung anschließbar ist.
  • Ein solcher Stoßwellengenerator mit einer parallel zu der Spule angeordneten Membran ist in der DE-OS 33 12 014 beschrieben. Dabei werden die Stoßwellen dadurch erzeugt, daß die Spule an die Hochspannungsversorgung angeschlossen wird, die einen auf mehrere kV, z.B. 20 kV, aufgeladenen Kondensator enthält. Die in dem Kondensator gespeicherte Energie entlädt sich dann schlagartig in die Spule, was zur Folge hat, daß die Spule äußerst schnell ein magnetisches Feld aufbaut. Gleichzeitig wird in der Membran ein Strom induziert, der dem in der Spule fließenden Strom entgegengesetzt ist und demzufolge ein magnetisches Gegenfeld erzeugt, unter dessen Wirkung die Membran schlagartig von der Spule wegbewegt wird. Die so in dem mit Flüssigkeit, z.B. Wasser, gefüllten Raum erzeugte Stoßwelle wird durch geeignete Maßnahmen auf die im Körper des Lebewesens befindlichen Konkremente, z.B. Nierensteine, fokussiert und bewirkt deren Zertrümmerung.
  • Um eine möglichst weitgehende Wandlung der von der Hochspannungsversorgung abgegebenen elektrischen Energie in Stoßenergie zu erreichen, ist es bei dem bekannten Stoßwellengenerator erforderlich, die Membran möglichst nahe an der Spule anzubringen. Dies ist jedoch wegen der zwischen der Spule und der Membran zwangsläufig vorliegenden Potentialdifferenz nur bedingt möglich, da zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen zwischen Membran und Spule ein Mindestabstand eingehalten werden muß. Spannungsüberschläge würden die Wirkung des Stoßwellengenerators beeinträchtigen und zu Beschädigungen der Membran führen, die deren Lebensdauer nachteilig beeinflussen. Bei dem bekannten Stoßwellengenerator muß daher im Interesse einer ausreichenden Lebensdauer der Membran der Abstand zwischen der Membran und der Spule so gewählt werden, daß sich bei der Wandlung der elektrischen Energie in Stoßenergie nur ein unbefriedigender Wirkungsgrad einstellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Stoßwellengenerator so auszubilden, daß dessen Membran eine hohe Lebensdauer aufweist, ohne daß damit eine nennenswerte Minderung des Wirkungsgrades der Energiewandlung verbunden ist.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Bereichen großer Potentialdifferenz zwischen den Windungen der Spule einerseits und der Membran andererseits zwischen beiden ein gegenüber Bereichen geringer Potentialdifferenz vergrößerter Abstand vorliegt. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß die Hochspannung über der Spule abfällt und somit die zwischen den einzelnen Windungen der Spule und der Membran vorhandene Potentialdifferenz unterschiedlich ist. Demzufolge reicht es zur Sicherstellung einer hohen Lebensdauer der Membran aus, wenn der Abstand zwischen den Windungen der Spule und der Membran in jenen Bereichen, in denen aufgrund der vorliegenden großen Potentialdifferenz Spannungsüberschläge zu befürchten sind, gegenüber Bereichen geringer Potentialdifferenz vergrößert ist. Eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Energiewandlung tritt durch diese Maßnahme allenfalls in beschränktem Umfang ein, da im Gegensatz zu dem bekannten Stoßwellengenerator nicht sämtliche Windungen der Spule in einem solchen Abstand zu der Membran angeordnet sind, daß bei der maximal auftretenden Potentialdifferenz Hochspannungsfestigkeit vorliegt, sondern eben nur jene Windungen, in deren Bereich tatsächlich die Gefahr von Spannungsüberschlägen besteht.
  • Eine hohe Lebensdauer der Membran bei besonders geringen Auswirkungen auf den Wirkungsgrad der Energiewandlung ist erreichbar, wenn nach einer Variante der Erfindung die äußerste Windung der Spule mit der Membran auf gleichem Potential liegt und die inneren Windungen der Spule den vergrößerten Abstand zur Membran aufweisen. Aufgrund dieser Maßnahme liegt zwischen den äußeren Windungen der Spule, die wegen ihres großen Durchmessers den größten Teil der Antriebsenergie der Membran aufbringen, und der Membran nur eine geringe Potentialdifferenz vor, so daß diese Windungen sehr nahe an der Membran angeordnet werden können. Der vergrößerte Abstand zur Membran der ohnehin nur einen geringen Anteil der Antriebsenergie aufbringenden inneren Windungen bleibt in der Praxis ohne nennenswerten Einfluß auf den Wirkungsgrad der Energiewandlung.
  • Eine weitere Verringerung der Auswirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme auf den Wirkungsgrad der Energiewandlung wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß der zwischen den Windungen der Spule und der Membran in Bereichen großer Potentialdifferenz vorliegen de vergrößerte Abstand zu Bereichen geringer Potentialdifferenz hin kontinuierlich abnimmt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß in Bereichen großer Potentialdifferenz zwischen den einzelnen Windungen der Spule und der Membran tatsächlich nur derjenige Abstand vorliegt, der zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen, und damit zur Sicherstellung einer ausreichenden Lebensdauer der Membran erforderlich ist.
  • Um Gefährdungen des zu behandelnden Lebewesens sowie des Bedienungspersonals zu vermeiden, sieht eine Ausführung der Erfindung vor, daß die Membran auf Erdpotential liegt, wodurch sichergestellt ist, daß an der in dem Raum befindlichen Flüssigkeit, die unter Umständen mit dem Lebewesen bzw. dem Bedienungspersonal in Berührung kommen kann, keine Hochspannung anliegt.
  • Eine letzte Variante der Erfindung sieht vor, daß die Windungen der Spule auf einer Auflagefläche eines Isolators angeordnet sind, wobei die Auflagefläche entsprechend dem zwischen den Windungen und der Membran jeweils erforderlichen Abstand gestaltet ist. Es wird so eine sichere Einhaltung dieses Abstand gewährleistet.
  • Eine Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch einenerfindungsgemä- ßen Stoßwellengenerator zeigt.
  • Der erfindungsgemäße Stoßwellengenerator weist ein Gehäuse 1 auf, das einen mit einer Flüssigkeit gefüllten, durch eine Membran 2 abgeschlossenen Raum 3 enthält. Der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildeten Membran 2 gegenüberliegend ist eine Spule 4 mit spiralförmig angeordneten Windungen vorgesehen, wobei zwischen der Membran 2 und der Spule 4 eine isolierfolie 5 angeordnet ist. Die Windungen der Spule 4 sind auf einer Auflagefläche 6 eines Isolators 7 angeordnet, der in einer Kappe 8 aufgenommen ist. Die Membran 2, die Isolierfolie 5 und die den Isolator 7 mit der Spule 4 enthaltende Kappe 8 sind mittels Schrauben 9 an dem Gehäuse 1 befestigt. Zur Fixierung der Spule 4 an der Auflagefläche 6 des Isolators 7 ist der zwischen der Isolierfolie 5 und der Auflagefläche 6 des Isolators 7 befindliche Raum mit einem der Ubersichtlichkeit halber nicht dargestellten elektrisch isolierenden Gießharz ausgefüllt. Die Spule 4 ist über Anschlüsse 10 und 11, die durch Bohrungen in dem Isolator 7 und der Kappe 8 nach außen treten, mittels eines geeigneten Schaltmittels 12 an eine schematisch dargestellte Hochspannungsversorgung 13 anschließbar, die einen Stromstoß an die Spule 4 abgibt, wodurch die Membran 2 schlagartig von der Spule 4 abgestoßen wird, was zur Ausbildung einer Stoßwelle in der Flüssigkeit im Raum 3 führt. Infolge der an der Spule 4 anliegenden Hochspannung treten zwischen der Membran 2 und den einzelnen Windungen der Spule 4 Potentialdifferenzen auf.
  • Dabei ist vorgesehen, daß in Bereichen großer Potentialdifferenz zwischen den Windungen der Spule 4 und der Membran 2 zwischen beiden ein gegenüber Bereichen geringer Potentialdifferenz vergrößerter Abstand vorliegt. Im Falle des dargestellten erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators liegt, wie aus der Figur ersichtlich ist, die äußerste Windung 14 der Spule 4 mit der Membran 2 auf gleichem Potential, nämlich Erdpotential 15, so daß zwischen den inneren Windungen 16 bis 21 der Spule 4 und der Membran 2 eine hohe Potentialdifferenz vorliegt. Die Windungen 16 bis 21 sind demzufolge in einem größeren Abstand zur Membran 2 angeordnet als die äußeren, eine geringere Potentialdifferenz zur Membran 2 aufweisenden Windungen der Spule 4.
  • Der Abstand der Windungen 16 bis 21 von der Membran 2 nimmt im Sinne der Abnahme der Potentialdifferenz ebenfalls, und zwar kontinuierlich ab, wobei die Auflagefläche 6 des Isolators 7 entsprechend dem zwischen den Windungen 16 bis 21 und der Membran 2 jeweils erforderlichen Abstand geformt ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist ein Stoßwellengenerator mit einer ebenen Membran 2 dargestellt. Es ist aber auch moglich, Stoßwellengeneratoren mit andersartig, z.B. sphärisch geformter Membran erfindungsgemäß auszubilden.
  • Außerdem können im Rahmen der Erfindung z.B. die innerste Windung der Spule auf einem positiven, die äußerste Windung der Spule auf einem negativen und die Membran auf einem dazwischenliegenden Potential liegen. Sowohl die inneren als auch die äußeren Windungen der Spule weisen dann einen vergrößerten Abstand zur Membran auf.

Claims (5)

1. Stoßwellengenerator um berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, welcher eine Spule (4) mit spiralförmig angeordneten Windungen und eine dieser gegenüberliegende, einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum (3) abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran (2) aufweist, wobei die Spule (4) an eine Hochspannungsversorgung (13) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Bereichen großer Potentialdifferenz zwischen den Windungen (16 bis 21) der Spule (4) einerseits und der Membran (2) andererseits zwischen beiden ein gegenüber Bereichen geringer Potentialdifferenz vergrößerter Abstand vorliegt.
2. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Windung (14) der Spule (4) mit der Membran (2) auf gleichem Potential (15) liegt und die inneren Windungen (16 bis 21) der Spule (4) den vergrößerten Abstand zur Membran (2) aufweisen.
3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Windungen (16 bis 21) der Spule (4) und der Membran (2) in Bereichen großer Potentialdifferenz vorliegende vergrößerte Abstand zu Bereichen geringer Potentialdifferenz hin kontinuierlich abnimmt.
4. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) auf Erdpotential (15) liegt.
5. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spule (4) auf einer Auflagefläche (6) eines Isolators (7) angeordnet sind, wobei die Auflagefläche (6) entsprechend dem zwischen den Windungen und der Membran (2) jeweils erforderlichen Abstand gestaltet ist.
EP87109710A 1986-07-14 1987-07-06 Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens Expired - Lifetime EP0259559B1 (de)

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