EP1445758A2 - Linsensystem für einen Stosswellengenerator - Google Patents

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Publication number
EP1445758A2
EP1445758A2 EP20040001091 EP04001091A EP1445758A2 EP 1445758 A2 EP1445758 A2 EP 1445758A2 EP 20040001091 EP20040001091 EP 20040001091 EP 04001091 A EP04001091 A EP 04001091A EP 1445758 A2 EP1445758 A2 EP 1445758A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
lens element
phase shift
lens system
diffraction
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20040001091
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Dr. Hepp
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.)
Dornier Medtech Systems GmbH
Original Assignee
Dornier Medtech Systems GmbH
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 Dornier Medtech Systems GmbH filed Critical Dornier Medtech Systems GmbH
Publication of EP1445758A2 publication Critical patent/EP1445758A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current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

Definitions

  • the invention relates to a lens system for a shock wave generator with at least two lens elements.
  • Shock wetting generators are used, for example, in therapy facilities for treatment stone disorders (lithotripsy), tumor disorders and bone disorders (osteo-restoration) used.
  • Shock wave sequences are used to smash kidney stones, for example generated by a shock wave source, which on the concrement in Body to be focused.
  • a shock wave source which on the concrement in Body to be focused.
  • shock sources An important concern when designing the shock sources is on one Side to improve the effectiveness of the smashing and on the other side reduce the side effects of acoustic energy not absorbed by the stone.
  • Electrohydraulic shock sources electrode sources
  • the shock waves generated in relation to the ratio of effect to side effect can be improved by having part of the shock wave front compared to the main shaft is so delayed that the focus and train components occurring in its surroundings by superimposing positive ones Proportions from the delayed wave are reduced, thereby reducing the side effects responsible cavitation tendency is reduced.
  • Attempts by the applicant with delay lines in the shock wave path have shown that it is possible by delay from parts of the shock wave front to the peak pressures in the focus axis reduce. In doing so, significantly reduced throughputs of acoustic energy the therapy focus can be realized without regard to the effectiveness of the single pulse reduce its smashing effect.
  • the frequently used electrohydraulic process is generated by the extra-focal Spark jump a temporal stretch and a lateral smear of the focus profile.
  • the electromagnetic source produces especially in large apparatus geometrically and temporally exact pulses, which - supported by nonlinear effects - lead to very sharp bundling. Sharp and out of focus lead to different crushing mechanisms which, depending on the stone size, Stone composition and smashing progress suitable in different ways can be used.
  • a shock wave generator is known from EP 0 254 104, which has a focusing device with multiple lenses. One or more lenses either introduced into or out of the beam path or the shock wave path taken out. By inserting and removing the lenses, the Focus width can be changed.
  • a first disadvantage of this prior art is that only the focus geometry, however, the pulse profile cannot be changed. Also requires this method of inserting and removing the lenses is a relatively voluminous one Shock wave generator.
  • EP 0 448 291 discloses an ultrasound probe in which, in addition to a piezoelectric Element arranged a shaft for rotating one or two diffraction parts is to introduce different sections of a diffraction part into the beam path.
  • a lens system for a shock wave generator with at least two lens elements are provided, at least one lens element is rotatable about an axis of rotation within the beam path and at least two lens elements with respect to the axis of rotation a non-rotationally symmetrical Have diffraction and / or phase shift characteristics.
  • a lens element is a radiatable element understood that is suitable to change an acoustic beam.
  • the change can consist, for example, of focusing or a phase shift.
  • the term diffraction characteristic does not necessarily imply that the corresponding lens element focuses the beam; also an expansion of the Beam is possible.
  • a lens element can also only be a phase shift of part or all of the beam without focusing it. In this case, a further lens element can be provided, which is only for focusing serves.
  • a lens element with a rotationally symmetrical diffraction and / or phase shift characteristic be provided.
  • the non-rotationally symmetrical phase shift characteristic can be continuous or be non-continuous.
  • the at least two lens elements do not necessarily have to have the same diffraction and / or have phase shift characteristics. As detailed below it is often useful if they have different diffraction and / or Have phase shift characteristics.
  • the non-rotationally symmetrical diffraction and / or phase shift characteristic of the at least two lens elements allows changing and adjusting the Focus and the pulse profile by rotating the at least one lens element around the axis of rotation. This results in compact dimensions of the lens system ensures that the axis of rotation within the beam path or acoustic Waves lies.
  • the lenses do not have to, as described in the above State of the art, are each introduced into the beam path.
  • the at least one lens element of the invention Lens system is not necessarily designed to be in an optical path the entire wave cross section (for example, a shock wave) recorded.
  • the lens element also does not have to completely surround and / or in the axis of rotation be formed symmetrically with respect to the axis of rotation.
  • the at least two lens elements arranged coaxially and the common axis be the axis of rotation.
  • each lens element has - at least what its circumferential shape in the plane perpendicular to the axis of rotation - symmetry with respect this axis of rotation.
  • a lens element could be one have circular circumference.
  • the coaxial arrangement makes it easier and compact structure. It is also easy to set up or adjust of the lens positions possible.
  • the at least two Lens elements are brought into a predetermined relative position to each other. This can be achieved in that a lens element is fixed during the another is movable about the axis of rotation. But it can also all lens elements be rotatable. If there are more than two lens elements, some can alternatively be used the lens elements can be moved while others are fixed.
  • the diffraction and / or phase shift characteristics can which at least two lens elements are designed in such a way that the diffraction and / or phase shifting effect of the at least two lens elements in a first predetermined relative arrangement of the at least two Maximum lens elements and in a second predetermined relative arrangement is minimal.
  • the diffraction and / or phase shift effects of the lens elements intensify while they are in the second predetermined relative Compensate the arrangement at least partially.
  • At least one second lens element can be a have such diffraction and / or phase shift characteristics that the combination of the at least one and the second lens element in a predetermined relative arrangement of the lens elements a rotationally symmetrical Diffraction and / or phase shift characteristic has.
  • the non-rotationally symmetrical diffraction and / or phase shift characteristic of the at least one lens element by a predetermined relative Position of at least a second lens element can be compensated so that the entire characteristic of the one and the second lens element rotationally symmetrical is.
  • the second lens element can be the same Diffraction and / or phase shift characteristics like the at least one Have lens element. So that the diffraction and / or phase shift effect of the two lens elements, if these with respect to the axis of rotation in are in the same position, maximally reinforced. This further training also allows a simple one Production of the lens element.
  • the second lens element can be one of the at least one lens element with inverse diffraction and / or phase shift characteristics exhibit. This way it can be in a predetermined relative Arrangement of the two lens elements compensates for the non-rotationally symmetrical Diffraction and / or phase shift effect of the at least a lens element can be achieved. If, for example, the at least one lens element The second lens element can have a convex curvature in one region have a concave curvature in a corresponding area. This can be achieved in a first relative arrangement of the lens elements maximizes the diffraction and / or phase shift effect becomes; in a different relative arrangement can compensate for the effect be achieved. These are preferably at least one and the second lens element formed such that the relative arrangement of the two lens elements with minimal effect through a relative rotation of 90 ° from the maximum position Effect arises.
  • this can at least one lens element has a non-rotationally symmetrical distribution of thickness.
  • the thickness distribution can be non-continuous. this makes possible an exact setting of a defined focus and / or pulse profile.
  • a lens element does not have to have an entire wave cross section include.
  • At least one lens element can at least include two materials.
  • materials with certain Velocity of sound can thus be lens elements with desired Characteristics are produced.
  • the at least one lens element can advantageously be a dimensionally stable material, especially polystyrene.
  • the invention also provides a shock wave generator with a lens system kind previously described.
  • a shock wave generator with a lens system kind previously described.
  • the use of such a shock wave generator allows the shock waves to be adapted to the respective patient during therapy while reducing side effects while maintaining effectiveness.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a shock wave generator according to the invention.
  • the shock wave generator comprises a shock source 1, which is, for example around a plane (as shown in the figure) or a cylindrical electromagnetic Source, a flat or dome-shaped piezoelectric source can act.
  • a convex lens 2 is arranged in the beam path of the shock wave serves the shock wave. In the side of the lens 2 facing away from the shock source depressions 3 are arranged.
  • the lens 2 is made of a material with a speed of sound other than the surrounding medium (e.g. water). Because of the recesses 3 are parts of one Shock wave, which leave the lens 2 in the areas of the recesses 3 opposite other parts of the shock wave, which from the lens 2 in other areas of the Emerge surface, out of phase.
  • the depressions 3 are in this embodiment formed in the form of steps; the lens element 2 thus has one non-continuous thickness distribution.
  • Another lens element comes after the lens element 2 in the radiation direction 4, which is used only for the phase shift; it is not used for focusing. Elevations 5 are arranged on the lens element 4. The amount of increases 5 corresponds to the depth of the depressions 3. Both lens elements 2 and 4 are arranged coaxially with respect to the axis 6, the lens element 4 about the axis 6 is rotatable, as indicated by the arrow.
  • a shock wave passes depending on the area of the lens elements 2 and 4 different distances in the lens material.
  • This Parts of the shock wave depending on the material selected, an acceleration or a deceleration towards other parts of the shock wave.
  • the depressions 3 and elevations 5 also extend to the center of the lens elements.
  • the stages shown With a certain height or depth other levels with different levels Height or depth exist.
  • the levels shown can also be different Have dimensions; this applies to both levels within one of the Lens elements as well as for the steps in different lens elements.
  • the lens elements can be made of a material with a higher speed of sound (e.g. polistyrene) or with a lower sound speed (e.g. silicone rubber) than the surrounding medium (e.g. water) exist. Because of The lens elements can be dimensionally stable from a dimensionally stable material such as Be made of polistyrene.
  • the rotation of the lens element 4 can be done manually by a lever from the outside or with a servomotor.
  • the other lens element 2 can also be moved his.
  • Figure 2 shows another embodiment of a shock wave generator according to the invention.
  • the electromagnetic source 1 convex lens 2 which is used only for focusing.
  • the lens 2 is followed by two lens elements 7 and 8, each having the same phase shift characteristic exhibit.
  • the thickness of the lens element increases to the left and right from the center.
  • the lens elements 7 and 8 are arranged to each other such that the phase shift of both lens elements is intensified as the phase delays Areas (for a material with a lower speed of sound as the surrounding medium).
  • the resulting shock wave front is indicated by line 9. How to recognize the edge areas to the left and right of the wavefront are compared to one not delayed shock wave front 10 remained somewhat. The corresponding Pressure distribution in focus 11 results from the isobars shown.
  • FIG. 3a The location dependence of the pressure p is shown again in FIG. 3a. You can see that spatial defocusing of the shock wave front.
  • Figure 3b shows the pulse profile. Also the temporal defocusing of the shock wave front is therefore maximum.
  • FIG. 5a and 5b The resulting pressure distribution or the resulting pulse profile are shown in FIG. 5a and 5b. It can be seen that the shock wave is both spatial (FIG. 5a) and is maximally focused in time (FIG. 5b).
  • lens elements shown in the exemplary embodiments are merely illustrations of the lens system according to the invention. It is clear that, for example, the lens elements 7 and / or 8 can also be arranged in front of the convex lens 2. Also other combinations of lens elements are especially with others Thickness distributions or from different materials possible.
  • Lens elements for other sources of shock e.g. cylindrical or dome-shaped Sources

Landscapes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem für akustische Wellen mit wenigstens zwei Linsenelementen, wobei wenigstens ein Linsenelement um eine Rotationsachse innerhalb des Strahlengangs rotierbar ist und die wenigstens zwei Linsenelemente bzgl. der Rotationsachse eine nichtrotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweisen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem für einen Stoßwellengenerator mit wenigstens zwei Linsenelementen.
Stoßwetiengeneratoren werden beispielsweise in Therapieeinrichtungen zur Behandlung von Steinleiden (Lithotripsie), Tumorleiden und Knochenleiden (Osteorestauration) verwendet. Zur Zertrümmerung beispielsweise von Nierensteinen werden Stoßwellensequenzen von einer Stoßwellenquelle erzeugt, die auf das Konkrement im Körper fokussiert werden. Bei den heute verfügbaren Geräten ist die geometrische Form und der zeitliche Verlauf der Stoßwellen durch die Struktur und Geometrie der Quelle und der fokussierenden Elemente festgelegt.
Ein wichtiges Anliegen bei der Gestaltung der Stoßquellen besteht darin, auf der einen Seite die Effektivität der Zertrümmerung zu verbessern und auf der anderen Seite die Nebenwirkungen durch die nicht vom Stein absorbierte akustische Energie zu reduzieren. Untersuchungen an elektrohydraulischen Stoßquellen (Elektrodenquellen) haben gezeigt, dass die erzeugten Stoßwellen in Bezug auf das Verhältnis von Wirkung zu Nebenwirkung dadurch verbessert werden können, dass ein Teil der Stoßwellenfront gegenüber der Hauptwelle zeitlich so verzögert wird, dass die im Fokus und in dessen Umgebung auftretenden Zuganteile durch Überlagerung von positiven Anteilen aus der verzögerten Welle reduziert und dadurch die für die Nebenwirkungen verantwortliche Kavitationsneigung verringert wird. Versuche der Anmelderin mit Verzögerungsstrecken im Stoßwellenpfad haben gezeigt, dass es möglich ist, durch Verzögerung von Teilen der Stoßwellenfront die Spitzendrücke in der Fokusachse zu senken. Dabei konnten erheblich reduzierte Durchsätze akustischer Energie durch den Therapiefokus realisiert werden, ohne die Effektivität des Einzelpulses hinsichtlich seiner Zertrümmerungswirkung zu verringern.
Das häufig verwendete elektrohydraulische Verfahren erzeugt durch den außerfokalen Funkensprung eine zeitliche Dehnung und eine seitliche Verschmierung des Fokusprofils. Die elektromagnetische Quelle erzeugt insbesondere bei großen Apparaturen geometrisch und zeitlich exakte Pulse, die - unterstützt durch nichtlineare Effekte - zu einer sehr scharfen Bündelung führen. Scharfe und unscharfe Fokussierungen führen zu unterschiedlichen Zerkleinerungsmechanismen, die je nach Steingröße, Steinzusammensetzung und Zertrümmerungsfortschritt auf verschiedene Weise geeignet eingesetzt werden können.
Aus der EP 0 254 104 ist ein Stoßwellengenerator bekannt, der eine Fokussierungseinrichtung mit mehreren Linsen umfasst. Dabei werden eine oder mehrere Linsen entweder in den Strahlengang bzw. den Stoßwellenweg eingebracht oder aus diesem heraus genommen. Durch dieses Einbringen und Herausnehmen der Linsen kann die Fokusbreite verändert werden.
Ein erster Nachteil dieses Stands der Technik besteht darin, dass lediglich die Fokusgeometrie, nicht jedoch das Pulsprofil verändert werden kann. Außerdem erfordert dieses Verfahren des Einbringens und Herausnehmens der Linsen einen relativ voluminösen Stoßwellengenerator.
Die EP 0 448 291 offenbart eine Ultraschallsonde, bei der neben einem piezoelektrischen Element eine Welle zum Rotieren von ein oder zwei Beugungsteilen angeordnet ist, um verschiedene Abschnitte eines Beugungsteils in den Strahlengang einzubringen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Linsensystem bereitzustellen, das eine Veränderung der Fokusgeometrie und des Pulsprofils von Stoßwellen ermöglicht und außerdem in kompakter Bauweise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Linsensystem gemäß Anspruch 1. Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein Linsensystem für einen Stoßwellengenerator mit wenigstens zwei Linsenelementen bereitgestellt, wobei wenigstens ein Linsenelement um eine Rotationsachse innerhalb des Strahlengangs rotierbar ist und die wenigstens zwei Linsenelemente bezüglich der Rotationsachse eine nichtrotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweisen.
Unter einem Linsenelement wird hier und im Folgenden ein durchstrahlbares Element verstanden, das geeignet ist, einen akustischen Strahl zu verändern. Die Veränderung kann beispielsweise in einer Fokussierung oder einer Phasenverschiebung bestehen. Der Begriff Beugungscharakteristik impliziert nicht notwendigerweise, dass das entsprechende Linsenelement den Strahl fokussiert; auch eine Aufweitung des Strahls ist möglich. Ein Linsenelement kann auch lediglich eine Phasenverschiebung eines Teils oder des gesamten Strahls bewirken ohne diesen zu fokussieren. In diesem Fall kann ein weiteres Linsenelement vorgesehen sein, das lediglich der Fokussierung dient. Neben den wenigstens zwei Linsenelementen kann ein Linsenelement mit einer rotationssymmetrischen Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik vorgesehen sein.
Die nichtrotationssymmetrische Phasenverschiebungscharakteristik kann kontinuierlich oder nichtkontinuierlich ausgebildet sein.
Die wenigstens zwei Linsenelemente müssen nicht notwendigerweise dieselbe Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweisen. Wie unten ausführlich diskutiert wird, ist es häufig nützlich, wenn sie unterschiedliche Beugungsund/oder Phasenverschiebungscharakteristika aufweisen.
Die nichtrotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik der wenigstens zwei Linsenelemente erlaubt ein Verändern und Anpassen des Fokus und des Pulsprofils durch Rotation des wenigstens einen Linsenelements um die Rotationsachse. Kompakte Abmessungen des Linsensystems werden dadurch gewährleistet, dass die Rotationsachse innerhalb des Strahlengangs bzw. akustischen Wellenwegs liegt. Die Linsen müssen nicht, wie in dem oben beschriebenen Stand der Technik, jeweils in den Strahlengang eingebracht werden.
Es ist zu beachten, dass das wenigstens eine Linsenelement des erfindungsgemäßen Linsensystems nicht notwendigerweise so ausgebildet ist, dass es in einem Strahlengang den gesamten Wellenquerschnitt (beispielsweise einer Stoßwelle) erfasst. Das Linsenelement muss auch nicht die Rotationsachse vollständig umgeben und/oder in irgendeiner Weise symmetrisch bzgl. der Rotationsachse ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die wenigstens zwei Linsenelemente koaxial angeordnet und die gemeinsame Achse die Rotationsachse sein.
Bei einer koaxialen Anordnung weist jedes Linsenelement - zumindest was seine Umfangsgestalt in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse betrifft - eine Symmetrie bezüglich dieser Rotationsachse auf. Beispielsweise könnte ein Linsenelement einen kreisförmigen Umfang aufweisen. Durch die koaxiale Anordnung wird ein einfacher und kompakter Aufbau ermöglicht. Außerdem ist ein einfaches Einstellen bzw. Anpassen der Linsenstellungen möglich.
Zur Einstellung eines bestimmten Fokus oder Pulsprofils können die wenigstens zwei Linsenelemente in eine vorherbestimmte relative Stellung zueinander gebracht werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein Linsenelement fest ist während das andere um die Rotationsachse bewegbar ist. Es können aber auch alle Linsenelemente rotierbar sein. Bei mehr als zwei Linsenelementen können alternativ auch einige der Linsenelemente bewegbar sein während andere fest angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung können die Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristika der wenigstens zwei Linsenelemente derart ausgebildet sein, dass die Beugungs- und/oder Phasenverschiebungswirkung der wenigstens zwei Linsenelemente in einer ersten vorbestimmten relativen Anordnung der wenigstens zwei Linsenelemente maximal und in einer zweiten vorbestimmen relativen Anordnung minimal ist.
In der ersten vorbestimmten relativen Anordnung der wenigstens zwei Linsenelemente können sich also etwa die Beugungs- und/oder Phasenverschiebungswirkungen der Linsenelemente verstärken während sie sich in der zweiten vorbestimmten relativen Anordnung etwa zumindest teilweise kompensieren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann wenigstens ein zweites Linsenelement eine derartige Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweisen, dass die Kombination des wenigstens einen und des zweiten Linsenelements in einer vorbestimmten relativen Anordnung der Linsenelemente eine rotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweist. Auf diese Weise kann die nichtrotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik des wenigstens einen Linsenelements durch eine vorbestimmte relative Position wenigstens eines zweiten Linsenelements kompensiert werden, so dass die gesamte Charakteristik des einen und des zweiten Linsenelements rotationssymmetrisch ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das zweite Linsenelement die gleiche Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik wie das wenigstens eine Linsenelement aufweisen. Damit wird die Beugungs- und/oder Phasenverschiebungswirkung der beiden Linsenelemente, wenn diese bzgl. der Rotationsachse in gleicher Position sind, maximal verstärkt. Diese Weiterbildung erlaubt auch eine einfache Herstellung des Linsenelements.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative kann das zweite Linsenelement eine zu der des wenigstens einen Linsenelements inverse Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweisen. Auf diese Weise kann in einer vorherbestimmten relativen Anordnung der beiden Linsenelemente eine Kompensation der nichtrotationssymmetrischen Beugungs- und/oder Phasenverschiebungswirkung des wenigstens einen Linsenelements erzielt werden. Falls beispielsweise das wenigstens eine Linsenelement in einem Bereich eine konvexe Wölbung aufweist kann das zweite Linsenelement in einem entsprechenden Bereich eine konkave Wölbung aufweisen. Damit kann erreicht werden, dass in einer ersten relativen Anordnung der Linsenelemente eine Maximierung der Beugungs- und/oder Phasenverschiebungswirkung erreicht wird; in einer anderen relativen Anordnung kann eine Kompensation der Wirkung erzielt werden. Vorzugsweise sind das wenigstens eine und das zweite Linsenelement derart ausgebildet, dass die relative Anordnung der beiden Linsenelemente mit minimaler Wirkung durch eine relative Drehung um 90° aus der Stellung maximale Wirkung entsteht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der zuvor beschriebenen Linsensysteme kann das wenigsten eine Linsenelement eine nichtrotationssymmetrische Dickenverteilung aufweisen. Vorzugsweise kann die Dickenverteilung nichtkontinuierlich sein. Dies ermöglicht eine genaue Einstellung eines definierten Fokus und/oder Pulsprofils.
Wie bereits zuvor erwähnt, muss ein Linsenelement nicht einen gesamten Wellenquerschnitt umfassen. Vorzugsweise kann das wenigstens eine Linsenelement in Ringform ausgebildet sein. Dadurch wird ein Teil des Strahls unbeeinflusst gelassen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das wenigsten eine Linsenelement wenigstens zwei Materialien umfassen. Durch eine geeignete Wahl der Materialien mit bestimmten Schallgeschwindigkeiten können somit Linsenelemente mit gewünschten Charakteristika hergestellt werden.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Linsenelement einen formstabilen Werkstoff, insbesondere Polistyrol, umfassen.
Die Erfindung stellt außerdem einen Stoßwellengenerator mit einem Linsensystem der zuvor beschriebenen Art bereit. Die Verwendung eines solchen Stoßwellengenerators erlaubt es, die Stoßwellen bei einer Therapie auf den jeweiligen Patienten anzupassen und dabei die Nebenwirkungen bei gleichbleibender Effektivität zu verringern.
Weitere Merkmale und Vorteile in der Erfindung werden an Hand der folgenden Zeichnungen näher beschreiben. Dabei zeigt
Figur 1
in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linsensystems in einem Stoßwellengenerator;
Figur 2
in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linsensystems in einem Stoßwellengenerator mit einer ersten relativen Anordnung der Linsenelemente;
Figur 3a
das Fokusprofil der Linsenanordnung von Figur 2;
Figur 3b
das Pulsprofil der Linsenanordnung von Figur 2;
Figur 4
das zweite Ausführungsbeispiel mit einer anderen Anordnung der beiden Linsenelemente;
Figur 5a
das Fokusprofil für die Anordnung der Linsenelemente von Figur 4; und
Figur 5b
das Pulsprofil für die Anordnung der Linsenelemente von Figur 4.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators. Der Stoßwellengenerator umfasst eine Stoßquelle 1, bei der es sich beispielsweise um eine ebene (wie in der Figur gezeigt) oder eine zylindrische elektromagnetische Quelle, eine ebene oder kalottenförmige piezoelektrische Quelle handeln kann. In dem Strahlengang der Stoßwelle ist eine konvexe Linse 2 angeordnet, die der Fokussierung der Stoßwelle dient. In der der Stoßquelle abgewandten Seite der Linse 2 sind Vertiefungen 3 angeordnet.
Die Linse 2 besteht aus einem Material mit einer anderen Schallgeschwindigkeit als das umgebende Medium (z.B. Wasser). Auf Grund der Vertiefungen 3 sind Teile einer Stoßwelle, welche die Linse 2 in den Bereichen der Vertiefungen 3 verlassen, gegenüber anderen Teilen der Stoßwelle, welche aus der Linse 2 in anderen Bereichen der Oberfläche austreten, phasenverschoben. Die Vertiefungen 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Form von Stufen ausgebildet; das Linsenelement 2 weist somit eine nichtkontinuierliche Dickenverteilung auf.
In Strahlungsrichtung nach dem Linsenelement 2 kommt ein weiteres Linsenelement 4, das lediglich der Phasenverschiebung dient; es wird nicht zur Fokussierung verwendet. Auf dem Linsenelement 4 sind Erhöhungen 5 angeordnet. Die Höhe der Erhöhungen 5 entspricht der Tiefe der Vertiefungen 3. Beide Linsenelemente 2 und 4 sind koaxial bzgl. der Achse 6 angeordnet, wobei das Linsenelement 4 um die Achse 6 rotierbar ist, wie durch den Pfeil angedeutet wird.
In der in Figur 1 gezeigten relativen Stellung der Linsenelemente 2 und 4 zueinander, kompensieren sich die durch die Vertiefungen 3 und Erhöhungen 5 erzielten Phasenverschiebungen. Auf Grund der sich entsprechenden Verzögerungs- oder Beschleunigungsstrecken in den Linsenelementen 2 und 4, haben die beiden Linsenelemente zueinander inverse Phasenverschiebungscharakteristika. Die resultierende Stoßwellenfront ist durch die Linie mit der Bezugsziffer 9 angedeutet.
Wird das Linsenelement 4 um die Achse 6 gedreht, so dass die Stufen 3 und 5 nicht mehr übereinander liegen, durchläuft eine Stoßwelle je nach Bereich der Linsenelemente 2 und 4 unterschiedliche Strecken in dem Linsenmaterial. Dadurch erfahren Teile der Stoßwelle, je nach gewähltem Material, eine Beschleunigung oder eine Verzögerung gegenüber anderen Teilen der Stoßwelle.
Statt der in Figur 1 gezeigten Form, können die Vertiefungen 3 und Erhöhungen 5 auch bis zum Mittelpunkt der Linsenelemente reichen. Neben den gezeigten Stufen mit einer bestimmten Höhe bzw. Tiefe können auch weitere Stufen mit unterschiedlicher Höhe bzw. Tiefe vorhanden sein. Auch die gezeigten Stufen können unterschiedliche Abmessungen aufweisen; dies gilt sowohl für Stufen innerhalb eines der Linsenelemente als auch für die Stufen in verschiedenen Linsenelementen.
Die Linsenelemente können aus einem Material mit höherer Schallgeschwindigkeit (z.B. Polistyrol) oder mit niedrigerer Schallgeschwindigkeit (z.B. Silikonkautschuk) als das umgebende Ausbreitungsmedium (z.B. Wasser) bestehen. Aus Gründen der Formstabilität können die Linsenelemente aus einem formstabilen Werkstoff wie z.B. Polistyrol gefertigt sein.
Die Rotation des Linsenelements 4 kann von Hand durch einen Hebel von außen oder etwa mit einem Stellmotor erfolgen. Auch das andere Linsenelement 2 kann beweglich sein.
Figur 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators. In diesem Beispiel kommt nach der elektromagnetischen Quelle 1 eine konvexe Linse 2, die lediglich der Fokussierung dient. Die Linse 2 wird gefolgt von zwei Linsenelementen 7 und 8, welche jeweils die gleiche Phasenverschiebungscharakteristik aufweisen. In der gezeigten Anordnung nimmt die Dicke des Linsenelements vom Mittelpunkt aus nach links und rechts zu.
In Figur 2 sind die Linsenelemente 7 und 8 derart zueinander angeordnet, dass sich die Phasenverschiebung beider Linsenelemente maximal verstärkt, da sich die phasenverzögemden Bereiche (bei einem Material mit niedrigerer Schallgeschwindigkeit als das Umgebungsmedium) übereinander befinden.
Die resultierende Stoßwellenfront ist durch die Linie 9 angedeutet. Wie man erkennen kann, sind die Randbereiche links und rechts der Wellenfront im Vergleich zu einer nicht verzögerten Stoßwellenfront 10 etwas zurückgeblieben. Die entsprechende Druckverteilung im Fokus 11 ergibt sich aus den gezeigten Isobaren.
In Figur 3a ist die Ortsabhängigkeit des Drucks p nochmals gezeigt. Man erkennt die räumliche Defokussierung der Stoßwellenfront. Figur 3b stellt das Pulsprofil dar. Auch die zeitliche Defokussierung der Stoßwellenfront ist somit maximal.
In Figur 4 ist das Ausführungsbeispiel des Linsensystems von Figur 2 gezeigt, wobei hier die Linsenelemente 7 und 8 relativ zu der in Figur 2 gezeigten Anordnung um 90° gegeneinander verdreht sind. Somit werden die Phasenverschiebungen kompensiert. Jeder Teil der Stoßwelle durchläuft die gleiche Materialdicke mit von dem Umgebungsmedium abweichender Schallgeschwindigkeit, so dass die gesamte Stoßwellenfront dieselbe Beschleunigung bzw. Verzögerung erfährt. Die resultierende Stoßwellenfront 10 entspricht somit der eines Stoßwellengenerators ohne Linsenelemente 7 und 8.
Die resultierende Druckverteilung bzw. das resultierende Pulsprofil sind in Figuren 5a und 5b gezeigt. Man erkennt, dass die Stoßwelle sowohl räumlich (Figur 5a) als auch zeitlich (Figur 5b) maximal fokussiert ist.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Linsenelemente sind lediglich illustrationen des erfindungsgemäßen Linsensystems. Es ist klar, dass beispielsweise die Linsenelemente 7 und/oder 8 auch vor der konvexen Linse 2 angeordnet sein können. Auch sind andere Kombinationen von Linsenelementen insbesondere mit anderen Dickenverteilungen oder aus verschiedenen Materialien denkbar.
In den Ausführungsbeispielen sind ebene elektromagnetische Stoßquellen gezeigt. Linsenelemente für andere Stoßquellen (beispielsweise zylindrische oder kalottenförmige Quellen) können in analoger Weise konstruiert werden.

Claims (12)

  1. Linsensystem für akustische Wellen mit wenigstens zwei Linsenelementen (2, 4; 7, 8), wobei wenigstens ein Linsenelement um eine Rotationsachse innerhalb des Strahlengangs rotierbar ist und die wenigstens zwei Linsenelemente bezüglich der Rotationsachse nicht rotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristika aufweisen.
  2. Linsensystem nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei Linsenelemente koaxial angeordnet sind und die gemeinsame Achse die Rotationsachse (6) ist.
  3. Linsensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristika der wenigstens zwei Linsenelemente derart ausgebildet ist, dass die Beugungs- und/oder Phasenverschiebungswirkung der wenigstens zwei Linsenelemente in einer ersten vorherbestimmten relativen Anordnung der wenigstens zwei Linsenelemente maximal und in einer zweiten vorherbestimmen relativen Anordnung minimal ist.
  4. Linsensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei wenigstens ein zweites Linsenelement eine derartige Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweist, dass die Kombination des wenigstens einen und des zweiten Linsenelements in einer vorherbestimmten relativen Anordnung der Linsenelemente eine rotationssymmetrische Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweist.
  5. Linsensystem nach Anspruch 4, wobei das zweite Linsenelement die gleiche Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik wie das wenigstens eine Linsenelement aufweist.
  6. Linsensystem nach Anspruch 4, wobei das zweite Linsenelement eine zu der des wenigstens einen Linsenelements inverse Beugungs- und/oder Phasenverschiebungscharakteristik aufweist.
  7. Linsensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Linsenelement eine nichtrotationssymmetrische Dickenverteilung aufweist.
  8. Linsensystem nach Anspruch 7, wobei die Dickenverteilung nichtkontinuierlich ist.
  9. Linsensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Linsenelement in Ringform ausgebildet ist.
  10. Linsensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Linsenelement wenigstens zwei Materialien umfasst.
  11. Linsensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Linsenelement ein formstabiles Material, insbesondere Polistyrol, umfasst.
  12. Stoßwellengenerator mit einem Linsensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
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