EP1727125A1 - Method and device for regulating a shock wave generator - Google Patents

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EP1727125A1
EP1727125A1 EP04028176A EP04028176A EP1727125A1 EP 1727125 A1 EP1727125 A1 EP 1727125A1 EP 04028176 A EP04028176 A EP 04028176A EP 04028176 A EP04028176 A EP 04028176A EP 1727125 A1 EP1727125 A1 EP 1727125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shock wave
shock
variable
wave generating
shock waves
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04028176A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erwin Simnacher
Steffen Strauss
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.)
Sanuwave Inc
Original Assignee
Healthtronics Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Healthtronics Inc filed Critical Healthtronics Inc
Priority to EP04028176A priority Critical patent/EP1727125A1/en
Publication of EP1727125A1 publication Critical patent/EP1727125A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • G10K15/04—Sound-producing devices
    • G10K15/06—Sound-producing devices using electric discharge

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling a shock wave generating device.
  • Shock wave generating devices are used in human and veterinary medicine for different purposes.
  • One medical application of shock wave generation devices in human medicine is in lithotripsy, where the generated shock waves are focused on internal objects to be destroyed, such as kidney stones.
  • Further applications include, for example, the induction of bone growth, the treatment of orthopedically painful diseases (epicondylitis, calculus shoulder) and the treatment of nerves, muscles and other soft tissue structures.
  • the shock wave generating devices are applied by means of an application surface to the body of a patient to initiate the generated shock waves in the body of a patient.
  • shock wave generating devices In a medical application of the shock wave generating devices must be ensured that the shock wave parameters of the generated acoustic shock waves are within certain limits, which are predetermined for the intended use.
  • the shockwave generating devices are subject to a lifetime wear, which can change the shock wave parameters.
  • the shock waves are generated by a shock wave generating unit in the form of a spark discharge between two electrodes in a liquid medium. Every spark discharge leads thereby at the electrode tips to a loss of material and thus to a larger electrode distance. Depending on the distance between the electrodes, the shock wave parameters may change. At a critical level, a sparkover will be lost at a voltage applied to the electrodes.
  • a method is known from EP 0 911 804 A2, in which a voltage applied to the electrodes and their course are measured, and the distance between the electrodes is corrected on the basis of a deviation from a voltage setpoint.
  • a discharge curve of a spark gap is measured for this purpose and compared with a target value of the discharge curve.
  • a voltage measurement on a high voltage circuit is difficult to perform.
  • Another measuring method is shown in DE 103 11 659 A1.
  • a device is described in which a discharge current between the electrode tips measured, compared with a target value and the distance of the electrodes is corrected according to a deviation of the measured value from the target value. Due to low measurement amplitudes, the measured values of the measurement method described are influenced by electromagnetic interference, which occurs more intensely in the event of a high-voltage discharge. This can lead to a falsification of the measured values and results in an increased risk of incorrect measurements.
  • shockwave parameters of the generated shock waves depend, among other things, on a medium in that they spread. A different quality of the propagation medium influences the parameters of the shock waves. A guarantee of constant shock wave parameters is therefore not given.
  • the aforementioned devices or methods are limited to electro-hydraulic shock wave generating devices.
  • an object of the present invention to provide an apparatus for controlling a shock wave generating device that is simple and inexpensive to manufacture and reliable in use, and that allows direct testing of the shock wave parameters.
  • the essential idea of the invention is to implement an apparatus for controlling a shockwave generating device with at least one shockwave generating unit, a measuring and a control device such that the measuring device has at least one PZT thin-film element which is arranged in a shock wave field in this way in that shock waves strike the at least one PZT thin-film element, and an electrical measured quantity generated by a mechanical deformation of the at least one PZT thin-film element is detected as the parameter of the acting shock wave and used as a measure for a correction step to be carried out with the control device on the unit producing the shock waves becomes.
  • PZT thin films are known from EP 961 02 532. This is a thin layer of lead zirconate titanate, PZT for short. Use find the piezoelectric thin film elements in the printing device industry, especially in use as actuators in ink jet recording devices.
  • a direct piezoelectric effect of the PZT thin-film elements is used for detecting the shock waves.
  • electrical charges are generated on a surface of a piezoelectric thin-film element. These electrical charges are detected as a parameter of the acting shock wave and fed to the control device.
  • the PZT thin-film elements have a very thin layer thickness, which only slightly influences the shock wave amplitudes, while at the same time offering high durability and high sensitivity. This allows the measurement of shock waves in real time, ie during the treatment of patients.
  • the PZT thin-film elements have a good signal-to-noise ratio, that is to say the device according to the invention is less sensitive to disturbances.
  • a measurement takes place outside the high-voltage circuit of the shock wave generating unit. The electrical measurements are less affected by electromagnetic interference.
  • the measuring device can be arranged in the interface between a medium which promotes the shock wave propagation and a coupling membrane for coupling the shock waves into the body of the patient.
  • the measuring device is arranged on a surface of a device for focusing the shock waves.
  • the electrical parameter, as a parameter of the acting pressure amplitude of the shock waves is compared for a judgment with at least one target value of a target value.
  • At least one parameter of the shockwave generating device is set by a control device at a corresponding deviation of the electrical measured variable to the setpoint value of the setpoint variable.
  • the quality of the shock wave parameters in a medical application is kept to an appropriate level.
  • FIG. 1 shows a shock wave generating device 1 which has a unit 2 generating the shock waves and a medium 6 which is suitable for the shock wave transmission and fills a volume between the unit 2 generating the shock waves and a coupling membrane 4.
  • a shock wave transmission medium 6 for example, water is used.
  • the coupling membrane 4 is used for energetically low-loss coupling of the shock wave generating device 1 to a body part to be treated.
  • the device will be described using the example of an electro-hydraulic shock wave generation. Further generation principles of the shock waves are not excluded in connection with the device according to the invention.
  • the shock waves are generated by the shock wave generating unit 2 and extend in the direction of the coupling membrane 4.
  • the generated shock waves are bundled in a shock wave focus 12 based on a means 10 suitable for focusing the shock waves, for example on the basis of the predetermined geometry of an ellipsoid.
  • the shock wave focus 12 is the area with the highest pressure.
  • a measuring device 8 consisting of at least one PZT thin-film element 26, which is constructed from a PZT thin film applied to a carrier material, is arranged in the interface between the medium 6 and the coupling membrane 4 favoring the shock wave propagation.
  • the measuring device 8 is arranged in the shock wave field such that the shock waves can strike the PZT thin-film element 26.
  • the PZT thin-film element 26 of the measuring device 8 is electrically connected to an amplifier unit 14.
  • the electrical measured quantities generated upon impact of the shock waves on the PZT thin-film element 26 of the measuring device 8 enter the amplifier unit 14.
  • the output signal of the amplifier unit 14 is fed to an analog / digital unit 16 whose digital output data are passed to an evaluation unit 18 of a control device 22.
  • the output data of the analog / digital unit 16 are compared with a setpoint value of a setpoint variable of a reference unit 20 and at least one characteristic variable of the acting shock waves is determined. Following this, a correction step which is dependent on a deviation of the electrical measured value from the nominal value of the setpoint variable is carried out with a control device 22, not shown in more detail.
  • the control device 22 corrects an electrode spacing, which increases in the event of spark discharges between two electrodes due to material loss. One or both electrodes are automatically readjusted by the control device 22 until the shockwave parameters are again in the range required for the application.
  • the measuring device 8 is arranged on a surface of a device for focusing the shock waves 10.
  • the at least one PZT thin-layer element 26 of the measuring device 8 can be adhesively bonded to the surface of the device for focusing the shock waves 10 or else can be inserted in a recess provided for this purpose. Further positioning options are not excluded.
  • a regulation of the shockwave generating device 1 takes place in the following way:
  • the evaluation unit 18 of the control device 22 is set in a defined initial state.
  • shock waves are generated by the shock wave generating unit 2, which propagate in the medium suitable for the shock wave propagation 6 and are focused by means suitable for focusing the shock waves means 10 in the shock wave focus 12.
  • the shock waves strike the at least one PZT thin-film element 26 of the measuring device 8, which is arranged in the interface between the medium 6 promoting the shock wave propagation and the coupling membrane 4 for coupling the shock waves into the body of the patient.
  • the electrical measured quantities generated by the action of the shock waves are detected as a parameter of the acting shock waves and compared and evaluated in the evaluation unit 18 with the at least one desired value of the reference variable of the reference unit 20.
  • a correction step is carried out on the shockwave generating unit 2 by means of the control device 22. It is corrected by the controller 22, the electrode spacing, which increases in the spark discharges due to loss of material until the shock wave parameters are again in the required range for the application.
  • the parameters The shock waves are continuously recorded with the measuring device 8, as described above, and evaluated in the evaluation unit 18.

Abstract

Device has measuring device (8) with PZT-thin layered element (26), which is arranged in shock waves field in such a way that shock waves meet PZT-thin layered element. An electric measurement size generated by a mechanical deformation of PZT-thin layered element records the operating shock waves and is used as mass for correction step to be carried out with control device (22) on unit generated by shock waves. Independent claims are also included for the following: (A) Use of the device; and (B) Method for regulating shock waves.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer Stosswellenerzeugungseinrichtung.The invention relates to a method and a device for controlling a shock wave generating device.

Stosswellenerzeugungseinrichtungen werden in der Human- und Veterinärmedizin für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Eine medizinische Anwendung der Stosswellenerzeugungseinrichtungen in der Humanmedizin liegt in der Lithotripsie, bei der die erzeugten Stosswellen auf zu zerstörende innere Objekte, wie Nierensteine fokussiert werden. Weitere Anwendungen bestehen beispielsweise in der Induzierung von Knochenwachstum, der Behandlung von orthopädisch schmerzhaften Erkrankungen (Epicondylitis, Kalkschulter) und der Behandlung von Nerven, Muskeln und anderen Weichteilstrukturen.Shock wave generating devices are used in human and veterinary medicine for different purposes. One medical application of shock wave generation devices in human medicine is in lithotripsy, where the generated shock waves are focused on internal objects to be destroyed, such as kidney stones. Further applications include, for example, the induction of bone growth, the treatment of orthopedically painful diseases (epicondylitis, calculus shoulder) and the treatment of nerves, muscles and other soft tissue structures.

Dabei werden die Stosswellenerzeugungseinrichtungen mittels einer Applikationsfläche an den Körper eines Patienten appliziert, um die erzeugten Stosswellen in den Körper eines Patienten einzuleiten.In this case, the shock wave generating devices are applied by means of an application surface to the body of a patient to initiate the generated shock waves in the body of a patient.

Bei einer medizinischen Anwendung der Stosswellenerzeugungseinrichtungen muss gewährleistet sein, dass die Stosswellenparameter der erzeugten akustischen Stosswellen innerhalb gewisser Grenzen liegen, die für den bestimmungsgemässen Gebrauch vorgegeben sind.In a medical application of the shock wave generating devices must be ensured that the shock wave parameters of the generated acoustic shock waves are within certain limits, which are predetermined for the intended use.

Die Stosswellenerzeugungseinrichtungen unterliegen einem lebensdauerbedingten Verschleiss, wodurch sich die Stosswellenparameter ändern können. Bei einer elektro-hydraulischen Stosswellenerzeugungseinrichtung beispielsweise, werden die Stosswellen von einer die Stosswellen erzeugenden Einheit in Form einer Funkenentladung zwischen zwei Elektroden in einem flüssigen Medium erzeugt. Jede Funkenentladung führt dabei an den Elektrodenspitzen zu einem Materialverlust und damit zu einem grösseren Elektrodenabstand. Abhängig vom Elektrodenabstand können sich die Stosswellenparameter verändern. Bei einem kritischen Mass bleibt bei einer an die Elektroden angelegten Spannung ein Funkenüberschlag aus.The shockwave generating devices are subject to a lifetime wear, which can change the shock wave parameters. In an electro-hydraulic shock wave generating device, for example, the shock waves are generated by a shock wave generating unit in the form of a spark discharge between two electrodes in a liquid medium. Every spark discharge leads thereby at the electrode tips to a loss of material and thus to a larger electrode distance. Depending on the distance between the electrodes, the shock wave parameters may change. At a critical level, a sparkover will be lost at a voltage applied to the electrodes.

Aus der EP 0 911 804 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine an die Elektroden angelegte Spannung und deren Verlauf gemessen und aufgrund einer Abweichung von einem Spannungssollwert der Abstand der Elektroden korrigiert wird. Eine Entladekurve einer Funkenstrecke wird hierzu gemessen und mit einem Sollwert der Entladekurve verglichen. Eine Spannungsmessung an einem Hochspannungskreis ist jedoch schwierig durchzuführen.A method is known from EP 0 911 804 A2, in which a voltage applied to the electrodes and their course are measured, and the distance between the electrodes is corrected on the basis of a deviation from a voltage setpoint. A discharge curve of a spark gap is measured for this purpose and compared with a target value of the discharge curve. However, a voltage measurement on a high voltage circuit is difficult to perform.

Eine weitere Messmethode ist in DE 103 11 659 A1 dargestellt. Hier ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Entladestrom zwischen den Elektrodenspitzen gemessen, mit einem Sollwert verglichen und der Abstand der Elektroden entsprechend einer Abweichung des Messwertes vom Sollwert korrigiert wird. Aufgrund geringer Messamplituden werden die Messwerte des beschriebenen Messverfahrens von elektromagnetischen Störungen beeinflusst, die bei einer Hochspannungsentladung verstärkt auftreten. Dies kann zu einer Verfälschung der Messwerte führen und resultiert in einem erhöhten Risiko an Fehlmessungen.Another measuring method is shown in DE 103 11 659 A1. Here, a device is described in which a discharge current between the electrode tips measured, compared with a target value and the distance of the electrodes is corrected according to a deviation of the measured value from the target value. Due to low measurement amplitudes, the measured values of the measurement method described are influenced by electromagnetic interference, which occurs more intensely in the event of a high-voltage discharge. This can lead to a falsification of the measured values and results in an increased risk of incorrect measurements.

Mit beiden vorstehend genannten Vorrichtungen werden nur elektrische Parameter der die Stosswelle erzeugenden Einheit gemessen und nicht die Stosswelle charakterisierende Parameter. Die Stosswellenparameter der erzeugten Stosswellen sind unter anderem abhängig von einem Medium indem sie sich ausbreiten. Eine unterschiedliche Qualität des Ausbreitungsmediums beeinflusst die Parameter der Stosswellen. Eine Gewährleistung gleich bleibender Stosswellenparameter ist daher nicht gegeben.With both of the above-mentioned devices, only electrical parameters of the shock wave generating unit are measured, and not the shock wave characterizing parameters. The shockwave parameters of the generated shock waves depend, among other things, on a medium in that they spread. A different quality of the propagation medium influences the parameters of the shock waves. A guarantee of constant shock wave parameters is therefore not given.

Zudem sind die vorgenannten Vorrichtungen bzw. Verfahren auf elektro-hydraulische Stosswellenerzeugungseinrichtungen beschränkt.In addition, the aforementioned devices or methods are limited to electro-hydraulic shock wave generating devices.

Vor dem Hintergrund der vorstehenden Ausführung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln einer Stosswellenerzeugungseinrichtung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen und zuverlässig in der Anwendung ist und eine direkte Prüfung der Stosswellenparameter ermöglicht.In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide an apparatus for controlling a shock wave generating device that is simple and inexpensive to manufacture and reliable in use, and that allows direct testing of the shock wave parameters.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10.This object is achieved according to the invention by a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 10.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Regeln einer Stosswellenerzeugungseinrichtung mit wenigstens einer die Stosswellen erzeugenden Einheit, einer Mess- und einer Steuereinrichtung dahingehend auszuführen, dass die Messeinrichtung wenigstens ein PZT - Dünnschichtelement aufweist, welches in der Weise in einem Stosswellenfeld angeordnet ist, dass Stosswellen auf das wenigstens eine PZT - Dünnschichtelement treffen, und eine durch eine mechanische Verformung des wenigstens einen PZT - Dünnschichtelementes erzeugte elektrische Messgrösse als Kenngrösse der einwirkenden Stosswelle erfasst und als Mass für einen mit der Steuereinrichtung auszuführenden Korrekturschritt an der die Stosswellen erzeugenden Einheit verwendet wird.The essential idea of the invention is to implement an apparatus for controlling a shockwave generating device with at least one shockwave generating unit, a measuring and a control device such that the measuring device has at least one PZT thin-film element which is arranged in a shock wave field in this way in that shock waves strike the at least one PZT thin-film element, and an electrical measured quantity generated by a mechanical deformation of the at least one PZT thin-film element is detected as the parameter of the acting shock wave and used as a measure for a correction step to be carried out with the control device on the unit producing the shock waves becomes.

PZT- Dünnschichten sind aus der EP 961 02 532 bekannt. Es handelt sich hierbei um dünne Schichte aus Bleizirkonattitanat, kurz PZT genannt. Verwendung finden die piezoelektrischen Dünnschichtelemente in der Druckgeräteindustrie, speziell in der Anwendung als Betätigungselemente in Tintenstrahlaufzeichungsgeräten.PZT thin films are known from EP 961 02 532. This is a thin layer of lead zirconate titanate, PZT for short. Use find the piezoelectric thin film elements in the printing device industry, especially in use as actuators in ink jet recording devices.

In dem erfindungsgemässen Verfahren bzw. der Vorrichtung wird für eine Detektierung der Stosswellen ein direkter piezoelektrischer Effekt der PZT- Dünnschichtelemente genutzt. Unter Einwirkung einer mechanischen Spannung entstehen an einer Oberfläche eines piezoelektrischen Dünnschichtelementes elektrische Ladungen. Diese elektrischen Ladungen werden als Kenngrösse der einwirkenden Stosswelle erfasst und der Steuereinrichtung zugeführt. Die PZT - Dünnschichtelemente besitzen eine sehr dünne Schichtdicke, durch welche die Stosswellenamplituden nur gering beeinflusst werden, bei gleichzeitig hoher Haltbarkeit und einer grossen Empfindlichkeit. Dies ermöglicht eine Messung der Stosswellen in Echtzeit, also während der Behandlung von Patienten.In the method or device according to the invention, a direct piezoelectric effect of the PZT thin-film elements is used for detecting the shock waves. Under the action of a mechanical stress, electrical charges are generated on a surface of a piezoelectric thin-film element. These electrical charges are detected as a parameter of the acting shock wave and fed to the control device. The PZT thin-film elements have a very thin layer thickness, which only slightly influences the shock wave amplitudes, while at the same time offering high durability and high sensitivity. This allows the measurement of shock waves in real time, ie during the treatment of patients.

Zudem weisen die PZT - Dünnschichtelemente ein gutes Signal/Rausch-Verhältnis auf, das heisst die erfindungsgemässe Vorrichtung ist weniger empfindlich auf Störungen. Eine Messung erfolgt ausserhalb vom Hochspannungskreis der Stosswellen erzeugenden Einheit. Die elektrischen Messwerte werden geringer durch elektro-magnetische Störungen beeinflusst.In addition, the PZT thin-film elements have a good signal-to-noise ratio, that is to say the device according to the invention is less sensitive to disturbances. A measurement takes place outside the high-voltage circuit of the shock wave generating unit. The electrical measurements are less affected by electromagnetic interference.

Erfindungsgemäss kann die Messeinrichtung in der Grenzfläche zwischen einem die Stosswellenausbreitung begünstigenden Medium und einer Koppelmembran zur Einkopplung der Stosswellen in den Körper des Patienten angeordnet sein.According to the invention, the measuring device can be arranged in the interface between a medium which promotes the shock wave propagation and a coupling membrane for coupling the shock waves into the body of the patient.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Messeinrichtung auf einer Oberfläche einer Einrichtung zur Fokussierung der Stosswellen angeordnet.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the measuring device is arranged on a surface of a device for focusing the shock waves.

Die elektrische Messgrösse, als Kenngrösse der einwirkenden Druckamplitude der Stosswellen wird für eine Beurteilung mit wenigstens einem Sollwert einer Sollgrösse verglichen. Von einer Steuereinrichtung wird wenigstens ein Parameter der Stosswellenerzeugungseinrichtung bei einer entsprechenden Abweichung der elektrischen Messgrösse zu dem Sollwert der Sollgrösse eingestellt.The electrical parameter, as a parameter of the acting pressure amplitude of the shock waves is compared for a judgment with at least one target value of a target value. At least one parameter of the shockwave generating device is set by a control device at a corresponding deviation of the electrical measured variable to the setpoint value of the setpoint variable.

Damit wird die Qualität der Stosswellenparameter bei einem medizinischen Einsatz auf einem anwendungsgerechten Mass gehalten.Thus, the quality of the shock wave parameters in a medical application is kept to an appropriate level.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1
Blockschaltbild der erfindungsgemässen Vorrichtung in einer ersten Ausführung und
Figur 2
Blockschaltbild der erfindungsgemässen Vorrichtung in einer zweiten Ausführung.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to two embodiments shown in the drawings. Show it:
FIG. 1
Block diagram of the inventive device in a first embodiment and
FIG. 2
Block diagram of the inventive device in a second embodiment.

Die beiden Ausführungsbeispiele sind schematisch und stark vereinfacht dargestellt.The two embodiments are shown schematically and greatly simplified.

In Figur 1 ist eine Stosswellenerzeugungseinrichtung 1 gezeigt, die eine die Stosswellen erzeugende Einheit 2 und ein für die Stosswellenübertragung geeignetes Medium 6 aufweist, welches ein Volumen zwischen der die Stosswellen erzeugenden Einheit 2 und einer Koppelmembran 4 ausfüllt. Als für die Stosswellenübertragung geeignetes Medium 6 wird beispielsweise Wasser verwendet. Die Koppelmembran 4 dient der energetisch verlustarmen Ankopplung der Stosswellenerzeugungseinrichtung 1 an ein zu behandelndes Körperteil.
Im Weiteren wird die Vorrichtung am Beispiel einer elektro-hydraulischen Stosswellenerzeugung beschrieben.
Weitere Erzeugungsprinzipien der Stosswellen sind im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Vorrichtung nicht ausgeschlossen.
Die Stosswellen werden von der die Stosswellen erzeugenden Einheit 2 generiert und breiten sich in Richtung Koppelmembran 4 aus. Die generierten Stosswellen werden basierend auf einem zur Fokussierung der Stosswellen geeignetem Mittel 10, beispielsweise anhand der vorgegebenen Geometrie eines Ellipsoiden, in einem Stosswellenfokus 12 gebündelt. Der Stosswellenfokus 12 ist der Bereich mit dem höchsten Druck.FIG. 1 shows a shock wave generating device 1 which has a unit 2 generating the shock waves and a medium 6 which is suitable for the shock wave transmission and fills a volume between the unit 2 generating the shock waves and a coupling membrane 4. As suitable for the shock wave transmission medium 6, for example, water is used. The coupling membrane 4 is used for energetically low-loss coupling of the shock wave generating device 1 to a body part to be treated.
In the following, the device will be described using the example of an electro-hydraulic shock wave generation.
Further generation principles of the shock waves are not excluded in connection with the device according to the invention.
The shock waves are generated by the shock wave generating unit 2 and extend in the direction of the coupling membrane 4. The generated shock waves are bundled in a shock wave focus 12 based on a means 10 suitable for focusing the shock waves, for example on the basis of the predetermined geometry of an ellipsoid. The shock wave focus 12 is the area with the highest pressure.

Eine Messeinrichtung 8 bestehend aus wenigstens einem PZT-Dünnschichtelement 26, welches aus einer auf einem Trägermaterial aufgebrachten PZT - Dünnschicht aufgebaut ist, ist in der Grenzfläche zwischen dem die Stosswellenausbreitung begünstigendem Medium 6 und der Koppelmembran 4 angeordnet. Die Messeinrichtung 8 ist so im Stosswellenfeld angeordnet, dass die Stosswellen auf das PZT - Dünnschichtelement 26 auftreffen können. Das PZT - Dünnschichtelement 26 der Messeinrichtung 8 ist elektrisch mit einer Verstärkereinheit 14 verbunden. Die beim Auftreffen der Stosswellen auf das PZT - Dünnschichtelement 26 der Messeinrichtung 8 erzeugten elektrischen Messgrössen gelangen in die Verstärkereinheit 14. Das Ausgangssignal der Verstärkereinheit 14 ist einer Analog/Digital Einheit 16 zugeführt, dessen digitale Ausgangsdaten auf eine Auswerteeinheit 18 einer Steuereinrichtung 22 geleitet werden.A measuring device 8 consisting of at least one PZT thin-film element 26, which is constructed from a PZT thin film applied to a carrier material, is arranged in the interface between the medium 6 and the coupling membrane 4 favoring the shock wave propagation. The measuring device 8 is arranged in the shock wave field such that the shock waves can strike the PZT thin-film element 26. The PZT thin-film element 26 of the measuring device 8 is electrically connected to an amplifier unit 14. The electrical measured quantities generated upon impact of the shock waves on the PZT thin-film element 26 of the measuring device 8 enter the amplifier unit 14. The output signal of the amplifier unit 14 is fed to an analog / digital unit 16 whose digital output data are passed to an evaluation unit 18 of a control device 22.

In der Auswerteeinheit 18 werden die Ausgangsdaten der Analog/Digital Einheit 16 mit einem Sollwert einer Sollgrösse einer Referenzeinheit 20 verglichen und wenigstens eine Kenngrössen der einwirkenden Stosswellen ermittelt. Im Anschluss wird ein um einen von einer Abweichung der elektrischen Messgrösse zum Sollwert der Sollgrösse abhängiger Korrekturschritt mit einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung 22 durchgeführt.In the evaluation unit 18, the output data of the analog / digital unit 16 are compared with a setpoint value of a setpoint variable of a reference unit 20 and at least one characteristic variable of the acting shock waves is determined. Following this, a correction step which is dependent on a deviation of the electrical measured value from the nominal value of the setpoint variable is carried out with a control device 22, not shown in more detail.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird mit der Steuereinrichtung 22 ein Elektrodenabstand, der sich bei Funkenentladungen zwischen zwei Elektroden aufgrund von Materialverlust vergrössert, korrigiert. Eine oder beide Elektroden werden dabei automatisch so lange von der Steuereinrichtung 22 nachgestellt, bis die Stosswellenparameter wieder im für die Anwendung geforderten Bereich liegen.In the exemplary embodiments described, the control device 22 corrects an electrode spacing, which increases in the event of spark discharges between two electrodes due to material loss. One or both electrodes are automatically readjusted by the control device 22 until the shockwave parameters are again in the range required for the application.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung, die in Figur 2 gezeigt ist, ist die Messeinrichtung 8 auf einer Oberfläche einer Einrichtung zur Fokussierung der Stosswellen 10 angeordnet. Das wenigstens eine PZT - Dünnschichtelement 26 der Messeinrichtung 8 kann dabei auf der Oberfläche der Einrichtung zur Fokussierung der Stosswellen 10 aufgeklebt oder aber auch in einer dafür vorgesehenen Vertiefung eingelegt sein. Weitere Positionierungsmöglichkeiten sind nicht ausgenommen.In a further embodiment of the device according to the invention, which is shown in FIG. 2, the measuring device 8 is arranged on a surface of a device for focusing the shock waves 10. The at least one PZT thin-layer element 26 of the measuring device 8 can be adhesively bonded to the surface of the device for focusing the shock waves 10 or else can be inserted in a recess provided for this purpose. Further positioning options are not excluded.

Eine Regelung der Stosswellenerzeugungseinrichtung 1 erfolgt in folgender Weise:
Die Auswerteeinheit 18 der Steuereinrichtung 22 wird in einen definierten Ausgangszustand versetzt. Im Anschluss werden Stosswellen von der die Stosswellen erzeugenden Einheit 2 generiert, die sich in dem für die Stosswellenausbreitung geeigneten Medium 6 ausbreiten und mittels der zur Fokussierung der Stosswellen geeigneten Mittel 10 in dem Stosswellenfokus 12 gebündelt werden. Die Stosswellen treffen dabei auf das wenigstens eine PZT- Dünnschichtelement 26 der Messeinrichtung 8, die in der Grenzfläche zwischen dem die Stosswellenausbreitung begünstigendem Medium 6 und der Koppelmembran 4 zur Einkopplung der Stosswellen in den Körper des Patienten angeordnet ist. Die durch die Einwirkung der Stosswellen erzeugten elektrischen Messgrössen werden als Kenngrösse der einwirkenden Stosswellen erfasst und in der Auswerteeinheit 18 mit dem wenigstens einen Sollwert der Sollgrösse der Referenzeinheit 20 verglichen und ausgewertet. Entsprechend der Abweichung der elektrischen Messgrösse zu dem Sollwert der Sollgrösse wird ein Korrekturschritt an der die Stosswellen erzeugenden Einheit 2 mittels der Steuereinrichtung 22 durchgeführt. Es wird durch die Steuereinrichtung 22 der Elektrodenabstand, der sich bei den Funkenentladungen aufgrund von Materialverlust vergrössert so lange korrigiert, bis die Stosswellenparameter wieder in dem für die Anwendung geforderten Bereich liegen. Die Parameter der Stosswellen werden dabei kontinuierlich mit der Messeinrichtung 8, wie vorhergehend beschrieben, erfasst und in der Auswerteeinheit 18 ausgewertet.A regulation of the shockwave generating device 1 takes place in the following way:
The evaluation unit 18 of the control device 22 is set in a defined initial state. Subsequently, shock waves are generated by the shock wave generating unit 2, which propagate in the medium suitable for the shock wave propagation 6 and are focused by means suitable for focusing the shock waves means 10 in the shock wave focus 12. In this case, the shock waves strike the at least one PZT thin-film element 26 of the measuring device 8, which is arranged in the interface between the medium 6 promoting the shock wave propagation and the coupling membrane 4 for coupling the shock waves into the body of the patient. The electrical measured quantities generated by the action of the shock waves are detected as a parameter of the acting shock waves and compared and evaluated in the evaluation unit 18 with the at least one desired value of the reference variable of the reference unit 20. Corresponding to the deviation of the electrical measured value from the desired value of the setpoint, a correction step is carried out on the shockwave generating unit 2 by means of the control device 22. It is corrected by the controller 22, the electrode spacing, which increases in the spark discharges due to loss of material until the shock wave parameters are again in the required range for the application. The parameters The shock waves are continuously recorded with the measuring device 8, as described above, and evaluated in the evaluation unit 18.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
StosswellenerzeugungseinrichtungShock wave generator
22
Stosswellen erzeugende EinheitShock generating unit
44
Koppelmembrancoupling membrane
66
Für die Stosswellenausbreitung geeignetes MediumMedium suitable for shock wave propagation
88th
Messeinrichtungmeasuring device
1010
Zur Fokussierung der Stosswellen geeignetes MittelFor focusing the shock waves suitable means
1212
StosswellenfokusShock wave focus
1414
Verstärkereinheitamplifier unit
1616
Analog/Digital EinheitAnalogue / digital unit
1818
Auswerteeinheitevaluation
2020
Referenzeinheitreference unit
2222
Steuereinrichtungcontrol device
2424
Achse zwischen einer die Stosswellen erzeugenden Einheit und einem StosswellenfokusAxis between a shock wave generating unit and a shock wave focus
2626
PZT - DünnschichtelementPZT - thin-film element

Claims (12)

Vorrichtung zum Regeln einer Stosswellenerzeugungseinrichtung mit wenigstens einer die Stosswellen erzeugenden Einheit, einer Mess- und einer Steuereinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (8) mit wenigstens einem PZT - Dünnschichtelement (26) ausgeführt ist und in der Weise in einem Stosswellenfeld angeordnet ist, dass Stosswellen auf das wenigstens eine PZT - Dünnschichtelement (26) treffen und eine durch eine mechanische Verformung des wenigstens einen PZT - Dünnschichtelementes (26) erzeugte elektrische Messgrösse als Kenngrösse der einwirkenden Stosswelle erfasst und als Mass für einen mit der Steuereinrichtung (22) auszuführenden Korrekturschritt an der die Stosswellen erzeugenden Einheit (2) verwendet wird.Device for controlling a shock wave generating device with at least one shock wave generating unit, a measuring and a control device,
characterized,
in that the measuring device (8) is designed with at least one PZT thin-film element (26) and is arranged in a shock wave field such that shock waves strike the at least one PZT thin-film element (26) and one by a mechanical deformation of the at least one PZT - Thin layer element (26) generated electrical parameter detected as a parameter of the acting shock wave and as a measure of a to be executed with the control device (22) correction step on the shock wave generating unit (2) is used. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (22) eine Auswerteeinheit (18) aufweist, die wenigstens eine elektrische Messgrösse mit einem Sollwert einer Sollgrösse vergleicht.Apparatus according to claim 1
characterized,
in that the control device (22) has an evaluation unit (18) which compares at least one electrical measured variable with a setpoint value of a setpoint variable. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (8) in der Grenzfläche zwischen einem die Stosswellenausbreitung begünstigenden Medium (6) und einer Koppelmembran (4) zur Einkopplung der Stosswellen in den Körper des Patienten angeordnet ist.Device according to one or more of the preceding claims,
characterized,
in that the measuring device (8) is arranged in the interface between a medium (6) which promotes the shock wave propagation and a coupling membrane (4) for coupling the shock waves into the body of the patient. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (8) auf der Oberfläche einer Einrichtung zur Fokussierung der Stosswellen (10) angeordnet ist.Device according to one or more of the preceding claims,
characterized,
in that the measuring device (8) is arranged on the surface of a device for focusing the shock waves (10). Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stosswellenerzeugungseinrichtung (1) auf dem elektro-hydraulischen Prinzip basiert.Device according to one or more of the preceding claims,
characterized,
in that the shock wave generating device (1) is based on the electro-hydraulic principle. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Elektrodenabstand einer die Stosswellen erzeugenden Einheit (2) variabel ist.Device according to claim 5,
characterized,
that an electrode pitch of a unit of the shock wave generating (2) is variable. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (22) bei Abweichung von der wenigstens einen elektrischen Messgrösse von der Sollgrösse den Elektrodenabstand der die Stosswellen erzeugenden Einheit (2) nachstellt.Device according to claim 6,
characterized,
that the control device (22) adjusts the electrode spacing of the shock wave generating unit (2) in the event of a deviation from the at least one electrical measured variable from the setpoint variable. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (22) bei Abweichung von der wenigstens einen elektrischen Messgrösse von der Sollgrösse eine Spannungsversorgung der die Stosswellen erzeugenden Einheit (2) einstellt.Device according to one or more of the preceding claims,
characterized,
that the control device (22) sets a voltage supply of the shock wave generating unit (2) in the event of deviation from the at least one electrical measurement variable from the setpoint variable. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur extrakorporalen Lithotripsie oder zur extrakorporalen Therapie von Gewebe und Knochen bei Menschen und Tieren.Use of a device according to one or more of the preceding claims for extracorporeal lithotripsy or for extracorporeal therapy of tissue and bone in humans and animals. Verfahren zum Regeln einer Stosswellenerzeugungseinrichtung,
gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte: a) Einstellung auf gewählte Ausgangsparameter b) Auslösen von wenigstens einer Stosswelle c) Erfassung von wenigstens einer elektrischen Messgrösse, die durch eine mechanische Verformung bei einem Auftreffen der Stosswellen auf wenigstens ein PZT-Dünnschichtelement (26) generiert wird d) Zuführung der elektrischen Messgrösse auf eine Auswerteeinheit (18) e) Vergleich der wenigstens einen elektrischen Messgrösse mit einem Sollwert einer Sollgrösse f) Korrektur von wenigstens einem Parameter der Stosswellenerzeugungseinrichtung (1) um einen, von einer Abweichung der wenigstens einen elektrischen Messgrösse zu dem Sollwert abhängigen Korrekturschritt mittels einer Steuereinrichtung (22) g) weiter mit b) Method for controlling a shock wave generator,
marked by
the following process steps: a) Setting to selected output parameters b) triggering of at least one shock wave c) detection of at least one electrical measurement variable which is generated by a mechanical deformation upon impact of the shock waves on at least one PZT thin-film element (26) d) supply of the electrical measured quantity to an evaluation unit (18) e) comparison of the at least one electrical measured quantity with a nominal value of a nominal value f) correction of at least one parameter of the shockwave generating device (1) by a correction step dependent on a deviation of the at least one electrical measured variable from the desired value by means of a control device (22). g) continue with b) Verfahren nach Anspruch 10
dadurch gekennzeichnet,
dass der Korrekturschritt vorzugsweise in einem Nachstellen eines Elektrodenabstand besteht.Method according to claim 10
characterized,
that the correction step is preferably an adjustment of an electrode spacing. Verfahren nach Anspruch 10
dadurch gekennzeichnet,
dass der Korrekturschritt vorzugsweise in einem Einstellen einer Spannungsversorgung einer die Stosswellen erzeugenden Einheit (2) besteht.Method according to claim 10
characterized,
in that the correction step preferably consists in adjusting a voltage supply of a shock wave generating unit (2).
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