EP4422524A1 - Lithotripsievorrichtung zum zertrümmern von körpersteinen, lithotripsiesystem, nachrüstsatz zum nachrüsten einer bestehenden lithotripsievorrichtung und verfahren zum betreiben einer lithotripsievorrichtung - Google Patents

Lithotripsievorrichtung zum zertrümmern von körpersteinen, lithotripsiesystem, nachrüstsatz zum nachrüsten einer bestehenden lithotripsievorrichtung und verfahren zum betreiben einer lithotripsievorrichtung

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Publication number
EP4422524A1
EP4422524A1 EP22823027.2A EP22823027A EP4422524A1 EP 4422524 A1 EP4422524 A1 EP 4422524A1 EP 22823027 A EP22823027 A EP 22823027A EP 4422524 A1 EP4422524 A1 EP 4422524A1
Authority
EP
European Patent Office
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sonotrode
vibration
excitation element
lithotripsy
vibration excitation
Prior art date
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Pending
Application number
EP22823027.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Glöggler
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Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4422524A1 publication Critical patent/EP4422524A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61B2017/22005—Effects, e.g. on tissue
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    • A61B2017/22014—Implements for squeezing-off ulcers or the like on inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; for invasive removal or destruction of calculus using mechanical vibrations; for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves in direct contact with, or very close to, the obstruction or concrement the ultrasound transducer being outside patient's body; with an ultrasound transmission member; with a wave guide; with a vibrated guide wire
    • A61B2017/22015—Implements for squeezing-off ulcers or the like on inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; for invasive removal or destruction of calculus using mechanical vibrations; for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves in direct contact with, or very close to, the obstruction or concrement the ultrasound transducer being outside patient's body; with an ultrasound transmission member; with a wave guide; with a vibrated guide wire with details of the transmission member

Definitions

  • the invention relates to a lithotripsy device for breaking up bodily stones, the lithotripsy device having a hand-held device with an ultrasonic vibration exciter with an ultrasonic vibration exciter outer diameter and a sonotrode which can be connected to the hand-held device on the distal side and has a longitudinal central axis and a sonotrode outer diameter, with the sonotrode being a first vibration can be excited, and the lithotripsy device has a vibration exciting element with a through opening, wherein the vibration exciting element with the through opening is arranged around the sonotrode outer diameter and/or around the ultrasonic vibration exciter outer diameter. Furthermore, the invention relates to a
  • Lithotripsy system a retrofit kit for retrofitting an existing lithotripsy device and a method of operating a lithotripsy device.
  • Lithotripsy is a known method for breaking up bodily stones, which form as so-called calculus in body organs, for example in the bladder or kidneys, as a result of the crystallization of salts. If the body stones are too big for a natural one If they pass and cause discomfort, they must be crushed using a lithotripter so that the crushed stones can be removed by natural excretion and/or using a suction-irrigation pump.
  • Such body stones are often not built up homogeneously, but have different components, layers and/or strengths.
  • a body stone that has a soft calculus on the outside and a hard stone core on the inside therefore requires a higher shattering force of the shock waves emitted by the lithotripter as the shattering increases.
  • US Pat. No. 9,421,023 B2 discloses a device for transmitting ultrasonic vibrations, in which the ultrasonic waveguide is accommodated in a waveguide fitting on the proximal side and on the distal side a first pulsatile mass followed by a compression spring and a second pulsatile mass are placed around the ultrasonic waveguide fitting.
  • the second impact-pulsating mass is delimited on the distal side by an impact surface on which the second impact-pulsating mass impacts, excited by the ultrasonic vibration.
  • the disadvantage here is that the second shock-pulsating mass is excited only by the high-frequency ultrasonic vibration and is directly dependent on it.
  • the vibration behavior of the shock-pulsating mass and the shock waves it generates can only be influenced to a limited extent. Due to the arrangement of the compression spring between the two impact-pulsating masses on the outside around the ultrasonic waveguide, the compression spring, as a store, transmits the supplied ultrasonic energy only along the longitudinal center axis of the ultrasonic waveguide and the impact of the second impact-pulsating mass on the impact surface always occurs from the axial direction and thus coaxially to the longitudinal center axis of the ultrasonic waveguide. In addition, because of this limitation, the device cannot be subsequently integrated into ultrasonic transducers and sonotrodes that are already on the market.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • a lithotripsy device for crushing body stones wherein the lithotripsy device is a hand-held device with an ultrasonic vibration exciter with a ultrasonic vibration exciter outer diameter and a sonotrode which can be connected to the hand-held device on the distal side and has a longitudinal center axis and a sonotrode outer diameter, the sonotrode being excitable in a first vibration by means of the ultrasonic vibration exciter, and the lithotripsy device has a vibration excitation element with a through opening, the vibration excitation element with the through opening is arranged around the sonotrode outer diameter and/or the ultrasonic vibration exciter outer diameter, the through opening of the vibration excitation element having a larger diameter than the sonotrode outer diameter and/or than the ultrasonic vibration exciter outer diameter, so that the vibration excitation element can move freely, and that Vibration excitation element has an imbalance, so that in the event of a rotation of the vibration excitation element to the sonotrode
  • a lithotripsy device is provided with a defined dynamic and/or static imbalance of the vibration excitation element, which tumbles around the sonotrode upon excitation and/or rotation and thereby exerts axial and/or radial impulses on the sonotrode. Due to the unbalanced mass as the impact mass of the vibration excitation element and the resulting intermittent shocks to the sonotrode, the crushing performance of body stones and the Improved drilling ability of the sonotrode even with hard and/or inhomogeneous body stones.
  • the shock impulses of the moving and/or tumbling vibration excitation element are superimposed with the continuous ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic vibration exciter, so that two mechanisms of vibration excitation and stone crushing are effective simultaneously or intermittently.
  • the vibration excitation element due to the larger diameter of its opening surrounding the sonotrode, a horn and/or the ultrasonic vibrator, compared to the outer diameter of the sonotrode, the horn and/or the vibrator on and around the sonotrode , the horn and/or the ultrasonic vibration exciter is free to move and just not fixed in one or more directions.
  • vibration excitation element or a second vibration excitation element or several vibration excitation elements can also alternatively or additionally be arranged analogously around the horn and/or the ultrasonic vibration exciter can be arranged.
  • the free mobility of the vibration excitation element around the sonotrode and its unbalance are not only regular, but temporal Irregular shock pulses can also be transmitted to the sonotrode locally and/or in terms of their strength.
  • By superimposing the continuous ultrasonic vibration with the irregular shock impulses of the freely moving vibration excitation element on the connected sonotrode a combined effect and thus an improved stone removal compared to the sole ultrasound-based vibration excitation of the sonotrode is achieved.
  • Due to the free mobility of the vibration excitation element the sonotrode also vibrates laterally and thereby reduces the contact time in the borehole of the bodily stone. This leads to less friction and less energy loss from the ultrasonic transducer.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that at least one vibration excitation element is arranged to be freely movable around a sonotrode (and/or horn and/or ultrasonic vibration exciter) and is not clamped by means of a compression spring as an energy store, which means that a free, disorderly impact of the Vibration excitation element is enabled from all spatial directions on the outer surface of the sonotrode when the vibration excitation element moves around and / or along the sonotrode and / or rotates.
  • the vibration excitation element Due to the freely movable arrangement of the vibration excitation element around the sonotrode, it can be driven to move and/or rotate more easily, its drive can be adapted more easily and the vibration excitation element can also be retrofitted to sonotrodes and/or ultrasonic transducers already on the market.
  • “Lithotripter” called) is in particular a device for breaking up body stones by shock waves.
  • a lithotripsy device understood in particular various components, structural and / or functional components of a lithotripter.
  • the lithotripsy device may fully or partially form a lithotripter.
  • a lithotripsy device can in particular be an intracorporeal or extracorporeal lithotripsy device. In the case of an intracorporeal lithotripsy device, this can additionally have a rinsing/suction pump.
  • the lithotripsy device can be designed as a hand-held device and/or have an endoscope or can be inserted into an endoscope.
  • the lithotripsy device is in particular autoclavable and is made of instrument steel and/or plastic, for example.
  • the lithotripsy device can have other components, such as a
  • Body stones (also called “calculus”) are understood to mean, in particular, all stones in a human or animal body that form from salts through crystallization. Stones in the body can be, for example, gallstones, urinary stones, kidney stones and/or salivary stones.
  • a "handheld device” is in particular a handle for manual and/or automated operation and/or connection of the lithotripsy device.
  • the handheld device can be designed as a handheld and/or holding part.
  • the handheld device can also be arranged on a distal end of a robot arm, connected and/or automated be guided.
  • the hand-held device has a mount housing that can be plugged on.
  • An "ultrasonic vibration exciter” (also called “vibration exciter”) is in particular a component of an ultrasonic transducer and/or handpiece of a lithotripsy device, which converts a supplied AC voltage with a specific frequency into a mechanical vibration frequency.
  • the ultrasonic vibration exciter is in particular an electromechanical transducer utilizing the piezoelectric effect.
  • an electrical AC voltage generated by an ultrasonic generator in particular a mechanical vibration is generated due to a deformation of the ultrasonic vibration exciter.
  • the ultrasonic vibration exciter has, in particular, a piezo element or a plurality of piezo elements.
  • the ultrasonic vibration exciter preferably has at least two piezo elements, it being possible for an electrical conductor, for example a copper disk, to be arranged between the piezo elements.
  • the ultrasonic vibration exciter and/or the ultrasonic transducer can in particular have a horn.
  • a "horn” is in particular a component which is arranged between the vibration exciter and/or a piezo element and the sonotrode.
  • the horn serves in particular to transmit, forward and/or align the ultrasonic waves generated by the vibration exciter to the sonotrode the horn tapered and direct in a transmission direction or indirectly transmit the ultrasonic waves to a sonotrode head.
  • the horn can also be used to attach the sonotrode.
  • the horn in particular together with a counter bearing, serves to mechanically hold the piezo element or piezo elements on both sides.
  • the "longitudinal central axis" is in particular that axis of the sonotrode which corresponds to the direction of its greatest extent.
  • a "sonotrode” is, in particular, a component which is caused to vibrate and/or resonate itself by the action and/or introduction of mechanical vibrations.
  • the sonotrode is excited in a first vibration, in particular by means of the ultrasonic vibration exciter.
  • the sonotrode in particular in a second oscillation by means of the unbalance of the oscillation excitation element.
  • the sonotrode is designed in particular as a waveguide for the shock waves (impulses) of the oscillation excitation element with the unbalance and/or the ultrasonic waves generated by the ultrasonic oscillation exciter.
  • the sonotrode is in particular connected to the ultrasonic oscillation exciter, the ultrasonic transducer and /or connected to the horn.
  • the sonotrode is screwed into the distal end of the horn.
  • the sonotrode has a sonotrode head at its proximal end for receiving, forwarding and/or focusing ultrasonic waves and at its distal end a sonotrode tip for direct and/or indirect transmission Applying and / or contacting body stones.
  • the sonotrode is in particular shaped in such a way that it optimally introduces the shock waves and/or the second vibration and/or the ultrasonic vibration at its distal end into the body, the body region to be treated and/or directly onto the body stone to be shattered.
  • the sonotrode works in particular in the ultrasonic range with a frequency range from 20 kHz to 90 kHz, preferably from 20 kHz to 34 kHz.
  • the sonotrode has in particular steel, titanium, aluminum and/or carbon.
  • a sonotrode is, in particular, a probe which is designed, for example, in the form of a rod, tube and/or hose.
  • the sonotrode can be designed in one piece or in several parts.
  • the sonotrode has a diameter in a range from 0.5 mm to 4.5 mm, in particular from 0.8 mm to 3.8 mm.
  • the sonotrode has an outside diameter which is smaller than the opening of the vibration-exciting element.
  • the "outer diameter” is in particular the outer diameter and thus the greatest possible distance between two points on the outer circular line of the sonotrode ("sonotrode outer diameter"), the horn and/or the ultrasonic vibration exciter ("ultrasonic vibration exciter outer diameter"). At the outer diameter it can in particular be the maximum diameter. However, the outer diameter can also be that diameter which is in the area of the sonotrode, the horn and/or the Ultrasonic vibration exciter is present, which is surrounded by the vibration excitation element.
  • a "vibration excitation element” is understood in particular as a body, component and/or assembly which can be pushed onto the sonotrode, the horn, the ultrasonic vibration exciter and/or the ultrasonic transducer.
  • the vibration excitation element has, in particular due to its properties, such as Shape, weight distribution and/or design and arrangement of its through-opening, a defined static imbalance and/or a dynamic imbalance.To make it easy to drive a movement and/or rotation of the vibration-exciting element, its total mass should be designed as small as possible.But its total mass can also be as high as possible so that the vibration-exciting element executes correspondingly hard impacts on the sonotrode.
  • An "imbalance" is present in a rotating body in particular when its axis of rotation does not correspond to one of its main axes of inertia.
  • An imbalance is in particular a static imbalance and/or a dynamic imbalance of the vibration excitation element.
  • the imbalance leads in particular to vibrations, tumbling of the Vibration excitation element around the sonotrode and striking the inner surface around the through opening and / or the adjacent edges around the through opening of the vibration excitation element on the outer surface of the sonotrode.
  • the static imbalance and/or the dynamic imbalance of the vibration excitation element is thus defined and can be used in a targeted manner to excite the sonotrode in a second vibration.
  • a "static imbalance” is present in particular when the axis of rotation of the vibration-exciting element does not run through the center of gravity of the vibration-exciting element.
  • the static imbalance generates in particular circular mechanical vibrations at right angles to the axis of rotation.
  • a static imbalance can be generated in a targeted manner in that only an unbalanced element is attached to an outside of the vibration-exciting element.
  • the unbalanced mass is in particular the product of the unbalanced mass and the distance from the axis of rotation.
  • the unbalanced mass can be indicated in particular in the unit mm*g.
  • a "dynamic imbalance" is present in particular when the axis of rotation of the vibration excitation element does not coincide with one of its stable main support axes, but is tilted at its center of gravity in relation to the main support axes.
  • the dynamic imbalance causes a bending moment on the axis of rotation, especially during operation, which causes the Circular vibrations shifted by 180° can be caused at the ends of the axis of rotation.
  • the rotating vibration excitation element remains in the rest position in particular, while the axes wobble due to the opposite circular movement.
  • a dynamic imbalance can be caused, for example, by two opposing, but on different sides of the Vibration excitation element attached imbalance elements to be caused.
  • the dynamic imbalance thus causes the vibration-exciting element to wobble and/or tilt in a manner deviating from the transverse axis, which is perpendicular to the longitudinal center axis of the sonotrode.
  • the "first vibration" stimulated by the ultrasonic vibration exciter and the "second vibration” stimulated by the imbalance of the vibration excitation element differ in particular in their properties.
  • the first vibration is in particular a regular and/or constant ultrasonic vibration.
  • the first oscillation has a constant wavelength or a plurality of constant wavelengths.
  • the second vibration, excited by the imbalance of the vibration-exciting element is in particular discontinuous and/or intermittent shock waves.
  • the second vibration preferably has a greater intensity and/or amplitude.
  • the second oscillation can also have a wavelength that changes over time.
  • the first oscillation and the second oscillation thus differ in particular at least in one property, such as in their amplitude, wavelength, period duration and/or in an excited resonance oscillation of the sonotrode.
  • “Rotation” is understood in particular as a rotational movement of the vibration excitation element.
  • the rotation of the vibration excitation element is in particular the rotational movement of the vibration excitation element by one imaginary central axis as the axis of rotation through the continuous opening and/or around the longitudinal central axis of the sonotrode.
  • the imaginary central axis does not necessarily have to be arranged transversely to the distal outer surface, which is horizontally aligned in the resting state, and the proximal outer surface of the vibration excitation element, but the continuous opening and thus the axis of rotation can also run obliquely through the vibration excitation element and thus not parallel to the longitudinal central axis of the sonotrode.
  • a rotation does not necessarily have to be a complete rotation through 360° or several complete rotations, but a rotation is understood to mean in particular a partial rotation of ⁇ 360°.
  • the vibration-exciting element can also move in one of the possible directions in space.
  • the vibration excitation element is disk-shaped, ring-shaped, hollow-cylindrical and/or torus-shaped.
  • the disc-shaped, annular and / or toroidal shape of the vibration excitation element is by arrangement of the wall thickness in the direction of the longitudinal center axis of the sonotrode and the longer Outside diameter in the transverse direction to the longitudinal center axis of the sonotrode, a wobbling of the vibrating element can be realized with a large deflection at the opposite outer areas around the outside diameter.
  • the distal-side edge and the proximal-side edge impact alternately around the continuous opening on the outer surface of the sonotrode.
  • the vibration-exciting element has an axis of rotation that deviates from the longitudinal central axis and/or its main axis of inertia.
  • the axis of rotation of the vibration excitation element runs in the direction of the longitudinal center axis of the sonotrode, for example, from a point on the proximal side of the vibration excitation element at a smaller distance from the longitudinal center axis at an angle to a point on the distal side of the vibration excitation element at a greater distance from the longitudinal center axis of the sonotrode.
  • the "axis of rotation” (also called “axis of rotation”) is in particular a straight line which describes a rotation or rotation of the vibration-exciting element.
  • the axis of rotation of the vibration excitation element is in particular the physically real axis of rotation.
  • the view of the vibration-exciting element changes, in particular when the vibration-exciting element is rotated at any desired angle.
  • a "main axis of inertia” (also called “main axis”) is understood in particular as an axis of rotation of the vibration excitation element about which the vibration excitation element can be continuously rotated without a dynamic imbalance occurring.
  • the main axis of inertia runs in particular through the center of gravity of the vibration excitation element.
  • the vibration excitation element has an unbalanced element in its interior and/or on its outer surface.
  • An "unbalanced element” can, for example, be a mass with a different material and/or weight than the main mass of the vibration-exciting element. By selecting the weight of the unbalanced element, its size, shape and/or its arrangement along the radius of the Vibration excitation element can be specifically set an imbalance and the rotational behavior and the impact behavior of the vibration excitation element can be influenced.
  • the vibration excitation element has a recess.
  • a "recess” is in particular a free space in the vibration excitation element, which is arranged in its interior and / or on its outer surface
  • Recess can be a cavity, a recess and / or an incision in the vibration excitation element.
  • a recess can also be an undercut.
  • the unbalanced element and/or the recess is and/or are arranged on a distal side and/or a proximal side of the vibration excitation element.
  • distal side is understood in particular as the side remote from the user and thus the side close to the body.
  • proximal side is understood to mean the side close to the user and the side remote from the body.
  • distal and proximal sides are in particular the two opposing circular or ring surfaces.
  • the lithotripsy device has a drive device for driving the rotation of the vibration excitation element.
  • the desired second oscillation of the sonotrode can be set flexibly by means of a second active drive device, which is used solely to specifically drive the rotational movement of the oscillation excitation element.
  • this second drive device is independent of the excitation by the ultrasonic vibration exciter and is not limited by the structural design of the components of the ultrasonic vibration exciter.
  • this drive device can also be used with existing ones
  • a "drive device” is in principle any type of device that causes a force on the vibration-exciting element and thus a movement and/or rotation of the vibration-exciting element.
  • the drive device has a nozzle for the action of a stream of compressed gas on the vibration-exciting element.
  • the vibration excitation element can thus be driven directly in a simple manner by means of a compressed gas flow, for example compressed air.
  • the drive and thus the supply of the Compressed gas stream done continuously and / or discontinuously.
  • the movement frequency and pulse intensity of the vibration excitation element can thus be directly influenced by means of the geometry of the nozzle and/or regulation of the compressed air flow.
  • the force, the moment and/or the speed of the vibration excitation element can be influenced quickly and directly by means of the compressed gas flow.
  • the nozzle can be specifically aligned with and/or on the vibration-exciting element and the compressed gas stream can be applied to a defined position and/or location of the rotating vibration-exciting element.
  • a "nozzle” is understood to mean, in particular, a technical component for influencing a fluid and/or compressed gas flow when it passes from a pipe flow into free space.
  • the nozzle can have the same cross-sectional area over its entire length, can expand, narrow and/or or have a variable shape.
  • the vibration excitation element In order to drive the rotation of the vibration excitation element in a defined and positioned manner, the vibration excitation element has a groove on a lateral surface for the effect of the compressed gas flow.
  • the vibration excitation element preferably has a plurality of equally spaced grooves on its lateral surface around the entire circumference of the lateral surface, so that the compressed gas stream flows into the respective groove, which is in the effective area of the nozzle, and, as in an impeller, the vibration excitation element is driven to rotate.
  • the "lateral surface" of the vibration excitation element is in particular that surface on which the vibration excitation element can be rolled.
  • a "groove” is in particular an elongated depression in the vibration excitation element.
  • One groove or several grooves are arranged in particular on and/or in the lateral surface in a radially circumferential manner. The fact that the compressed gas flow is directed into the respective groove by means of the nozzle and against the boundary wall at the end of the groove acts in the direction of flow, the vibration excitation element is set in rotation around the sonotrode.
  • Lithotripsy device on an attachable holder housing, wherein the attachable holder housing surrounds the vibration excitation element, a proximal end of the sonotrode and / or the ultrasonic vibration exciter.
  • the surrounding mounting housing makes it easier to clean the lithotripsy device and prevents injury to the rotating vibration excitation element.
  • the attachable mounting housing can form part of the hand-held device and, like the sonotrode, can also only partially surround the ultrasonic vibration exciter.
  • the clip-on holder housing can have plastic as the material, for example.
  • the attachable mounting housing has a stop on the proximal side and/or a stop on the distal side for limiting a movement path of the vibration excitation element along the longitudinal center axis of the sonotrode and/or a supply opening and a discharge opening for the compressed gas flow.
  • the holder housing can also limit a movement of the vibration excitation element in the transverse direction transverse to the longitudinal center axis of the sonotrode and/or all other spatial directions in between due to its shape and/or specifically arranged components.
  • a stop on the proximal side and/or a stop on the distal side can be formed, for example, due to a shape on the inner surface of the attachable mounting housing and/or due to an inner edge.
  • the movement distance of the vibration excitation element along the longitudinal center axis can be set and/or shortened in a defined manner.
  • the spacer element can preferably be exchanged and different spacer elements with different lengths and/or dimensions can be used between the stop on the proximal side and the vibration-exciting element and/or between the vibration-exciting element and the stop on the distal side.
  • the spacer element can be, for example, an elongate body and/or a spring. Especially when arranged on the distal side, the spacer element can also be designed as an impact mass, which transmits a lateral impulse impact of the vibration excitation element and thus transmits it in the axial direction in addition to the direct effect on the sonotrode.
  • the object is achieved by a lithotripsy system for breaking up bodily stones, the lithotripsy system having a lithotripsy device as described above, a plurality of vibration excitation elements with a respective imbalance and/or a plurality of sonotrodes.
  • a lithotripsy system is provided with which the user can quickly and easily by replacing a vibration excitation element with another vibration excitation element and / or before used sonotrode can adapt the lithotripsy device to the respective requirements of the fragmentation with another sonotrode and can achieve the optimal fragmentation performance in each case.
  • the object is achieved by a retrofit kit for retrofitting an existing lithotripsy device, the existing lithotripsy device having a sonotrode and an ultrasonic vibration exciter, and the retrofit kit having at least one vibration excitation element with an imbalance and with a through opening for sliding on the existing sonotrode, a drive device for causing the vibration excitation element to rotate and/or an attachable mounting housing for surrounding the vibration excitation element, a proximal end of the sonotrode and/or the ultrasonic vibration exciter such that a previously described lithotripsy device can be formed.
  • the retrofit kit can also be used to retrofit sonotrodes and/or lithotripsy devices that are already on the market to specifically stimulate a second oscillation of the sonotrode.
  • a drive device for the separate and targeted drive of the vibration-exciting element with the imbalance can also be retrofitted here.
  • a nozzle for supplying compressed air can be attached to the hand-held device and/or to the attachable mounting housing.
  • the object is achieved by a method for operating a lithotripsy device, wherein the lithotripsy device has an ultrasonic vibration exciter, a sonotrode with an outer diameter, a vibration excitation element with an imbalance and with a through opening, and a drive device for driving a rotation of the vibration excitation element has, wherein the vibration excitation element is arranged with the through opening around the outer diameter of the sonotrode and the through opening of the vibration excitation element has a larger diameter than the outer diameter of the sonotrode, so that the vibration excitation element is freely movable, with the following steps:
  • the user can use the method very easily and independently of the ultrasonic vibration of the sonotrode by driving the rotation of the vibration excitation element around the sonotrode, impress a second vibration, in particular a shock wave vibration.
  • a second vibration in particular a shock wave vibration.
  • Lithotripsy device relate and the method for operating a lithotripsy device has no treatment step and thus does not constitute a treatment method.
  • Figure 1 is a highly schematic representation of a
  • Figure 2 is a three-dimensional representation of a
  • Figure 3 is a three-dimensional representation of the
  • Figure 4 is a schematic representation of the
  • Figure 5 is a three-dimensional enlarged
  • Figure 6 is a schematic representation of
  • a lithotripsy device 101 has an ultrasonic transducer 103 on the proximal side for generating an ultrasonic vibration.
  • a tapering horn 105 is arranged on the distal side of the ultrasonic transducer 103 .
  • a sonotrode 107 is screwed into the horn 105 at its proximal end 109 .
  • An opposite distal end 111 of the sonotrode is used to shatter body stones.
  • an unbalanced mass 113 is pushed onto the sonotrode 107 by means of a central opening 114 and surrounds the sonotrode 107.
  • the unbalanced mass 113 is disc-shaped and has two overweights 115, one overweight 115 being arranged on the proximal side and the other overweight 115 being arranged on the distal side, but not rotationally symmetrically on the unbalanced mass 113.
  • a compressed air nozzle 127 for driving a rotation of the unbalanced mass 113 about an axis of rotation 117 is arranged below the unbalanced mass 113, the axis of rotation 117 coinciding with a longitudinal central axis of the sonotrode 107 and a longitudinal central axis of the lithotripsy device 101.
  • the compressed air nozzle 127 is connected by means of a hose, not shown in FIG. 1, to a central compressed air house supply, not shown.
  • the compressed air nozzle 127 and the hose are held on the hand-held housing (not shown in FIG. 1) of the lithotripsy device 101.
  • the sonotrode 107 is continuously excited by means of the ultrasonic transducer 103 with an ultrasonic vibration. Since the unbalanced mass 113 is arranged around the sonotrode 107, this ultrasonic vibration also acts on the unbalanced mass 113, but only leads to one slight back and forth movement along the axis of rotation 117. Compressed air is applied in a targeted manner to the unbalanced mass 113 in the area of its lateral surface by means of the compressed air nozzle 127, as a result of which the unbalanced mass 113 rotates with its inner opening 114 about the sonotrode 107 and the axis of rotation 117.
  • the unbalanced mass 113 tumbles, starting from an initial position 121 when not driven by the compressed air nozzle 127, between a distal oscillation position 123 and a proximal oscillation position 125 in the rotating state.
  • the unbalanced mass 113 is made of stainless steel and hits the sonotrode 107 alternately with its distal edge around the opening 114 and its proximal edge around the opening 114 when it tumbles, whereby this impact excitation causes the sonotrode 107 to vibrate a second time is stimulated.
  • the continuous, constant ultrasonic vibration stimulated by the ultrasonic transducer 103 and the intermittent shock vibration due to the shock excitation by the unbalanced mass 113 with the two overweights 115 can be optimally used in a dual mechanism of action to smash body stones by means of the distal end 111 of the sonotrode 107.
  • the sonotrode 107 is functionally, temporally and locally independent of an excitation of an ultrasonic vibration by means of the ultrasonic transducer 103 by using a dynamic Imbalance of the unbalanced mass 113 with a hard shock excitation can also be excited with a shock vibration.
  • a lithotripsy device 201 has an ultrasound transducer 203 and a cap 206, with a hand-held device 231 with an attachment sleeve 233 being arranged on the outside between the ultrasound transducer 203 and the cap 206, the attachment sleeve 233 is attached to the ultrasonic transducer 203 by means of a lock 235 .
  • a sonotrode 207 is largely exposed to its distal end 211 and is guided internally only through the cap 206 to its proximal end 209 within the handpiece 231 (FIG. 4).
  • an unbalance disk 213 In front of the proximal end 209 of the sonotrode 207 there is an unbalance disk 213 with a plurality of equally spaced grooves 216 along its lateral surface 218 . A central opening 214 in the unbalanced disk 213 surrounds the sonotrode 207. An overweight 215 is arranged on a distal side and a proximal side of the unbalanced disk 213 in each case. Between the distal side of the unbalance disk 213 and the proximal inside of the
  • Slip-on sleeve 233 is a spacer sleeve 237 is arranged.
  • the sonotrode 207 in turn has a smaller outer diameter 208 than the central opening 214 of the unbalanced disk 213, so that the unbalanced disk 213 can move freely around the sonotrode 207 within the slip-on sleeve 233.
  • the proximal end 209 of the sonotrode 207 is mounted on the distal end of the horn 205 .
  • the ultrasonic transducer 203 has a plurality of piezo elements 245 and a counter bearing 247.
  • the push-on sleeve 233 has a supply opening 241 and a discharge opening 243 for compressed air.
  • a nozzle not shown in Figures 2 to 5, directs a stream of compressed air into the supply opening 241 onto the respective groove 216 for driving the unbalance disk 213.
  • the piezoelectric elements 245 are subjected to a voltage from an ultrasonic generator (not shown) (FIG. 6). Due to the resulting deformation of the piezo elements 245, which are clamped between the proximal-side counter bearing 247 and the distal-side horn 205, an ultrasonic vibration is induced, as a result of which a first vibration of the sonotrode 207 is excited 303 .
  • the unbalanced disk 213 is driven 305 to rotate about the sonotrode 207 by using the nozzle (not shown) to direct a stream of compressed air into the groove 216 of the rotating unbalanced disk 213 in the area of the supply opening 241, causing the unbalanced disk 213 to rotate at a continuous speed rotates. Due to the configuration of the imbalance disk 213 with the overweights 215, a dynamic imbalance of the rotating unbalance disk 213 stimulates 307 a second oscillation of the sonotrode 207.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung ein Handgerät mit einem Ultraschallschwingungsanreger mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät verbindbaren Sonotrode mit einer Längsmittelachse und einem Sonotroden-Außendurchmesser aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers die Sonotrode in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung ein Schwingungsanregungselement mit einer durchgehenden Öffnung aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Sonotroden-Außendurchmesser und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist, wobei die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselement einen größeren Durchmesser als der Sonotroden-Außendurchmesser und/oder als der Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement frei beweglich ist, und das Schwingungsanregungselement eine Unwucht aufweist, sodass im Falle einer Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und/oder den Ultraschallschwingungsanreger die Sonotrode in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht anregbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lithotripsiesystem, einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung.

Description

Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, Lithotripsiesystem, Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung
[01] Die Erfindung betrifft eine Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung ein Handgerät mit einem Ultraschallschwingungsanreger mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät verbindbaren Sonotrode mit einer Längsmittelachse und einem Sonotroden-Außendurchmesser aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers die Sonotrode in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung ein Schwingungsanregungselement mit einer durchgehenden Öffnung aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Sonotroden-Außendurchmesser und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein
Lithotripsiesystem, einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung.
[02] Die Lithotripsie ist ein bekanntes Verfahren zum Zertrümmern von Körpersteinen, welche sich durch Auskristallisation von Salzen als sogenanntes Konkrement in Körperorganen, beispielsweise in der Blase oder Niere, bilden. Wenn die Körpersteine zu groß für einen natürlichen Abgang sind und Beschwerden verursachen, müssen diese mittels Lithotripter zerkleinert werden, sodass die zerkleinerten Steine durch natürliche Ausscheidung und/oder mittels einer Saug-Spül-Pumpe entfernt werden können.
[03] Solche Körpersteine sind häufig nicht homogen aufgebaut, sondern weisen unterschiedliche Bestandteile, Schichten und/oder Festigkeiten auf. Ein Körperstein, welcher außen ein weiches Konkrement und innen einen harten Steinkern aufweist, erfordert somit mit zunehmender Zertrümmerung eine höhere Zertrümmerungskraft der vom Lithotripter abgegebenen Stoßwellen.
[04] Aus diesen Gründen wurden rein ultraschallbasierte Lithotripter in den letzten Jahren weiterentwickelt, um die Steinzertrümmerungsleistung zu verbessern. Dazu wird häufig zusätzlich zur konstanten Ultraschallenergie eine intermittierende, ballistische Schockwellenenergie zugeführt. Dies kann beispielsweise mittels eines ballistischen Antriebes mit Elektromagneten erfolgen, bei dem ein Prallkörper mittels der Elektromagneten beschleunigt wird und auf ein Horn und/oder den Sonotrodenkopf aufschlägt. Nachteilig bei derartigen ballistischen Antrieben ist, dass diese ab einer bestimmten elektrischen Leistungsaufnahme aktiv gekühlt werden müssen, da ansonsten eine zu hohe Oberflächentemperatur entsteht.
[05] In US 9,421,023 B2 wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Ultraschallschwingungen offenbart, bei welcher der Ultraschallwellenleiter proximalseitig in einem Wellenleiterfitting aufgenommen ist und distalseitig von dem Wellenleiterfitting eine erste stoßpulsierende Masse, gefolgt von einer Druckfeder und einer zweite stoßpulsierende Masse um den Ultraschallwellenleiter angeordnet sind. Die zweite stoßpulsierende Masse ist distalseitig von einer Aufprallfläche begrenzt, auf welche die zweite stoßpulsierende Masse angeregt durch die Ultraschallschwingung aufschlägt. Nachteilig hierbei ist, dass die zweite stoßpulsierende Masse nur durch die hochfrequente Ultraschallschwingung angeregt wird und von dieser direkt abhängig ist. Somit kann das Schwingungsverhalten der stoßpulsierenden Masse und die von ihr erzeugten Stoßwellen nur begrenzt beeinflusst werden. Durch die Anordnung der Druckfeder zwischen den beiden stoßpulsierenden Massen außen um den Ultraschallwellenleiter herum überträgt die Druckfeder als Speicher der zugeführten Ultraschallenergie diese nur entlang der Längsmittelachse des Ultraschallwellenleiters und der Aufprall der zweiten stoßpulsierenden Masse auf die Aufprallfläche erfolgt stets aus axialer Richtung und somit koaxial zur Längsmittelachse des Ultraschallwellenleiters. Zudem kann aufgrund dieser Einschränkung die Vorrichtung nicht nachträglich in bereits auf dem Markt befindliche Ultraschallwandler und Sonotroden integriert werden.
[06] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
[07] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Lithotripsievorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung ein Handgerät mit einem Ultraschallschwingungsanreger mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät verbindbaren Sonotrode mit einer Längsmittelachse und einem Sonotroden-Außendurchmesser aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers die Sonotrode in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung ein Schwingungsanregungselement mit einer durchgehenden Öffnung aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Sonotroden-Außendurchmesser und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist, wobei die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselementes einen größeren Durchmesser als der Sonotroden-Außendurchmesser und/oder als der Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement frei beweglich ist, und das Schwingungsanregungselement eine Unwucht aufweist, sodass im Falle einer Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und/oder den Ultraschallschwingungsanreger die Sonotrode in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht anregbar ist.
[08] Somit wird eine Lithotripsievorrichtung mit einer definierten dynamischen und/oder statischen Unwucht des Schwingungsanregungselementes bereitgestellt, welches bei Anregung und/oder Rotation um die Sonotrode taumelt und dabei axiale und/oder radiale Impulse auf die Sonotrode ausübt. Durch die Unwuchtmasse als Schlagmasse des Schwingungsanregungselementes und die dadurch erzeugten, intermittierenden Schockstöße auf die Sonotrode ist die Zertrümmerungsleistung von Körpersteinen und die Bohrfähigkeit der Sonotrode auch bei harten und/oder inhomogenen Körpersteinen verbessert. Hierbei überlagern sich die Schockimpulse des sich bewegenden und/oder taumelnden Schwingungsanregungselementes mit den kontinuierlichen Ultraschallschwingungen erzeugt vom Ultraschallschwingungsanreger, sodass gleichzeitig oder intermittierend zwei Mechanismen der Schwingungsanregung und der Steinzertrümmerung wirksam sind.
[09] Es ist besonders vorteilhaft, dass das Schwingungsanregungselement aufgrund des größeren Durchmessers seiner Öffnung, welche die Sonotrode, ein Horn und/oder den Ultraschallschwingungsanreger umgibt, im Vergleich zum Außendurchmesser der Sonotrode, des Horns und/oder des Schwingungsanregers auf und um die Sonotrode, das Horn und/oder den Ultraschallschwingungsanreger frei beweglich ist und gerade nicht in einer Richtung oder mehreren Richtungen fest eingebaut ist.
[10] Prinzipiell sei angemerkt, auch wenn im Folgenden von der Anordnung der Schwingungsanregungselemente um die Sonotrode gesprochen wird, stets damit auch gemeint ist, dass ebenso das Schwingungsanregungselement oder ein zweites Schwingungsanregungselement oder mehrere Schwingungsanregungselemente auch alternativ oder ergänzend analog um das Horn und/oder den Ultraschallschwingungsanreger angeordnet sein können.
[11] Durch die freie Beweglichkeit des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und durch seine Unwucht sind nicht nur regelmäßige, sondern zeitlich örtlich und/oder von ihrer Stärke auch unregelmäßige Schockimpulse auf die Sonotrode übertragbar. Durch die Überlagerung der kontinuierlichen Ultraschallschwingung mit den unregelmäßigen Schockimpulsen des sich frei bewegenden Schwingungsanregungselementes auf die verbundene Sonotrode wird gerade eine kombinierte Wirkung und somit ein verbesserter Körpersteinabtrag gegenüber der alleinigen ultraschallbasierten Schwingungsanregung der Sonotrode erzielt. Aufgrund der freien Beweglichkeit des Schwingungsanregungselementes vibriert die Sonotrode auch lateral und verringert dadurch die Kontaktzeit im Bohrloch des Körpersteins. Dies führt zu einer geringeren Reibung und zu geringeren Energieverlusten des Ultraschallwandlers.
[12] Durch die Beweglichkeit des Schwingungsanregungselementes in alle Raumrichtungen aufgrund der Weite der durchgehenden Öffnung angeordnet um die Sonotrode, sind auch Schläge in Richtung der Z-Achse und somit seitliche Impulsschläge auf die Sonotrode ausführbar.
[13] Dadurch, dass das Schwingungsanregungselement die Sonotrode umgibt, aufgrund der Unwucht frei um die Sonotrode taumelt und durch Aufschlagen beispielsweise mit seinen um die Öffnung angeordneten Kanten auf die Außenoberfläche der Sonotrode eine direkte Energieübertragung an die Sonotrode bewirkt, wird unmittelbar die Steinzertrümmerung verbessert. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Aufschlagsflächen der Sonotrode und/oder des Schwingungsanregungselementes gerade nicht deformiert werden, welches durch eine entsprechende
Materialwahl realisierbar ist.
[14] Die unregelmäßige, intermittierende Schockimpulsgebung durch das Schwingungsanregungselement mit der Unwucht wird auch dadurch verstärkt, dass die Impulsschläge an der Spitze und/oder am Kopf der Sonotrode reflektiert werden.
[15] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass mindestens ein Schwingungsanregungselement frei beweglich um eine Sonotrode (und/oder Horn und/oder Ultraschallschwingungsanreger) angeordnet ist und gerade nicht mittels einer Druckfeder als Energiespeicher eingespannt ist, wodurch ein freies, ungeordnetes Aufschlagen des Schwingungsanregungselementes aus allen Raumrichtungen auf die Außenoberfläche der Sonotrode ermöglicht ist, wenn das Schwingungsanregungselement sich um und/oder entlang der Sonotrode bewegt und/oder rotiert. Durch die frei bewegliche Anordnung des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode ist dieses einfacher zur Bewegung und/oder Rotation antreibbar, dessen Antrieb kann leichter angepasst werden und das Schwingungsanregungselement ist auch bei bereits im Markt befindliche Sonotroden und/oder Ultraschallwandler nachrüstbar.
[16] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[17] Bei einer „Lithotripsievorrichtung" (auch
„Lithotripter" genannt) handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zum Zertrümmern von Körpersteinen durch Stoßwellen. Unter einer Lithotripsievorrichtung werden insbesondere verschiedene Bestandteile, Bau- und/oder Funktionskomponenten eine Lithotripters verstanden. Die Lithotripsievorrichtung kann einen Lithotripter vollständig oder teilweise ausbilden. Bei einer Lithotripsievorrichtung kann es sich insbesondere um eine intrakorporale oder extrakorporale Lithotripsievorrichtung handeln. Im Falle einer intrakorporalen Lithotripsievorrichtung kann diese zusätzlich eine Spül-/Saugpumpe aufweisen. Die Lithotripsievorrichtung kann als Handgerät ausgebildet sein und/oder ein Endoskop aufweisen oder in ein Endoskop eingeschoben werden. Die Lithotripsievorrichtung ist insbesondere autoklavierbar und weist beispielsweise Instrumentenstahl und/oder Kunststoff auf. Die Lithotripsievorrichtung kann weitere Komponenten, wie ein
Steuer- und/oder Versorgungsgerät aufweisen oder diese sind der Lithotripsievorrichtung zugeordnet.
[18] Unter „Körpersteinen" (auch „Konkrement" genannt) werden insbesondere alle Steine in einem menschlichen oder tierischen Körper verstanden, welche sich aus Salzen durch Kristallisation bilden. Bei Körpersteinen kann es sich beispielsweise um Gallensteine, Harnsteine, Nierensteine und/oder Speichelsteine handeln.
[19] Ein „Handgerät" ist insbesondere eine Handhabe zur manuellen und/oder automatisierten Bedienung und/oder Verbindung der Lithotripsievorrichtung. Das Handgerät kann als Hand- und/oder Halteteil ausgebildet sein. Das Handgerät kann auch an einem distalen Ende eines Roboterarms angeordnet, verbunden und/oder automatisiert geführt sein. Das Handgerät weist insbesondere ein aufsteckbares Halterungsgehäuse auf.
[20] Ein „Ultraschallschwingungsanreger" (auch „Schwingungsanreger" genannt) ist insbesondere ein Bauteil eines Ultraschallwandlers und/oder Handstückes einer Lithotripsievorrichtung, welcher eine zugeführte Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz in eine mechanische Schwingungsfrequenz umsetzt. Der Ultraschallschwingungsanreger ist insbesondere ein elektromechanischer Wandler unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts. Durch Anlegen einer von einem Ultraschallgenerator erzeugten elektrischen Wechselspannung wird insbesondere eine mechanische Schwingung aufgrund eines Verformens des Ultraschallschwingungsanregers erzeugt. Der Ultraschallschwingungsanreger weist insbesondere ein Piezoelement oder mehrere Piezoelemente auf. Bevorzugt weist der Ultraschallschwingungsanreger mindestens zwei Piezoelemente auf, wobei zwischen den Piezoelementen ein elektrischer Leiter, beispielsweise eine Kupferscheibe, angeordnet sein kann. Der Ultraschallschwingungsanreger und/oder der Ultraschallwandler kann insbesondere ein Horn aufweisen.
[21] Ein „Horn" ist insbesondere ein Bauteil, welches zwischen Schwingungsanreger und/oder einem Piezoelement und der Sonotrode angeordnet ist. Das Horn dient insbesondere dazu, die vom Schwingungsanreger erzeugten Ultraschallwellen zur Sonotrode zu übertragen, weiterzuleiten und/oder auszurichten. Dazu kann das Horn sich in einer Übertragungsrichtung verjüngen und direkt oder indirekt die Ultraschallwellen auf einen Sonotrodenkopf übertragen. Das Horn kann auch zur Befestigung der Sonotrode verwendet werden. Gleichzeitig dient das Horn insbesondere zusammen mit einem Gegenlager zur beidseitigen mechanischen Halterung des Piezoelementes oder der Piezoelemente.
[22] Die „Längsmittelachse" ist insbesondere diejenige Achse der Sonotrode, welche der Richtung ihrer größten Ausdehnung entspricht.
[23] Eine „Sonotrode" ist insbesondere ein Bauteil, welches durch das Einwirken und/oder Einleiten von mechanischen Schwingungen selbst in Schwingung und/oder Resonanzschwingung versetzt wird. Die Sonotrode wird insbesondere mittels des Ultraschallschwingungsanregers in einer ersten Schwingung angeregt. Zudem wird die Sonotrode insbesondere in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht des Schwingungsanregungselementes angeregt. Die Sonotrode ist insbesondere als Wellenleiter für die Stoßwellen (Impulse) des Schwingungsanregungselementes mit der Unwucht und/oder die vom Ultraschallschwingungsanreger erzeugten Ultraschallwellen ausgebildet. Die Sonotrode ist insbesondere mit dem Ultraschallschwingungsanreger, dem Ultraschallwandler und/oder dem Horn verbunden.
Beispielsweise ist die Sonotrode in das distalseitige Ende des Horns eingeschraubt. Die Sonotrode weist insbesondere an ihrem proximalen Ende einen Sonotrodenkopf zum Aufnehmen, Weiterleiten und/oder Fokussieren von Ultraschallwellen und an ihrem distalen Ende eine Sonotrodenspitze zum unmittelbaren und/oder mittelbaren Beaufschlagen und/oder Kontaktieren von Körpersteinen auf.
Die Sonotrode ist insbesondere derart geformt, dass diese optimal die Stoßwellen und/oder die zweite Schwingung und/oder die Ultraschallschwingung an ihrem distalen Ende in den Körper, die zu behandelnde Körperregion und/oder direkt auf den zu zertrümmernden Körperstein einleitet. Im Falle der Ultraschallanregung arbeitet die Sonotrode insbesondere im Ultraschallbereich mit einem Frequenzbereich von 20 kHz bis 90 kHz, bevorzugt von 20 kHz bis 34 kHz. Die Sonotrode weist insbesondere Stahl, Titan, Aluminium und/oder Carbon auf. Bei einer Sonotrode handelt es sich insbesondere um eine Sonde, welche beispielsweise stab-, röhren- und/oder schlauchförmige ausgebildet ist. Die Sonotrode kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Sonotrode weist insbesondere einen Durchmesser in einem Bereich von 0,5 mm bis 4,5 mm, insbesondere von 0,8 mm bis 3,8 mm, auf. Dabei weist die Sonotrode einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner als die Öffnung des Schwingungsanregungselementes ist.
[24] Der „Außendurchmesser" ist insbesondere der äußere Durchmesser und somit der größtmögliche Abstand zweier Punkte der äußeren Kreislinie der Sonotrode („Sonotroden- Außendurchmesser"), des Horns und/oder des Ultraschallschwingungsanregers („Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser") . Bei dem Außendurchmesser kann es sich insbesondere um den maximalen Durchmesser handeln. Bei dem Außendurchmesser kann es sich jedoch auch um denjenigen Durchmesser handeln, welcher in dem Bereich der Sonotrode, des Horns und/oder des Ultraschallschwingungsanregers vorliegt, welcher von dem Schwingungsanregungselement umgeben ist.
[25] Unter einem „Schwingungsanregungselement" wird insbesondere ein Körper, Bauteil und/oder eine Baugruppe verstanden, welcher oder welche auf die Sonotrode, das Horn, den Ultraschallschwingungsanreger und/oder den Ultraschallwandler aufschiebbar ist. Das Schwingungsanregungselement weist insbesondere aufgrund seiner Eigenschaften, wie Form, Gewichtsverteilung und/oder Ausgestaltung und Anordnung seiner durchgehenden Öffnung, eine definierte statische Unwucht und/oder eine dynamische Unwucht auf. Für eine leichte Antreibbarkeit zu einer Bewegung und/oder Rotation des Schwingungsanregungselementes ist seine Gesamtmasse möglichst gering auszugestalten. Seine Gesamtmasse kann aber auch möglichst hoch sein, damit das Schwingungsanregungselement dementsprechend harte Stoßschläge auf die Sonotrode ausführt. Das Schwingungsanregungselementes weist insbesondere Metall, beispielsweise Edelstahl, auf.
[26] Eine „Unwucht" liegt bei einem rotierenden Körper insbesondere dann vor, wenn dessen Rotationsachse nicht einer seiner Hauptträgheitsachsen entspricht. Eine Unwucht ist insbesondere eine statische Unwucht und/oder eine dynamische Unwucht des Schwingungsanregungselementes. Die Unwucht führt insbesondere zu Vibrationen, Taumeln des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode und Aufschlagen der Innenoberfläche um die durchgehende Öffnung und/oder der anliegenden Kanten um die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselementes auf die Außenoberfläche der Sonotrode. Somit ist die statische Unwucht und/oder die dynamische Unwucht des Schwingungsanregungselementes definiert und gezielt zum Anregen der Sonotrode in einer zweiten Schwingung einsetzbar.
[27] Eine „statische Unwucht" liegt insbesondere dann vor, wenn die Drehachse des Schwingungsanregungselementes nicht durch den Schwerpunkt des Schwingungsanregungselementes verläuft. Die statische Unwucht erzeugt insbesondere kreisförmige mechanische Schwingungen rechtwinklig zur Drehachse. Eine statische Unwucht kann insbesondere gezielt dadurch erzeugt werden, dass nur auf einer Außenseite des Schwingungsanregungselementes ein Unwuchtelement angebracht ist. Die Unwucht ist insbesondere das Produkt aus Unwuchtmasse und dem Abstand von der Drehachse. Die Unwucht kann insbesondere in der Einheit mm*g angegeben werden.
[28] Eine „dynamische Unwucht" liegt insbesondere vor, wenn die Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes nicht mit einer seiner stabilen Hauptträgerachsen übereinstimmt, sondern im Schwerpunkt gegenüber den Hauptträgerachsen gekippt ist. Die dynamische Unwucht bewirkt insbesondere im Betrieb einen Biegemoment auf der Rotationsachse, wodurch an den Enden der Rotationsachse um 180° verschobene, kreisförmige Schwingungen hervorgerufen werden. Dabei bleibt das rotierende Schwingungsanregungselement insbesondere in Ruhelage, während die Achsen aufgrund der entgegengesetzten Kreisbewegung taumeln. Eine dynamische Unwucht kann beispielsweise durch zwei gegenüberliegende, jedoch an unterschiedlichen Seiten des Schwingungsanregungselementes angebrachte Unwuchtelemente verursacht sein. Somit bewirkt die dynamische Unwucht insbesondere ein Taumeln und/oder Kippen des Schwingungsanregungselementes abweichend von der Querachse, welche senkrecht zur Längsmittelachse der Sonotrode steht.
[29] Die „erste Schwingung" angeregt durch den Ultraschallschwingungsanreger und die „zweite Schwingung" angeregt mittels der Unwucht des Schwingungsanregungselementes unterscheiden sich insbesondere in ihren Eigenschaften. Bei der ersten Schwingung handelt es sich insbesondere um eine regelmäßige und/oder konstante Ultraschallschwingung. Die erste Schwingung weist insbesondere eine konstante Wellenlänge oder mehrere konstante Wellenlängen auf. Bei der zweiten Schwingung angeregt mittels der Unwucht des Schwingungsanregungselementes handelt es sich insbesondere um diskontinuierliche und/oder intermittierende Schockwellen. Die zweite Schwingung weist bevorzugt eine größere Intensität und/oder Amplitude auf. Auch kann die zweite Schwingung eine sich zeitlich verändernde Wellenlänge aufweisen. Somit unterscheiden sich die erste Schwingung und die zweite Schwingung insbesondere zumindest in einer Eigenschaft, wie in ihrer Amplitude, Wellenlänge, Periodendauer und/oder in einer angeregten Resonanzschwingung der Sonotrode.
[30] Unter „Rotation" wird insbesondere eine Drehbewegung des Schwingungsanregungselementes verstanden. Die Rotation des Schwingungsanregungselementes ist insbesondere die Drehbewegung des Schwingungsanregungselementes um eine gedachte Mittelachse als Drehachse durch die durchgehende Öffnung und/oder um die Längsmittelachse der Sonotrode. Die gedachte Mittelachse muss jedoch nicht zwingend quer zu der horizontal im Ruhezustand ausgerichteten distalen Außenoberfläche und der proximalen Außenoberfläche des Schwingungsanregungselementes angeordnet sein, sondern die durchgehende Öffnung und somit die Drehachse kann auch schräg durch das Schwingungsanregungselement und somit nicht parallel zur Längsmittelachse der Sonotrode verlaufen. Eine Rotation muss nicht zwingend eine vollständige Drehung um 360° oder mehrere vollständige Drehungen sein, sondern unter einer Rotation wird insbesondere eine teilweise Drehung von < 360° verstanden. Statt einer Rotation kann das Schwingungsanregungselement jedoch auch eine Bewegung in eine der möglichen Raumrichtungen ausführen.
[31] In einer weiteren Ausführungsform der
Lithotripsievorrichtung ist das Schwingungsanregungselement scheibenförmig, ringförmig, hohlzylinderförmig und/oder torusförmig ausgebildet.
[32] Dadurch kann je nach Form des Schwingungsanregungselementes eine optimale Rotationsgeschwindigkeit und/oder optimale definierte Aufschlagskanten und/oder -flächen bereitgestellt werden.
[33] Bei der scheibenförmigen, ringförmigen und/oder torusförmigen Form des Schwingungsanregungselementes ist durch Anordnung der Wandstärke in Richtung der Längsmittelachse der Sonotrode und des längeren Außendurchmessers in Querrichtung zur Längsmittelachse der Sonotrode ein Taumeln des Schwingungselementes mit einer großen Auslenkung an den sich gegenüberstehenden äußeren Bereichen um den Außendurchmesser realisierbar. Somit erfolgt beispielsweise wechselseitig ein Aufschlagen der distalseitigen Kante und der proximalseitigen Kante um die durchgehende Öffnung auf die Außenoberfläche der Sonotrode.
[34] Um eine dynamische Unwucht definiert einzustellen, weist das Schwingungsanregungselement eine Rotationsachse abweichend von der Längsmittelachse und/oder seiner Hauptträgheitsachse auf.
[35] Somit verläuft die Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes in Richtung der Längsmittelachse der Sonotrode beispielsweise von einem Punkt auf der proximalen Seite des Schwingungsanregungselementes mit einem geringeren Abstand zur Längsmittelachse schräg zu einem Punkt auf der distalen Seite des Schwingungsanregungselementes mit einem größeren Abstand zur Längsmittelachse der Sonotrode.
[36] Bei einer Abweichung der Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes von der Längsmittelachse der Sonotrode kann jedoch auch eine statische Unwucht dadurch erzeugt werden, dass die Rotationsachse zwar senkrecht zu den horizontal ausgerichteten Außenoberflächen des Schwingungsanregungselementes und somit parallel zur Längsmittelachse der Sonotrode verläuft, jedoch nicht mit der Längsmittelachse der Sonotrode zusammenfällt. Somit kann die Rotationsachse und somit die durchgehende Öffnung vom geometrischen Mittelpunkt des Schwingungsanregungselementes nach außen entlang des Radius verschoben sein. Folglich läuft die Rotationsachse außermittig zur Längsmittelachse der Sonotrode.
[37] Die „Rotationsachse" (auch „Drehachse" genannt) ist insbesondere eine Gerade, welche eine Rotation oder Drehung des Schwingungsanregungselementes beschreibt. Bei der Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes handelt es sich insbesondere um die physikalisch reale Rotationsachse. Beim Abweichen der Rotationsachse von der Längsmittelachse der Sonotrode weicht die Rotationsachse somit von der Symmetrieachse des Schwingungsanregungselementes ab. Dadurch verändert sich insbesondere bei einer Drehung des Schwingungsanregungselementes in einem beliebigen Winkel die Ansicht des Schwingungsanregungselementes.
[38] Unter einer „Hauptträgheitsachse" (auch „Hauptachse" genannt) wird insbesondere eine Rotationsachse des Schwingungsanregungselementes verstanden, um die das Schwingungsanregungselement fortgesetzt rotierbar ist, ohne dass eine dynamische Unwucht auftritt. Die Hauptträgheitsachse verläuft insbesondere durch den Schwerpunkt des Schwingungsanregungselementes.
[39] In einer weiteren Ausführungsform der Lithotripsievorrichtung weist das Schwingungsanregungselement ein Unwuchtelement in seinem Inneren und/oder an seiner Außenoberfläche auf.
[40] Somit kann durch Anordnung eines Unwuchtelementes oder mehrerer Unwuchtelemente an und/oder in dem Schwingungsanregungselement gezielt eine statische und/oder dynamische Unwucht eingestellt werden.
[41] Bei einem „Unwuchtelement" kann es sich beispielsweise um eine Masse mit einem unterschiedlichen Material und/oder Gewicht als die Hauptmasse des Schwingungsanregungselementes handeln. Durch Wahl des Gewichtes des Unwuchtelementes, seiner Größe, Form und/oder seiner Anordnung entlang des Radius des Schwingungsanregungselementes kann gezielt eine Unwucht eingestellt und das Rotationsverhalten und das Schlagverhalten des Schwingungsanregungselementes beeinflusst werden.
[42] Um das Gewicht des Schwingungsanregungselementes gering zu halten und dieses leichter in einer Rotationsbewegung antreibbar auszugestalten, jedoch dennoch eine gezielte Unwucht in das Schwingungsanregungselement einzubringen, weist das Schwingungsanregungselement eine Aussparung auf.
[43] Somit kann mittels der geplanten Anordnung einer Aussparung oder mehrerer Aussparungen in dem Schwingungsanregungselement eine ungleiche Gewichtsverteilung entlang des Radius des Schwingungsanregungselementes und somit eine nicht rotationssymmetrische Gewichts- und/oder Masseverteilung realisiert sein.
[44] Eine „Aussparung" ist insbesondere ein freier Raum in dem Schwingungsanregungselement, welcher in seinem Inneren und/oder an seiner Außenfläche angeordnet ist. Bei einer Aussparung kann es sich um einen Hohlraum, eine Vertiefung und/oder einen Einschnitt in dem Schwingungsanregungselement handeln. Bei einer Aussparung kann es sich auch um einen Hinterschnitt handeln.
[45] Um ein Taumeln des Schwingungsanregungselementes verstärkt in distaler und/oder proximaler Richtung zu erzielen, ist und/oder sind das Unwuchtelement und/oder die Aussparung auf einer distalen Seite und/oder einer proximalen Seite des Schwingungsanregungselementes angeordnet.
[46] Durch die Masse des Unwuchtelementes und die Größe der Aussparung sowie deren jeweiliger Anordnung entlang des Radius kann somit die Schwankungsbreite des Taumelns und/oder des Hin- und Herbewegens in proximaler und distaler Richtung an den sich gegenüberliegenden Bereichen des Außendurchmesser der Querachse quer zur durchgehenden Öffnung des Schwingungsanregungselementes eingestellt werden.
[47] Unter der „distalen Seite" wird insbesondere die benutzerferne und somit die körpernahe Seite verstanden. Entsprechend wird unter der „proximalen Seite" die benutzernahe und die körperferne Seite verstanden. Bei einem scheibenförmigen, ringförmigen, hohlzylinderförmigen und/oder torusförmigen Schwingungsanregungselement sind die distalen und proximale Seiten insbesondere die beiden sich gegenüberliegenden Kreis- oder Ringflächen.
[48] Um neben einer Anregung durch die
Ultraschallschwingung des Ultraschallschwingungsanregers gezielt ein zweites Antriebssystem für die Rotationsbewegung des Schwingungsanregungselementes bereitzustellen, weist die Lithotripsievorrichtung eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes auf.
[49] Dadurch kann mittels einer zweiten aktiven Antriebseinrichtung, welche alleinig gezielt dem Antreiben der Rotationsbewegung des Schwingungsanregungselementes dient, flexibel die gewünschte zweite Schwingung der Sonotrode eingestellt werden. Somit ist diese zweite Antriebseinrichtung unabhängig von der Anregung durch den Ultraschallschwingungsanreger und wird nicht durch die konstruktive Auslegung der Bauteile des Ultraschallschwingungsanregers limitiert. Zudem kann diese Antriebseinrichtung auch bei bereits vorhandenen
Lithotripsievorrichtungen nachgerüstet werden.
[50] Bei einer „Antriebseinrichtung" handelt es sich prinzipiell um jegliche Art von Einrichtung, welche eine Kraft auf das Schwingungsanregungselement und somit eine Bewegung und/oder Rotation des Schwingungsanregungselementes bewirkt.
[51] In einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung eine Düse zum Einwirken eines Druckgasstroms auf das Schwingungsanregungselement auf.
[52] Damit kann das Schwingungsanregungselement in einfacher Weise mittels eines Druckgasstroms, beispielsweise Druckluft, direkt angetrieben werden.
Hierbei kann der Antrieb und somit die Zufuhr des Druckgasstromes kontinuierlich und/oder diskontinuierlich erfolgen. Mittels der Geometrie der Düse und/oder einer Regelung des DruckluftStroms kann somit direkt Einfluss auf die Bewegungsfrequenz und Impulsintensität des Schwingungsanregungselementes genommen werden. Vor allem kann mittels des Druckgasstromes schnell und direkt die Kraft, das Moment und/oder die Drehzahl des Schwingungsanregungselementes beeinflusst werden. Zudem kann die Düse gezielt zu dem und/oder auf das Schwingungsanregungselement ausgerichtet und der Druckgasstrom auf eine definierte Position und/oder Stelle des rotierenden Schwingungsanregungselementes aufgebracht werden.
[53] Unter einer „Düse" wird insbesondere ein technisches Bauteil zur Beeinflussung eines Fluids und/oder Druckgasstromes beim Übertritt von einer Rohrströmung in den freien Raum verstanden. Die Düse kann über ihre gesamte Länge eine gleiche Querschnittsfläche haben, sich erweitern, verjüngen und/oder eine variable Form aufweisen.
[54] Um die Rotation des Schwingungsanregungselementes definiert und positioniert anzutreiben, weist das Schwingungsanregungselement an einer Mantelfläche eine Nut zum Einwirken des Druckgasstroms auf.
[55] Bevorzugt weist das Schwingungsanregungselement an seiner Mantelfläche mehrere gleichmäßig zueinander beabstandete Nuten um den gesamten Umfang der Mantelfläche auf, sodass der Druckgasstrom in die jeweilige Nut, welche im Einwirkbereich der Düse liegt, reinströmt und, wie bei einem Flügelrad, das Schwingungsanregungselement zur Rotation angetrieben wird.
[56] Die „Mantelfläche" des Schwingungsanregungselementes ist insbesondere diejenige Fläche, auf welcher das Schwingungsanregungselement abrollbar ist.
[57] Eine „Nut" ist insbesondere eine längliche Vertiefung in dem Schwingungsanregungselement. Eine Nut oder mehrere Nuten sind insbesondere an und/oder in der Mantelfläche radial umlaufend angeordnet. Dadurch, dass der Druckgasstrom in die jeweilige Nut mittels der Düse gerichtet wird und gegen die Begrenzungswand am Ende der Nut in Strömungsrichtung einwirkt, wird das Schwingungsanregungselement um die Sonotrode in Rotation versetzt.
[58] In einer weiteren Ausführungsform weist die
Lithotripsievorrichtung ein aufsteckbares Halterungsgehäuse auf, wobei das aufsteckbare Halterungsgehäuse das Schwingungsanregungselement, ein proximales Ende der Sonotrode und/oder den Ultraschallschwingungsanreger umgibt.
[59] Durch das umgebende Halterungsgehäuse wird zum einen die Reinigbarkeit der Lithotripsievorrichtung erleichtert und zum anderen eine Verletzung an dem rotierenden Schwingungsanregungselement verhindert. Hierbei kann das aufsteckbare Halterungsgehäuse einen Teil des Handgerätes ausbilden und ebenso wie die Sonotrode auch nur teilweise den Ultraschallschwingungsanreger umgeben. [60] Um eine gute Handhabbarkeit und Reinigbarkeit bereitzustellen, kann das aufsteckbare Halterungsgehäuse beispielsweise als Material Kunststoff aufweisen.
[61] Um einen definierten Bewegungsraum für die Rotation und das Taumeln des Schwingungsanregungselementes bereitzustellen, weist das aufsteckbare Halterungsgehäuse innenliegend einen proximalseitigen Anschlag und/oder einen distalseitigen Anschlag zum Begrenzen einer Bewegungsstrecke des Schwingungsanregungselementes entlang der Längsmittelachse der Sonotrode und/oder eine Zufuhröffnung und eine Abfuhröffnung für den Druckgasstrom auf.
[62] Neben dem distalseitigen Anschlag und/oder dem proximalseitigen Anschlag kann das Halterungsgehäuse aufgrund seiner Form und/oder gezielt angeordneter Bauelemente auch eine Bewegung des Schwingungsanregungselementes in Querrichtung quer zur Längsmittelachse der Sonotrode und/oder allen weiteren Raumrichtungen dazwischen begrenzen.
[63] Ein proximalseitiger Anschlag und/oder distalseitiger Anschlag kann beispielsweise aufgrund einer Form an der Innenoberfläche des aufsteckbaren Halterungsgehäuses und/oder aufgrund einer innenliegenden Kante ausgebildet sein.
[64] In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem proximalseitigen Anschlag und dem Schwingungsanregungselement und/oder zwischen dem Schwingungsanregungselement und dem distalseitigen Anschlag ein Abstandselement angeordnet.
[65] Somit kann mittels des Abstandselementes definiert die Bewegungsstrecke des Schwingungsanregungselementes entlang der Längsmittelachse eingestellt und/oder verkürzt werden. Bevorzugt ist das Abstandselement austauschbar und es können verschiedene Abstandselemente mit unterschiedlichen Längen und/oder Massen zwischen dem proximalseitigen Anschlag und dem Schwingungsanregungselement und/oder zwischen dem Schwingungsanregungselement und dem distalseitigen Anschlag eingesetzt werden.
[66] Bei dem Abstandselement kann es sich beispielsweise um einen länglichen Körper und/oder eine Feder handeln. Vor allem bei distalseitiger Anordnung kann das Abstandselement auch als Schlagmasse ausgebildet sein, welche einen seitlichen Impulsschlag des Schwingungsanregungselementes weiterleitet und somit in axialer Richtung zusätzlich zur direkten Einwirkung auf die Sonotrode überträgt.
[67] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Lithotripsiesystem zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei das Lithotripsiesystem eine zuvor beschriebene Lithotripsievorrichtung, mehrere Schwingungsanregungselemente mit einer jeweiligen Unwucht und/oder mehrere Sonotroden aufweist.
[68] Somit wird ein Lithotripsiesystem bereitgestellt, mit welchem der Benutzer schnell und in einfacher Weise durch Austausch eines Schwingungsanregungselementes durch ein anderes Schwingungsanregungselement und/oder einer zuvor verwendeten Sonotrode durch eine andere Sonotrode die Lithotripsievorrichtung an die jeweiligen Anforderungen der Zertrümmerung anpassen und jeweils die optimale Zertrümmerungsleistung erzielen kann.
[69] Der Austausch von Schwingungsanregungselementen mit einer jeweiligen Unwucht und/oder von Sonotroden gegeneinander erfolgt insbesondere vor einem Eingriff, zwischen einem Eingriff und/oder außerhalb des Körpers, in welchem ein Körperstein zertrümmert werden soll, oder in einem Probebetrieb.
[70] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden Lithotripsievorrichtung, wobei die bestehende Lithotripsievorrichtung eine Sonotrode und einen Ultraschallschwingungsanreger aufweist, und der Nachrüstsatz mindestens ein Schwingungsanregungselement mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung zum Aufschieben auf die bestehende Sonotrode, eine Antriebseinrichtung zum Bewirken einer Rotation des Schwingungsanregungselementes und/oder ein aufsteckbares Halterungsgehäuse zum Umgeben des Schwingungsanregungselementes, eines proximalen Endes der Sonotrode und/oder des Ultraschallschwingungsanregers derart aufweist, dass eine zuvor beschriebene Lithotripsievorrichtung ausbildbar ist.
[71] Es ist besonders vorteilhaft, dass mittels des Nachrüstsatzes auch bereits im Markt befindliche Sonotroden und/oder Lithotripsievorrichtungen nachrüstbar sind, um gezielt eine zweite Schwingung der Sonotrode anzuregen. Hierbei kann ebenso eine Antriebseinrichtung zum separaten und gezielten Antrieb des Schwingungsanregungselementes mit der Unwucht nachgerüstet werden. Dazu kann beispielsweise eine Düse zum Zuführen von Druckluft an dem Handgerät und/oder an dem aufsteckbaren Halterungsgehäuse befestigt sein.
[72] In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung, wobei die Lithotripsievorrichtung einen Ultraschallschwingungsanreger, eine Sonotrode mit einem Außendurchmesser, ein Schwingungsanregungselement mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer Rotation des Schwingungsanregungselementes aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement mit der durchgehenden Öffnung um den Außendurchmesser der Sonotrode angeordnet ist und die durchgehende Öffnung des Schwingungsanregungselementes einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Sonotrode aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement frei beweglich ist, mit folgenden Schritten:
- Anregen einer ersten Schwingung der Sonotrode mittels des Ultraschallschwingungsanreger ,
- Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode mittels der Antriebseinrichtung, und
Anregen einer zweiten Schwingung der Sonotrode mittels der Unwucht des rotierenden Schwingungsanregungselementes . [73] Prinzipiell können diese Verfahrensschritte in beliebiger Reihenfolge gleichzeitig oder alternierend durchgeführt und/oder wiederholt werden. Bei gleichzeitiger Durchführung der Verfahrensschritte liegt ein Kombinationsbetrieb und eine duale Wirkung mittels der ersten Schwingung und der zweiten Schwingung vor.
[74] Somit kann der Anwender mittels des Verfahrens sehr einfach und unabhängig von der Ultraschallschwingung der Sonotrode durch Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes um die Sonotrode eine zweite Schwingung, insbesondere eine Stoßwellenschwingung, aufprägen. Durch Verwendung der beiden unabhängigen Antriebssysteme für die erste Schwingung und die zweite Schwingung sind beide jeweils separat, optimal einstellbar, um die jeweils erforderliche, optimale Zertrümmerungsleistung zu erzielen.
[75] Prinzipiell sei herausgestellt, dass die beanspruchten Verfahrensschritte das Betreiben und das Erzeugen von zwei unterschiedlichen Schwingungen innerhalb einer
Lithotripsievorrichtung betreffen und das Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung keinen Behandlungsschritt aufweist und somit nicht ein Behandlungsverfahren darstellt.
[76] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine stark schematische Darstellung einer
Lithotripsievorrichtung mit einer
Unwuchtmasse um die Sonotrode in verschiedenen Schwingungslagen im Längsschnitt,
Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung einer
Alternative der Lithotripsievorrichtung mit einer Aufsteckhülse um eine Unwuchtscheibe in Seitenansicht,
Figur 3 eine dreidimensionale Darstellung der
Lithotripsievorrichtung aus Figur 2 in einer anderen Seitenansicht,
Figur 4 eine schematische Darstellung der
Lithotripsievorrichtung aus Figur 2 im Längsschnitt,
Figur 5 eine dreidimensionale vergrößerte
Darstellung eines Ausschnittes der Lithotripsievorrichtung aus Figur 2 mit der Unwuchtscheibe, und
Figur 6 eine schematische Darstellung von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung.
[77] Eine Lithotripsievorrichtung 101 weist proximalseitig einen Ultraschallwandler 103 zum Erzeugen einer Ultraschallschwingung auf. Distalseitig ist an dem Ultraschallwandler 103 ein sich verjüngendes Horn 105 angeordnet. In das Horn 105 ist eine Sonotrode 107 an ihrem proximalen Ende 109 eingeschraubt. Ein gegenüberliegendes distales Ende 111 der Sonotrode dient zum Zertrümmern von Körpersteinen. Im proximalen Bereich der Sonotrode 107 ist eine Unwuchtmasse 113 mittels einer mittigen Öffnung 114 auf die Sonotrode 107 aufgeschoben und umgibt die Sonotrode 107. Da die Sonotrode 107 einen geringeren Außendurchmesser 108 als ein Durchmesser der Öffnung 114 der Unwuchtmasse 113 aufweist, ist die Unwuchtmasse 113 um die Sonotrode 107 herum frei beweglich. Die Unwuchtmasse 113 ist scheibenförmig ausgebildet und weist zwei Übergewichte 115 auf, wobei ein Übergewicht 115 proximalseitig und das andere Übergewicht 115 distalseitig, jedoch nicht rotationssymmetrisch an der Unwuchtmasse 113 angeordnet sind.
[78] Unterhalb der Unwuchtmasse 113 ist eine Druckluftdüse 127 zum Antreiben einer Rotation der Unwuchtmasse 113 um eine Drehachse 117 angeordnet, wobei die Drehachse 117 mit einer Längsmittelachse der Sonotrode 107 und einer Längsmittelachse der Lithotripsievorrichtung 101 zusammenfällt. Die Druckluftdüse 127 ist mittels eines nicht in Figur 1 gezeigten Schlauches mit einer nicht gezeigten zentralen Drucklufthausversorgung verbunden. Hierbei werden die Druckluftdüse 127 und der nicht gezeigte Schlauch an dem in Figur 1 nicht gezeigten Handgehäuse der Lithotripsievorrichtung 101 gehalten.
[79] Zum Betreiben der Lithotripsievorrichtung 101 wird die Sonotrode 107 kontinuierlich mittels des Ultraschallwandlers 103 mit einer Ultraschallschwingung angeregt. Da die Unwuchtmasse 113 um die Sonotrode 107 angeordnet ist, wirkt diese Ultraschallschwingung auch auf die Unwuchtmasse 113, führt jedoch nur zu einer geringfügigen Hin- und Herbewegung entlang der Drehachse 117. Mittels der Druckluftdüse 127 wird gezielt Druckluft auf die Unwuchtmasse 113 im Bereich ihrer Mantelfläche aufgebracht, wodurch die Unwuchtmasse 113 mit ihrer innenliegenden Öffnung 114 um die Sonotrode 107 und die Drehachse 117 rotiert. Aufgrund der beiden nicht rotationssymmetrischen angeordneten Übergewichte 115 an der proximalen und der distalen Seite der Unwuchtmasse 113 taumelt die Unwuchtmasse 113 ausgehend von einer Ausgangslage 121 bei einem nicht durch die Druckluftdüse 127 angetriebenen Zustand zwischen einer distalen Schwingungslage 123 und einer proximalen Schwingungslage 125 im rotierenden Zustand.
[80] Die Unwuchtmasse 113 weist Edelstahl auf und schlägt dementsprechend hart beim Taumeln jeweils wechselseitig mit ihrer distalen Kante um die Öffnung 114 und ihrer proximalen Kante um die Öffnung 114 auf die Sonotrode 107 auf, wobei aufgrund dieser Stoßanregung die Sonotrode 107 in einer zweiten Schwingung angeregt wird. Somit kann die kontinuierliche, konstante Ultraschallschwingung angeregt mittels des Ultraschallwandlers 103 und die intermittierende Schockschwingung aufgrund der Stoßanregung mittels der Unwuchtmasse 113 mit den beiden Übergewichten 115 in einem dualen Wirkmechanismus optimal zum Zertrümmern von Körpersteinen mittels des distalen Endes 111 der Sonotrode 107 genutzt werden. Somit ist die Sonotrode 107 funktional, zeitlich und lokal unabhängig von einer Anregung einer Ultraschallschwingung mittels des Ultraschallwandlers 103 durch Nutzung einer dynamischen Unwucht der Unwuchtmasse 113 mit einer harten Stoßanregung zusätzlich mit einer Stoßschwingung anregbar.
[81] In einer in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Alternative weist eine Lithotripsievorrichtung 201 einen Ultraschallwandler 203 und eine Kappe 206 auf, wobei zwischen dem Ultraschallwandler 203 und der Kappe 206 außen ein Handgerät 231 mit einer Aufsteckhülse 233 angeordnet ist, wobei die Aufsteckhülse 233 mittels einer Arretierung 235 an dem Ultraschallwandler 203 befestigt ist. Eine Sonotrode 207 ist weitgehend bis zu ihrem distalen Ende 211 freiliegend und wird innenliegend nur durch die Kappe 206 bis zu ihrem proximalen Ende 209 innerhalb des Handgerätes 231 geführt (Fig. 4).
[82] Vor dem proximalen Ende 209 der Sonotrode 207 ist eine Unwuchtscheibe 213 mit mehreren, gleichmäßig beabstandeten Nuten 216 entlang ihrer Mantelfläche 218 angeordnet. Hierbei umgibt eine mittige Öffnung 214 der Unwuchtscheibe 213 die Sonotrode 207. An einer distalen Seite und einer proximalen Seite der Unwuchtscheibe 213 ist jeweils ein Übergewicht 215 angeordnet. Zwischen der distalen Seite der Unwuchtscheibe 213 und der proximalen Innenseite der
Aufsteckhülse 233 ist eine Abstandshülse 237 angeordnet.
[83] Die Sonotrode 207 weist wiederum einen geringeren Außendurchmesser 208 als die mittige Öffnung 214 der Unwuchtscheibe 213 auf, sodass die Unwuchtscheibe 213 frei beweglich um die Sonotrode 207 innerhalb der Aufsteckhülse 233 ist. Das proximale Ende 209 der Sonotrode 207 ist an dem distalen Ende des Horns 205 gelagert. Proximalseitig vom Horn 205 weist der Ultraschallwandler 203 mehrere Piezoelemente 245 und ein Gegenlager 247 auf.
[84] Außen weist die Aufsteckhülse 233 eine Zufuhröffnung 241 und eine Abfuhröffnung 243 für Druckluft auf. Eine in den Figuren 2 bis 5 nicht gezeigte Düse richtet einen Druckluftström in die Zufuhröffnung 241 auf die jeweilige Nut 216 zum Antreiben der Unwuchtscheibe 213.
[85] Mit der Lithotripsievorrichtung 201 werden folgende Arbeitsgänge durchgeführt:
[86] In einem Verfahren 301 zum Betreiben der Lithotripsievorrichtung 201 werden die Piezoelemente 245 mit einer Spannung eines nicht gezeigten Ultraschallgenerators beaufschlagt (Figur 6). Aufgrund der dadurch bedingten Verformung der Piezoelemente 245, welche zwischen dem proximalseitigen Gegenlager 247 und dem distalseitigen Horn 205 eingespannt sind, wird eine Ultraschallschwingung induziert, wodurch ein Anregen 303 einer ersten Schwingung der Sonotrode 207 erfolgt. Gleichzeitig wird ein Antreiben 305 einer Rotation der Unwuchtscheibe 213 um die Sonotrode 207 durchgeführt, indem mittels der nicht gezeigten Düse ein Druckluftström in die jeweils im Bereich der Zufuhröffnung 241 vorliegende Nut 216 der rotierenden Unwuchtscheibe 213 gerichtet wird, wodurch die Unwuchtscheibe 213 mit einer kontinuierlichen Drehgeschwindigkeit rotiert. Aufgrund der Ausgestaltung der Unwuchtscheibe 213 mit den Übergewichten 215 erfolgt mittels einer dynamischen Unwucht der rotierenden Unwuchtscheibe 213 ein Anregen 307 einer zweiten Schwingung der Sonotrode 207.
[87] Aufgrund der separaten Einsteilbarkeit der Effizienz des Anregens 303 der ersten kontinuierlichen Ultraschallschwingung der Sonotrode 207 mittels des Ultraschallwandlers 203 und des Anregens 307 der zweiten Stoßschwingung der Sonotrode 207 mittels der rotierenden Unwuchtscheibe 213 sind zwei voneinander unabhängige Wirkmechanismen optimal zum Zertrümmern auch von harten und/oder inhomogenen Körpersteinen nutzbar.
Bezugszeichenliste
101 Lithotripsievorrichtung
103 Ultraschallwandler
105 Horn
107 Sonotrode
108 Außendurchmesser der Sonotrode
109 proximales Ende der Sonotrode
111 distales Ende der Sonotrode
113 Unwuchtmasse
114 Öffnung
115 Übergewicht
117 Drehachse / Längsmittelachse der Sonotrode
121 Ausgangslage
123 distale Schwingungslage
125 proximale Schwingungslage
127 Druckluftdüse
201 Lithotripsievorrichtung
203 Ultraschallwandler
205 Horn
206 Kappe
207 Sonotrode
208 Außendurchmesser der Sonotrode
209 proximales Ende der Sonotrode
211 distales Ende der Sonotrode
213 Unwuchtscheibe
214 Öffnung
215 Übergewicht
216 Nut 218 Mantelfläche
231 Handgerät
233 Aufsteckhülse
235 Arretierung 237 Abstandshülse
241 Zufuhröffnung für Druckluft
243 Abfuhröffnung für Druckluft
245 Piezoelemente
247 Gegenlager 301 Verfahren zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung
303 Anregen einer ersten Schwingung einer Sonotrode
305 Antreiben einer Rotation einer Unwuchtmasse um die Sonotrode
307 Anregen einer zweiten Schwingung der Sonotrode mittels einer Unwucht der rotierenden Unwuchtmasse

Claims

Patentansprüche:
1. Lithotripsievorrichtung (101, 201) zum Zertrümmern von Körpersteinen, wobei die Lithotripsievorrichtung (101, 201) ein Handgerät (231) mit einem Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) mit einem Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser und einer distalseitig am Handgerät (231) verbindbaren Sonotrode (107, 207) mit einer Längsmittelachse (117) und einem Sonotroden-Außendurchmesser (108, 208) aufweist, wobei mittels des Ultraschallschwingungsanregers (103, 203) die Sonotrode (107, 207) in einer ersten Schwingung anregbar ist, und die Lithotripsievorrichtung (101, 201) ein Schwingungsanregungselement (113, 213) mit einer durchgehenden Öffnung (114, 214) aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement (113, 213) mit der durchgehenden Öffnung (114, 214) um den Sonotroden- Außendurchmesser (108, 208) und/oder um den Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehende Öffnung (114, 214) des Schwingungsanregungselement (113, 213) einen größeren Durchmesser als der Sonotroden- Außendurchmesser (108, 208) und/oder als der Ultraschallschwingungsanreger-Außendurchmesser aufweist, sodass das Schwingungsanregungselement (113, 213) frei beweglich ist, und das Schwingungsanregungselement (113, 213) eine Unwucht aufweist, sodass im Falle einer Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) um die Sonotrode (107, 207) und/oder den Ultraschallschwingungsanreger die Sonotrode (107, 207) in einer zweiten Schwingung mittels der Unwucht anregbar ist.
2. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) scheibenförmig, ringförmig, hohlzylinderförmig und/oder torusförmig ausgebildet ist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Schwingungsanregungselement (113, 213) eine Rotationsachse abweichend von der Längsmittelachse (117) und/oder seiner Hauptträgheitsachse aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) ein Unwuchtelement (115, 215) in seinem Inneren und/oder an seiner
Außenoberfläche aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) eine Aussparung aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Unwuchtelement (115, 215) und/oder die Aussparung auf einer distalen Seite und/oder einer proximalen Seite des Schwingungsanregungselementes (113, 213) angeordnet ist oder sind. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithotripsievorrichtung (101, 201) eine
Antriebseinrichtung zum Antreiben der Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung eine Düse (127) zum Einwirken eines Druckgasstromes auf das Schwingungsanregungselement (113, 213) aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsanregungselement (113, 213) an einer Mantelfläche (218) eine Nut (216) zum Einwirken des Druckgasstromes aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithotripsievorrichtung (101, 201) ein aufsteckbares
Halterungsgehäuse (233) aufweist, wobei das aufsteckbare Halterungsgehäuse (233) das Schwingungsanregungselement (113, 213), ein proximales Ende (109, 209) der Sonotrode (107, 207) und/oder den Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) umgibt. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aufsteckbare Halterungsgehäuse (233) innenliegend einen proximalseitigen Anschlag und/oder einen distalseitigen Anschlag zum Begrenzen einer Bewegungsstrecke des Schwingungsanregungselementes entlang der Längsmittelachse (117) der Sonotrode und/oder eine Zufuhröffnung (241) und eine Abfuhröffnung (243) für den Druckgasstrom aufweist. Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem proximalseitigen Anschlag und dem Schwingungsanregungselement (113, 213) und/oder zwischen dem Schwingungsanregungselement (113, 213) und dem distalseitigen Anschlag ein Abstandselement (237) angeordnet ist. Lithotripsiesystem zum Zerstrümmern von Körpersteinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithotripsiesystem eine Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mehrere Schwingungsanregungselemente mit einer jeweiligen Unwucht (113, 213) und/oder mehrere Sonotroden (107, 207) aufweist. Nachrüstsatz zum Nachrüsten einer bestehenden
Lithotripsievorrichtung, wobei die bestehende Lithotripsievorrichtung eine Sonotrode (107, 207) und einem Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachrüstsatz mindestens ein Schwingungsanregungselement (113, 213) mit einer Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung (114, 214) zum
Aufschieben auf die bestehende Sonotrode (107, 207), eine Antriebseinrichtung zum Bewirken einer Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) und/oder ein aufsteckbares Halterungsgehäuse (233) zum Umgeben des Schwingungsanregungselementes (113, 213), eines proximales Endes (109, 209) der Sonotrode (107, 207) und/oder des Ultraschallschwingungsanreger (103, 203) derart aufweist, dass eine Lithotripsievorrichtung (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausbildbar ist. Verfahren (301) zum Betreiben einer Lithotripsievorrichtung
(101, 201), wobei die Lithotripsievorrichtung (101, 201) einen Ultraschallschwingungsanreger (103, 203), eine
Sonotrode (107, 207) mit einem Außendurchmesser (108, 208), ein Schwingungsanregungselement (113, 213) mit einer
Unwucht und mit einer durchgehenden Öffnung (114, 214) und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer Rotation des Schwingungsanregungselementes (113, 213) aufweist, wobei das Schwingungsanregungselement (113, 213) mit der durchgehenden Öffnung (114, 214) um den Außendurchmesser (108, 208) der Sonotrode (107, 207) angeordnet ist und die durchgehende Öffnung (114, 214) des
Schwingungsanregungselementes (113, 213) einen größeren
Durchmesser als der Außendurchmesser (108, 208) der
Sonotrode (107, 207) aufweist, sodass das
Schwingungsanregungselement (113, 213) frei beweglich ist mit folgenden Schritten: - Anregen (303) einer ersten Schwingung der Sonotrode (107, 207) mittels des Ultraschallschwingungsanreger (103, 203),
- Antreiben (305) der Rotation des
Schwingungsanregungselementes (113, 213) um die
Sonotrode (107, 207) mittels der Antriebseinrichtung, und
- Anregen (307) einer zweiten Schwingung der Sonotrode
(107, 207) mittels der Unwucht des rotierenden
Schwingungsanregungselementes (113, 213).
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