JPH02274242A - 衝撃波源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平面形衝撃波発生器と放物線状反射体とをも
った特に非接触砕石手術用の衝撃波源装置に関する。

〔従来の技術〕

ドイツ連邦共和国特許第２３５１２４７号公報において
、砕石手術用の点状衝撃波源装置が知られている。

平面形衝撃波源装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第
３１１９２９５号公報で公知である。これは数個の圧電
セラミックス要素で構成されている。この平面形衝撃波
源装置は、自己集束形の球欠体として形成されているか
、あるいは必要な集束を行うための反射体やレンズのよ
うな集束装置を備えている。平面形衝撃波源装置の場合
、音圧パルスからの衝撃波の形成は、十分な強さで非線
形で伝播することによって行われる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３４４７４４０号公報
において、平面形衝撃波発生器（電磁式衝撃波管）と放
物線状反射体とを有する非接触砕石手術用の衝撃波源装
置が知られている。その反射体は平らな衝撃波を患者の
人体内の結石に集束する。この衝撃波源装置は特許請求
の範囲第１項の上位概念部分に記載の衝撃波源装置に相
応する。

治療の副作用および後遺症を小さくして良好な破砕効果
を得るために、衝撃波装置には次のような技術的な条件
が課せられる。

出力における動特性が高い。

できるだけ単極性のパルスが良好に集束される。

特に患者の体内に入射するときの圧力が低い。

超音波および又はＸ線により結石の位置が良好に正確に
検出できる。

構造がコンパクトである。

寿命が長い。

これらの条件は現在医療に採用されている装置では完全
に、ないしは同時に見たされない。即ち現在採用されて
いる点状衝撃波源装置は、確かに大きな出力を有するが
、過小の出力までの狭い動特性範囲しか有していない。

さらに衝撃波および中央の（軸方向）超音波位置検出装
置は干渉してしまう。自己集束形圧電装置は、衝撃波源
の強さが弱いために非常に大形であり、外部のＸ線位置
検出装置に対する場所が狭い。平面形電磁コイル装置は
衝撃波源について十分な出力密度を有するが、レンズで
集束する際に限られた大きさの口径にしか設計できない
。自己集束形電磁球欠体装置は、しばしば所望の耐用期
間を有していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上述した条件をできるだけ多く同時に
満足する砕石手術用の衝撃波源装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によればこの目的は、冒頭に述べた形式の衝撃波
源装置において、衝撃波発生器が円筒形あるいはリング
形をしており、衝撃波が反射体による唯一の反射で衝撃
波発生器の長手軸心上にある焦点に集束されることによ
って達成される。

本発明に基づく衝撃波源は、十分な出力、十分な出力動
特性、大きな口径および位置検出装置の一体化について
の条件を同時に満足している。平らな衝撃波正面波を焦
点に集束するために、放物線ないし放物面の特性が利用
されている。

一実施例において、衝撃波源は放物面の入射平面に環状
に配置されているので、その厚みのために「中空円筒体
」が生ずる。焦点が衝撃波源側にあるので、中央に孔が
必要である。さらに、所定の最小開き角度の場合に、放
物面上側縁からの反射波が衝撃波源に反射されて集束に
とって無駄となるので、開口が軸方向に延び、即ち衝撃
波源が環状に形成されることが重要である。

反射され球面状に収斂した正面波は、自由な中央範囲を
もって大きな口径で集束される。その自由な中央範囲は
例えば位置検出装置に用いられる。

また、配置構造は種々に変更できる。例えば衝撃波源の
リングがあたかも患者に着衣させられる程に大きな内径
を有するとき、有効な焦点距離が低減できる。その焦点
は衝撃波源と反射体との間に位置する。ここでは内径に
対する限定要因は、衝撃波源の輪郭ではなく、患者に対
する場所あるいは反射体と衝撃波源との間の空間におけ
る患者の治療すべき人体部分である。

別の実施例において、焦点は衝撃波源の後ろに位置して
いる。衝撃波は中央にある孔を通してこの焦点に達する
。この衝撃波源／反射体形状の利点は次の通りである。

衝撃波源の大きさに関する可変性および柔軟性が大き（
、従って、出力条件および出力形式に応じて平面形衝撃
波源を設計できる。

圧電式ならびに電磁式の音波パルス発生に対して同じよ
うに利用できる。

衝撃波源の平らな形状は高庄力の設計（絶縁、接触）を
容易にする。

大きな口径および中央の音域自由域により良好に集束で
きる。

中央の音域自由域は、位置検出装置（超音波および又は
Ｘ線）に対して十分な場所をあける。

位置検出と衝撃波は干渉しない。

中央の音域自由域により軸方向の圧縮成分および特に引
張り成分を低減できる。

本発明の別の実施例は、円筒状の衝撃波源が利用される
ことであり、この衝撃波源はその外周面でそれを包囲す
る反射体に放射する。この反射体は、放物線の焦点を通
って垂直に走り円筒状衝撃波源の対称軸線となっている
直線を中心として部分放物線を回転することによって形
成される。その円筒状衝撃波は、半径方向外側に音波を
放射する円筒状外周面によって発生される。この配置構
造は例えば圧電セラミックス製のコンパクトな管によっ
て実現され、その外周面に圧電セラミックス素子が配置
される。この幾何学形状は焦点距離および口径に関して
大きな柔軟性を許し、特に衝撃波源が大きな出力密度を
有するとき、水中放電における楕円体反射体のように設
計できる。

また、コンパクトな構造において高い出力に対して、円
筒状の電磁式衝撃波源も可能であり、即ち放射ダイアフ
ラムとして伝導性円筒面をもった長手コイルも可能であ
る。この場合、衝撃波源はコイル、絶縁体および伝導性
外側円筒体からなっている。この外側円筒体は、コイル
に電流あるいはパルスが供給されたとき、−次側電流と
二次側誘導電流との間の反発力作用によって半径方向外
側に転向される。コイルとダイアフラムと絶縁体との間
のぴったりした正確な結合並びに半径方向に伸びたある
いは放射した場合における円周方向に膨張するような技
術的な問題を克服できる。これらは必要な総面桔のほか
に最小半径を決定する。

一実施例において、平らな導体から巻回されて絶縁担体
に設けられた一層の円筒状コイル（平面コイル）が利用
されている。円筒状ダイアフラムは例えば銅層と特殊銅
層から構成される。銅層は良好な電気特性を、特殊銅層
は良好な機械強度を提供する。しかし、後者は必ずしも
必要ではない。

同様に円筒状ダイアフラムを複数の金属層から構成する
こともできる。それらの金属層は、ドイツ連邦共和国特
許出願第３７４３８２２号で既に提案されているように
、絶縁薄膜により互いに分離される。これによって、渦
電流損失が低減される。

所定のパルス幅において電界の浸透深さに合わせて、例
えば幅１０ｃｍ、厚み０，２關の幅広い銅テープを使用
して、円筒状金属ダイアフラムの必要な機械的安定性に
より実現できる。その場合、絶縁体の厚みが高電圧強度
を決定する。

カプトンで絶縁した実用的な銅平面テープは、コイルを
長手方向（巻回方向）において絶縁するために、銅導体
の少なくとも３倍の幅を有していなければならない。ダ
イアフラムは隙間なしにコイル上に焼きばめされる。こ
れは例えば加熱、挿入および冷却の順序の工程によって
行える。

〔実施例〕

以下図面に示した実施例を参照して本発明の詳細な説明
する。

第１図は、患者の人体におよび衝撃波発生器Ｗと反射体
Ｒとからなる衝撃波源を示している。衝撃波発生器Ｗは
、ここではシリンダとして形成され、その反射体Ｒの側
のカバー面りに、放射要素Ｅ（例えば圧電素子あるいは
電磁コイル）が配置されている。放射要素Ｅは衝撃波を
左側に反射体Ｒに向けて放射し、その波は反射体Ｒの中
心軸線Ａ上にある焦点Ｆに集束する。反射体Ｒは液体で
充填されており、ダイアフラムにより人体Ｋに対して遮
断されている。条件によって存在する連結クツションは
ここでは図示していない。図面には放射要素Ｅによって
発生され、左側に反射体Ｒに向けて走り、そこで反射さ
れ、焦点Ｆに突き当たる衝撃波が示されている。

第２図は別の実施例を示している。この実施例では、衝
撃波源は円筒状衝撃波発生器Ｗを有し、放射要素Ｅはそ
の衝撃波発生器Ｗの外周面Ｍに設けられている。放射要
素Ｅは半径方向外側に苅けて放射する。衝撃波は反射体
Ｒにより焦点Ｆに集束される。その焦点Ｆは一方では患
者の人体に内に位置し他方では衝撃波源の対称軸線Ａ上
に位置している。

ここでは衝撃波源における音波伝導媒体の充填および場
合によって存在するクツションなどを介した連結につい
ては図示されていない。

第３図は、第２図の衝撃波源に採用できるような衝撃波
発生器の実施例を示している。ここでは衝撃波発生器Ｗ
は、周面Ｍに平面コイルＦＳが巻きつけられているセラ
ミックスあるいはガラス状の担体Ｔからなっている。そ
の平面コイルＦＳは別個の銅線で作られるが、銅被覆カ
プトン（Ｋａｐｔｏｎ）によっても作られる。このカプ
トンは相応してエツチング処理され唯一の銅線が残され
続いて巻回される。平面コイルＦＳをもった担体Ｔは円
筒状ダイアフラムＺによって包囲されている。円筒状ダ
イアフラムＺはこの実施例の場合、銅層Ｃｕと特殊銅層
Ｅｄからなっている。

平坦コイルＦＳと銅ダイアフラムＺとの間の絶縁層（図
示せず）は別個のカプトン層がら構成されるが、これは
第５図を参照して説明するように、適当にエツチング処
理済みの銅被覆カプトン薄膜を巻回してカプトン薄膜自
体で負うこともできる。

図面において認識できるコイルＦＳの絶縁層とダイアフ
ラムＺとの間にある隙間は出来るだけ狭くされ、理想的
には零にされる。

第４図は、半径方向に放射する円筒状衝撃波発生器Ｗと
これを包囲する反射体Ｒとをもった衝撃波源を概略的に
示している。この図面から、構造部品相互および角度の
実現可能な大きさの関係が分かる。第４図は実際の２分
の１の尺度で示している。個々の数値は次の通りである
。

コイル長さ＝　　１３側 コイル直径：　　　　６ｃｍ 焦点距離；　　１５（至） 口　　　　　径：　　　　　４２．４”放物面直径：　
　　２７．４ｃｍ この場合、放射面積は、直径が約１８ｃｍの平らなＥＭ
ＳＨに相応している。円筒体源はその半径によって最小
の開き角度が生じ、これは勿論衝撃波源の輪郭によって
は生じない。円筒体源の延長は面積をも増大し、その放
物面直径も同じ度合で大きくなる。場合によっては衝撃
波源の中央開口によって、（結石の）位置検出ができる
。半径方向に放射する衝撃波は放物面反射体Ｒによって
コイル軸線Ａ上の焦点Ｆに転向される。開き角度φと衝
撃波源・焦点間隔りとの関係は次式で表される。

ｈ−ｐａｃｏｓφ／（１＋ｓｉｎφ） ここで放物線パラメータのｐは（ｙ２−２ｐｘ）である
。焦点はｘ　−ｐ　／　２の場所にある。等確約に次式
が生ずる。

ｔａｎφ−（ｐ／ｈ−ｈ／ｐ）／２ この幾何学的形状の利点は、小さくてコンパクトな平面
形をしていることにより、大きな口径および従って良好
な集束が達成されることである。

口径における圧力振幅ｆ（φ）は円筒状波に対する原則
に従っており、中央範囲において高くなっている。

ｆ（φ）〜（ｓｉｎφ（１＋ｓｉｎφ）、　−１／２第
２図は、それぞれ一つの銅線Ｃｕを支持している２つの
カプトン薄膜Ｋａの例を概略的に示している。その左図
ではカプトン薄膜の中央に銅導体が設けられ、右図では
右側に設けられている。

円筒状担体に各薄膜をスパイラル状に巻きつけて銅層を
相互に並べることにより、平面コイルが作られる。この
場合、左図のカプトン層は予め巻かれた銅層Ｃｕの上に
重ね合わされ、そこでは絶縁体として使用される。右図
の場合、薄膜を巻きつける場合に２つの絶縁層が重ね合
わされる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の基づく衝撃波源
装置の断面図、第３図は第２図の衝撃波源に採用できる
ような衝撃波発生器の断面図、第４図は大きな開口をも
った衝撃波源の概略構成図、第５図はコイルの形に巻回
できる２枚の薄膜の断面図である。 Ｗ・・・衝撃波発生器、Ｒ・・・反射体、Ｆ・・・焦点
、Ａ・・衝撃波発生器の長手軸心、Ｅ・・・放射要素、
Ｚ・・・ダイアフラム、Ｍ・・・衝撃波発生器の外周面
。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平面形衝撃波発生器（Ｗ）と放物線状反射体（Ｒ）
   とをもった特に非接触砕石手術用の衝撃波源装置におい
   て、 衝撃波発生器（Ｗ）が円筒形あるいはリング形をしてお
   り、衝撃波が反射体（Ｒ）による唯一の反射で衝撃波発
   生器（Ｗ）の長手軸心（Ａ）上にある焦点（Ｆ）に集束
   されることを特徴とする衝撃波源装置。 ２、放射要素（Ｅ）が平らであり、衝撃波発生器（Ｗ）
   の反射体（Ｒ）側のカバー面（Ｄ）に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の衝撃波源装置。 ３、衝撃波発生器（Ｗ）が中空円筒体として形成され、
   焦点（Ｆ）が衝撃波発生器（Ｗ）の反射体（Ｒ）と反対
   の側に位置していることを特徴とする請求項２記載の衝
   撃波源装置。 ４、放射要素（Ｅ）が衝撃波発生器（Ｗ）の外周面（Ｍ
   ）に配置されていることを特徴とする請求項１記載の衝
   撃波源装置。 ５、放射要素（Ｅ）として圧電素子あるいは電磁コイル
   装置が利用されていることを特徴とする請求項４記載の
   衝撃波源装置。 ６、放射要素（Ｅ）として、ダイアフラム（Ｚ）により
   円筒状に包囲されている円筒状コイルが利用されている
   ことを特徴とする請求項４又は５記載の衝撃波源装置。 ７、円筒状コイルが平らな導体から一層で巻回されてい
   ることを特徴とする請求項６記載の衝撃波源装置。 ８、円筒状ダイアフラム（Ｚ）が銅層（Ｃｕ）と特殊銅
   層（Ｅｄ）あるいは絶縁層で分離された複数の金属層と
   を有していることを特徴とする請求項６記載の衝撃波源
   装置。 ９、ダイアフラムが焼き嵌められぴったり接しているこ
   とを特徴とする請求項８記載の衝撃波源装置。