JPH0832265B2 - 衝撃波源装置 - Google Patents

衝撃波源装置

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JPH0832265B2
JPH0832265B2 JP2053470A JP5347090A JPH0832265B2 JP H0832265 B2 JPH0832265 B2 JP H0832265B2 JP 2053470 A JP2053470 A JP 2053470A JP 5347090 A JP5347090 A JP 5347090A JP H0832265 B2 JPH0832265 B2 JP H0832265B2
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reflector
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source device
shock
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ミヒャエル、グリュネワルト
ハラルト、アイゼンヘーフェル
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ドルニエ、メディツィンテヒニク、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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、ないしは同時に満たされない。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発生器は、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、衝撃波発生器は、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「リ
ング形」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歛した正面波は、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
きく、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出力の設計（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。
本発明と同様の効果を奏する別の例は、円筒状の衝撃
波発生器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電圧セラミックス製の
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
円形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発生器（EMSE,Elektromagnetishe
r Stosswellenerzeugerの略）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、衝撃波発生器はコイル、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、
一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
総面積のほかに最小半径を決定する。
本発明と同様の効果を奏する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鋼層から構成される。銅層は良好な
電気特性を、特殊鋼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0.2mm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を詳細に説
明する。
第１図は、患者の人体Ｋ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、ここではリング形として形成され、その反射体Ｒの
側のカバー面Ｄ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ッション
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図は本発明と同様の効果を奏する例を示してい
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は半径方向外側に向けて放
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Ｋ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ッ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,ポリイミド基材薄膜の一表品名によっても
作られる。このカプトンは相応してエッチング処理され
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と特殊鋼層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から構成されるが、これは
第５図を参照して説明するように、適当にエッチング処
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:13cm − コイル直径:6cm − 焦点距離:15cm − 口径（開き角度）: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EMSE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ｈとの関係は次式で表される。
ｈ＝ｐ・cosφ／（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。等価的に次式が生ずる。
tanφ＝p/2−h2/2p/h＝1/2（p/h−h/p） このような衝撃波源の幾何学的形状のもつ利点は、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（開き角度）および良好な衝撃波の集束が達成さ
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５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図は本発明に基づく衝撃波源装置の断面図、第２図
は本発明と同様の効果を奏する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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】リング形の形状を有し、平面形衝撃波発生
    器（Ｗ）と放物線状反射体（Ｒ）とをもった非接触砕石
    手術用の衝撃波源装置であって前記反射体が液体で充満
    されかつダイアフラムによって患者人体（Ｋ）に対して
    遮断された空間を形成している衝撃波源装置において、
    放射要素（Ｅ）が平らであって衝撃波発生器（Ｗ）の反
    射体（Ｒ）側のカバー面（Ｄ）に配置されており、それ
    によって衝撃波が反射体（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. 【請求項２】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
    １記載の衝撃波源装置。
JP2053470A 1989-03-09 1990-03-05 衝撃波源装置 Expired - Lifetime JPH0832265B2 (ja)

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DE3907605A DE3907605C2 (de) 1989-03-09 1989-03-09 Stosswellenquelle

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JPH02274242A JPH02274242A (ja) 1990-11-08
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