WO1997010758A1 - Vorrichtung zur behandlung von körpergewebe und zur zertrümmerung von körpersteinen - Google Patents

Vorrichtung zur behandlung von körpergewebe und zur zertrümmerung von körpersteinen Download PDF

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WO1997010758A1
WO1997010758A1 PCT/DE1996/001794 DE9601794W WO9710758A1 WO 1997010758 A1 WO1997010758 A1 WO 1997010758A1 DE 9601794 W DE9601794 W DE 9601794W WO 9710758 A1 WO9710758 A1 WO 9710758A1
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transmission medium
acoustic waves
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Othmar Wess
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Storz Medical Ag
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/22—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for
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    • A61B17/2251—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for for extracorporeal shock wave lithotripsy [ESWL], e.g. by using ultrasonic waves characterised by coupling elements between the apparatus, e.g. shock wave apparatus or locating means, and the patient, e.g. details of bags, pressure control of bag on patient
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    • A61B17/2256—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for for extracorporeal shock wave lithotripsy [ESWL], e.g. by using ultrasonic waves with means for locating or checking the concrement, e.g. X-ray apparatus, imaging means
    • A61B17/2258—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for for extracorporeal shock wave lithotripsy [ESWL], e.g. by using ultrasonic waves with means for locating or checking the concrement, e.g. X-ray apparatus, imaging means integrated in a central portion of the shock wave apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device for the treatment of body tissue and / or for the destruction of body stones by means of acoustic energy, that is to say for example by means of shock, pressure or ultrasound waves according to the preamble of claim 1.
  • a device which is used in the formulation of the preamble of claim 1, is known from EP-A-0 369 177.
  • a device is described in this document, to which, as well as to the prior art mentioned in this document including the research report for explaining all terms not described here or not described in detail, an apparatus is described, which among other things. can be used as an extracorporeal litho tripter.
  • the known devices of this type have a sound generating unit which generates a flat, a cylindrical, an approximately spherical or an already focused wave field in a transmission medium. If the generated wave field does not have the desired “bundling” or focusing, the sound generating unit is followed by a bundling unit for the acoustic waves. arranges.
  • the bundling unit can be a reflector with - depending on the design of the sound generating unit - parabolic or elliptical cross section, a shock wave tube and / or an acoustic lens etc.
  • the sound generation unit and the bundling unit which may be provided are outside the human body, i.e. arranged extracorporeally.
  • continuous, pulsed or repetitive acoustic wave fields pressure, impact, pulsed or unpulsed ultrasonic fields
  • the acoustic waves are generated in water and then coupled into the body via a water cushion or in an open water bath.
  • water appears to be a suitable transmission medium, because one can assume, to a good approximation, that body tissue and water have a similar acoustic impedance.
  • the acoustic energy is transmitted into the body without great reflection losses.
  • Water as a transmission medium also lends itself to ease of handling. This is the reason why today all known lithotriptors and ultrasound therapy devices work with water as the transmission medium.
  • the acoustic impedance Z is defined by the product of density and the speed of sound propagation c. If the impedance Z of the transmission medium is the same or at least approximately the same as the impedance of the body tissue, a low-loss energy coupling is guaranteed. This goal is also achieved if the values for the density and speed of sound differ significantly in the two media, as long as only the product of the respective values is at least approximately the same for both media.
  • the focal energy density achievable in the body is decisively influenced by whether the waves can propagate undisturbed in the body or whether they are deflected by obstacles from the intended direction of propagation, i.e. broken, scattered or bent. The deviations from the desired direction of propagation are greater the further in front of the zone of effect.
  • Obstacles where there are deviations from the linear spread are e.g. Organ boundaries at which breakage and reflection take place due to a change in the propagation speed.
  • the rate of propagation of ultrasonic waves in the kidney or in the liver differs in part by more than 50 m / s from that in water.
  • the entrance surface of the acoustic waves i.e. the patient's skin has a special influence because it is furthest away from the focus zone in the interior of the body, ie slight deviations from the linear spread on the way to the focus zone have significant lateral deviations.
  • the adipose tissue immediately adjacent to the skin has a speed of propagation for acoustic waves that differs significantly from that of water, so that large breaking effects can be expected at this interface:
  • the rate of expansion in adipose tissue is between 1350 and 1480 m / s, while in water at temperatures between approx. 20 ° C and 50 ° C it is between 1480 m / s and 1550 m / s.
  • the invention is therefore based on the object of increasing the efficiency or the efficiency of therapy devices which work with concentrated acoustic waves by minimizing deviations from the linear or intended propagation of acoustic waves during the transition from the transmission medium into the body and thereby increasing the energy density in focus.
  • the shape of the interface or the conditions at the interface between the transmission medium and the body are set in such a way that the energy is transmitted from the sound generating unit to the body without significant deviations from the desired spread,
  • the conditions at the interface can be set, for example, by using as the medium for the transmission of acoustic waves a material which, with respect to the refractive index or, in other words, the speed of propagation, is matched as closely as possible to the superficial tissue layers of the human body index matching is carried out:
  • the near-surface fatty tissue has a propagation speed for acoustic waves of about 1350-1400 m / s
  • water 32 ° C with about 1520 m / s
  • so far used criterion of impedance matching as good as possible in order to avoid unnecessary reflection losses.
  • the transmission medium is in direct contact with the body or whether one or more thin boundary layers, such as coupling pads, intermediate foils or the like, prevent direct contact. As long as these intermediate layers are comparatively thin, there will be no significant distraction from the linear propagation even when the acoustic waves pass obliquely through these layers.
  • Another - alternative or additional - possibility of avoiding undesired deviations from the linear or intended propagation of the acoustic waves is to shape the geometry of the interface in such a way that deviations do not occur or only in a controlled manner:
  • the coupling surface is changed in a controlled manner.
  • the coupling surface can be created by pressing appropriately shaped applicators flat, spherical or otherwise regularly or controlled shaped interfaces, the effects of which on the propagation of the acoustic waves can be specifically taken into account.
  • This also enables effective zones with a high energy density to be created inside the body and largely prevents undesirable deviations from the ideal spread.
  • the invention provides a device whose efficiency is increased compared to conventional therapy devices that work with concentrated acoustic waves.
  • This increase in efficiency is a consequence of the measures according to the invention, by means of which deviations in the refraction of the waves from the "ideal passage" during the transition of the acoustic waves from the transmission medium into the patient's body are minimized.
  • a smaller focus than with conventional devices and thus an increased energy density in the effective range can be achieved.
  • Fig. 1 shows a cross section through a device according to the invention
  • FIG. 1 shows, without limitation, as an example a device for the treatment of body tissue and / or for the destruction of body stones by means of pressure waves, as described in EP-A-0 369 177.
  • the invention can also be applied to other devices, such as those recognized as prior art in the cited publication, and which have sound sources of a different configuration.
  • the device shown in FIG. 1 has a cylinder coil 1, which is surrounded by a membrane 2, as the sound source or as the sound generating unit.
  • the sound source emits a cylindrical wave field, which a reflector 3 "ideally focuses in the small area F.
  • the reflector 3 has the shape of a paraboloid of revolution. At the" focus point "F there is a stone 4 in a kidney 5. With 6, the outer contour of a human body.
  • the reflector 3 is closed by a film or membrane 8, so that there is a closed chamber 7 which is filled with a transmission medium for the acoustic waves generated by the sound generating unit.
  • the transmission medium conducts the acoustic waves, the waves 9 to the body 6.
  • 10 denotes lines by means of which the transmission medium can be pumped into the chamber 7 or pumped out there.
  • 11 denotes an ultrasound locating unit which is arranged within the sound source and is displaceable in the direction of the axis.
  • the device shown in Fig. 1 is known from EP-A-0 369 177.
  • the transmission medium, which is located in the chamber 7, is water, which has a different refractive index than the body tissue.
  • Fig. 2a shows the conditions that arise with undisturbed wave propagation.
  • the "straight" grating symbolizes the propagation of the ultrasonic waves.
  • the ultrasound waves are focused in an area F with a small lateral extent.
  • FIG. 2b shows the conditions which result from a wave propagation which is disturbed by the lack of index adaptation.
  • the "wave-shaped" grating symbolizes the disturbed propagation of the ultrasonic waves.
  • the ultrasound waves are focused with a large lateral extension in a region g0 disturbing.
  • this disturbance can at least be reduced by adapting the transmission medium in the chamber 7 in the refractive index or, in other words, with its speed of propagation to the superficial tissue layers of the body.
  • a fluid is selected as the transmission medium, which has a propagation speed for acoustic waves in the range from 1350 to 1400 m / s.
  • a suitable fluid is, for example, an oil and in particular a paraffin oil.
  • a second possibility is that the geometry of the coupling surface is designed in a controlled manner, e.g. is deformed into a flat, spherical or aspherical surface, the influence of which on the propagation of the acoustic waves is known and is taken into account when determining the focus position.
  • the film or membrane 8 which is used in the coupling cushions of conventional devices is replaced by an applicator which is pressed onto the body with comparatively high pressure, so that a defined interface geometry between the human body 6 and the sound exit surface of the device.
  • FIG. 2c shows the real conditions in the human body with the kidney and liver L.
  • the chamber 7 for example in the case of a line through a membrane
  • the chamber which surrounds the sound source 1 is to be filled with water and the chamber 7 ", which adjoins the body 8, with a fluid with an adapted refractive index.
  • the device according to the invention for the treatment of body tissue and for the destruction of body concretions to generate high energy densities of pressure, shock or ultrasound waves in the interior of the body.
  • the device according to the invention increases the effect of the acoustic energy introduced in the defined action or focus zone in that the concentration of the energy on this zone compared to conventional ones Process is improved, that is, a more intensive effect in the predetermined zone and at the same time protection of the surrounding tissue is achieved.

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Behandlung von Körpergewebe und/oder zur Zertrümmerung von Körpersteinen mittels akustischer Energie, wie Stoß-, Druck- oder Ultraschallwellen, mit einer Schallerzeugungseinheit, die akustische Wellen erzeugt, gegebenenfalls einer nachgeordneten Bündelungseinheit für die akustischen Wellen, und einem Übertragungsmedium für die von der Schallerzeugungseinheit erzeugten akustischen Wellen, das diese zu dem Körper leitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Form der Grenzfläche und/oder die Bedingungen an der Grenzfläche zwischen Übertragungsmedium und Körper derart eingestellt wird, daß die Übertragung der Energie von der Schallerzeugungseinheit in den Körper ohne wesentliche Abweichungen von der gewünschten Ausbreitung erfolgt.

Description

Vorrichtung zur Behandlung von Körpergewebe und zur Zertrümmerung von Körpersteinen
B e s c h r e i b u n g
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Be¬ handlung von Körpergewebe und/oder zur Zertrümmerung von Körpersteinen mittels akustischer Energie, also bei¬ spielsweise mittels Stoß-, Druck- oder Ultraschallwellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung, von der bei der Formulierung des Oberbe¬ griffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen wird, ist aus der EP-A-0 369 177 bekannt. In dieser Druckschrift, auf die sowie den in dieser Druckschrift einschließlich des Re¬ cherchenberichts genannten Stand der Technik zur Erläute¬ rung aller hier nicht oder nicht im einzelnen beschriebe¬ nen Begriffe ausdrücklich verwiesen wird, ist eine Vor¬ richtung beschrieben, die u.a. als extrakorporaler Litho- tripter eingesetzt werden kann.
Die bekannten Vorrichtungen dieser Art weisen eine Schall¬ erzeugungseinheit auf, die ein ebenes, ein zylindrisches, ein angenähert kugelförmiges oder ein bereits fokussiertes Wellenfeld in einem Übertragungsmedium erzeugt. Sofern das erzeugte Wellenfeld nicht die gewünschte "Bündelung" bzw. Fokussierung aufweist, ist der Schallerzeugungseinheit eine Bündelungseinheit für die akustischen Wellen nachge- ordnet. Die Bündelungseinheit kann ein Reflektor mit einem - je nach Ausbildung der Schallerzeugungseinheit - parabo¬ lischen oder elliptischen Querschnitt, ein Stoßwellenrohr und/oder eine akustische Linse usw. sein.
Bei den bekannten Verfahren der extrakorporal induzierten Lithotripsie oder der Ultraschallthermotherapie sind die Schallerzeugungseinheit und die gegebenenfalls vorgesehene Bündelungseinheit außerhalb des menschlichen Körpers, d.h. extrakorporal angeordnet. Je nach durchzuführendem Behand¬ lungsvorgang werden kontinuierliche, gepulste oder repeti- tive akustische Wellenfelder (Druck-, Stoß-, gepulste oder ungepulste Ultraschallfelder) außerhalb des Körpers er¬ zeugt, über eine Einkoppelfläche in den Körper eingekop¬ pelt und im Körper am Zielort konzentriert.
Bei den derzeit kommerziell erhältlichen Lithotriptoren werden die akustischen Wellen in Wasser erzeugt und dann über ein Wasserkissen oder auch im offenen Wasserbad in den Körper eingekoppelt. Um eine gute Einkopplung zu ge¬ währleisten, bietet sich scheinbar Wasser als Transmis¬ sionsmedium an, weil man in guter Näherung davon ausgehen kann, daß Körpergewebe und Wasser eine ähnliche akustische Impedanz haben. Dadurch wird die akustische Energie ohne große Reflexionsverluste in den Körper übertragen. Wasser als Transmissionsmedium bietet sich auch wegen der ein¬ fachen Handhabbarkeit an. Dies ist der Grund dafür, daß heute alle bekannten Lithotriptoren und Ultraschallthermo- therapiegeräte mit Wasser als Übertragungsmedium arbeiten.
Dabei ist bislang von folgendem ausgegangen worden:
Die akustische Impedanz Z ist definiert durch das Produkt von Dichte und der Schallausbreitungsgeschwindigkeit c. Sofern die Impedanz Z des Übertragungsmediums gleich oder zumindest angenähert gleich der Impedanz des Körpergewebes ist, ist eine verlustarme Energieeinkopplung gewährlei¬ stet. Dieses Ziel wird auch dann erreicht, wenn sich die Werte für die Dichte und Schallgeschwindigkeit in den beiden Medien deutlich unterscheiden, solange nur das Pro¬ dukt der jeweiligen Werte für beide Medien zumindest ange¬ nähert gleich ist.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung geht dagegen von folgender Erkenntnis aus:
Für die therapeutische Wirkung der Druck-, Stoß- oder Ultraschallwellen ist nicht allein die Menge der einge¬ koppelten Energie von Bedeutung, sondern die Konzentration der Energie auf den eigentlichen Wirkungsbereich. Die im Körper erreichbare fokale Energiedichte wird ganz ent¬ scheidend davon beeinflußt, ob die Wellen sich im Körper ungestört ausbreiten können, oder ob sie durch Hindernisse von der vorgesehenen Ausbreitungsrichtung abgelenkt, d.h. gebrochen, gestreut oder gebeugt werden. Dabei sind die Abweichungen von der gewünschten Ausbreitungsrichtung umso größer, je weiter sie vor der Wirkungszone erfolgen.
Hindernisse, an denen Abweichungen von der geradlinigen Ausbreitung erfolgen, sind z.B. Organgrenzen, an denen durch eine Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit Bre¬ chung und Reflexion stattfinden. Beispielsweise unter¬ scheidet sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultra¬ schallwellen in der Niere oder in der Leber teilweise um mehr als 50 m/s von der in Wasser.
Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß dieser Effekt z.B. in der Lithotripsie nicht zu vernachlässigen ist. Dieser Effekt führt nämlich zu einer lateralen Aufweitung der Fokus- bzw. Therapiezone, die - je nach Patient und Steinlage -etwa i 5 mm betragen kann. Eine derart große Aufweitung der Fokuszone führt zu einer signifikanten Reduktion der Energiedichte im Therapiefokus. Damit wird, wie im Vergleich mit Laborversuchen nachgewiesen ist, auch die gewünschte therapeutische Wirkung - hier der Zertrüm¬ merungserfolg - deutlich verringert.
Zwar ist es nur durch aufwendige Anpassungen an die indi¬ viduelle Anatomie und Ausbreitungsverhältnisse möglich ist, diese Abweichungen völlig zu kompensieren, erfin¬ dungsgemäß ist aber erkannt worden, daß bereits die erste Grenzfläche zwischen dem Medium, in dem die akustischen Wellen erzeugt werden, und dem Körpergewebe einen ent¬ scheidenden Einfluß auf die erreichbaren Energiedichten im Fokus hat:
Die Eintrittsfläche der akustischen Wellen, d.h. die Haut des Patienten, hat deshalb einen besonderen Einfluß, da sie am weitesten von der Fokuszone im Inneren des Körpers entfernt ist, sich also geringe Abweichungen von der ge¬ radlinigen Ausbreitung auf dem Weg zur Fokuszone in er¬ heblichen lateralen Abweichungen auswirken. Darüberhinaus hat das unmittelbar an die Haut angrenzende Fettgewebe eine deutlich von Wasser unterschiedliche Ausbreitungsge¬ schwindigkeit für akustische Wellen, so daß große Bre¬ chungseffekte gerade an dieser Grenzfläche zu erwarten sind:
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Fettgewebe beträgt zwischen 1350 und 1480 m/s, während sie in Wasser bei Temperaturen zwischen ca. 20°C und 50°C zwischen 1480 m/s und 1550 m/s liegt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad von Therapiegeräten, die mit konzentrierten akustischen Wellen arbeiten, dadurch zu erhöhen, daß Abweichungen von der geradlinigen oder vorge¬ sehenen Ausbreitung von akustischen Wellen beim Übergang vom Übertragungsmedium in den Körper minimiert und dadurch die Energiedichte im Fokus gesteigert wird.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent¬ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.
Erfindungsgemäß wird die Form der Grenzfläche bzw. die Bedingungen an der Grenzfläche zwischen Übertragungs¬ medium und Körper derart eingestellt, daß die Übertragung der Energie von der Schallerzeugungseinheit in den Körper ohne wesentliche Abweichungen von der gewünschten Aus¬ breitung erfolgt,
Die Einstellung der Bedingungen an der Grenzfläche kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß als Medium für die Übertragung von akustischen Wellen ein Material verwendet wird, das bezüglich des Brechungsindex, oder anders ausge¬ drückt der Ausbreitungsgeschwindigkeit, möglichst genau den oberflächlichen Gewebeschichten des menschlichen Kör¬ pers angepaßt ist, also ein Index-Matching ausgeführt wird:
Während man davon ausgehen kann, daß das oberflächennahe Fettgewebe eine Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen von etwa 1350-1400 m/s besitzt, muß man bei Wasser von 32°C mit etwa 1520 m/s, bei höheren Temperaturen mit noch höheren Werten rechnen. Zusätzlich soll das bisher benutzte Kriterium der Impedanzanpassung so gut wie mög¬ lich erfüllt werden, um unnötige Reflexionsverluste zu vermeiden. Primär aber muß darauf geachtet werden, daß die Brechungsindizes möglichst gut übereinstimmen, also keine Brechung der akustischen Wellen beim Übergang in den Kör¬ per erfolgt, durch die die Fokuszone lateral im Vergleich mit dem "regulären" Übertritt der Schallwellen aufgeweitet wird.
Medien, die die Bedingung des "Index-Matching" in guter Näherung erfüllen, sind z.B. gewisse Öle, die mit Aus- breitungsgeschwindig-keiten von z.B. 1400 m/s erhältlich sind. Als Beispiel sei hier Paraffinöl genannt. Je nach Anwendungsbereich und anatomischen Verhältnissen können andere Öle, weitere Flüssigkeiten oder auch Festkörper - insbesondere als "Anpaßschicht" - verwendet werden. Auch Mischungen derartiger Stoffe können Verwendung finden. Bei der Verwendung von Suspensionen ist darauf zu achten, daß die suspendierten Teilchen die Schallwellen nicht streuen.
Dabei ist es weitgehend unerheblich, ob die akustischen Wellen bereits in einem Medium mit angepaßtem Brechungs- index erzeugt werden, oder ob nur die Schicht des Trans¬ missionsmediums, die mit dem Patientenkörper in Berührung kommt, angepaßt ist.
Unerheblich ist ebenfalls, ob das Transmissionsmedium in unmittelbarem Kontakt mit dem Körper steht oder ob ein oder mehrere dünne Grenzschichten, wie Koppelkissen, Zwi¬ schenfolien o.a. einen direkten Kontakt verhindern. So¬ lange diese Zwischenschichten vergleichsweise dünn sind, wird auch bei schrägem Durchgang der akustischen Wellen durch diese Schichten keine wesentliche Ablenkung von der geradlinigen Ausbreitung auftreten. Eine weitere - alternative oder zusätzliche - Möglichkeit, unerwünschte Abweichungen von der geradlinigen oder vorge¬ sehenen Ausbreitung der akustischen Wellen zu vermeiden, besteht darin, die Geometrie der Grenzfläche so zu formen, daß Abweichungen nicht oder nur in kontrollierter Weise erfolgen:
Dies kann z.B. anders als bei den heute gebräuchlichen Lithotriptoren und Geräten zur Ultraschallthermotherapie dadurch erfolgen, daß die Ankoppelflache kontrolliert verändert wird. Z.B. lassen sich durch Andruck entspre¬ chend geformter Applikatoren ebene, sphärische oder ander¬ weitig regelmäßig bzw. kontrolliert geformte Grenzflächen erzeugen, deren Wirkungen auf die Ausbreitung der akusti¬ schen Wellen gezielt berücksichtigt werden können. Auch damit lassen sich Wirkungszonen mit hoher Energiedichte im Körperinneren erzeugen und unerwünschte Abweichungen von der idealen Ausbreitung weitgehend vermeiden.
In jedem Falle erhält man durch die Erfindung eine Vor¬ richtung, deren Effizienz gegenüber herkömmliche Therapie¬ geräten, die mit konzentrierten akustischen Wellen arbei¬ ten, gesteigert ist. Diese Effizienzsteigerung ist eine Folge der erfindungsgemäßen Maßnahmen, durch die Abwei¬ chungen bei der Brechung der Wellen vom "idealen Durch¬ gang" beim Übergang der akustischen Wellen vom Übertra¬ gungsmedium in den Patientenkörper minimiert werden. Da¬ durch läßt sich ein kleinerer Fokus als bei herkömmlichen Geräten und damit eine erhöhte Energiedichte im Wirkungs¬ bereich erreichen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs- beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er¬ läutert, in der zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und
Fig. 2a bis 2c schematisierte Darstellungen zur Er¬ läuterung der Erfindung.
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt ohne Beschränkung als Beispiel eine Vor¬ richtung zur Behandlung von Körpergewebe und/oder zur Zertrümmerung von Körpersteinen mittels Druckwellen, wie sie in der EP-A-0 369 177 beschrieben ist. Selbstverständ¬ lich kann die Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen angewandt werden, wie sie beispielsweise in der genannten Druckschrift als Stand der Technik gewürdigt sind, und die Schallquellen anderer Konfiguration aufweisen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist als Schall¬ quelle bzw. als Schallerzeugungseinheit eine Zylinderspule 1, die von einer Membran 2 umgeben ist. Die Schallquelle strahlt ein zylindrisches Wellenfeld ab, das ein Reflektor 3 "idealerweise in den kleinen Bereich F fokussiert. Der Reflektor 3 hat die Form eines Rotationsparaboloids . Am "Fokuspunkt" F befindet sich ein Stein 4 in einer Niere 5. Mit 6 ist die Außenkontur eines menschlichen Körpers be¬ zeichnet.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 3 von einer Folie bzw. einer Membran 8 abgeschlossen, so daß sich eine geschlossene Kammer 7 ergibt, die mit einem Übertragungsmedium für die von der Schallerzeugungseinheit erzeugten akustischen Wellen gefüllt ist. Das Übertra¬ gungsmedium leitet die akustischen Wellen, das die Wellen 9 zu dem Körper 6. Mit 10 sind Leitungen bezeichnet, mit denen das Übertragungsmedium in die Kammer 7 gepumpt bzw. auf dieser abgepumpt werden kann. 11 bezeichnet eine Ul¬ traschall-Ortungseinheit, die innerhalb der Schallquelle angeordnet und in Richtung der Achse verschiebbar ist.
Soweit ist die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung aus der EP-A-0 369 177 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist das Übertragungsmedium, das sich in der Kammer 7 befindet, Wasser, das einen anderen Brechungsindex als das Körper¬ gewebe hat.
In Fig. 2 werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, so daß auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird.
Fig. 2a zeigt die Verhältnisse, die sich bei ungestörter Wellenausbreitung ergeben. Das "gerade" Gitter symboli¬ siert die Ausbreitung der Ultraschallwellen. Wie man aus Fig. 2a sieht, werden die Ultraschallwellen in einem Be¬ reich F mit kleiner lateraler Erstreckung fokussiert.
Fig. 2b zeigt die Verhältnisse, die sich bei einer Wel¬ lenausbreitung ergeben, die durch die fehlende Index- Anpassung gestört wird. Das "wellenförmige" Gitter symbo¬ lisiert die gestörte Ausbreitung der Ultraschallwellen. Wie man aus Fig. 2b sieht, werden die Ultraschallwellen in einem Bereich gθstört mit großer lateraler Erstreckung fokussiert. Erfindungsgemäß können diese Störung zumindest verringert dadurch werden, daß das Übertragungsmedium in der Kammer 7 im Brechungsindex oder, mit anderen Worten, mit seiner Ausbreitungsgeschwindigkeit an die oberflächlichen Gewebe¬ schichten des Körpers angepaßt wird. Hierzu wird als Über¬ tragungsmedium ein Fluid gewählt, das eine Ausbreitungsge¬ schwindigkeit für akustische Wellen im Bereich von 1350 - 1400 m/s aufweist. Ein geeignetes Fluid ist beispielsweise ein ein Öl und insbesondere ein Paraffinöl.
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß die Geometrie der Einkoppelfläche kontrolliert gestaltet wird, z.B. zu einer ebenen, sphärischen oder asphärischen Fläche ver¬ formt wird, deren Einfluß auf die Ausbreitung der akusti¬ schen Wellen bekannt ist und bei der Ermittelung der Fokuslage berücksichtigt wird. Hierzu wird die Folie bzw. die Membran 8, die bei den Koppelkissen herkömmlicher Vorrichtungen verwendet wird, durch einen Applikator er¬ setzt, der mit vergleichsweise hohem Druck an den Körper angedrückt wird, so daß sich eine definierte Grenzflächen¬ geometrie zwischen dem menschlichen Körper 6 und der Schallaustrittsfläche der Vorrichtung ergibt. Beim Stand der Technik ergibt sich jedoch eine von der Körperkontur abhängige Grenzflächengeometrie.
Verwendet man nichtrotationssymmetrische Grenzflächen, so lassen sich auch Fokusverbreiterungen vermeiden, wie sie durch die Streuung an Organen, wie beispielsweise der Leber ergeben. Dies ist in Fig. 2c schematisch darge¬ stellt, die die realen Bedingungen im menschlichen Körper mit Niere und Leber L zeigt.
Alternativ ist es auch möglich, die Kammer 7 beispiels¬ weise bei der Linie durch eine Membran mit definierter Form oder gezielt änderbarer Form in zwei Kammern zu tei¬ len, von denen die Kammer, die die Schallquelle 1 umgibt, mit Wasser und die Kammer 7", die an den Körper 8 an¬ grenzt, mit einem Fluid mit angepaßtem Brechungsindex zu füllen.
In jedem Falle ist es mit der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung zur Behandlung von Körpergewebe und zur Zer¬ trümmerung von Körperkonkrementen möglich, hohe Energie¬ dichten von Druck-, Stoß-oder Ultraschallwellen im Inneren des Körpers zu erzeugen. Unabhängig von der Art der ange¬ strebten Wirkung in der Wirkungszone der Vorrichtung wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Wirkung der eingebrachten akustischen Energie in der definierten Wirkungs- oder Fokuszone dadurch erhöht, daß die Konzen¬ tration der Energie auf diese Zone gegenüber herkömm¬ lichen Verfahren verbessert wird, also eine intensivere Wirkung in der vorbestimmten Zone und gleichzeitig eine Schonung des umliegenden Gewebes erreicht wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Behandlung von Körpergewebe und/oder zur Zertrümmerung von Körpersteinen mittels akustischer Energie, wie Stoß-, Druck- oder Ultraschallwellen, mit einer Schallerzeugungseinheit, die akustische Wellen erzeugt, gegebenenfalls einer nachgeordneten Bündelungseinheit für die akustischen Wellen, und einem Übertragungsmedium für die von der Schallerzeu¬ gungseinheit erzeugten akustischen Wellen, das diese zu dem Körper leitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Grenzfläche und/ oder die Bedingungen an der Grenzfläche zwischen Über¬ tragungsmedium und Körper derart eingestellt wird, daß die Übertragung der Energie von der Schallerzeugungsein¬ heit in den Körper ohne wesentliche Abweichungen von der gewünschten Ausbreitung erfolgt,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex bzw. die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Übertragungsmediums an das oberflächliche Körpergewebe angepaßt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium eine Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen im Be¬ reich von 1350 - 1400 m/s aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium ein Öl ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium Paraf¬ finöl ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossenes Behältnis für das Übertragungsmedium vorgesehen ist, das eine von einem schalldurchlässigen Material gebildete Schallaus¬ trittsfläche aufweist, die die Grenzfläche bzw. die Kop¬ pelfläche bildet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis zwei Kammern aufweist, die durch eine definierte Schallübertrittsfläche getrennt sind, und von denen in der inneren Kammer die Schallerzeugungseinheit und die gegebenenfalls vorgesehene Bündelungseinheit für die akustischen Wellen vorgesehen ist, und die äußere Kammer von der Schallaustrittsfläche abgeschlossen ist, die die Grenzfläche zum Körper bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich lediglich in der äußeren Kammer ein Medium mit angepaßter Ausbreitungsgeschwindig¬ keit befindet,
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der inneren Kammer Wasser befindet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Schallübertritts¬ fläche geändert werden kann.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaustrittsfläche eine Membran ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den menschlichen Körper anpreßbarer Applikator die Schallaustrittsfläche bildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Schallaustritts¬ fläche, d.h. der Einkoppelfläche in den menschlichen Kör¬ per kontrolliert angepaßt wird.
14 Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelflache im wesent¬ lichen eine ebene Fläche ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelflache im wesent¬ lichen eine sphärische Fläche ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelflache im wesent¬ lichen eine asphärische Fläche ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gkennzeichnet, daß zusätzlich eine Impedanzan¬ passung erfolgt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich dünne Anpaßschich¬ ten und/oder dünne Folien vorgesehen sind,
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