WO1998033171A2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von stosswellen für technische, vorzugsweise medizintechnische anwendungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von stosswellen für technische, vorzugsweise medizintechnische anwendungen Download PDF

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WO1998033171A2
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Werner Hartmann
Jörg KIESER
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • G10K15/04—Sound-producing devices
    • G10K15/06—Sound-producing devices using electric discharge

Definitions

  • the invention relates to a method for generating shock waves for technical, preferably medical, applications, in particular for lithotripsy or pain therapy, mechanical waves of high energy being generated by pressure pulsations.
  • the invention relates to an apparatus for performing the method.
  • One example is lithotripsy in medical technology, in which extra-corporal, focused pressure waves at the site of gall or kidney stones generate such a strong shock wave that the stone disintegrates into small fragments, which have no operative
  • a shock wave generator is required that generates a sound wave that is already focused or that can be focused by means of acoustic lenses in particular, the focus of which must be at the location of the stone to be destroyed.
  • the focal length of the acoustic arrangement should be small, that is to say in the range of a few 10 cm, in order to limit the energy density on the patient's body surface to such an extent, that is to ⁇ 1 J / cm 2 , that the pain resulting from the passage of sound can be controlled by local anesthetics.
  • the pulse repetition rate should be around 1 to 5 per second.
  • the shock wave generator must be as high as possible, ie at a few million pulses, in order to enable the treatment of a larger number of patients without the need for service or repair work.
  • the properties of the shock wave generator in particular shock wave energy, pulse duration, focus position, etc., may not change or may change only slightly during the entire service life in order to enable constant, reproducible work results.
  • the generation of the shock waves should take place in water or in liquids with acoustically comparable properties so that an efficient sound propagation and transmission into the patient's body is possible via an adapted acoustic impedance between the shock wave generator and the body.
  • the focus diameter of the focused shock wave at the location of the stone should be comparable to the dimensions of the stone in order to achieve an efficient interaction between shock wave and stone.
  • Typical wavelengths of the shock wave are in the range of 1 to 10 mm, corresponding to pulse durations of typically ⁇ 1 ⁇ s.
  • the demands on the quality of the wave front in the shock wave generator are correspondingly high in order to achieve the required focusability.
  • shock waves in which electrical Energy is converted into acoustic energy in the form of intense shock waves:
  • the main disadvantages are the short lifespan, poor reproducibility and limited scalability of the shock wave transducers, the short lifespan, e.g. only a few 1000 pulses, due to the electrode erosion and the associated fluctuation in the focus position cause problems.
  • Piezoelectric transducers are also severely limited in their mechanical life at the amplitudes required here.
  • Electromagnetic transducers currently reach The largest lifespans of typically ⁇ 1 million pulses, however, are only scalable to a limited extent due to electrical and mechanical resilience. An extension of the lifespan to several million pulses would be advantageous, as would a wider scalability of the sound wave energy and pulse shape.
  • the object of the invention is therefore to specify a method for generating shock waves, with which several million pulses can be generated without wear problems, and to create an associated device for this purpose.
  • the object is achieved by the entirety of the features of method claim 1 and the associated device claim 7.
  • Advantageous further developments are characterized in the subclaims.
  • the invention is based on the fact that the short-term heating of a highly conductive electrolyte with the aid of an intense electrical pulse enables the electrical energy to be converted directly and largely without loss into thermal energy of the electrolyte.
  • the heating detects larger, scalable volumes or large, also scalable surfaces simultaneously and homogeneously.
  • current density and electric field strength remain largely constant within the liquid layer, the thickness of the liquid layer being smaller than the wavelength to be generated, but the transverse dimension being large in comparison.
  • the thermal expansion of the heated electrolyte causes an increase in pressure in a suitable ambient medium and thus, under suitable conditions, a
  • thermohydraulic shock wave converter On the basis of the principle according to the invention, almost any scalability and geometry is possible with the almost wear-free behavior of such a thermohydraulic shock wave converter. Since, in contrast to the electrohydraulic principle, there is generally no concentration of the current flow due to plasma formation at individual points on the electrodes, the operation of such an arrangement does not lead to the electrodes being burned up, as a result of which a long service life can be achieved. Due to the spatially homogeneous power load of the electrolyte, the membrane or acoustically "permeable" electrode is mechanically very homogeneously loaded, whereby the life of the membrane is also greatly increased compared to electromagnetic transducers.
  • the parallel connection of a large number of such channels means that, due to the slight differences between the channels, a single channel is preferred, which is then heated up more than the others; the earlier and stronger current flow resulting from the stronger heating generally leads to a high-current breakdown, so that due to the nonlinearity of the processes leading to the breakdown, the principle can only be operated at safe power densities far from the dielectric strength of the electrolyte. This severely limits both the amplitude and the efficiency of such a pulsed sound source. Even minor ones
  • An arrangement according to the present invention has the advantage that by specifically avoiding field-reinforcing structures - wires, tips, edges or even constrictions in the current-carrying area - large and homogeneously large volumes can be evenly loaded up to the limit of dielectric strength, so that there are no restrictions in terms of pulse energy and scalability.
  • the main advantage of the new arrangement is in that the resulting wave fronts are very even, so that you get an almost unlimited scalable pulse sound source with high quality of the wave front.
  • thermohydraulic sound transducers According to the invention, they each show a schematic representation
  • thermohydraulic shock wave generator with flat electrodes and associated power pulse generator
  • FIG. 2 shows a rotationally symmetrical thermohydraulic shock wave generator and associated power pulse generator with a radial electrode arrangement and radial current flow
  • FIG. 3 shows a thermohydraulic shock wave generator with concave electrodes, and a section of a specific formation of a focusing electrode.
  • thermohydraulic sound transducer with flat electrodes.
  • a flat sound wave is generated, which can be focused by an acoustic lens that may follow.
  • the sound transducer consists of a fixed, solid electrode 1, a thin and light electrode 2 at a distance s from the electrode 1, the electrolyte 3 of the layer thickness s, and the sound propagation medium 4.
  • the fixed electrode 1 and the membrane-shaped electrode 2 are both made of materials which are corrosion-resistant to the media 3 and 4 and have smooth surfaces in order to form localized discharges to avoid due to excessive field strength at tips etc.
  • the product of mass density and speed of sound of the electrode 1 is significantly larger than the products of this
  • the acoustic impedance of the electrolyte 3 and the sound propagation medium 4 should be as equal as possible and approximately that of water, i.e. the main component of the human body, in order to achieve a good acoustic adaptation between the transducer and the patient's body.
  • water i.e. the main component of the human body
  • a conductive salt solution is used as the electrolyte 3.
  • a particularly simple embodiment uses the same material for the sound propagation medium 4 as for the electrolyte 3. Liquids other than water, but with comparable electrical and acoustic properties, can also be used for this purpose. Particularly in applications other than lithotripters, it makes sense to adapt the acoustic impedance of media 3 and 4 to that of the coupling medium. This is particularly important in applications other than medical technology, such as rock crushing using shock waves.
  • the current supply to the electrode 2 must be constructed symmetrically in order to achieve the desired symmetry of the pressure wave to be generated via a symmetrical current and power distribution in the electrolyte 3. This is advantageous
  • a power pulse generator 5 is connected to the electrodes 1 and 2 and provides electrical energy in the form of short pulses with time periods of typically ⁇ s.
  • the pulse generator consists of one Energy store in the form of a high-voltage capacitor C, a fast-closing switching element S, and an inductance L formed from the supply lines. When the switch S is closed, the capacitor C discharges via the inductance L and the switch S into the electrolyte with the internal resistance R.
  • the energy content E of the storage is
  • ⁇ p ⁇ * E / [c s * ⁇ * ⁇ * p m * Ch * A] The latter means that the amplitude of the pressure increase is independent of the layer thickness s.
  • a magnification of A can be the focus he scaled ⁇ targetable tip prints in a wide range. With the aid of the arrangement described, it is thus possible to generate shock waves with amplitudes in the> 100 bar range which are suitable for use in lithotripters in a reproducible and practically wear-free manner.
  • An increase in pressure is obtained by shortening the pulse duration, because due to the finite speed of sound, the energy deposited in the electrolyte is distributed over a smaller volume and the pressure rise is accordingly reduced over a shorter distance.
  • liquids with a low heat capacity and low compressibility with a high coefficient of thermal expansion are advantageous.
  • An example is ethanol, which is mixed with ion-conducting additives.
  • an additive for example, an admixture of water with a salt dissolved in it is suitable in order to achieve the required conductivity.
  • pressures of the order of magnitude ⁇ p ⁇ 40 bar are obtained when using ethanol.
  • higher-quality alcohols which are non-flammable at room temperature such as, for example, ethylene glycol or glycerol with salts soluble therein, e.g. Magnesium perchlorate or lithium chloride.
  • an advantageous embodiment uses an electrode arrangement with current flow in the radial instead of the axial direction and thus allows higher operating voltages on the electrolyte 3.
  • the power pulse is sent to one in the S ymmetrieachse central electrode 8 and a thereto coaxial, cylindrical or ring-shaped electrode 7 is egt ⁇ l.
  • the current flows in the radial direction between the electrodes 7 and 8 in the electrolyte 3. This means that the current flow - in contrast to FIG. 1 with a current flow in the liquid layer in the direction of the preferred sound propagation - in this case, perpendicular to the direction of sound propagation.
  • the electrolyte 3 with the layer thickness s is delimited on one side by an insulating plate 9 and on the other side by a likewise insulating membrane 10 against the propagation medium 4 in order to limit the current flow to the volume with the electrolyte thickness s.
  • the electrode pitch s is thereby expanded from s to approximately the radius of the arrangement, as a result of which much higher voltages are permitted at the electrodes without the risk of breakdown in the electrolyte. As a result, a much higher energy density can be generated in the electrolyte 3, which leads to considerably higher pressure amplitudes than in the case of axial current flow.
  • Focusing of the pressure wave is advantageously achieved in that two electrodes 21 and 22 are not flat, but are concave in accordance with FIG. A curved wavefront is thus generated, which leads to a concentrically incoming pressure wave which has a pronounced focus in the focal point of the reflector formed by the electrode surface of the electrode 21.
  • An acoustic lens can be dispensed with in this self-focusing arrangement, so that the imaging errors and losses associated with the lens are eliminated.
  • Electrodes 21 and 22 Forming the electrodes 21 and 22 in a convex shape would lead to the formation of spherically expanding shock waves, which are used, for example, for ultrasound tomography in medical technology and in general technology for sonar systems in the Water and in the earth's crust, the so-called “geo-mapping", can be used.
  • the geometry of the electrodes 1 and 2 can have a geometry other than flat or spherical. If cylindrical electrode shapes are used, a line focus can be generated, for example, which can advantageously be used for the precise separation of brittle objects, such as semiconductor wafers, glass workpieces, ceramic substrates, optical components, ceramic tiles, etc., or for cleaning larger castings.
  • a thermohydraulic shock wave generator can be optimized for almost any application in which high mechanical forces are short-lived, i.e. jerky, are needed.
  • a regular or irregular grid structure can be arranged between the two electrodes 1 and 2, which serves to define the distance between the two electrodes, so as to prevent the minimum distance necessary to avoid flashovers from being undershot.
  • An insulating plastic with a dielectric number similar to that of the electrolyte 3 used between the electrodes 1 and 2 is expediently used for the material of the grid. This prevents local field elevations at the triple points of the electrode-grid-medium 3 transition that could otherwise lead to undesired flashovers.
  • the coupling with the pulse generator is decisive for the dimensioning of the shock wave generator.
  • the rings 11 can each have a conical shape in cross section, the surfaces 111 forming conical outer surfaces. Other geometries are also possible. Thus, the surfaces of the rings 11 can form curved surfaces of the rotating body. Spheroid, ellipsoid or paraboloid surfaces are possible.
  • the angle ⁇ is calculated in such a way that the normal cones with their tips are all in the required focus point through the respective ring center. The relationship applies to this
  • R x is the mean radius of the xth ring and F is the distance of the focus from the electrode surface.
  • the ring width is advantageously chosen so that the maximum heights of the rings above the central, ie planar electrode surface are ⁇ 0.25 * d, where d is the average electrode spacing. This does not unduly lower the dielectric strength of the arrangement.
  • An additional requirement for the ring width is raised by the permissible deviations of the position of the partial foci from the common focus and the associated broadening of the focus diameter.
  • An advantageous embodiment does not use the conical lateral surfaces as the simplest embodiment for the surfaces of the turned-in rings, but spherical surfaces whose radii r x are calculated in such a way that a fine correction of the

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Abstract

Intensive Druckwellen können als Stoßwellen für medizintechnische Anwendungen, insbesondere für die Lithotripsie und/oder die Schmerztherapie, angewandt werden. Dazu werden durch Druckpulsationen akustische Wellen mit hoher Energiedichte erzeugt. Gemäß der Erfindung werden die Druckwellen über eine kurzzeitige Aufheizung eines leitfähigen Elektrolyten erzeugt, wobei mit Hilfe eines elektrischen Impulses elektrische Energie direkt und weitestgehend verlustfrei zur Aufheizung des Elektrolyten umgesetzt wird. Eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch eine Anordnung von zwei Elektroden (1, 2, 7, 8, 21, 22), die einen Elektrolyten (3) einschließen und von einem Leistungsimpulsgenerator (5) angesteuert werden, gekennzeichnet, wobei über geeignete Mittel die Auskopplung von Schallwellen in ein Schallausbreitungsmedium (4) ermöglicht wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen für technische, vorzugsweise medizintechnische Anwendungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Stoßwellen für technische, vorzugsweise medizintechnische, Anwendungen, insbesondere für die Lithotripsie oder die Schmerztherapie, wobei durch Druckpulsationen mechanische Wellen hoher Energie erzeugt werden. Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Für verschiedene Anwendungen werden bereits intensive Schall- wellen oder Stoßwellen eingesetzt, deren Arbeitsdrücke im
Bereich einiger 107 Pa bis zu 108 Pa liegen. Ein Beispiel ist die Lithotripsie in der Medizintechnik, bei der durch extra- korporal erzeugte, fokussierte Druckwellen am Ort von Gallenoder Nierensteinen eine so starke Stoßwelle erzeugt wird, daß der Stein in kleine Fragmente zerfällt, welche ohne operative
Maßnahmen auf natürliche Weise den Körper verlassen können. Für eine ausreichend hohe Fragmentation des Steins sind dazu typischerweise einige 100 bis einige 1000 Stoßwellenanwendungen, d.h. Einzelpulse, erforderlich.
Zur Erzeugung letzterer Stoßwellen benötigt man einen Stoßwellengenerator, der eine bereits fokussierte oder durch insbesondere akustische Linsen fokussierbare Schallwelle erzeugt, deren Fokus am Ort des zu zerstörenden Steins liegen muß. Die Brennweite der akustischen Anordnung sollte dabei klein, d. h. im Bereich einiger 10 cm sein, um die Energiedichte an der Körperoberfläche des Patienten soweit, d.h. auf < 1 J/cm2 zu begrenzen, daß der beim Schalldurchtritt entstehende Schmerz durch Lokalanästhetika beherrschbar ist.
Für eine vertretbare Behandlungsdauer sollte die Pulswiederholrate bei etwa 1 bis 5 pro Sekunde liegen. Die Lebensdauer des Stoßwellengenerators muß möglichst hoch, d.h. bei einigen Millionen Pulsen, liegen, um die Behandlung einer größeren Anzahl an Patienten ohne notwendige Service- bzw. Reparaturarbeiten zu ermöglichen. Während der gesamten Lebensdauer dürfen sich die Eigenschaften des Stoßwellengenerators, insbesondere Stoßwellenenergie, Impulsdauer, Fokuslage, etc., nicht oder nur geringfügig ändern, um konstante, reproduzierbare Arbeitsergebnisse zu ermöglichen. Die Erzeugung der Stoßwellen sollte in Wasser oder in Flüssigkeiten mit aku- stisch dem Wasser vergleichbaren Eigenschaften erfolgen, damit eine effiziente Schallausbreitung und -Übertragung in den Körper des Patienten über eine angepaßte akustische Impedanz zwischen Stoßwellengenerator und Körper möglich wird. Der Fokusdurchmesser der fokussierten Stoßwelle am Ort des Steins (~ cm) sollte vergleichbar sein mit den Abmessungen des Steins, um eine effiziente Wechselwirkung zwischen Stoßwelle und Stein zu erreichen. Typische Wellenlängen der Stoßwelle liegen im Bereich von 1 bis 10 mm, entsprechend Pulsdauern von typischerweise ~ 1 μs . Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Qualität der Wellenfront im Stoßwellengenerator, um die geforderte Fokussierbarkeit zu erzielen.
Ähnliche Anforderungen werden auch bei anderen technischen Anwendungen erhoben, so z.B. beim Recycling durch Stoßwellen, beim Reinigen von Oberflächen durch Stoßwellen, im Bergbau, beispielsweise Felszerkleinerung ohne Einsatz chemischer Sprengmittel, in der Geologie und der Meereskunde, beispielsweise für Sonaranwendungen . Dabei werden zum Teil wesentlich höhere und u.U. auch variablere Pulsenergien gefordert als bei der Lithotripsie, so daß für viele Anwendungen ein nahezu beliebig skalierbares Stoßwellengeneratorprinzip von großem Nutzen wäre.
Zur Erzeugung von Stoßwellen werden, abgesehen vom Einsatz chemischer Explosivstoffe, bisher ausschließlich die folgenden drei Prinzipien eingesetzt, bei denen elektrische Energie in akustische Energie in Form intensiver Stoßwellen umgesetzt wird:
- Das elektrohydraulische Prinzip mit Erzeugung einer sphärisch expandierenden Druckwelle durch einen Unterwasser- funken, und gegebenenfalls Fokussierung mit ellipsoidischen Reflektoren, wozu Ausführungen in Rev.Sc. Instrument 65 (1994), S. 2356 - 2363 und Biomed. Tech. 22 (1977), S. 164 ff. gemacht werden.
- Das piezoelektrische Prinzip mit Erzeugung einer Druckwelle durch Einsatz gepulst betriebener piezoelektrischer Schallwandler, beispielsweise gemäß der DE 33 19 871 AI.
- Das elektromagnetische Prinzip mit Erzeugung einer Druckwelle durch eine elektromagnetisch angetriebene Membran, was im einzelnen in Appl . Phys . Lett . 64 (1994), S 2596 - 2598 und Acustica 14 (1964), S. 187 beschrieben ist.
Insbesondere beim erstgenannten Prinzip sind Hauptnachteile die kurze Lebensdauer, schlechte Reproduzierbarkeit und begrenzte Skalierbarkeit der Stoßwellenwandler, wobei vor allem die kurze Lebensdauer, z.B. nur einige 1000 Pulse, aufgrund des Elektrodenabbrandes sowie die damit verbundene Schwankung der Fokuslage Probleme bereiten. Piezoelektrische Wandler sind bei den hier geforderten Amplituden in ihrer mechanischen Lebensdauer ebenfalls stark eingeschränkt. Elektromagnetische Schallwandler erreichen z.Z. die größten Lebensdauern von typisch ~ 1 Million Pulse, sind jedoch aus Gründen elektrischer und mechanischer Belastbarkeit nur begrenzt skalierbar. Eine Verlängerung der Lebensdauer auf mehrere Millionen Pulse wäre vorteilhaft, wie auch eine breitere Skalierbarkeit der Schallwellenenergie und Impulsform.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erzeugung von Stoßwellen anzugeben, mit dem ohne Verschleiß- probleme mehrere Millionen Pulse erzeugt werden können, und dazu eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen. Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des zugehörigen Vorrichtungsanspruches 7 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung geht davon aus, daß über die kurzzeitige Aufheizung eines gut leitfähigen Elektrolyten mit Hilfe eines intensiven elektrischen Impulses die elektrische Energie direkt und weitestgehend verlustfrei in thermische Energie des Elektrolyten umgesetzt werden kann. Die Aufheizung erfaßt größere, skalierbare Volumina bzw. große, ebenfalls skalierbare Oberflächen simultan und homogen. Bei der Aufheizung einer großflächigen Flüssigkeitsschicht über direkten Stromfluß bleiben Stromdichte und elektrische Feldstärke innerhalb der Flüssigkeitsschicht weitestgehend konstant, wobei die Dicke der Flüssigkeitsschicht kleiner als die zu erzeugende Wellenlänge, die Querabmessung im Vergleich dazu jedoch groß ist. Über die Wärmeausdehnung des erwärmten Elektrolyten wird in geeignetem Umgebungsmedium ein Druck- anstieg und damit, unter geeigneten Randbedingungen, eine
Druckwelle erzeugt, die sich in diesem Medium ausbreiten kann.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Prinzips ist eine nahezu beliebige Skalierbarkeit und Geometrie möglich bei gleichzeitig nahezu verschleißfreiem Verhalten eines solchen thermohydraulischen Stoßwellenwandlers. Da im Gegensatz zu dem elektrohydraulischen Prinzip generell keine Konzentration des Stromflußes durch Plasmabildung an einzelnen Punkten der Elektroden erfolgt, führt der Betrieb einer solchen Anordnung nicht zum Abbrand der Elektroden, wodurch eine hohe Lebensdauer erreichbar ist. Durch die räumlich homogene Leistungsbelastung des Elektrolyten wird auch die Membran bzw. akustisch "durchlässige" Elektrode mechanisch sehr homogen belastet, wodurch die Lebensdauer der Membran ebenfalls stark erhöht wird im Vergleich zu elektromagnetischen Schallwandlern . Aus der DE-AS 10 76 413 ist zwar bereits ein Verfahren bekannt, bei dem die Feldlinienkontraktion an einem Draht bzw. am Ende eines Drahtes oder an der Einengungsstelle durch einen elastischen Isolierkörper dazu benützt wird, eine hohe Felddichte und damit eine hohe Leistungsdichte in der nahen Umgebung des Drahtes zu erreichen. Dadurch können jedoch nur kleine Volumina in der unmittelbaren Nähe des Drahtes bzw. in der Einengungsstelle ausgenutzt werden, so daß zum einen ein Großteil der Energie bei geringer Energiedichte in großen Volumina umgesetzt wird (Draht) , wodurch Energieinhalt der Druckwelle und Wirkungsgrad drastisch abnehmen, zum anderen (Einengung) die erreichbare Energie aufgrund des geringen Volumens sehr gering ist. Die Parallelschaltung einer Viel- zahl solcher Kanäle hat in der Praxis zur Folge, daß aufgrund geringer Unterschiede der Kanäle untereinander ein einzelner Kanal bevorzugt wird, der dann stärker aufgeheizt wird als die übrigen; der aus der stärkeren Aufheizung resultierende frühere und stärkere Stromfluß führt im allgemeinen zu einem stromstarken Durchschlag, so daß sich wegen der Nichtlineari- tät der zum Durchschlag führenden Prozesse das Prinzip nur bei sicheren, weit von der Durchschlagfestigkeit des Elektrolyten entfernten Leistungsdichten betreiben läßt. Dadurch werden sowohl die Amplitude als auch der Wirkungsgrad einer solchen Impulsschallquelle stark begrenzt. Auch geringe
Unterschiede der Kanäle führen zu merklichen Schwankungen der zugehörigen Druckamplituden, so daß mit einem solchen System homogene Wellenfronten nur bedingt herstellbar sind.
Ein Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung hat hingegen den Vorteil, daß durch die gezielte Vermeidung von feldverstärkenden Strukturen - Drähte, Spitzen, Kanten oder auch Einengungen des stromführenden Bereiches - großflächig und homogen große Volumina bis an die Grenze der Durchschlag- festigkeit gleichmäßig belastet werden können, so daß keine Beschränkung hinsichtlich Impulsenergie und Skalierbarkeit enstehen. Der Vorteil der neuen Anordnung liegt vor allem darin, daß die entstehenden Wellenfronten sehr gleichmäßig sind, so daß man eine nahezu unbegrenzt skalierbare Impulsschallquelle mit hoher Qualität der Wellenfront erhält.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung, die die Arbeitsweise von erfindungsgemäßen thermohydraulisehen Schallwandlern wiedergeben. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung
FIG 1 einen thermohydraulischen Stoßwellengenerator mit ebenen Elektroden und zugehörigem Leistungsimpuls- generator, FIG 2 einen rotationssymmetrischen thermohydraulischen Stoß- wellengenerator und zugehörigem Leistungsimpulsgenerator mit einer radialen Elektrodenanordnung und radialem Stromfluß, FIG 3 einen thermohydraulischen Stoßwellengenerator mit konkaven Elektroden, sowie FIG 4 und 5 eine Draufsicht und einen Schnitt einer spezifischen Ausbildung einer fokussierenden Elektrode.
FIG 1 zeigt das Prinzip eines thermohydraulischen Schall- wandlers mit ebenen Elektroden. Bei einer solchen Ausfüh- rungsform wird, entsprechend der Geometrie der Anordnung, eine ebene Schallwelle erzeugt, die von einer gegebenenfalls nachfolgenden akustischen Linse fokussiert werden kann. Der Schallwandler besteht aus einer feststehenden, massiven Elektrode 1, einer dünnen und leichten Elektrode 2 im Abstand s von der Elektrode 1, dem Elektrolyten 3 der Schichtdicke s, und dem Schallausbreitungsmedium 4.
Die feststehende Elektrode 1 und die membranförmige Elektrode 2 sind beide aus gegenüber den Medien 3 und 4 korrosions- beständigen Materialien gefertigt und weisen glatte Oberflächen auf, um die Ausbildung lokalisierter Entladungen aufgrund von Feldstärkeüberhöhungen an Spitzen etc. zu vermeiden.
Das Produkt aus Massendichte und Schallgeschwindigkeit der Elektrode 1 ist deutlich größer als die Produkte dieser
Größen im Elektrolyten 3 und dem Schallausbreitungsmedium 4. Die akustische Impedanz des Elektrolyten 3 und des Schall- ausbreitungsmediums 4 sollen möglichst gleich sein und etwa der von Wasser, d.h. dem Hauptbestandteil des menschlichen Körpers, entsprechen, um eine gute akustische Anpassung zwischen dem Schallwandler und dem Patientenkörper zu erzielen. Zweckmäßigerweise wird als Schallausbreitungsmedium 4 gasfreies, vollentsalztes Wasser und als Elektrolyt 3 eine leitfähige Salzlösung verwendet.
Eine besonders einfache Ausführungsform verwendet für das Schallausbreitungsmedium 4 dasselbe Material wie für den Elektrolyten 3. Es sind dazu auch andere Flüssigkeiten als Wasser, aber mit vergleichbaren elektrischen und akustischen Eigenschaften, verwendbar. Insbesondere bei anderen Anwendungen als in Lithotriptern ist es sinnvoll, die akustische Impedanz der Medien 3 und 4 an die des Koppelmediums anzupassen. Dies ist insbesondere bei anderen Anwendungen als der Medizintechnik von Bedeutung, wie beispielsweise bei der Felszerkleinerung mittels Stoßwellen.
Die Stromzuführung zur Elektrode 2 muß symmetrisch aufgebaut sein, um die gewünschte Symmetrie der zu erzeugenden Druckwelle über eine symmetrische Strom- und Leistungsverteilung im Elektrolyten 3 zu erreichen. Vorteilhaft ist dazu die
Beibehaltung einer koaxialen Stromzuführung bis zu den Elektroden 1 und 2.
An die Elektroden 1 und 2 angeschlossen ist ein Leistungs- impulsgenerator 5, der elektrische Energie in Form kurzer Pulse mit Zeitdauern von typisch μs bereitstellt. Im einfachsten Fall besteht der Impulsgenerator aus einem Energiespeicher in Form eines Hochspannungskondensators C, einem schnell schließenden Schaltelement S, und einer aus den Zuleitungen gebildeten Induktivität L. Beim Schließen des Schalters S entlädt sich der Kondensator C über die Induk- tivität L und den Schalter S in den Elektrolyten mit dem Innenwiderstand R. Der Energieinhalt E des Speichers ist
E = C*U2/2 mit der Ladespannung U des Kondensators . Dadurch wird der Elektrolyt um die Temperaturdifferenz ΔT = E/(pm*Ch*A*s) erwärmt, wobei pm die Massendichte des Elektrolyten (~ 1,0 g/cm3 für wäßrige Lösungen), C^ die Wärmekapazität des Elektrolyten, und A*s das Volumen des Elektrolyten (= Fläche A * Dicke s) ist. Bei ausreichend kurzen Impulsen im μs-Be- reich kann die Wärmeleitung vernachlässigt werden. Dadurch dehnt sich der Elektrolyt um
ΔV/V = α*ΔT aus, wobei α der Volumenausdehnungskoeffizient ist. Für den Fall, daß r >> s gilt und s < λ, r > λ ist mit 2*r = Durchmesser der Elektroden 1 und 2, λ = Länge der Stoßwelle, λ = cs*τ mit cs = Schallgeschwindigkeit in den Medien 3 und 4 und τ = Pulsdauer, dehnt sich der Elektrolyt fast ausschließlich in der Richtung senkrecht zur Elektrodenoberfläche aus. Für die relative Schichtdickenänderung erhält man
Δs/s ~ ΔV/V = α*ΔT Diese Änderung von s wird wegen der endlichen Schallgeschwin- digkeit cs über einen Weg λ = s + λ aufgrund der endlichen Kompressibilität K der Medien 3 und 4 abgebaut. Wenn K und cs für beide Medien 3 und 4 als identisch angenommen werden, erhält man für den mittleren Druck- anstieg innerhalb des Bereichs λ' : Δp = α*E/ [ (s+λ) *κ*ρm*Ch*A] und für den Fall s << λ, d. h. im Fall vernachlässigbarer Schichtdicke s im Vergleich zur Stoßwellenbreite λ:
Δp = α*E/ [cs*τ*κ*pm*Ch*A] Letzteres bedeutet, daß die Amplitude des Druckanstiegs unabhängig von der Schichtdicke s ist.
Für α, cs, K, p, und C^ lassen sich, bei Verwendung einer wässrigen Lösung oder Ethanol für die Medien 3 und 4 , die Werte aus der Literatur entnehmen. Folgende Werte ergeben sich:
Symbol Parameter Wasser Ethanol Einhei t α Volumenausdehnungs- 2,07*10-4 11*10-4 l/K koeffizient cs Schallgeschwindigkeit 1480 1170 m/s
K Kompressibilität 0,5*10-9 1,17*10-9 l/Pa pm Massendichte 103 789 kg/m |:3
Ch Wärmekapazität 4,18*103 2,43*103 J/kg
Bei einer Pulsenergie von 200 J, einer Elektrodenoberfläche A = 100 cm2 = 10 "^ m2 und einer Pulsdauer von τ ~ 5 μs erzielt man somit eine ebene Druckwelle mit einer mittleren Amplitude von
Δp ~ 2,66*105 N/m2 - 2,6 bar in wäßrigen Elektrolyten, bzw.
Δp ~ 1,6*106 N/m2 ~ 16 bar in einem Elektrolyten, der als Hauptbestandteil Ethanol enthält.
Dieser Druckanstieg breitet sich im Medium 4 als ebene Welle senkrecht zur Oberfläche der Elektrode 1 aus und kann von einer akustischen Linse fokussiert werden; dabei werden Fokusdurchmesser 2*rf von typisch 2*rf ~ λ erreicht, d.h. die ebene Welle wird um ein bis zwei Größenordnungen komprimiert, was zu einer entsprechenden Druckerhöhung im Fokus führt . Über eine Vergrößerung von A lassen sich die im Fokus er¬ zielbaren Spitzendrucke in weiten Grenzen skalieren. Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung ist es somit möglich, reproduzierbar und praktisch verschleißfrei Stoßwellen mit Amplituden im > 100 bar-Bereich zu erzeugen, welche für die Anwendung in Lithotriptern geeignet sind.
Eine Erhöhung des Drucks erhält man durch eine Verkürzung der Pulsdauer, da wegen der endlichen Schallgeschwindigkeit die im Elektrolyten deponierte Energie auf ein kleineres Volumen verteilt und der Druckanstieg dementsprechend über eine kürzere Strecke abgebaut wird. Bei gleicher Pulsenergie von 200 J und einer Pulsdauer von nur τ = 1 μs steigt der An- fangsdruck bereits auf Δp ~ 10 bar bei Verwendung eines wäßrigen Elektrolyten.
Durch die Verwendung spezifischer Elektrolyte als Medium 3 läßt sich eine zusätzliche Erhöhung des Drucks erreichen: Insbesondere sind Flüssigkeiten mit niedriger Wärmekapazität und kleiner Kompressibilität bei gleichzeitig großem Wärmeausdehnungskoeffizienten vorteilhaft. Ein Beispiel ist Ethanol, dem ionenleitende Zusätze beigemischt werden. Als Zusatz ist beispielsweise eine Beimischung aus Wasser mit einem darin gelösten Salz geeignet, um die geforderte Leitfähigkeit zu erreichen. Für das oben angegebene Beispiel (E = 200 J; τ = 1 μs) erhält man Drücke der Größenordnung Δp ~ 40 bar bei Verwendung von Ethanol . Besonders vorteilhaft ist die Verwendung höherwertiger, bei Raumtemperatur nicht entflamm- barer Alkohole, wie beispielsweise Ethylenglycol oder Glyce- rin mit darin löslichen Salzen, z.B. Magnesiumperchlorat oder Lithiumchlorid.
Gemäß FIG 2 verwendet eine vorteilhafte Ausführung eine Elek- trodenanordnung mit Stromfluß in radialer anstatt axialer Richtung und läßt somit höhere Betriebsspannungen am Elektrolyten 3 zu. Der Leistungsimpuls wird an eine in der Symmetrieachse zentrische Elektrode 8 und eine dazu koaxial angeordnete, zylindrische oder ringförmige Elektrode 7 ange¬ legt. Der Strom fließt bei dieser Ausführungsform, bei der Rotationssymmetrie vorausgesetzt wird, in radialer Richtung zwischen den Elektroden 7 und 8 im Elektrolyten 3. Dies bedeutet, daß der Stromfluß - im Gegensatz zu Figur 1 mit einem Stromfluß in der Flüssigkeitsschicht in Richtung der bevorzugten Schallausbreitung - in diesem Fall senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung erfolgt . Der Elektrolyt 3 mit der Schichtdicke s ist auf der einen Seite durch eine isolierende Platte 9 und auf der anderen Seite durch eine ebenfalls isolierende Membran 10 gegen das Ausbreitungsmedium 4 abgegrenzt, um den Stromfluß dadurch auf das Volumen mit der Elektrolytdicke s zu begrenzen. Die Elektrodenschlagweite s " wird dadurch von s auf annähernd den Radius der Anordnung erweitert, wodurch wesentlich höhere Spannungen an den Elektroden zulässig werden, ohne daß die Gefahr eines Durchschlags im Elektrolyten entsteht . Dadurch kann im Elektrolyten 3 eine wesentlich höhere Energiedichte erzeugt werden, die zu erheblich höheren Druckamplituden führt als im Fall axialen Stromflusses.
Eine Fokussierung der Druckwelle wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß zwei Elektroden 21 und 22 nicht eben, sondern entsprechend FIG 3 konkav ausgebildet sind. Es wird so eine gekrümmte Wellenfront erzeugt, die zu einer konzentrisch einlaufenden Druckwelle führt, welche einen ausgeprägten Fokus im Brennpunkt des von der Elektrodenoberfläche der Elektrode 21 gebildeten Reflektors aufweist. In dieser selbstfokussierenden Anordnung kann auf eine akustische Linse verzichtet werden, so daß die mit der Linse verbundenen Abbildungsfehler und Verluste entfallen.
Eine Ausbildung der Elektroden 21 und 22 in konvexer Form würde zur Ausbildung von sphärisch expandierenden Stoßwellen führen, die z.B. für Ultraschall-Tomographie in der Medizintechnik sowie in der allgemeinen Technik für Sonar-Systeme im Wasser und in der Erdkruste, dem sogenannten "Geo-Mapping" , eingesetzt werden können.
In weiteren vorteilhaften, nicht im einzelnen gezeigten Ausführungsformen kann die Geometrie der Elektroden 1 und 2 eine andere als ebene oder sphärische Geometrie aufweisen. Bei Verwendung zylindrischer Elektrodenformen läßt sich beispielsweise ein Linienfokus erzeugen, der vorteilhaft zum präzisen Trennen spröder Objekte, wie beispielsweise Halb- leiterscheiben, Glaswerkstücke, Keramiksubstrate, optische Bauteile, Keramikfliesen, etc., oder zum Reinigen größerer Gußteile einsetzen läßt. Durch Anpassung von Geometrie und elektrischen Parametern läßt sich ein thermohydraulischer Stoßwellengenerator für nahezu jede Anwendung optimieren, bei der hohe mechanische Kräfte nur kurzzeitig, d.h. stoßartig, benötigt werden.
Zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 kann eine regelmäßige oder auch unregelmäßige Gitterstruktur angeordnet sein, die dazu dient, den Abstand zwischen den beiden Elektroden zu definieren, um so zu verhindern, daß der zur Vermeidung von Überschlägen notwendige Mindestabstand nicht unterschritten wird. Zweckmäßigerweise verwendet man für den Werkstoff des Gitters einen isolierenden Kunststoff mit einer Dielektrizi- tatszahl ähnlich der des verwendeten Elektrolyten 3 zwischen den Elektroden 1 und 2. Dadurch wird vermieden, daß es zu lokalen Feldüberhöhungen an den Tripelpunkten des Überganges Elektrode - Gitter - Medium 3 kommt, die ansonsten zu unerwünschten Überschlägen führen könnten.
Für die Dimensionierung des Stoßwellengenerators ist die Kopplung mit dem Impulsgenerator ausschlaggebend. Bei einer für die Leistungsimpulstechnik typischen Impedanz Z von Z = V /C - 1 Ω benötigt man einen Innenwiderstand des Elek- trolyten von R ~ 1 Ω. Der Innenwiderstand R des Elektrolyten berechnet sich zu R = p*s/A und daraus der spezifische Widerstand p zu p = A*R/s = 103 Ω*cm . > -H ß Φ
1 1 ΛJ ß 1 1 1 1 Φ xi -H 1 1 XI
1 φ -ß ß Φ Φ Φ AJ XI Λ B SH öi Λ 0 φ ß ß CJ
Figure imgf000015_0001
ursprünglich planen Elektrodenoberfläche einen bestimmten Winkel α einschließen, so daß die Ringoberflächen 111 zur Symmetrieachse der Elektrode hin geneigt sind. Die Ringe 11 können im Querschnitt jeweils eine Kegelform haben, wobei die Oberflächen 111 Kegelmantelflächen bilden. Auch andere Geometrien sind möglich. So können die Oberflächen der Ringe 11 gekrümmte Rotationskörperoberflächen bilden. Es sind Spheroid- , Ellipsoid- oder Paraboloidflachen möglich.
Der Winkel α wird so berechnet, daß die Normalenkegel durch die jeweilige Ringmitte mit ihrer Spitze alle im geforderten Fokuspunkt liegen. Dafür gilt die Beziehung
sinα = Rx/F
wobei Rx der mittlere Radius des x-ten Ringes und F der Abstand des Fokus von der Elektrodenoberfläche ist . Die Ringbreite wird vorteilhaft so gewählt, daß die maximalen Höhen der Ringe über der mittleren, d.h. planen Elektroden- Oberfläche < 0,25*d sind, wobei d der mittlere Elektrodenabstand ist. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit der Anordnung nicht unzulässig erniedrigt. Eine zusätzliche Anforderung an die Ringbreite wird durch die zulässigen Abweichungen der Lage der Teilfokii vom gemeinsamen Fokus und der damit verbundenen Verbreiterung des Fokusdurchmessers erhoben.
Eine vorteilhafte Ausführung verwendet für die Oberflächen der eingedrehten Ringe keine Kegelmantelflächen als einfachste Ausführungsform, sondern Kugeloberflächen, deren Radien rx so berechnet sind, daß eine Feinkorrektur der
Wellenfront in Bezug auf die geforderte Fokuslage erfolgt :
rx = F/sinα
Durch weitere Feinkorrekturen der beschriebenen Art lassen sich die nichtlinearen Effekte, die durch die Aufteilung der Druckwelle zu einer intensiven Stoßwelle hervorgerufen wer- den, ebenfalls korrigieren, so daß mit einer quasiplanaren Anordnung mit strukturierter Oberfläche eine fokussierende Anordnung mit hervorragender Fokusqualität erzeugt werden kann.
Die im einzelnen beschriebenen Eigenschaften dieser Anordnung führen zu einer Selbstfokussierung der in der oben zitierten Erfindungsmeldung erzeugten ebenen Schallwelle. Damit ergibt sich ein selbstfokussierender Druckwellengenerator, der extrem kompakt, einfach aufgebaut und von sehr hoher Lebensdauer ist. Ganz allgemein können mit der vorstehend beschriebenen Oberflächenstrukturierung jedoch auch beliebige anders erzeugte ebene oder auch gekrümmte Schallwellen in Reflexion fokussiert bzw. abgebildet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von Stoßwellen für technische, vorzugsweise medizintechnische, Anwendungen, insbesondere für die Lithotripsie oder die Schmerztherapie, wobei durch Druckpulsationen akustische Wellen vorgebener Wellenlänge hoher Energiedichte erzeugt werden, wozu mit Hilfe eines intensiven elektrischen Impulses elektrische Energie direkt und weitestgehend verlustfrei zur Aufheizung eines leitfähi- gen, flüssigen Elektrolyten umgesetzt wird und somit die Druckpulsationen über eine kurzzeitige Aufheizung des Elektrolyten erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß zur Erzeugung der Druckpulsationen durch direkten Stromfluß im Elektrolyten und dessen kurzzeitige Aufheizung eine homogene Aufheizung in einer großflächigen und dünnen Flüssigkeitsschicht des Elektrolyten erfolgt, wobei Stromdichte und elektrische Feldstärke innerhalb der Flüssigkeitsschicht über den Querschnitt der Anordnung weitestgehend konstant bleiben und die Dicke der Flüssigkeitsschicht kleiner als die zu erzeugende Wellen-länge, die Querabmessung jedoch groß im Vergleich zur zu erzeugenden Wellenlänge ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei der Aufheizung des Elektrolyten skalierbare Volumina bzw. skalierbare Oberflächen simultan und homogen erfaßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Geometrie der Volumina bzw. Oberflächen an den Verwendungszweck angepaßt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stromfluß in der Flüssigkeitsschicht in Richtung der Schallausbreitung erfolgt .
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stromfluß im Elektrolyten senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung erfolgt .
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, g e k e n n z e i c h- n e t durch eine Anordnung von zwei Elektroden (1, 2, 7, 8, 21, 22, 31), die einen leitfähigen, flüssigen Elektrolyten (3) einschließen und von einem Leistungsimpulsgenerator (5) angesteuert werden, wobei Mittel zur Auskopplung der Druckpulsationen als Schallwellen in ein Schallausbreitungsmedium (4) vorhanden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkeitsschicht (3) an ihren großflächigen Oberflächen von Elektroden (1, 2, 21, 22) begrenzt wird, die zur Stromeinkopplung benutzt werden und von denen mindestens eine die Auskopplung der entstehenden Schallwelle ermöglicht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Durchführung des Verfah- rens nach Anspruch 2 und Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (7, 8) die Flüssigkeitsschicht (3) an ihren Schmalseiten begrenzen und zur Stromeinkopplung benutzt werden, wobei die Auskopplung der entstehenden Schallwelle durch eine isolierende Membran (10) ermöglicht wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrodenanordnung eine erste feststehende massive Elektrode (1, 21, 31) und eine zweite dünne, leichte Elektrode (2, 22) im vorgegebenen Ab- stand von der ersten Elektrode (1, 21) enthält, wobei zwischen den Elektroden (1, 2, 21, 22) sich der Elektrolyt (3) vorgegebener Schichtdicke (9) befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrodenanordnung eine erste feststehende massive Elektrode (1) und eine zweite Elektrode (2) im vorgegebenen Abstand von der ersten Elektrode (1) enthält, wobei die zweite Elektrode (2) aus einem Gitter hoher Transmission besteht .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (1, 2, 7, 8, 21, 22, 31) aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Produkt aus Massendichte und Schallgeschwindigkeit der ersten Elektrode (1) deutlich größer ist als die diesbezüglichen Produkte des Elektrolyten (3) und des Schallausbreitungs- mediums (4) .
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Produkt aus Massendichte und Schallgeschwindigkeit des Elektrolyten (3) einerseits und des Schallausbreitungsmediums (4) andererseits in etwa gleich groß sind und in etwa dem von Wasser entsprechen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ebene Elek- troden (1, 2) vorhanden sind, mit denen eine ebene Schall- wellenfront erzeugt wird.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elek- trodenanordnung (1, 2) eine akustische Linse nachgeschaltet ist .
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die schall- harte Elektrode (1) eine Strukturierung (11, 111) der Oberfläche (100) aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strukturierung in konzen- trischen Ringen (11) besteht, deren Oberflächen (111) mit der Elektrodenfläche (100) einen vorgegebenen Winkel einschließen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Ringe (11) im Querschnitt jeweils eine Kegelform haben.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflächen (111) der Ringe (11) Kegelmantelflächen bilden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflächen (111) der Ringe (11) konkav gekrümmte Rotationskörperoberflächen, wie beispielsweise Spheroidflachen, Ellipsoidflachen oder Parabo- loidflächen, bilden.
22. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine, vorzugsweise jedoch zwei konkav ausgebildete Elektroden (21, 22) vorhanden sind, mit denen eine gekrümmte Wellenfront erzeugt wird.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Leistungsimpulsgenerator (5) aus einem LC-Glied und einem elektronischen Schaltelement besteht.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten (3) so eingestellt wird, daß die Leistungsanpassung an den Leistungsimpulsgenerator (5) optimiert ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel zur Entgasung des Elektrolyten (3) vorgesehen sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 25, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel zur Feinfilterung des Elektrolyten (3) vorgesehen sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Elektrolyt (3) eine Flüssigkeit verwendet wird, deren Wert (ΔV/V0) /W möglichst groß ist, wobei Δv/V0 die relative Volumenänderung pro eingetragener Energie W ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 27, d a - d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elektrolyt (3) aus einfachen Alkoholen, z.B. Ethanol oder Methanol, mit ionenleitfähigen Zusätzen besteht.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 27, a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elektrolyt (3) aus höherwertigen Alkoholen, beispielsweise Ethylenglykol oder Glycerin mit ionenleitfähigen Zusätzen, besteht.
30. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrodenform optimiert ist zur Erzeugung eines problemangepaßten, nicht punktförmi- gen Fokus.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, 16 bis 21 oder 23 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine, vorzugsweise zwei, konvex aus- gebildete Elektrode vorhanden ist, wodurch eine gekrümmte und/oder divergierende Schallwellenfront erzeugt wird.
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