Vorrichtung zur Erzeugung von Stosswellenimpulsfolgen

Abstract

 Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellenimpulsfolgen zur berührungsfreien Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen mit einer Stoßwellenquelle z.B. einer Funkenstrecke und einem Reflektor zur Fokussierung, z.B. einem Hohlellipsoid, welcher mit einem Ausbreitungsmedium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (8) gleichmässiger Dicke aus einem Material mit einer Impedanz, die ungleich der des Ausbreitungsmediums (6, 2) ist, im Ausbreitungsmedium (6, 2) so angeordnet ist, dass sie vom gesamten Stoßwellenfeld durchlaufen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stosswellenimpulsfolgen zur berührungsfreien Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen.

[0002] Bekannt ist ein Gerät zur berührungsfreien Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen mittels Stosswellen (DE-OS 23 51 247). Gemäss dieser Literaturstelle werden die Stosswellen von einer Funkenstrecke in einem Brennpunkt eines flüssigkeitsgefüllten Hohlellipsoids erzeugt und von der Ellipsoidfläche auf den zweiten Brennpunkt fokussiert, in dem das zu zerstörende Konkrement, z.B. ein Nierenstein, liegt. Die Stosswellen belasten das Konkrement auf Druck und Zug und bringen Teile des Konkrements zum Abplatzen. Bei dem bekannten Gerät wird die Schussfolgefrequenz durch die Aufladezeit der Kondensatoren begrenzt. Eine gleichzeitige Bearbeitung eines Konkrements durch zwei oder mehr Stosswellenfronten ist mit diesem Gerät nicht möglich.

[0003] Um mehrere Stosswellenfronten annähernd gleichzeitig auf ein Konkrement wirken zu lassen, müssen diese Fronten innerhalb vonO,1 bis 10 Mikrosekunden aufeinanderfolgen. Es wurde bereits versucht, Doppelimpulse durch Verwendung zweier Stossgeneratoren auszulösen, wobei aber nur ein zeitlicher Abstand von 20 Millisekunden erreicht wurde. Zu diesem Zeitpunkt ist die durch die erste Stosswelle initiierte Rissbildung aber bereits abgeschlossen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stosswellenimpulsfolgen zu schaffen, bei der die Stosswellenfronten in so kurzen zeitlichen Abständen auf das Konkrement einwirken, dass das Konkrement noch unter der Wirkung der ersten Wellenfront steht, wenn die nachfolgende Wellenfront in Wechselwirkung mit dem Konkrement tritt, wobei die Flankensteilheit, des Druckanstiegs nicht verringert werden darf.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Vorrichtung, bei der eine Schicht gleichmässiger Dicke aus einem Material mit einer Impedanz ungleich der des Ausbreitungsmediums so im Ausbreitungsmedium angeordnet ist, dass sie von dem gesamten Stosswellenfeld durchlaufen wird.

[0006] Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.

[0007] Die erfindungsgemässe Lösung beruht darauf, dass ein einzelner, von der Funkenstrecke erzeugter Impuls durch Mehrfachreflexionen an der Vorder- und an der Hinterseite einer Schicht mit einer Impedanz ungleich der des Ausbreitungsmediums in eine Folge von dichtgestaffelten Stosswellenfronten der gewünschten Folgefrequenz vervielfacht wird. Durch die Wechselwirkung verschiedener Stosswellenfronten in demselben Konkrement werden Interferenzen, die die Druckamplituden und Zugamplituden lokal steigern und Anregungen spezieller Resonanzfrequenzen mit einer gesteigerten Zerkleinerungswirkung erreicht. Die erfindungsgemässe Lösung hat zudem den Vorteil, dass die in den Körpern des Lebewesens eingeleitete Energie trotz der gestiegenen Zerstörungsleistung nicht anwächst. Dadurch werden Beschädigungen des von der Stosswelle durchlaufenen Gewebes vermieden und die Konkremente werden trotzdem zuverlässig und schneller als bisher in kleine Bruchstücke zerlegt. Durch die höhere Zerkleinerungswirkung sind weniger Applikationen notwendig. Der Patient wird entlastet, die Standzeit der Elektroden wird erhöht.

[0008] Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungen ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Figuren.

[0009] Es zeigen:

_Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.

[0010] _Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur _Erzeu- gung von Stoßwellenimpulsfolgen. In einer Wanne 1 (nur teilweise gezeichnet), die mit einer Flüssigkeit 2 gefüllt ist, liegt ein Körper 3 mit einem Konkrement 4, z.B. einem Nierenstein. An der Wanne 1 ist ein Reflektor 5, der mit einer Koppelflüssigkeit 6 (z.B. Wasser) gefüllt ist, befestigt. Im ersten Brennpunkt des Ellipsoids 5 befindet sich eine Funkenstrecke 7, die durch Entladung eine Stoßwellenfront produzieren kann.

[0011] Der Körper 3 ist so positioniert, daß sich das Konkrement 4 im zweiten Brennpunkt des Ellipsoids befindet. Der Reflektor 5 ist in dieser-Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Schicht 8 abgeschlossen. Die Schicht besitzt die Grenzflächen 9 und 10 und ist in Fig. 1 nicht maßstäblich gezeichnet. Die Dicke realer Schichten liegt im mm-Bereich. Zur Zerkleinerung des Konkrements 4 wird an der Funkenstrecke 7 eine Unterwasserentladung gezündet. Diese erzeugt eine Stoßwellenfront, die sich im Reflektor 5 ausbreitet und von den Reflektorwänden auf das Konkrement 4 geleitet wird. Eingezeichnet ist eine Wellennormale mit der Amplitude P_E. An der Grenzfläche 9 spaltet sich die einfallende Welle P_E auf in eine transmittierte Welle P_T und eine reflektierte Welle P_R, sobald die Schicht 8 eine andere .akustische Impedanz z_{8 =} c₈ -

₈, als die Ko^ppelflüssig- keit 6 (z₆ ⁼ c₆ -

₆) hat (c = Schallgeschwindigkeit,

= Dichte).

[0012] Legt man die aus der Akustik bekannten Beziehungen zugrunde, so erhält man für die Amplitude der reflektierten Welle bei senkrechtem Einfall

und für die transmittierte Welle

[0013] Hat die Schicht 8 eine Dicke d und hat das Medium 2 dahinter z.B. die gleiche Impedanz wie das Medium 6 davor, so erfährt die transmittierte Welle P ebenfalls eine Aufspaltung in eine transmitterte Welle P_TT und eine reflektierte Welle P_TR, wenn die Wellenfronten die hintere Grenzfläche 10 der Schicht 8 erreichen. Die Amplituden sind wiederum analog zu den oben genannten Formeln zu berechnen. während die Welle P_TT in der ursprünglichen Richtung weiterverläuft, läuft die Welle P_TR in der Schicht 8 zurück und erleidet an der vorderen Grenzfläche 9 eine erneute Reflexion (mit der entsprechenden Amplitudenschwächung). Ein entsprechender Bruchteil dieser Welle tritt aus der hinteren Grenzfläche 10 aus und folgt der zuerst transmittierten Welle P_TT im zeitlichen Abstand Δt. Δt ist die Zeit, die zum zweimaligen Durchlaufen der Schichtdicke d notwendig ist:

[0014] Diese und weitere Wellen folgen aufgrund mehrfacher Reflexionen im Abstand n - At (n = 1, 2, ...), wobei die Amplituden der Einzelwellen in Form einer geometrischen Reihe abnehmen. Durch Auswahl geeigneter Materialien lassen sich die Parameter

, c und d weitgehend frei bestimmen und so die gewünschten Pulsfolgefrequenzen (bei fester Materialwahl abhängig von der Dicke der Schicht 8) und Amplitudenverhältnisse (abhängig von der Größe des Impedanzsprunges z₈ - z₆ und der Schichtdicke d) in weiten Grenzen festlegen.

[0015] Versuche haben ergeben, daß z.B. bei Titanplatten einer Dicke von 0,5 bis 3 mm die Flankensteilheit der durch Vielfachreflexionen erzeugten Einzelpulse unverändert hoch ist.

[0016] Eine Schicht mit geeigneter Dicke kann z.B. aus Aluminium, V2A-Stahl, Titan, Blei o.ä. Materialien oder Legierungen daraus und auch aus geeigneten Nichtmetallen, Keramiken oder Kunststoffen hergestellt werden. Unter Umständen eignen sich auch Flüssigkeiten, sofern sie z.B. durch Kissen in der entsprechenden Form gehalten werden können.

[0017] Neben der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, bei der das gesamte Stoßwellenfeld zum Durchlaufen der Schicht gezwungen ist, sind auch andere Anordnungen zur Aufspaltung der Stoßwellenfront möglich.

[0018] _Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit einem Reflektor 5a, bei der die Schicht 8a wie eine Zonenplatte ausgebildet ist. Sie wird nur von Bruchteilen des Stoßwellenfeldes durchlaufen. Die Stoßwellenanteile, die die Schicht 8a nicht durchlaufen, gelangen ungeschwächt und zu einem mit t bezeichneten Zeitpunkt zum Konkrement; die restlichen Stoßwellenanteile erfahren eine Vielfachreflexion und der erste Impuls der Impulsfolge erreicht das Konkrement zum Zeitpunkt t - t =

-

. Durch die geeignete Kombination von Material, Schichtdicke und Zonenfolge der Zonenplatte, kann somit erreicht werden, daß z.B. der zweite (dritte usw.) Impuls der Stoßwellenfolge die größte Amplitude hat. Für c₈ > ^c6 ^- Metalle ^z.B. - kann die primäre Welle zeitlich verzögert gegenüber der Welle, die durch die Platte läuft, kommen.

[0019] Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die erfindungsgemäße Schicht 8b in Form einer Kugelschale konzentrisch zum Stoßwellenfokus 11 angeordnet ist. Alle Teile des Stoßwellenfeldes laufen senkrecht zur Schichtoberfläche. Die Reflexionsbedingungen und der zeitliche Versatz Δ t der Wellenfronten ist so für alle Teile des Wellenfeldes konstant.

[0020] Außerdem bleibt dadurch die Fokussierung unbeeinträchtigt.

[0021] Weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen verschiedene hier gezeigte Merkmale kombiniert werden, sind möglich. Ebenso ist es möglich, Schichten zu verwenden, die keine gleichmäßige Dicke besitzen, sondern z.B. wie Linsen geformt sind.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellenimpulsfolgen zur berührungsfreien Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen mit einer Stoßwellenquelle z.B. einer Funkenstrecke und einem Reflektor zur Fokussierung, z.B. einem Hohlellipsoid, welcher mit einem Ausbreitungsmedium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht (8) gleichmässiger Dicke aus einem Material mit einer Impedanz, die ungleich der des Ausbreitungsmediums (6, 2) ist, im Ausbreitungsmedium (6, 2) so angeordnet ist, dass sie vom gesamten Stoßwellenfeld durchlaufen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8a) nur von Teilen des Stoßwellenfeldes durchlaufen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8b) in Form einer Kugelschale konzentrisch zu den Stosswellenfronten angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eben ist und in der Mittelebene zwischen den beiden Brennpunkten des Hohlellipsoids angebracht ist oder den Reflektor abschliesst.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8a) ähnlich einer Zonenplatte ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Material Metalle oder Legierungen verwendet werden.

7, Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Material Kunststoffe oder keramische Werkstoffe verwendet werden.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht von einer Flüssigkeit gebildet wird.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht in ihrer Dicke variiert, z.B. Linsenform besitzt.

Zeichnung