(19)
(11) EP 0 258 561 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
09.03.1988  Patentblatt  1988/10

(21) Anmeldenummer: 87109244.1

(22) Anmeldetag:  26.06.1987
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)4G10K 9/12, G10K 11/30
(84) Benannte Vertragsstaaten:
DE FR GB NL

(30) Priorität: 08.07.1986 DE 3622828

(71) Anmelder: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
80333 München (DE)

(72) Erfinder:
  • Reichenberger, Helmut, Dr. Dipl.-Phys.
    D-8501 Eckental (DE)
  • Naser, Georg, Dipl.-Ing. (FH)
    D-8502 Zirndorf (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Stosswellenquelle, insbesondere für die Lithotripsie


    (57) Die Stoßwellenquelle umfaßt nach einer ersten Ausfüh­rungsform einen Stoßwellengenerator (1) mit nachfolgen­der akustischer Linse (3) oder nach einer zweiten Aus­führungsform einen Flachspulenträger (20) mit vorgeform­ter Flachspule (22). In der ersten Ausführungsform dient die Linse (3) als fokussierendes Element. Sie ist konkav-­zylindrisch geformt, so daß kein Brennpunkt entsteht, sondern ein Linienfokus (L). In der zweiten Ausführungs­form ist die Flachspule (22) konkav-zylindrisch geformt, so daß der erzeugte Stoßwellenimpuls in einem Linienfo­kus (L) zusammengeführt wird. Die Stoßwellenquelle ist bevorzugt jeweils um ihre Zentrumsachse (Z) drehbar. Vor­teil der Stoßwellenquelle ist der Linienfokus (L) quer zur Ausbreitungsrichtung, mit welchem länglich ausgedehn­te Konkremente effektiv zerstört werden können. Dabei ist die Lebensdauer des Stoßwellengenerators (1) trotz verbreiterter Fokuszone nicht nachteilig beeinflußt, und die dem Patienten zugeführte Ultraschalleistung ist un­kritisch.




    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Stoßwellenquelle mit ei­nem Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung des aus­gesandten Stoßwellenimpulses.

    [0002] Eine Stoßwellenquelle ist auf medizinischem Gebiet bei­spielsweise Bestandteil eines Lithotripters zur Zer­trümmerung von Nierensteinen. Zu diesem Zweck wird von außen über ein Koppelmedium ein Stoßwellenimpuls in den Patienten eingeleitet. Dieser Stoßwellenimpuls wird in der Regel auf den Bereich des Konkrementes fokussiert.

    [0003] Bei länglichen oder nebeneinanderligenden Konkrementen kann es nützlich sein, eine Stoßwellenquelle mit einem Linienfokus zur Verfügung zu haben. Eine solche Stoß­wellenquelle ist beispielsweise aus der DE-PS 34 17 985, Spalte 4, Zeilen 36 bis 50, bekannt. Dort wird als vor­teilhaft die Verwendung eines axialen Linienfokus an­stelle eines punktförmigen Brennpunktes beschrieben. Weiterhin wird dort ausgesagt, daß eine Fokusverbreite­rung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Stoßwelle bei gleicher Druckamplitude im Fokus eine Erhöhung der Stoßwellenenergie proportional zur Frontfläche erfordern würde, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Belastung der die Stoßwelle erzeugenden Elektroden und des Patien­ten führt. Bei der dort eingesetzten Stoßwellenquelle unter Zuhilfenahme von Zündelelektroden entstehen also Nebeneffekte, deretwegen die Ausbildung eines Linienfo­kus quer zur Ausbreitungsrichtung des Stoßwellenimpulses bisher als nachteilig bewertet wurde.

    [0004] Sogenannte Stoßwellenrohre mit Membran und Flachspu­le sind z. B. aus der DE-OS 33 28 051 (= VPA 83 P 3248) bekannt. Eine in der Lithotripsie eingesetzte Flachspu­le mit konkav-sphärischer Oberfläche ist aus dem DE-GM 84 13 031.8 bekannt.

    [0005] Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daß ein Li­nienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung dennoch vorteil­haft ist, wenn bei der Stoßwellenquelle auf Zündelektro­den und damit auf kostspieligen Ersatzbedart verzichtet wird, sowie davon, daß bei einer Lage von Konkrementen quer zur Ausbreitungsrichtung der Stoßwelle eine simul­tane Beschallung zu verkürzter Behandlungsdauer, geringer Patientenbelastung und erhöhter Wirtschaftlichkeit führt.

    [0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stoßwellen­quelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung entsteht unter Verwendung einer relativ langlebigen Stoßwellen­quelle ohne Zündelektroden.

    [0007] In einer ersten Ausführungsform wird diese Aufgabe er­findungsgemäß gelöst durch eine an sich bekannte Membran und eine an sich bekannte Flachspule zur elektromagne­tischen Erzeugung des Stoßwellenimpulses sowie durch eine konkav-zylindrische Formgebung der Flachspule.

    [0008] In einer zweiten Ausführungsform wird diese Aufgabe er­findungsgemäß gelöst durch eine an sich bekannte Membran und eine an sich bekannte Flachspule zur elektromagneti­schen Erzeugung des Stoßwellenimpulses sowie durch eine dieser Membran nachgeordneten konkav-zylindrisch geform­te akustische Linse.

    [0009] In einer dritten Ausführungsform wird diese Aufgabe er­findungsgemäß gelöst durch zwei nebeneinander angeordne­ te Stoßwellengeneratoren mit Punktfokus, deren Haupt­strahlrichtungen im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.

    [0010] Zu den bekannten Vorteilen des Linienfokus, wie z. B. größerer Wirkungsbereich, kommen bei einer solchermaßen ausgestatteten Stoßwellenquelle die Vorteile hinzu, die sich durch Weglassen der Zündelektroden ergeben. Dies ist insbesondere für die Lithotripsie, z. B. von Nie­rensteinen, von Bedeutung. Die Flachspule kann mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt werden, welcher nur gering­fügig größer ist als im Falles eines Punktfokus. So z. B. haben Versuche gezeigt, daß eine Spannungserhöhung von 15 kV im Falle des Punktfokus auf 19 kV für einen Linien­fokus bei Verwendung einer konkav-zylindrischen Linse ausreichend ist, um die -6 dB-Fokuszone des Punktfokus von 8 mm auf ca. 40 mm beim Linienfokus zu vergrößern. Durch diese verhältnismäßig kleine Spannungserhöhung treten keine Nachteile bezüglich der Lebensdauer der Flachspule auf, und die Belastung des Patienten mit Stoßwellenenergie bleibt weiterhin unkritisch. Die Ef­fektivität des Lithotripters wird aber wesentlich ge­steigert, so daß eine geringere Behandlungsdauer erfor­derlich ist.

    [0011] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung er­geben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie­len anhand der Figuren. Es zeigen:

    Fig. 1 eine Stoßwellenquelle für die Nierenstein-Litho­tripsie mit beidseitig konkav-zylindrisch geform­ter Linse im Querschnitt,

    Fig. 2 eine Stoßwellenquelle mit konkav-zylindrisch ge­formter Flachspule im Querschnitt,

    Fig. 3 eine rechteckförmige Flachspule in der Aufsicht,

    Fig. 4 eine elliptisch gestaltete Flachspule in der Auf­sicht,

    Fig. 5 eine Flachspule mit zwei nebeneinander angeordne­ten quadratischen Spiralen in der Aufsicht und

    Fig. 6 eine Explosionszeichnung einer rechteckförmigen Stoßwellenquelle mit konkav-zylindrischer Linse.



    [0012] In Fig. 1 ist ein Stoßwellengenerator 1 gezeigt, dem ei­ne Linse 3 nachgeordnet ist. Der Stoßwellengenerator 1 ist an sich im Stand der Technik bekannt. Er besteht z. B. aus einer kreisförmigen Spule, welcher durch eine Isolierfolie getrennt eine runde Kupfermembran vorgela­gert ist. Wird an die Flachspule ein Hochspannungsimpuls gelegt, so wird die Kupfermembran aufgrund elektromagne­tischer Kräfte schlagartig fortbewegt. Es entsteht ein Stoßwellenimpuls, welcher über ein Koppelmedium zu der Linse 3 übertragen wird. Ein solcher Stoßwellengenera­tor 1 hat im allgemeinen einen punktförmigen Fokus.

    [0013] Die Linse 3 ist vorliegend eine beidseitig konkav-zylind­risch geschliffene Linse, die sich um einiges senkrecht zur Papierebene erstreckt. Es ist auch möglich, die Lin­se 3 lediglich an ihrer Eintrittsseite 3a oder an ihrer Austrittsseite 3b konkav-zylindrisch auszubilden. Zwi­schen der Linse 3 und dem Körper eines zu behandelnden Patienten P befindet sich eine mit Wasser gefüllte Vor­laufstrecke 5, welche von einer Abschlußmembran 7 be­grenzt ist. Die Abschlußmembran 7 liegt dabei luftblasen­frei an dem Patienten 5 an. Wichtig ist, daß durch die Linse 3 kein punktförmiger Brennpunkt entsteht, sondern ein Linienfokus L, welcher senkrecht zur zentralen Aus­breitungsrichtung Z verläuft.

    [0014] Der Stoßwellengenerator 1 und die Linse 3 bilden zusam­men eine Stoßwellenquelle, welche die Zentrumsachse Z aufweist. Um eine Lageänderung des Linienfokus L zu er­reichen ist die Linse 3 um die Zentrumsachse Z drehbar. Dieses kann beispielsweise durch einen Halbrunden Zahn­ kranz 9 im Zusammenspiel mit einem Ritzel 11 erreicht werden. Der Zahnkranz 9 ist dabei an der Linse 3 und das Ritzel 11 an einer Gehäusewand der Stoßwellenquelle 1, 3 befestigt. Durch Drehen des Ritzels 11 entlang dem ge­krümmten Doppelpfeil 13, z. B. von Hand, wird die Linse 3 und damit auch der Linienfokus L um die Zentrumsachse Z gedreht. Weiterhin ist ein Schlitten 15 vorgesehen, welcher in einer Nut des Stoßwellengeneratorgehäuses ver­läuft und in Richtung des Doppelpfeils 17 verschiebbar ist, z. B. ebenfalls von Hand. Durch Verschieben des Schlittens 15 wird die Linse 3 weiter weg vom oder näher zum Stoßwellengenerator 1 positioniert. Dadurch läßt sich der Linienfokus L entlang der Zentrumsachse Z ver­schieben. Die Drehung des Linienfokus L eröffnet die Möglichkeit, den Stoßwellenimpuls jeweils auf das Be­handlungsgebiet nachzuführen, wenn dieses seine Lage ver­ändert; sie gestattet es, besonders empfindliche Zonen zu meiden. Dabei ist es zweckmäßig, eine Orientierung des Linienfokus L im Bildsystem der zugehörigen Ortungs­einrichtung (nicht gezeigt) einzublenden.

    [0015] In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Stoßwel­lenquelle dargestellt. Auf einem Flachspulenträger 20 ist eine Flachspule 22 aufgebracht, deren Oberfläche konkav-zylindrisch ausgebildet ist. Die Flachspule 22 ist dabei vorzugsweise nach einer der in den Fig. 3 bis 5 bezeigten Formen ausgeführt. Vor der Flachspule 22 ist von einer Isolierfolie getrennt eine Membran 24 angeord­net. Die Membran 24 ist durch einen Spannflansch 26 an den Flachspulenträger 20 randseitig angedrückt. In die­sem Fall liegt eine Stoßwellenquelle vor, in welche die Fokussierungseinrichtung integriert ist. Beim Wegschla­gen der Membran 24 aufgrund der bereits erwähnten elek­tromagnetischen Kraftwirkung bei Anlegen eines Spannungs­impulses wird direkt ein Stoßwellenimpuls erzeugt, wel­cher sich in einem Linienfokus L sammelt, also senkrecht zur Papierebene. Auch hier ist es zweckmäßig, die Stoß­wellenquelle um ihre Zentrumsachse Z drehbar auszubil­den, um sich der Behandlungssituation anzupassen und um besonders emplfindliche Zonen im Patienten zu meiden.

    [0016] In den Figuren 3 bis 5 sind geeignete Formen für eine Flachspule 23A, 23B, 23C angegeben, wie sie entweder als ebene Spule zur Erzeugung eines Stoßwellenimpulses mit rechteckförmigem Querschnitt in Verbindung mit einer kon­kav-zylindrischen Linse gemäß Fig. 1 oder aber direkt als rechteckförmige Flachspule, welche gemäß Fig. 2 konkav-zylindrisch gekrümmt ist, zu verwenden ist. Fig. 3 zeigt dabei eine einzige Spirale, die einen rechteck­förmigen Spiralgang aufweist. Fig. 4 zeigt eine ellipti­sche Spiralform. Fig. 5 zeigt zwei quadratische Spiral­len, die nebeneinander angeordnet sind und dabei eine rechteckförmige Spule ergeben, denn die beiden quadra­tischen Spiralen sind vorzugsweise elektrisch parallel geschaltet.

    [0017] Fig. 6 zeigt zur weiteren Veranschaulichung eine Explo­sionsdarstellung einer Stoßwellenquelle mit ihren wesent­lichen Elementen. Einem Spulenträger 30 mit aufgeklebter rechteckiger Flachspule 33, die hier wieder zweiteilig ausgeführt ist, ist - durch eine Isolierfolie (nicht ge­zeigt) getrennt - eine Membran 34 vorgelagert. Die Mem­bran 34 wird von einem Spannflansch 36 in zusammengesetz­tem Zustand gegen den Spulenträger 30 gedrückt. Hinter dem Spannflansch 36 ist eine langgestreckte Linse 38 mit konkav-zylindrischer Form angeordnet. Zwischen der Linse 38 und dem Patienten (nicht gezeigt) befindet sich eine elastische Abschlußmembran 40. Die Stoßwellenquelle weist auch hier eine Zentrumsachse Z auf, um welche sie entlang eines gekrümmten Doppelpfeiles 13 drehbar ist. Durch Dre­hen kann der Linienfokus, der quer zur Ausbreitungsrich­tung Z gebildet wird, der Geometrie des zu zerstörenden Konkrements im Patienten angepaßt werden.

    [0018] Die gezeigten Stoßwellenquellen lassen sich nicht nur auf dem Gebiet der Lithotripsie einsetzen, sondern sind in der Medizin auch überall dort verwendbar, wo es auf eine verbreiterte Stoßwellen-Einstrahlung ankommt.


    Ansprüche

    1. Stoßwellenquelle mit einem Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung des ausgesandten Stoßwellenimpul­ses, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Membran (24) und eine an sich bekannte Flachspule (22) zur elektromagnetischen Erzeugung des Stoßwellenimpulses sowie durch eine konkav-zylindrische Formgebung der Flachspule (22) (Fig. 2).
     
    2. Stoßwellenquelle mit einem Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung des ausgesandten Stoßwellenimpul­ses, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Membran und eine an sich bekannte Flachspule zur elektromagnetischen Erzeugung des Stoßwellenimpulses sowie durch eine dieser Membran nachgeordneten konkav-­zylindrisch geformte akustische Linse (3) (Fig. 1).
     
    3. Stoßwellenquelle nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Flachspule (23B) eine elliptische Form aufweist (Fig. 4).
     
    4. Stoßwellenquelle nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Flachspule (23A, 23C, 33) eine rechteckförmige Gestalt aufweist (Fig. 3).
     
    5. Stoßwellenquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule (23C, 33) aus zwei elektrisch parallel geschalteten, nebenein­ander angeordneten Spiralen besteht (Fig. 5, 6).
     
    6. Stoßwellenquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (38) an ihrer Eintritts- und an ihrer Austritts­seite (3a, 3b) konkav-zylindrisch geformt ist.
     
    7. Stoßwellenquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule (23, 33) eben ausgebildet ist.
     
    8. Stoßwellenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie um ihre Zentrumsachse (Z) drehbar ist (Fig. 1, 6).
     
    9. Stoßwellenquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (3) um ihre Zentrumsachse (Z) drehbar ist (Fig. 1).
     
    10. Stoßwellenquelle mit einem Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung des ausgesandten Stoßwellenimpul­ses, gekennzeichnet durch zwei neben­einander angeordnete Stoßwellengeneratoren (1) mit Punkt­fokus, deren Hauptstrahlrichtungen im wesentlichen pa­rallel zueinander ausgerichtet sind.
     
    11. Stoßwellenquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stoßwellenge­nerator (1) eine Membran und eine Flachspule umfaßt.
     




    Zeichnung













    Recherchenbericht