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DE102024120075A1 - Device for the application of shock waves - Google Patents

Device for the application of shock waves

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Publication number
DE102024120075A1
DE102024120075A1 DE102024120075.8A DE102024120075A DE102024120075A1 DE 102024120075 A1 DE102024120075 A1 DE 102024120075A1 DE 102024120075 A DE102024120075 A DE 102024120075A DE 102024120075 A1 DE102024120075 A1 DE 102024120075A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
acoustic lens
transverse axis
wave source
shock wave
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024120075.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Nina Mareen Reinhardt
Matias De la Fuente Klein
Klaus Radermacher
Svenja Kobel
Siegfried Ginter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Richard Wolf GmbH
Original Assignee
Richard Wolf GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richard Wolf GmbH filed Critical Richard Wolf GmbH
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Priority to PCT/EP2025/065458 priority patent/WO2026017314A1/en
Publication of DE102024120075A1 publication Critical patent/DE102024120075A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Dargestellt und beansprucht ist eine Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen auf einen tierischen oder menschlichen Körper mit einer in einem Gehäuse angeordneten Stoßwellenquelle. Die Stoßwellenquelle ist auf einen Punkt fokussiert. Die Vorrichtung umfasst eine akustische Linse, die derart konfiguriert ist, dass eine Breite eines Fokus der von der Stoßwellenquelle erzeugten Stoßwellen in der Fokalebene entlang einer ersten Querachse, die in der Fokalebene verläuft, mindestens doppelt so breit ist wie entlang einer zweiten Querachse, die in der Fokalebene senkrecht zur ersten Querachse verläuft. Weiterhin wird ein Gelkissen mit einer darin enthaltenen akustischen Linse zur lösbaren Anordnung an einer Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen dargestellt und beansprucht.A device for applying shock waves to an animal or human body is shown and claimed, comprising a shock wave source arranged in a housing. The shock wave source is focused on a point. The device includes an acoustic lens configured such that the width of a focus of the shock waves generated by the shock wave source in the focal plane along a first transverse axis extending in the focal plane is at least twice as wide as along a second transverse axis extending in the focal plane perpendicular to the first transverse axis. Furthermore, a gel pad with an acoustic lens contained therein for detachable arrangement on a device for generating shock waves is shown and claimed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen. Die Vorrichtung umfasst eine in einem Gehäuse angeordnete Stoßwellenquelle zur Erzeugung von Stoßwellen mit einem punktförmigen Fokus. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gelkissen zur lösbaren Anordnung an einer Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen.The present invention relates to a device for applying shock waves. The device comprises a shock wave source arranged in a housing for generating shock waves with a point-like focus. The invention further relates to a gel pad for detachable attachment to a device for applying shock waves.

Vorrichtungen zur Erzeugung und Applikation von fokussierten medizinischen Stoßwellen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Vorrichtungen werden beispielsweise bei einer medizinischen Verwendung extrakorporal erzeugt und auf einen tierischen oder menschlichen Körper appliziert. Hierzu umfassen die Vorrichtungen eine in einem Gehäuse angeordnete Stoßwellenquelle, die Schall- oder Stoßwellen erzeugt. Die Stoßwellen können auch als Druckwellen oder akustische Wellen bezeichnet werden.Devices for generating and applying focused medical shock waves are known from the prior art. These devices are used, for example, in medical applications where they are generated extracorporeally and applied to an animal or human body. For this purpose, the devices comprise a shock wave source arranged in a housing, which generates sound or shock waves. The shock waves can also be referred to as pressure waves or acoustic waves.

Der Begriff Stoßwellen ist vorliegend nicht auf Stoßwellen im strengen physikalischen Sinn beschränkt. Vielmehr werden gemäß der in der Stoßwellentherapie gängigen Definition vorliegend Drucksignale mit wenigen Schwingungsamplituden als Stoßwellen bezeichnet, die eine oder mehrere nichtlinear aufgesteilte Druckflanken mit einem Druckanstieg von mehreren 10 MPa in einer sehr kurzen Anstiegszeiten von wenigen Nanosekunden aufweisen. Selbst diese Stoßwellen im engeren Sinn müssen dabei nicht bereits auf der Oberfläche der Stoßwellenquelle vorliegen. Vielmehr genügt es für eine Stoßwellenquelle zur medizinischen Anwendung, wenn die Druckpulse im Fokus der Stoßwellenquelle durch Überlagerung und nichtlineare Ausbreitung der Schallwellen ausreichend steil sind, um für die medizinische Stoßwellentherapie geeignet zu sein.The term "shock waves" is not limited here to shock waves in the strict physical sense. Rather, according to the definition commonly used in shock wave therapy, pressure signals with low amplitudes are referred to as shock waves. These signals exhibit one or more non-linearly steepened pressure slopes with a pressure rise of several tens of megapixels (MPa) over a very short rise time of a few nanoseconds. Even these shock waves in the narrower sense do not necessarily have to be present on the surface of the shock wave source. For a shock wave source to be suitable for medical application, it is sufficient if the pressure pulses at the focus of the shock wave source are sufficiently steep due to superposition and non-linear propagation of the sound waves.

Zur Erzeugung der Stoßwellen können beispielsweise piezoelektrische Elemente verwendet werden, die in unterschiedlichen geometrischen Strukturen angeordnet werden, um die Stoßwellen auf unterschiedliche Bereiche zu fokussieren. Bekannt ist es beispielsweise, die piezoelektrischen Elemente auf einer Kugelkalotte, d.h., einer Oberfläche eines Kugelsegments anzuordnen, sodass die von den piezoelektrischen Elementen erzeugten Stoßwellen annähernd auf einen Punkt fokussiert werden. Die Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle bildet somit ein Kugelsegment. Alternativ zu derartigen piezoelektrischen Stoßwellenquellen mit einem punktförmigen Fokus sind auch elektrohydraulische oder elektromagnetische Stoßwellenquellen bekannt, die ebenfalls einen punktförmigen Fokus aufweisen können.To generate shock waves, piezoelectric elements can be used, for example, arranged in different geometric structures to focus the shock waves onto different areas. One known method is to arrange the piezoelectric elements on a spherical cap, i.e., the surface of a spherical segment, so that the shock waves generated by the piezoelectric elements are focused approximately to a single point. The radiating surface of the shock wave source thus forms a spherical segment. As an alternative to such piezoelectric shock wave sources with a point-like focus, electrohydraulic or electromagnetic shock wave sources are also known, which can likewise exhibit a point-like focus.

Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind Stoßwellenquellen mit einem punktförmigen Fokus, die eine planare Abstrahlfläche aufweisen, also bei denen die die Stoßwellen erzeugenden piezoelektrischen Elemente auf einer Ebene angeordnet sind. Diese Stoßwellenquellen verfügen über zusätzliche Elemente, mit denen die von der Abstrahloberfläche abgestrahlten Stoßwellen umgeformt werden, so dass die Stoßwellenquelle insgesamt Stoßwellen konvergent auf einen Punkt bzw. eine Kreisfläche fokussiert abgibt.Shock wave sources with a point-like focus and a planar radiating surface are also known from the prior art, meaning that the piezoelectric elements generating the shock waves are arranged on a single plane. These shock wave sources have additional elements that reshape the shock waves emitted from the radiating surface, so that the shock wave source as a whole emits shock waves convergently focused onto a point or a circular area.

Der Fokus bzw. Fokalbereich einer Stoßwellenquelle, in dem der Schalldruck sein Maximum erreicht, ist von auf einen Punkt fokussierten Stoßwellen in realen Anwendungen entlang einer Längsachse der Stoßwellenquelle ausgedehnt. Die Längsachse seht mittig und senkrecht auf der Abstrahlfläche und kann daher auch als zentrale Achse bezeichnet werden. In senkrecht zu der zentralen Achse verlaufenden Ebenen fällt der Schalldruck schnell ab. Daher ist der Fokalbereich insbesondere in den senkrecht zur zentralen Achse verlaufenden Raumrichtungen räumlich begrenzt. Dies führt dazu, dass die Druckverteilung im Querschnitt, also senkrecht zur Längsachse, im Wesentlichen kreis- oder punktförmig ist.The focus or focal region of a shock wave source, where the sound pressure reaches its maximum, is, in real-world applications, extended along a longitudinal axis of the shock wave source when the shock waves are focused at a single point. This longitudinal axis is located centrally and perpendicular to the radiating surface and can therefore also be referred to as the central axis. In planes perpendicular to the central axis, the sound pressure drops rapidly. Therefore, the focal region is spatially limited, particularly in directions perpendicular to the central axis. This results in the pressure distribution in the cross-section, i.e., perpendicular to the longitudinal axis, being essentially circular or point-like.

Für verschiedene medizinische und technische Anwendungen kann es vorteilhaft sein, statt eines Punktfokus einen sogenannten Linienfokus zu verwenden. Ein Linienfokus zeichnet sich dadurch aus, dass die von den Stoßwellen erzeugte Druckverteilung in einer Fokalebene des Stoßwellenerzeugers nicht kreisförmig ist, sondern entlang einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden ersten Querachse deutlicher breiter ist als entlang einer senkrecht zur ersten Querachse verlaufenden zweiten Querachse. Zur Erzeugung eines Linienfokus sind verschiedene, speziell angepasste Stoßwellenquellen bekannt. Beispielsweise können die piezoelektrischen Elemente einer piezoelektrischen Stoßwellenquelle so angeordnet werden, dass der Fokalbereich in einer Fokalebene entlang der ersten Querachse ausgedehnt ist, während die Abmessungen des Fokalbereichs entlang der zweiten Querachse in etwa den Abmessungen des Fokalbereichs einer punkt- oder kreisförmig fokussierten Stoßwellenquelle entsprechen.For various medical and technical applications, it can be advantageous to use a so-called line focus instead of a point focus. A line focus is characterized by the fact that the pressure distribution generated by the shock waves in a focal plane of the shock wave generator is not circular, but rather significantly wider along a first transverse axis perpendicular to the longitudinal axis than along a second transverse axis perpendicular to the first. Various specially adapted shock wave sources are known for generating a line focus. For example, the piezoelectric elements of a piezoelectric shock wave source can be arranged such that the focal area in a focal plane is extended along the first transverse axis, while the dimensions of the focal area along the second transverse axis correspond approximately to the dimensions of the focal area of a point- or circularly focused shock wave source.

Vor diesem Hintergrund stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, eine alternative Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Stoßwellen appliziert werden können, die nicht auf einem Punkt fokussiert werden, sondern vielmehr einen Linienfokus bilden.Against this background, the task for the person skilled in the art is to provide an alternative device by means of which shock waves can be applied that are not focused on a point, but rather form a line focus.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Gelkissen gemäß Anspruch 16. Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by a device according to claim 1 and a gel cushion according to claim 16. Preferred embodiments The device is the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen vorgesehen, die über eine in einem Gehäuse angeordnete Stoßwellenquelle zur Erzeugung von Stoßwellen verfügt. Die von der Stoßwellenquelle konvergent abgegebenen Stoßwellen werden in einer Fokalebene im Wesentlichen auf eine kreisförmige Fläche fokussiert werden. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine akustische Linse, die zwischen der Stoßwellenquelle und der Fokalebene angeordnet ist und die so konfiguriert ist, dass nach einem Durchlaufen der akustischen Linse ein Fokus der von der Stoßwellenquelle erzeugten Stoßwellen entlang einer ersten Querachse eine erste Breite aufweist und entlang einer zweiten Querachse eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Breite, wobei die zweite Querachse senkrecht zur ersten Querachse verläuft und wobei die erste Querachse und die zweite Querachse in der Fokalebene verlaufen.According to a first aspect of the invention, a device for applying shock waves is provided, comprising a shock wave source arranged in a housing for generating shock waves. The shock waves emitted convergently from the shock wave source are focused in a focal plane essentially onto a circular area. The device further comprises an acoustic lens arranged between the shock wave source and the focal plane, configured such that, after passing through the acoustic lens, the focus of the shock waves generated by the shock wave source has a first width along a first transverse axis and a second width along a second transverse axis, the first width being at least twice the second width, the second transverse axis being perpendicular to the first transverse axis, and the first and second transverse axes lying in the focal plane.

Mit anderen Worten ist eine Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen vorgesehen, die vorzugsweise zum therapeutischen Zweck bei Menschen oder Tieren verwendet wird. Denkbar ist aber auch, eine derartige Vorrichtung für technische Zwecke zu verwenden.In other words, a device for applying shock waves is provided, preferably for therapeutic purposes in humans or animals. However, it is also conceivable to use such a device for technical purposes.

Diese Vorrichtung umfasst eine Stoßwellenquelle, die auch als Stoßwellenerzeuger oder Wandler bezeichnet werden kann. Die Stoßwellenquelle erzeugt im Ultraschallbereich Schallwellen mit einem hohen Schalldruck bzw. einer hohen Schallintensität. In einer beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform ist die Stoßwellenquelle eine piezoelektrische Stoßwellenquelle, die aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen aufgebaut ist. Alternativ kann die Stoßwellenquelle auch eine elektrohydraulische oder elektromagnetische Stoßwellenquellen sein.This device comprises a shock wave source, which can also be referred to as a shock wave generator or transducer. The shock wave source generates sound waves in the ultrasonic range with high sound pressure or high sound intensity. In an exemplary, preferred embodiment, the shock wave source is a piezoelectric shock wave source composed of a plurality of piezoelectric elements. Alternatively, the shock wave source can also be an electrohydraulic or electromagnetic shock wave source.

Unabhängig von der konkreten Ausführungsform der Stoßwellenquelle, die als beispielhafte Ausführungsformen teilweise näher beschrieben werden, strahlt die Stoßwellenquelle Stoßwellen konvergent und auf eine annähernd kreisförmige Fläche fokussiert ab, bevor die Stoßwellen auf eine akustische Linse treffen. Die Stoßwellenquelle hat folglich eine Apertur, die einen größeren Durchmesser aufweist als die kreisförmige Fokusfläche. Wie einleitend bereits ausgeführt, kann eine solcher Fokus auch als Punktfokus bezeichnet werden. Der Punktfokus weist ein entlang einer Längsachse der Stoßwellenquelle langgestrecktes Fokalvolumen maximalen Schalldrucks auf, dessen Querschnitt senkrecht zur zentralen Achse kreisförmig ist. Zudem ist der Durchmesser des Querschnitts um ein Vielfaches kleiner ist als die Abmessungen des Fokalvolumens in Richtung der zentralen Achse.Regardless of the specific embodiment of the shock wave source, some of which are described in more detail below as exemplary embodiments, the shock wave source emits shock waves convergently and focused onto an approximately circular area before the shock waves encounter an acoustic lens. The shock wave source therefore has an aperture with a larger diameter than the circular focal area. As already mentioned in the introduction, such a focus can also be called a point focus. The point focus has a focal volume of maximum sound pressure elongated along a longitudinal axis of the shock wave source, the cross-section of which is circular perpendicular to the central axis. Furthermore, the diameter of the cross-section is many times smaller than the dimensions of the focal volume in the direction of the central axis.

Bei einer piezoelektrischen Stoßwellenquelle lässt sich diese beispielsweise erreichen, indem die piezoelektrischen Elemente in Form einer Kugelkalotte angeordnet werden, d.h., ihre Anordnung folgt im Wesentlichen einer Kugeloberfläche. So könnten die piezoelektrischen Elemente beispielsweise auf dem Inneren eines Kugelabschnitts angeordnet sein. In Verbindung mit einer gleichzeitigen Aktivierung führt diese Anordnung dazu, dass die erzeugten Stoßwellen eine Kugelwelle bilden und in erster Näherung auf einen Punkt fokussiert werden. Die Stoßwellenquelle weist somit in dieser bevorzugten Ausführungsform eine sphärische Abstrahloberfläche auf.In a piezoelectric shock wave source, this can be achieved, for example, by arranging the piezoelectric elements in the shape of a spherical cap, i.e., their arrangement essentially follows a spherical surface. Thus, the piezoelectric elements could, for instance, be arranged on the interior of a spherical segment. In conjunction with simultaneous activation, this arrangement results in the generated shock waves forming a spherical wave and, to a first approximation, being focused to a point. In this preferred embodiment, the shock wave source therefore has a spherical radiating surface.

In alternativ bevorzugten Ausführungsformen kann die Stoßwellenquelle auch abweichend geformte Oberflächen aufweisen. In diesem Fall weist die Stoßwellenquelle ein zwischen einer Abstrahloberfläche der Stoßwellenquelle und der akustischen Linse angeordnetes Umformelement auf, das so konfiguriert ist, dass die von der Abstrahloberfläche emittierten Stoßwellen nach Durchlaufen des Umformelements in der Fokalebene im Wesentlichen auf die kreisförmige Fläche fokussiert sind, bevor sie auf die akustische Linse treffen. Beispielsweise kann die Abstrahlfläche der Stoßwellenquelle eben sein. Die Stoßwellenquelle kann in diesem Fall beispielsweise einen mehrteiligen Reflektor oder eine Linse umfassen, mit der die von der Abstrahlfläche emittierten Stoßwellen auf einen Punkt bzw. eine kreisförmige Fläche fokussiert werden. Die Abstrahlflächen können auch divergente Kugel- oder Zylinderwellen erzeugen, die mittels eines geeigneten Reflektors zu einer konvergenten, auf einen Punkt fokussierten Kugelwelle umgeformt werden, so dass die Stoßwellenquelle ohne die akustische Linse insgesamt konvergent auf eine kreisförmige Fläche fokussiert ist.In alternatively preferred embodiments, the shock wave source can also have differently shaped surfaces. In this case, the shock wave source has a forming element arranged between a radiating surface of the shock wave source and the acoustic lens, configured such that the shock waves emitted from the radiating surface are substantially focused onto the circular surface in the focal plane after passing through the forming element before they reach the acoustic lens. For example, the radiating surface of the shock wave source can be planar. In this case, the shock wave source can, for example, include a multi-part reflector or a lens with which the shock waves emitted from the radiating surface are focused onto a point or a circular surface, respectively. The radiating surfaces can also generate divergent spherical or cylindrical waves, which are transformed by a suitable reflector into a convergent spherical wave focused onto a point, so that the shock wave source, without the acoustic lens, is convergently focused onto a circular surface overall.

Der Fokus einer Stoßwellenquelle, der auch als Fokalbereich oder Fokuszone bezeichnet werden kann, wird über die maximale Druckamplitudenverteilung im Raum bestimmt, die jedoch nicht zeitgleich existieren muss. Es handelt sich somit nicht notwendigerweise um eine momentane Druckamplitudenverteilung, sondern die Verteilung von maximalen Druckamplituden im Raum, die durch von der Stoßwellenquelle abgegeben Stoßwellen erzeugt werden.The focus of a shock wave source, also known as the focal area or focal zone, is determined by the maximum pressure amplitude distribution in space, which, however, does not necessarily exist simultaneously. It is therefore not necessarily a momentary pressure amplitude distribution, but rather the distribution of maximum pressure amplitudes in space generated by shock waves emitted by the shock wave source.

Die Abmessungen und auch die Form des Fokalbereichs bzw. des Fokalvolumens einer Stoßwellenquelle hängen davon von ab, wie das Fokalvolumen definiert ist. Vorliegend wird das Fokalvolumen über einen relativen Schalldruck definiert, und zwar die in der IEC 61846 definierte „-6 dB Grenze“ für Lithotripter-Pulse. Dabei entspricht das Fokalvolumen dem Bereich, in dem der Schalldruck größer oder gleich dem halben maximalen Druck ist, der von der Stoßwellenquelle erzeugt wird.The dimensions and shape of the focal area or focal volume of a shock wave source depend on how the focal volume is defined. In this case, the focal volume is defined by a relative sound pressure level, specifically the "-6 dB limit" defined in IEC 61846. for lithotripter pulses. The focal volume corresponds to the area in which the sound pressure is greater than or equal to half the maximum pressure generated by the shock wave source.

Alternativ ist auch eine Definition über einen absoluten Schalldruck möglich, bei der sich aber gegebenenfalls andere Abmessungen für die Fokalbereiche ergeben. Ein Beispiel für einen absoluten Schalldruck, der für die Definition des Fokalvolumens verwendet wird, ist eine Untergrenze von 5 MPa. Dabei werden entsprechend dem Fokalvolumen alle Bereiche zugeordnet, in denen der maximale Schalldruck der Stoßwellen größer oder gleich 5 MPa ist. Der Wert von 5 MPa wird üblicherweise in der extrakorporalen Schockwellentherapie verwendet, da oberhalb von 5 MPa therapeutische Effekte erwartet werden.Alternatively, a definition based on absolute sound pressure is also possible, although this may result in different dimensions for the focal areas. An example of an absolute sound pressure used to define the focal volume is a lower limit of 5 MPa. In this case, all areas where the maximum sound pressure of the shock waves is greater than or equal to 5 MPa are assigned to the focal volume. The value of 5 MPa is commonly used in extracorporeal shock wave therapy, as therapeutic effects are expected above 5 MPa.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine akustische Linse, die vorzugsweise aus einem Stück gebildet ist. Besteht die Linse aus mehreren Komponenten können diese beispielsweise aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialen gebildet sein. Die Komponenten sind jedenfalls schalltechnisch miteinander verbunden, beispielsweise über entsprechende Koppelmedien wie sogenanntes Ultraschallgel oder Wasser. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten einer mehrteiligen Linse stoffschlüssig miteinander verbunden.The device further comprises an acoustic lens, preferably formed from a single piece. If the lens consists of several components, these can be made of the same material or of different materials. In any case, the components are acoustically connected to one another, for example, via suitable coupling media such as so-called ultrasound gel or water. In a preferred embodiment, the components of a multi-part lens are bonded together by a material-bonded connection.

Die akustische Linse kann beispielsweise auch als Fresnellinse ausgebildet sein, um eine möglichst kompakte Bauform der akustischen Linse zu erreichen.The acoustic lens can, for example, also be designed as a Fresnel lens in order to achieve the most compact design possible for the acoustic lens.

Zudem weist die akustische Linse vorzugsweise keine hohlen Bereiche auf, die vollständig von Linsenmaterial umschlossen sind. Die Linse bildet mit anderen Worten einen massiven Körper, in dem keine hohlen Bereiche eingeschlossen sind, an denen es zu Impedanzsprüngen kommen kann.Furthermore, the acoustic lens preferably has no hollow areas completely enclosed by lens material. In other words, the lens forms a solid body without any enclosed hollow areas where impedance discontinuities could occur.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt die akustische Linse unmittelbar an der Oberfläche der Stoßwellenquelle an. Beispielsweise können die piezoelektrischen Elemente in eine Matrix aus einem Kunstharz eingebettet sein und die akustische Linse liegt direkt an der Oberfläche dieser Matrix an, die damit die Abstrahloberfläche der Stoßwellenquelle bildet. Durch ein unmittelbares Anliegen der akustischen Linse an der Stoßwellenquelle werden zusätzliche Impedanzsprünge beim Übergang zwischen der Stoßwellenquelle und der akustischen Linse vermieden, die auftreten würden, wenn zwischen der Stoßwellenquelle und der akustischen Linse zusätzliche Medien, wie beispielsweise Wasser, angeordnet sein sollten. Alternativ kann die Linse jedoch auch beabstandet zu der Stoßwellenquelle angeordnet werden, wobei die Position der Stoßwellenquelle relativ zur Linse und die dazwischenliegenden Materialien bei der Formgebung der Linse zu berücksichtigen sind.In another exemplary embodiment, the acoustic lens is in direct contact with the surface of the shock wave source. For example, the piezoelectric elements can be embedded in a matrix of synthetic resin, and the acoustic lens rests directly on the surface of this matrix, which thus forms the radiating surface of the shock wave source. By having the acoustic lens in direct contact with the shock wave source, additional impedance jumps at the interface between the shock wave source and the acoustic lens are avoided. These jumps would occur if additional media, such as water, were located between the shock wave source and the acoustic lens. Alternatively, the lens can also be positioned at a distance from the shock wave source, whereby the position of the shock wave source relative to the lens and the intervening materials must be taken into account when shaping the lens.

Die akustische Linse ist aus einem Material gebildet, dessen Schallgeschwindigkeit von einer Schallgeschwindigkeit des Materials abweicht, das die die Linse auf der von der Stoßwellenquelle wegweisenden Seite umgibt. Dieses Material wird vorliegend als Umgebungsmedium bezeichnet. Beispiele für das Umgebungsmedium sind Wasser, ein Öl oder ein Gel. Wenn die von der Stoßwellenquellen erzeugten Schallwellen die akustische Linse durchlaufen, tritt ein Laufzeitunterschied auf. Die Größe des Laufzeitunterschieds hängt davon ab, welche Strecke die Schallwellen in der akustischen Linse durchlaufen und wie hoch die Schallgeschwindigkeit im Linsenmaterial ist. Wie groß die Laufzeitunterschiede sind, die die Stoßwellen beim Durchlaufen der akustischen Linse erfahren, hängt von der Form der Linse, deren lokaler Dicke ab und der Schallgeschwindigkeit im Linsenmaterial ab.The acoustic lens is made of a material whose speed of sound differs from the speed of sound of the material surrounding the lens on the side facing away from the shock wave source. This material is referred to here as the surrounding medium. Examples of the surrounding medium are water, oil, or a gel. When the sound waves generated by the shock wave source pass through the acoustic lens, a time difference occurs. The magnitude of this time difference depends on the distance the sound waves travel within the acoustic lens and the speed of sound in the lens material. The magnitude of the time difference experienced by the shock waves as they pass through the acoustic lens depends on the shape of the lens, its local thickness, and the speed of sound in the lens material.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die akustische Linse so geformt ist, dass der Fokalbereich bzw. das Fokalvolumen der von der Vorrichtung applizierten Stoßwellen entlang einer ersten Querachse zumindest doppelt so breit ist wie entlang einer senkrecht zur ersten Querachse verlaufenden zweiten Querachse. Die erste und die zweite Querachse verlaufen beide senkrecht zur Längsachse in einer Ebene, die als Fokalebene bezeichnet wird. Mit anderen Worten ist die akustische Linse so geformt, dass das Fokalvolumen insbesondere entlang einer ersten Querrichtung aufgeweitet ist, während das Fokalvolumen senkrecht zu der ersten Querrichtung und zur Längsachse deutlich weniger aufgeweitet ist. Im Idealfall ist die Aufweitung des Fokalvolumens entlang der zweiten Querachse minimal und entspricht im Wesentlichen der Breite, die für einen Punktfokus unter vergleichbaren Bedingungen zu erreichen wäre. Damit wird der von der Stoßwellenquelle eigentlich erzeugte Punktfokus in einem sogenannten Linienfokus umgewandelt. Das Fokalvolumen wird entlang der ersten Querachse auf mindestens die doppelte Breite aufgeweitet, während sich die Breite entlang der zweiten Querachse idealerweise nicht verändert. Mit anderen Worten sind die von der Stoßwellenquelle konvergent abgegebenen Stoßwellen vor dem Durchlaufen der akustischen Linse in der Fokalebene im Wesentlichen auf eine kreisförmige Fläche fokussiert. Nach dem Durchlaufen der akustischen Fläche liegt hingegen ein Linienfokus vor.According to the present invention, the acoustic lens is shaped such that the focal area or focal volume of the shock waves applied by the device is at least twice as wide along a first transverse axis as along a second transverse axis perpendicular to the first transverse axis. The first and second transverse axes both run perpendicular to the longitudinal axis in a plane referred to as the focal plane. In other words, the acoustic lens is shaped such that the focal volume is expanded, particularly along a first transverse direction, while the focal volume perpendicular to the first transverse direction and to the longitudinal axis is significantly less expanded. Ideally, the expansion of the focal volume along the second transverse axis is minimal and essentially corresponds to the width that could be achieved for a point focus under comparable conditions. This transforms the point focus actually generated by the shock wave source into a so-called line focus. The focal volume is expanded to at least twice the width along the first transverse axis, while ideally the width along the second transverse axis remains unchanged. In other words, the shock waves emitted convergently from the shock wave source are essentially focused onto a circular area in the focal plane before passing through the acoustic lens. After passing through the acoustic surface, however, a line focus exists.

Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass im Bereich des Linienfokus kein einheitlicher, homogener Schalldruck besteht. Wie beispielweise der Punktfokus wird auch der Linienfokus über einen Schwell- bzw. Grenzwert für den maximalen Schalldruck definiert, der beobachtet wird. Bereiche des Zielvolumens, in denen der maximale Schalldruck oberhalb der Schwellwerts liegt, werden dem Linienfokus zugerechnet. Bereiche des Zielvolumens, in denen der maximale Schalldruck unterhalb des Schwellwerts bleibt, sind nicht Teil des Linienfokus.For the sake of completeness, it should be noted that there is no uniform, homogeneous sound pressure in the area of the line focus. Like the point focus, the line focus also exhibits variations in sound pressure. The line focus is defined by a threshold or limit value for the maximum sound pressure that is observed. Areas of the target volume where the maximum sound pressure is above the threshold are included in the line focus. Areas of the target volume where the maximum sound pressure remains below the threshold are not part of the line focus.

Mittels der akustischen Linse kann somit auf einfache Weise die Fokussierung einer Stoßwellenquelle verändert werden, so dass statt eines Punktfokus ein Linienfokus entsteht, ohne dass hierfür der Aufbau der Stoßwellenquellen verändert werden müsste. Vielmehr genügt es, eine entsprechend geformte Linse aus einem geeigneten Linsenmaterial bereitzustellen und diese an geeigneter Position zwischen der Stoßwellenquellen und der Fokalebene anzuordnen.Using an acoustic lens, the focus of a shock wave source can be easily changed so that a line focus is created instead of a point focus, without having to alter the setup of the shock wave source. Rather, it is sufficient to provide a suitably shaped lens made of a suitable lens material and position it appropriately between the shock wave source and the focal plane.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der im Wesentlichen kreisförmige Fokus der von der Stoßwellenquelle erzeugten Stoßwelle ohne Linse in der Fokalebene einen Ausgangsdurchmesser auf. Nach dem Durchlaufen der akustischen Linse weist der Fokus der Stoßwellen in der Fokalebene entlang der ersten Querachse eine Breite auf, die mindestens das 2,5-fache des Ausgangsdurchmessers und vorzugsweise m ehr als das 7-fache des Ausgangsdurchmessers beträgt. Entlang der zweiten Querachse weist der Fokus der Stoßwellen nach dem Durchlaufen der akustischen Linse in der Fokalebene eine Breite auf, die höchstens das 1,5-fache des Ausgangsdurchmessers beträgt und die vorzugsweise im Wesentlichen gleich dem Ausgangsdurchmesser ist.In a preferred embodiment, the substantially circular focus of the shock wave generated by the shock wave source has an initial diameter in the focal plane without a lens. After passing through the acoustic lens, the focus of the shock waves in the focal plane has a width along the first transverse axis that is at least 2.5 times the initial diameter and preferably more than 7 times the initial diameter. Along the second transverse axis, the focus of the shock waves after passing through the acoustic lens in the focal plane has a width that is at most 1.5 times the initial diameter and is preferably substantially equal to the initial diameter.

Die konkret zu beobachtende Aufweitung des Fokalbereichs entlang der ersten Querachse und der zweiten Querachse im Vergleich zu einem ursprünglichen Punktfokus hängt auch von dem Grenzwert ab, anhand dessen das Fokusvolumen bzw. der Fokusbereich definiert wird. In einer beispielhaften Ausführungsform führt die Verwendung der „-6 dB Grenze“ annähernd zu einer Versiebenfachung der Ausdehnung des Fokalbereichs entlang der ersten Querachse in der Fokalebene, während bei der Verwendung der „5 MPa-Grenze“ ungefähr eine Verdreifachung der Ausdehnung entlang der ersten Querachse zu beobachten ist. Entsprechend ist auch entlang der zweiten Querachse bei Verwendung der „-6 dB Grenze“ eine Vergrößerung des Fokalbereichs um den Faktor 1,5 zu beobachten, während die Größe des Fokalbereichs bei Verwendung der „5 MPa-Grenze“ ausbleibt.The actual expansion of the focal area along the first and second transverse axes, compared to an original point focus, also depends on the threshold used to define the focal volume or focal area. In one exemplary embodiment, using the "-6 dB limit" results in an approximately sevenfold increase in the extent of the focal area along the first transverse axis in the focal plane, while using the "5 MPa limit" results in approximately a threefold increase in the extent along the first transverse axis. Similarly, along the second transverse axis, using the "-6 dB limit" results in an increase of the focal area by a factor of 1.5, while the "5 MPa limit" does not increase the size of the focal area.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn eine Schallgeschwindigkeit in der akustischen Linse höher ist als die Schallgeschwindigkeit des Umgebungsmediums ist. Vorzugsweise weist die akustische Linse in diesem Fall eine parallel zur ersten Querachse verlaufende Verdickung auf. Diese Verdickung erstreckt sich in einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform senkrecht zur ersten Querachse über einen Drittel des Durchmessers der akustischen Linse. Vorzugsweise erstreckt sich die Verdickung sogar nur über ein Viertel oder weniger des Durchmessers der akustischen Linse senkrecht zur ersten Querachse.Furthermore, it is preferred if the speed of sound in the acoustic lens is higher than the speed of sound in the surrounding medium. Preferably, in this case, the acoustic lens has a thickening extending parallel to the first transverse axis. In an exemplary preferred embodiment, this thickening extends perpendicular to the first transverse axis over one-third of the diameter of the acoustic lens. Preferably, the thickening extends over only one-quarter or less of the diameter of the acoustic lens perpendicular to the first transverse axis.

Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn eine Dicke der akustischen Linse in parallel zur zweiten Querachse und senkrecht zur ersten Querachse verlaufenden Querebenen jeweils von einem Rand der Linse auf eine Mittelebene hin kontinuierlich zunimmt. Somit wird in der bevorzugten Ausführungsform eine akustische Linse definiert, deren Dicke entlang von parallel zur zweiten Quersachse verlaufenden Querebenen von außen nach innen auf eine Mittelebene hin kontinuierlich zunimmt. Die Mittelebene wird von der zentralen Achse und der ersten Querachse aufgespannt. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Verlauf der Dicke entlang sämtlicher Querebenen durch die gleiche Funktion beschrieben werden kann. Mithin ist die Abnahme der Dicke parallel zurzweiten Querachse weg von der Mittelebene unabhängig von der Position entlang der ersten Querachse stets gleich. Durch diese Wahl der Form der akustischen Linse erfolgt eine Fokussierung der Stoßwellen auf die erste Querachse, während eine Aufweitung in Richtung der zweiten Querachse vermieden wird.It is further preferred that the thickness of the acoustic lens increases continuously from an edge of the lens to a central plane in transverse planes running parallel to the second transverse axis and perpendicular to the first transverse axis. Thus, in the preferred embodiment, an acoustic lens is defined whose thickness increases continuously from the outside to the inside along transverse planes running parallel to the second transverse axis to a central plane. The central plane is spanned by the central axis and the first transverse axis. It is particularly preferred that the thickness profile along all transverse planes can be described by the same function. Therefore, the decrease in thickness parallel to the second transverse axis away from the central plane is always the same, regardless of the position along the first transverse axis. This choice of acoustic lens shape focuses the shock waves onto the first transverse axis, while preventing them from spreading out towards the second transverse axis.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Dicke der akustischen Linse in parallel zur zweiten Querachse und senkrecht zur ersten Querachse verlaufenden Ebenen, den Querebenen, jeweils vom Rand der Linse auf die Mittelebene zu einer S-Kurve folgend zunimmt. Mit anderen Worten nimmt die Dicke zunächst langsam zu, bevor sie kontinuierlich in eine steilere Zunahme übergeht. Bei Annährung auf die Mittelebene hin wird die Zunahme der Dicke hingegen wieder geringer.It is preferred that the thickness of the acoustic lens increases in an S-curve from the edge of the lens towards the central plane in planes parallel to the second transverse axis and perpendicular to the first transverse axis. In other words, the thickness initially increases slowly before transitioning to a steeper, continuous increase. As the lens approaches the central plane, the rate of increase in thickness slows again.

In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Schallgeschwindigkeit in der akustischen Linse niedriger als die Schallgeschwindigkeit des Umgebungsmediums.In an alternative preferred embodiment, the speed of sound in the acoustic lens is lower than the speed of sound in the surrounding medium.

In dieser Ausgestaltung weist die akustische Linse vorzugsweise eine parallel zur ersten Querachse verlaufende Vertiefung auf. Diese Vertiefung erstreckt sich in einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform senkrecht zur ersten Querachse über einen Drittel des Durchmessers der akustischen Linse. Vorzugsweise erstreckt sich die Vertiefung sogar nur über ein Viertel oder weniger des Durchmessers der akustischen Linse senkrecht zur ersten Querachse.In this embodiment, the acoustic lens preferably has a recess running parallel to the first transverse axis. In an exemplary preferred embodiment, this recess extends perpendicular to the first transverse axis over one-third of the diameter of the acoustic lens. Preferably, the recess extends over only one-quarter or less of the diameter of the acoustic lens perpendicular to the first transverse axis.

Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn eine Dicke der akustischen Linse in parallel zur zweiten Querachse und senkrecht zur ersten Querachse verlaufenden Querebenen jeweils von einem Rand der Linse auf eine Mittelebene hin kontinuierlich abnimmt. Somit wird in der bevorzugten Ausführungsform eine akustische Linse definiert, deren Dicke entlang von parallel zur zweiten Quersachse verlaufenden Querebenen von außen nach innen auf eine Mittelebene hin kontinuierlich abnimmt. Die Mittelebene wird von der zentralen Achse und der ersten Querachse aufgespannt.It is further preferred if the thickness of the acoustic lens decreases continuously from an edge of the lens to a central plane in transverse planes running parallel to the second transverse axis and perpendicular to the first transverse axis. Thus, in the preferred embodiment, an acoustic lens is defined whose thickness decreases continuously from the outside to the inside along transverse planes running parallel to the second transverse axis to a central plane. The central plane is spanned by the central axis and the first transverse axis.

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Verlauf der Dicke entlang sämtlicher Querebenen durch die gleiche Funktion beschrieben werden kann. Mithin ist die Zunahme der Dicke parallel zur zweiten Querachse weg von der Mittelebene unabhängig von der Position entlang der ersten Querachse stets gleich. Durch diese Wahl der Form der akustischen Linse erfolgt eine Fokussierung der Stoßwellen auf die erste Querachse, während eine Aufweitung in Richtung der zweiten Querachse vermieden wird.In particular, it is preferred if the thickness profile along all transverse planes can be described by the same function. Thus, the increase in thickness parallel to the second transverse axis away from the central plane is always the same, regardless of the position along the first transverse axis. This choice of acoustic lens shape focuses the shock waves onto the first transverse axis, while preventing them from spreading out towards the second transverse axis.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Dicke der akustischen Linse in parallel zur zweiten Querachse und senkrecht zur ersten Querachse verlaufenden Ebenen, den Querebenen, jeweils vom Rand der Linse auf die Mittelebene zu einer S-Kurve folgend abnimmt. Mit anderen Worten nimmt die Dicke zunächst langsam ab, bevor sie kontinuierlich in eine steilere Abnahme übergeht. Bei Annährung auf die Mittelebene hin wird die Abnahme der Dicke hingegen wieder geringer.It is preferred that the thickness of the acoustic lens decreases in planes parallel to the second transverse axis and perpendicular to the first transverse axis, the transverse planes, following an S-curve from the edge of the lens to the central plane. In other words, the thickness initially decreases slowly before transitioning into a more steep, continuous decrease. As the lens approaches the central plane, the decrease in thickness becomes less pronounced.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die akustische Linse entlang von parallel zur ersten Querachse und senkrecht zur zweiten Querachse verlaufenden Ebenen jeweils eine konstante Dicke auf. Mit anderen Worten ist in der bevorzugten Ausführungsform eine akustische Linse vorgesehen, die in Schnittebenen unterteilt werden kann, in denen sie jeweils eine konstante Dicke aufweist. Die Dicke der Linse ist dabei durch eine Normale der Oberfläche der akustischen Linse definiert, die auf die Stoßwellenquelle zuweist. Die Dicke ist damit jeweils entlang einer Achse definiert, die senkrecht auf einer äußeren, beispielsweise konvexen Oberfläche der Linse steht. Aufgrund der homogenen Dicke der Linse entlang der Ebenen erfahren die Stoßwellen jeweils in den Ebenen eine gleichmäßige Phasenverschiebung, wodurch eine Aufweitung des Fokalvolumens entlang der ersten Querachse erreicht wird.In a preferred embodiment, the acoustic lens has a constant thickness along planes parallel to the first transverse axis and perpendicular to the second transverse axis. In other words, the preferred embodiment provides an acoustic lens that can be divided into cross-sectional planes, each with a constant thickness. The thickness of the lens is defined by a normal to the surface of the acoustic lens that points towards the shock wave source. The thickness is thus defined along an axis perpendicular to an outer, for example, convex, surface of the lens. Due to the homogeneous thickness of the lens along the planes, the shock waves experience a uniform phase shift in each plane, resulting in a widening of the focal volume along the first transverse axis.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die akustische Linse aus einem einheitlichen Material und/oder mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt worden.In a preferred embodiment, the acoustic lens is made of a uniform material and/or by means of an additive manufacturing process.

Weiter ist es bevorzugt, wenn eine auf die Stoßwellenquelle zuweisende Oberfläche der akustischen Linse parallel zu einer Abstrahloberfläche der Stoßwellenquelle verläuft, die die Stoßwellen abstrahlt, also beispielsweise einer sphärischen Oberfläche eines Matrixmaterials, in dem die piezoelektrischen Elemente angeordnet sind. Wie bereits erläutert, führt diese Ausgestaltung zu einer besonders guten Ankopplung der akustischen Linse an die Stoßwellenquelle.Furthermore, it is preferred if a surface of the acoustic lens facing the shock wave source runs parallel to a radiation surface of the shock wave source that emits the shock waves, for example, a spherical surface of a matrix material in which the piezoelectric elements are arranged. As already explained, this design leads to a particularly good coupling of the acoustic lens to the shock wave source.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die akustische Linse in eine Gelkissen eingebettet. Das Gelkissen kann lösbar oder fest mit der Vorrichtung verbunden sein.In a preferred embodiment, the acoustic lens is embedded in a gel cushion. The gel cushion can be detachably or permanently attached to the device.

Das Gelkissen kann auch als Gelpad bezeichnet werden und ist aus einem Material gebildet, das einen andere Schallgeschwindigkeit aufweist als das Material, aus dem die akustische Linse gebildet ist, um die Fokussierung der Stoßwellen zu ermöglichen. Vorzugsweise umschließt das Gelkissen die akustische Linse vollständig. Es ist aber auch denkbar, dass die akustische Linse am Rand des Gelkissens angeordnet ist, beispielsweise an dem auf die Stoßwellenquelle zuweisenden Rand des Gelkissens.The gel cushion, also known as a gel pad, is made of a material with a different speed of sound than the material of the acoustic lens, enabling the focusing of the shock waves. Preferably, the gel cushion completely encloses the acoustic lens. However, it is also conceivable that the acoustic lens is arranged at the edge of the gel cushion, for example, at the edge of the gel cushion facing the shock wave source.

Die Verwendung eines Gelkissen mit einer darin enthaltenen akustischen Linse ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Fokus einer bestehenden Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen angepasst werden soll, die mit austauschbaren Gelkissen betrieben werden kann. Indem ein bestehenden Gelkissen ohne eine akustische Linse durch ein Gelkissen mit einer akustischen Linse getauscht wird, kann aus einer bestehenden Vorrichtung, die beispielsweise einen Punktfokus aufweist, eine Vorrichtung gebildet werden, die ein Linienfokus erzeugt.The use of a gel cushion with an integrated acoustic lens is particularly advantageous when the focus of an existing shock wave application device that can be operated with interchangeable gel cushions needs to be adjusted. By replacing an existing gel cushion without an acoustic lens with one containing an acoustic lens, an existing device that, for example, has a point focus can be transformed into a device that produces a line focus.

Daneben dient das Gelkissen beispielsweise auch dazu, die Ankoppelung der Vorrichtung an einen Körper zu verbessern. Weiterhin kann das Gelkissen auch eine Vorlaufstrecke bilden, mit der die Eindringtiefe der von der Vorrichtung emittierten Stoßwellen eingestellt werden kann.In addition, the gel cushion also serves, for example, to improve the coupling of the device to a body. Furthermore, the gel cushion can also form a lead-in section, which allows the penetration depth of the shock waves emitted by the device to be adjusted.

Es ist weiter bevorzugt, wenn die akustische Linse einen umlaufenden Rand aufweist, der vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die akustische Linse gebildet ist. Der umlaufende Rand ist zur Befestigung der Linse in der Vorrichtung vorgesehen. In der bevorzugten Ausführungsform weist die akustische Linse somit einen umlaufenden Randbereich auf, der nicht Teil der eigentlich akustisch aktiven Linse ist, also nicht zur Umformung des Schallfeldes gedacht ist, dass von der Stoßwellenquelle erzeugt wird. Dieser Rand dient vielmehr dazu, die akustischen Linse in der Vorrichtung zu halten und einzuspannen. Dabei ist zu beachten, dass es insbesondere im Übergangsbereich zwischen der eigentlichen akustischen Linse und diesem Halterungsbereich auch Abweichungen von den zuvor beschriebenen Formen der Linse geben kann, da die Linse in diesen Bereichen nicht aktiv zur Ausformung des Stoßwellenfeldes beiträgt.It is further preferred if the acoustic lens has a circumferential rim, preferably made of the same material as the acoustic lens. The circumferential rim is provided for securing the lens in the device. In the preferred embodiment, the acoustic lens thus has a circumferential rim region that is not part of the actually acoustically active lens, i.e., it is not intended for shaping the sound field generated by the shock wave source. Rather, this rim serves to hold the acoustic lens in the device and to clamp it in place. It should be noted that, particularly in the transition area between the actual acoustic lens and this mounting area, there may be deviations from the previously described lens shapes, since the lens does not actively contribute to shaping the shock wave field in these areas.

In einer beispielhaft bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der akustischen Linse und einem Körper, in den die Stoßwellen eingekoppelt werden sollen, eine Koppelmedium angeordnet. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn das Koppelmedium austauschbar ist, um eine Eindringtiefe der Stoßwellen anzupassen. Das Koppelmedium kann beispielweise ein austauschbares Gelpad sein, das eine Vorlaufstrecke bildet.In a particularly preferred embodiment, a coupling medium is arranged between the acoustic lens and a body into which the shock waves are to be coupled. It is further preferred that the coupling medium be interchangeable in order to adjust the penetration depth of the shock waves. The coupling medium can, for example, be an interchangeable gel pad that forms a pre-spacer.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Gelkissen zur lösbaren Anordnung an einer Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen gelöst. Die Vorrichtung weist eine in einem Gehäuse angeordnete Stoßwellenquelle zur Erzeugung von Stoßwellen auf. Die von der Stoßwellenquelle konvergent abgegebenen Stoßwellen sind in einer Fokalebene im Wesentlichen auf eine kreisförmige Fläche fokussiert. Das Gelkissen umfasst eine akustische Linse. Das Gelkissen und die akustische Linse sind derart konfiguriert, dass bei einer Anordnung des Gelkissens an der Vorrichtung die akustische Linse zwischen der Stoßwellenquelle und der Fokalebene angeordnet ist. Weiterhein sind das Gelkissen und die Linse derart konfiguriert, dass nach einem Durchlaufen der akustischen Linse ein Fokus der von der Stoßwellenquelle erzeugten Stoßwellen in der Fokalebene derart aufgeweitet ist, dass der Fokus entlang einer ersten Querachse eine erste Breite aufweist und entlang einer zweiten Querachse eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Breite, wobei die erste Querachse und die zweite Querachse in der Fokalebene verlaufen und wobei die zweiten Querachse senkrecht zur ersten Querachse verläuft.According to a second aspect, the problem underlying the invention is solved by a gel cushion for detachable arrangement on a device for applying shock waves. The device comprises a shock wave source for generating shock waves, arranged in a housing. The shock waves emitted convergently by the shock wave source are focused in a focal plane essentially onto a circular area. The gel cushion includes an acoustic lens. The gel cushion and the acoustic lens are configured such that, when the gel cushion is arranged on the device, the acoustic lens is positioned between the shock wave source and the focal plane. Furthermore, the gel cushion and the lens are configured such that, after passing through the acoustic lens, the focus of the shock waves generated by the shock wave source is widened in the focal plane such that the focus has a first width along a first transverse axis and a second width along a second transverse axis, wherein the first width is at least twice as large as the second width, wherein the first and second transverse axes lie in the focal plane, and wherein the second transverse axis is perpendicular to the first transverse axis.

Der zweite Aspekt ist somit nicht auf eine gesamte Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen gerichtet, sondern nur auf ein Gelkissen mit einer darin enthaltenen akustischen Linse, das austauschbar an einer Vorrichtung angeordnet werden kann. Insbesondere das Gehäuse der Vorrichtung und die Stoßwellenquelle selbst sind nicht Teil des Gelkissen. Ein derartiges Gelkissen kann auf vorteilhafte Weise der Fokus einer Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen schnell von einem punktförmigen Fokus auf einen linienförmigen Fokus angepasst werden.The second aspect is therefore not directed at an entire device for generating shock waves, but only at a gel cushion containing an acoustic lens, which can be interchangeably arranged on a device. In particular, the housing of the device and the shock wave source itself are not part of the gel cushion. Such a gel cushion can advantageously allow the focus of a device for applying shock waves to be quickly adjusted from a point focus to a line focus.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung, bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der akustischen Linse sowie des Gelkissens wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.With regard to the design, preferred embodiments and advantages of the acoustic lens and the gel cushion, reference is made to the preceding explanations in order to avoid unnecessary repetition.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend auf die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, zwei Ausführungsbeispiele von akustischen Linsen sowie ein Ausführungsbeispiel eines Gelkissens mit einer akustischen Linse zeigenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zu Applikation von Stoßwellen auf einen tierischen oder einen menschlichen Körper,
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer akustischen Linse,
  • 3 eine perspektivische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus 2,
  • 4 eine weitere perspektivische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus 2,
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer akustischen Linse,
  • 6 eine perspektivische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus 5,
  • 7 eine weitere perspektivische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus 5,
  • 8 einen Schnittansicht eines Ausführungsbeispiel eines Gelkissens mit einer akustischen Linse und
  • 9 eine zweite Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus 8.
The present invention is explained in more detail below with reference to the figures showing an embodiment of a device for generating shock waves, two embodiments of acoustic lenses, and an embodiment of a gel cushion with an acoustic lens.
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a device for applying shock waves to an animal or human body,
  • 2 a perspective view of a first embodiment of an acoustic lens,
  • 3 a perspective sectional view of the embodiment from 2 ,
  • 4 another perspective sectional view of the embodiment from 2 ,
  • 5 a perspective view of a second embodiment of an acoustic lens,
  • 6 a perspective sectional view of the embodiment from 5 ,
  • 7 another perspective sectional view of the embodiment from 5 ,
  • 8 a sectional view of an exemplary embodiment of a gel cushion with an acoustic lens and
  • 9 a second sectional view of the embodiment from 8 .

Bezugnehmend auf 1 wird nachfolgend zunächst ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Applikation von Stoßwellen auf einen Körper einer Person oder eines Tieres beschrieben, die in 1 schematisch dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 3, in dem eine Stoßwellenquelle 5 angeordnet ist. Die Stoßwellenquelle 5 ist eine piezoelektrische Stoßwellenquelle, die in der beispielhaften Ausführungsform eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 7 umfasst, die in Form einer Kugelkalotte, d.h., auf einen Kugelsegment 9, angeordnet sind. 1 zeigt nur einige wenige beispielhafte piezoelektrische Elemente 7, die in eine Matrix aus einem Harz eingebettet sind.Referring to 1 An exemplary embodiment of a device 1 for applying shock waves to the body of a person or an animal is described below, which is in 1 The device 1 is shown schematically. It comprises a housing 3 in which a shock wave source 5 is arranged. The shock wave source 5 is a piezoelectric shock wave source which, in the exemplary embodiment, comprises a plurality of piezoelectric elements 7 arranged in the form of a spherical cap, i.e., on a spherical segment 9. 1 shows only a few exemplary piezoelectric elements 7 that are embedded in a matrix of resin.

Das Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Koppelfläche 11, über die von der Stoßwellenquelle 5 erzeugte Stoßwellen in einen menschlichen oder tierischen Körper eingekoppelt werden können. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine akustische Linse 13, die ebenfalls in 1 im Schnitt dargestellt ist und die unmittelbar an einer Abstrahloberfläche 14 der Stoßwellenquelle 5 anliegt, damit zwischen der Stoßwellenquelle 5 und der akustischen Line 13 möglichst wenige Impedanzsprünge auftreten. In 5 ist lediglich zur Visualisierung der unterschiedlichen Elemente der Vorrichtung 1 ein Spalt zwischen der Abstrahloberfläche 14 und der akustischen Linse 13 gezeigt.The housing 3 of the device 1 further comprises a coupling surface 11, via which shock waves generated by the shock wave source 5 can be coupled into a human or animal body. The device 1 further comprises an acoustic lens 13, which is also located in 1 shown in section and located directly on a radiation surface 14 of the shock wave source 5 so that as few impedance jumps as possible occur between the shock wave source 5 and the acoustic line 13. 5 A gap between the radiating surface 14 and the acoustic lens 13 is shown only for the purpose of visualizing the different elements of the device 1.

Zwischen der Koppelfläche 11 und der von der Stoßwellenquelle 5 wegweisenden Austrittsoberfläche 15 der akustischen Linse 13 ist ein Koppelmedium 17 angeordnet, das die Koppelfläche 11 ausbildet. Das Koppelmedium 17 kann beispielsweise ein auswechselbares Gelpad sein. Zudem dient das Koppelmedium 17 dazu, die unterschiedlichen Abstände zwischen der akustischen Linse13 und der Koppelfläche 11 auszugleichen. In dem Ausführungsbeispiel in 1 bildet das Koppelmedium 17 auch das Umgebungsmedium 18 der akustischen Linse 13, also das Medium, das die akustische Linse 13 auf der von der Stoßwellenquelle 5 wegweisenden Seite umgibt. Koppelmedium 17 und Umgebungsmedium 18 sind nicht notwendigerweise identisch. Beispielsweise kann das Umgebungsmedium 18 zwischen der akustischen Linse 13 und einem Koppelmedium 17 angeordnet sein.A coupling medium 17 is arranged between the coupling surface 11 and the exit surface 15 of the acoustic lens 13, which points away from the shock wave source 5. This coupling medium forms the coupling surface 11. The coupling medium 17 can, for example, be a replaceable gel pad. The coupling medium 17 also serves to compensate for the different distances between the acoustic lens 13 and the coupling surface 11. In the exemplary embodiment in 1 The coupling medium 17 also forms the surrounding medium 18 of the acoustic lens 13, i.e., the medium that surrounds the acoustic lens 13 on the side facing away from the shock wave source 5. The coupling medium 17 and the surrounding medium 18 are not necessarily identical. For example, the surrounding medium 18 can be located between the acoustic lens 13 and a coupling medium 17.

In dem Ausführungsbeispiel in 1 kann die Schallgeschwindigkeit in der akustischen Linse 13 beispielsweise höher als im Koppel- und Umgebungsmedium 17, 18 sein. Die von der Stoßwellenquelle 5 erzeugten Stoßwellen legen folglich in der akustischen Linse pro Zeiteinheit eine größere Strecke zurück als in dem Umgebungsmedium 18. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen akustischen Linse 13 ist in den 2, 3 bis 4 gezeigt. Alternativ kann auch eine akustische Linse 13 verwendet werden, in der sich Schall mit einer niedrigeren Geschwindigkeit ausbreitet als in dem Umgebungsmedium 18. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen akustischen Linse 13 ist in den 5, 6 bis 7 gezeigt.In the exemplary embodiment in 1 The speed of sound in the acoustic lens 13 can, for example, be higher than in the coupling and surrounding medium 17, 18. Consequently, the shock waves generated by the shock wave source 5 travel a greater distance per unit of time in the acoustic lens than in the surrounding medium 18. An embodiment of such an acoustic lens 13 is described in the 2 , 3 until 4 shown. Alternatively, an acoustic lens 13 can be used in which sound propagates at a lower speed than in the surrounding medium 18. An embodiment of such an acoustic lens 13 is shown in the 5 , 6 until 7 shown.

Die kalottenförmige Stoßwellenquelle 5 weist eine Längsachse 19 auf, die senkrecht durch den geometrischen Mittelpunkt der Kugeloberfläche 9, auf der die piezoelektrischen Elemente 7 angeordnet sind, sowie den geometrischen Mittelpunkt der Abstrahlfläche 14 verläuft. Ohne die akustische Linse 13 werden die von der Stoßwellenquelle 5 erzeugten Stoßwellen auf ein Fokusvolumen fokussiert, dass sich entlang der Längsachse 19 erstreckt. Senkrecht zur Längsachse 19 weist das Fokusvolumen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Fokalebene wird durch eine in 1 gezeigt erste Querachse 21 sowie eine in die Bildebene hinein verlaufende zweite Querachse 23 aufgespannt. Das von der Stoßwellenquelle 5 erzeugte Schallfeld ist symmetrisch um die zentral durch das Schallfeld verlaufende Längsachse 19 ausgebildet. Daher wird die Längsachse 19 vorliegend auch als Zentralachse 20 bezeichnet, mit der die Längsachse 19 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zusammenfällt.The dome-shaped shock wave source 5 has a longitudinal axis 19 that runs perpendicularly through the geometric center of the spherical surface 9, on which the piezoelectric elements 7 are arranged, and the geometric center of the radiating surface 14. Without the acoustic lens 13, the shock waves generated by the shock wave source 5 are focused onto a focal volume extending along the longitudinal axis 19. Perpendicular to the longitudinal axis 19, the focal volume has a circular cross-section. The focal plane is defined by a 1 The first transverse axis 21 and a second transverse axis 23 extending into the image plane are shown. The sound field generated by the shock wave source 5 is symmetrical about the longitudinal axis 19 running centrally through the sound field. Therefore, the longitudinal axis 19 is also referred to as the central axis 20, with which the longitudinal axis 19 coincides in this embodiment.

Durch die akustische Linse 13 wird der Fokus der von der Stoßwellenquellen 5 erzeugten Stoßwellen entlang der ersten Querachse 21 aufgeweitet, während der Fokus in Richtung der zweiten Querachse 23 kaum, jedenfalls aber weniger stark als in Richtung der ersten Querachse 21 aufgeweitet wird. Auf diese Weise entsteht ein Linienfokus, bei dem der Schalldruck entlang der ersten Querachse 21 einen ausgedehnten Fokalbereich bildet, in dem der maximale Schalldruck oberhalb eines den Fokalbereich definierenden Grenzwerts liegt. Senkrecht zur ersten Querachse 21 fällt der Schalldruck bereits im geringen Abstand von der Längsachse 19 bzw. der Zentralachse 20 deutlich ab. Die von der ersten Querachse 21 und der Längsachse 19 aufgespannte Ebene wird nachfolgend auch als Längsebene bezeichnet.The acoustic lens 13 widens the focus of the shock waves generated by the shock wave source 5 along the first transverse axis 21, while the focus is hardly widened in the direction of the second transverse axis 23, or at least less so than in the direction of the first transverse axis 21. This creates a line focus in which the sound pressure along the first transverse axis 21 forms an extended focal region where the maximum sound pressure lies above a limit value defining the focal region. Perpendicular to the first transverse axis 21, the sound pressure drops significantly even at a short distance from the longitudinal axis 19 or the central axis 20. The plane spanned by the first transverse axis 21 and the longitudinal axis 19 is subsequently referred to as the longitudinal plane.

Die akustische Linse 13 in 1 weist einen umlaufenden Rand 25 auf, der nicht Teil der akustisch wirksamen Linse ist. Dieser Rand 25 wird lediglich dazu verwendet, die Linse 13 in der Vorrichtung 1 zu haltern. Der Rand 25 ist in dem Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material gebildet, wie der akustisch wirksame Teil der Linse 13. Die die Linse 13 haltenden Elemente sind in 1 nicht gezeigt.The acoustic lens 13 in 1 The lens 13 has a circumferential rim 25 that is not part of the acoustically effective lens. This rim 25 is used solely to hold the lens 13 in the device 1. In this embodiment, the rim 25 is made of the same material as the acoustically effective part of the lens 13. The elements holding the lens 13 are in 1 not shown.

Die 2, 3 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer akustischen Linse 13, wie sie in dem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 in 1 verwendet werden kann. Die in den 2, 3 bis 4 gezeigte Linse 13 ist aus einem Stück und insbesondere aus einem einheitlichen Material gefertigt. Konkret wurde die Linse 13 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise 3D-Druck, aus einem einheitlichen Material hergestellt. In dem Material ist die Schallgeschwindigkeit höher ist als in dem Umgebungsmedium 20, das an der akustischen Linse 13 auf der von der Stoßwellenquelle 5 wegweisenden Austrittsoberfläche 15 anliegt. Die Linse 13 ist zudem massiv, d.h., sie weist keinerlei Löcher oder Hohlräume in ihrem Inneren auf, sondern ist zwischen den äußeren Oberflächen vollständig gefüllt.The 2 , 3 until 4 show an embodiment of an acoustic lens 13, as used in the embodiment of a device 1 in 1 can be used. The ones in the 2 , 3 until 4 The lens 13 shown is made from a single piece and, in particular, from a uniform material. Specifically, the lens 13 was manufactured from a uniform material using an additive manufacturing process, such as 3D printing. The speed of sound in this material is higher than in the surrounding medium 20, which is in contact with the acoustic lens 13 on the exit surface 15 pointing away from the shock wave source 5. The lens 13 is also solid, meaning it has no holes or cavities in its interior, but is completely filled between its outer surfaces.

In 2 ist eine perspektivische Ansicht der vollständigen Linse 13 gezeigt, in der vornehmlich die von der Stoßwellenquelle 5 wegweisende Austrittsoberfläche 15 zu erkennen ist. Zudem ist eine äußere Oberfläche 27 dargestellt, die nicht Teil des akustisch aktiven Bereichs der Linse 13 ist und nicht zur Fokussierung der Stoßwellen beiträgt. Durch diese Oberfläche treten keine Stoßwellen aus, die auf den Fokalbereich fokussiert werden. Wie man in 2 bereits erkennen kann, weist die akustische Linse 13 eine zentrale Verdickung 28 auf, die entlang der Mittelebene, d.h., parallel zur ersten Querachse 21 und parallel zur Zentralachse 20 verläuft. 3 zeigt einen Schnitt durch die akustische Linse 13 entlang der Mittelebene. In 4 ist ein Schnitt durch die akustischen Linse 13 entlang einer Querebene gezeigt, die senkrecht zur Mittelebene und parallel zur Zentralachse 20 verläuft. Die Querebene verläuft damit auch parallel zur zweiten Querachse 23.In 2 A perspective view of the complete lens 13 is shown, in which the exit surface 15, pointing away from the shock wave source 5, is primarily visible. An outer surface 27 is also shown, which is not part of the acoustically active area of the lens 13 and does not contribute to focusing the shock waves. No shock waves emerge from this surface that are focused onto the focal area. As can be seen in 2 As can already be seen, the acoustic lens 13 has a central thickening 28 which extends along the middle plane, i.e., parallel to the first transverse axis 21 and parallel to the central axis 20. 3 shows a section through the acoustic lens 13 along the midplane. In 4 A section through the acoustic lens 13 is shown along a transverse plane that runs perpendicular to the median plane and parallel to the central axis 20. The transverse plane thus also runs parallel to the second transverse axis 23.

Wie man insbesondere 3 entnehmen kann, weist die akustische Linse 13 entlang der Mittelebene eine konstante Dicke auf, wobei die Dicke durch die Normale auf einer Eintrittsoberfläche 29 definiert ist. Mit der Eintrittsoberfläche 29 liegt die akustische Linse 13 an der Stoßwellenquelle 5 bzw. der deren Abstrahlfläche 14 an. Entsprechend verhält es sich mit dem Querschnitt der akustischen Linse 13 in Ebenen, die parallel zur Mittelebene verlaufen. In jeder dieser Ebenen hat die akustische Linse 13 eine konstante Dicke.How to especially 3 As can be seen, the acoustic lens 13 has a constant thickness along the median plane, the thickness being defined by the normal to an entrance surface 29. The entrance surface 29 of the acoustic lens 13 is in contact with the shock wave source 5 or its radiating surface 14. The cross-section of the acoustic lens 13 behaves similarly in planes parallel to the median plane. In each of these planes, the acoustic lens 13 has a constant thickness.

In parallel zur Querebene verlaufenden Ebenen, die also senkrecht zur ersten Querachse 21 sind, weist die akustische Linse 13 hingegen eine auf die Mittelebene kontinuierlich zunehmende Dicke auf. Kontinuierlich bedeutet in diesem Falle, dass die Dicke der akustischen Linse 13 bis zu Mittelebene hin stets oder dauerhaft zunimmt, aber nicht notwendigerweise immer um den gleichen Betrag. Vielmehr folgt die Dicke der Linse 13 in Ebenen parallel zur Querebene einem S-förmigen Profil, d.h., der Anstieg der Dicke ist vom Rand zur Mittelebene hin zunächst flach, nimmt dann deutlich stärker zu, bevor sich der Anstieg auf die Mittelebene hin wieder abschwächt bzw. abflacht. Die Linse 13 weist somit entlang der Mittelebene ihre größte Dicke auf. Wie man insbesondere 4 entnehmen kann, ist das Dickenprofil der akustischen Linse 13 in Ebenen, die senkrecht zur ersten Querachse 21 verlaufen, sehr ähnlich bzw. identisch.In planes parallel to the transverse plane, i.e., perpendicular to the first transverse axis 21, the acoustic lens 13 exhibits a thickness that increases continuously towards the central plane. "Continuously" in this case means that the thickness of the acoustic lens 13 always or permanently increases towards the central plane, but not necessarily by the same amount. Rather, the thickness of the lens 13 in planes parallel to the transverse plane follows an S-shaped profile; that is, the increase in thickness from the edge to the central plane is initially gradual, then increases significantly more sharply, before the increase weakens or flattens out again towards the central plane. The lens 13 thus has its greatest thickness along the central plane. As can be seen in particular... 4 As can be seen, the thickness profile of the acoustic lens 13 is very similar or identical in planes that run perpendicular to the first transverse axis 21.

Die 5, 6 bis 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer akustischen Linse 13 zur Erzeugung eines Linienfokus. Die akustische Linse 13 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls dafür vorgesehen, das Schallfeld einer Stoßwellenquellen 5 mit einem punktförmigen Fokus derart zu verändern, dass der Fokalbereich in der Fokalebene entlang der ersten Querachse 21 aufgeweitet wird, während der Fokalbereich entlang der zweiten Querachse 23 in der Fokalebene im Wesentlich unverändert bleibt.The 5 , 6 until 7 Figure 1 shows a second embodiment of an acoustic lens 13 for generating a line focus. The acoustic lens 13 according to the second embodiment is also designed to modify the sound field of a shock wave source 5 with a point focus such that the focal area in the focal plane is widened along the first transverse axis 21, while the focal area along the second transverse axis 23 in the focal plane remains essentially unchanged.

Nachfolgend werden wir lediglich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel einer akustischen Linse 13, das in den 2, 3 bis 4 gezeigt ist, näher erläutern.In the following, we will only discuss the differences from the first embodiment of an acoustic lens 13, which is described in the 2 , 3 until 4 As shown, I will explain in more detail.

Die in den 5, 6 bis 7 dargestellte akustische Linse 13 ist ebenfalls mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt worden. Dabei ist ein Material verwendet worden, in dem die Schallgeschwindigkeit kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit in dem Umgebungsmedium 18. Die Form der Linse 13 des zweiten Ausführungsbeispiels weicht entsprechend deutlich von der Linse 13 des ersten Ausführungsbeispiels ab.The in the 5 , 6 until 7 The acoustic lens 13 shown was also manufactured using an additive manufacturing process. A material was used in which the speed of sound is lower than the speed of sound in the surrounding medium 18. The shape of the lens 13 of the second embodiment differs significantly from that of the lens 13 of the first embodiment.

In 5 ist eine vollständige perspektivische Ansicht der Line 13 des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt, wobei vornehmlich die von der der Stoßwellenquelle 5 wegweisende Austrittsoberfläche 15 zu sehen ist. Zudem ist eine äußere Oberfläche 27 teilweise zu erkennen, die nicht zur Fokussierung der Stoßwellen beiträgt.In 5 A complete perspective view of line 13 of the second embodiment is shown, primarily depicting the exit surface 15 pointing away from the shock wave source 5. An outer surface 27, which does not contribute to focusing the shock waves, is also partially visible.

Die Linse 13 weist eine sich parallel zur ersten Querachse erstreckende Vertiefung 31 auf, die entlang der Mittelebene und damit parallel zur ersten Querachse 21 und parallel zur Zentralachse 20 verläuft. 6 zeig einen Schnitt durch die akustische Linse 13 entlang der Mittelebene. In 4 ist ein Schnitt durch die akustischen Linse 13 entlang der Querebene gezeigt, die senkrecht zur Mittelebene sowie parallel zur Zentralachse 20 und damit auch parallel zur zweiten Querachse 23 verläuft.The lens 13 has a depression 31 extending parallel to the first transverse axis, which runs along the median plane and thus parallel to the first transverse axis 21 and parallel to the central axis 20. 6 show a section through the acoustic lens 13 along the midplane. In 4 A section through the acoustic lens 13 along the transverse plane is shown, which runs perpendicular to the middle plane and parallel to the central axis 20 and thus also parallel to the second transverse axis 23.

Wie man insbesondere 6 entnehmen kann, weist die akustische Linse 13 entlang der Mittelebene und in parallel zur Mittelebene verlaufenden Ebenen eine konstante Dicke auf, wobei die Dicke auch in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Normalen auf der Eintrittsoberfläche 29 definiert ist. Entsprechend verhält es sich mit dem Querschnitt der akustischen Linse 13 in Ebenen, die parallel zur Mittelebene verlaufen. In jeder dieser Ebenen hat die akustische Linse 13 eine konstante Dicke.How to especially 6 As can be seen, the acoustic lens 13 has a constant thickness along the median plane and in planes parallel to the median plane, the thickness also being defined in this embodiment along the normal to the entrance surface 29. The cross-section of the acoustic lens 13 behaves accordingly in planes parallel to the median plane. In each of these planes, the acoustic lens 13 has a constant thickness.

In parallel zur Querebene verlaufenden Ebenen, die also senkrecht zur ersten Querachse 21 sind, weist die akustische Linse 13 hingegen eine auf die Mittelebene kontinuierlich abnehmende Dicke auf, wie in 7 zu erkennen ist. Die zur Mitte hin abnehmende Dicke führt dazu, dass die Linse 13 im Bereich der Mittelebene am dünnsten ist. Mit anderen Worten weist die Linse 13 die geringste Dicke im Bereich der Mittelebene auf. Daher ist die Schnittkante in 6 nur als dünne Linie eingezeichnet.In planes running parallel to the transverse plane, i.e., perpendicular to the first transverse axis 21, the acoustic lens 13, on the other hand, has a thickness that decreases continuously towards the median plane, as shown in 7 This can be seen. The decreasing thickness towards the center means that lens 13 is thinnest in the region of the median plane. In other words, lens 13 has the smallest thickness in the region of the median plane. Therefore, the cut edge in 6 only shown as a thin line.

Die Abnahme der Dicke der Linse 13 in Ebenen parallel zur Querebene folgt einem S-förmigen Profil, d.h., die Abnahme oder Reduzierung der Dicke ist vom Rand zur Mittelebene hin zunächst gering, nimmt dann deutlich stärker zu, bevor sich der Abnahme auf die Mittelebene hin wieder abschwächt bzw. abflacht. Wie man insbesondere 7 entnehmen kann, ist das Dickenprofil der akustischen Linse 13 in Ebenen, die senkrecht zur ersten Querachse 21 verlaufen, sehr ähnlich bzw. identisch.The decrease in the thickness of lens 13 in planes parallel to the transverse plane follows an S-shaped profile; that is, the decrease or reduction in thickness is initially slight from the edge towards the central plane, then increases significantly more, before the decrease weakens or flattens out again towards the central plane. As can be seen in particular... 7 The thickness profile of the acoustic lens 13 can be seen in planes perpendicular to the The first transverse axis 21 runs very similarly or identically.

In den 8 und 9 sind zwei Schnittansichten eines Ausführungsbeispiels eines Gelkissens 33 mit einer akustischen Linse 13 gezeigt. Die Form der akustischen Linse 13 entspricht im Wesentlichen der Form des in den 2, 3 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiels. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, verweisen wir daher im Hinblick auf die Formgebung der Linse 13 auf die entsprechenden Ausführungen zu den 2, 3 bis 4. In dem Gelkissen 33 könnte auch eine akustische Linse 13 mit einer abweichenden Form angeordnet werden. Beispielsweise könnte die akustische Linse 13 mit der in den 5, 6 bis 7 gezeigten Form in dem Gelkissen 33 angeordnet sein. In jedem Fall ist die akustische Linse 13 aus einem Material gebildet, dass gegenüber dem übrigen Material des Gelkissens 33 eine abweichende Schallgeschwindigkeit aufweist.In the 8 and 9 Two sectional views of an embodiment of a gel cushion 33 with an acoustic lens 13 are shown. The shape of the acoustic lens 13 essentially corresponds to the shape of the one shown in the 2 , 3 until 4 The exemplary embodiment shown is described below. To avoid unnecessary repetition, we therefore refer to the corresponding explanations regarding the shape of lens 13. 2 , 3 until 4 An acoustic lens 13 with a different shape could also be arranged in the gel cushion 33. For example, the acoustic lens 13 could have the shape described in the 5 , 6 until 7 The acoustic lens 13 is arranged in the gel cushion 33 in the shape shown. In any case, the acoustic lens 13 is made of a material that has a different speed of sound compared to the rest of the material of the gel cushion 33.

Das Gelkissen 33 umschließt die akustischen Linse 13 in dem in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig und bildet mit dieser eine Einheit, die lösbar an einer Vorrichtung 1 zur Applikation von Stoßwellen befestigt werden kann. Insbesondere kann das Gelkissen 33 an einer Vorrichtung 1 angeordnet werden, die andernfalls mit herkömmlichen Gelkissen ohne akustische Linse betrieben wird, also einer Vorrichtung, bei der das Gelkissen beispielsweise zur verbesserten Ankoppelung der Vorrichtung an einen menschlichen Körper oder zur Einstellung der Eindringtiefe verwendet wird, die aber stets einen punktförmigen Fokus aufweist. Der Fokus einer derartigen Vorrichtung kann durch das Gelkissen 33 angepasst und in einen linienförmigen Fokus 35 überführt werden, der in den 8 und 9 schematisch gezeigt ist. Grundsätzliche wäre es aber auch denkbar, das Gelkissen fest in eine Vorrichtung 1 zu integrieren.The gel cushion 33 surrounds the acoustic lens 13 in which it is located. 8 and 9 The illustrated embodiment is fully integrated and forms a unit with it that can be detachably attached to a device 1 for applying shock waves. In particular, the gel pad 33 can be arranged on a device 1 that would otherwise be operated with conventional gel pads without an acoustic lens, i.e., a device in which the gel pad is used, for example, to improve the coupling of the device to a human body or to adjust the penetration depth, but which always has a point-like focus. The focus of such a device can be adjusted by the gel pad 33 and transformed into a line-like focus 35, which is located in the 8 and 9 shown schematically. In principle, however, it would also be conceivable to integrate the gel cushion firmly into a device 1.

Wenn das Gelkissen 33 mit der akustischen Linse 13 an einer herkömmlichen Vorrichtung zur Applikation von Stoßwellen befestigt wird, liegt eine Anlageoberfläche 37 des Gelkissens 33 an einer Abstrahloberfläche 13 der Stoßwellenquelle an. Eine gegenüberliegende Koppelfläche 11 ist hingegen zum Anliegen an einem menschlichen oder tierischen Körper vorgesehen, in den die Stoßwellen eingekoppelt werden sollen. Damit liegt die akustische Linse 13 folglich zwischen der Stoßwellenquelle der Vorrichtung und einer Fokalebene, die von einer ersten Querachse 21 und einer zweiten Querachse 23 aufgespannt wird.When the gel pad 33 with the acoustic lens 13 is attached to a conventional device for applying shock waves, a contact surface 37 of the gel pad 33 rests against a radiation surface 13 of the shock wave source. An opposing coupling surface 11, on the other hand, is intended to rest against a human or animal body into which the shock waves are to be coupled. Thus, the acoustic lens 13 is located between the shock wave source of the device and a focal plane defined by a first transverse axis 21 and a second transverse axis 23.

Das Gel des Gelkissens 33 stellt damit für die akustische Linse 13 ein Umgebungsmedium 18 und ein Koppelmedium 17 dar, da die akustische Linse 13 vollständig von dem Gel umschlossen wird. Das Gelkissen 33 dient zum einen zur Ankoppelung der akustischen Linse 13 an die Stoßwellenquelle, zum anderen aber auch zur verbesserten Ankoppelung der Vorrichtung an einen menschlichen oder tierischen Körper. Daneben kann über die Abmessungen des Gelkissens 33, insbesondere in Richtung der Längsachse 19 bzw. der Zentralachse 20 die Tiefe des Fokalbereichs in dem Körper verschoben werden, in den die Stoßwellen eingekoppelt werden.The gel of the gel cushion 33 thus constitutes an environmental medium 18 and a coupling medium 17 for the acoustic lens 13, since the acoustic lens 13 is completely enclosed by the gel. The gel cushion 33 serves, firstly, to couple the acoustic lens 13 to the shock wave source, and secondly, to improve the coupling of the device to a human or animal body. Furthermore, the depth of the focal area within the body into which the shock waves are coupled can be shifted by adjusting the dimensions of the gel cushion 33, particularly in the direction of the longitudinal axis 19 or the central axis 20.

Durch die vorstehend näher beschriebene akustische Linsen 13 wird auf vorteilhafte Weise aus dem ursprünglich punktförmigen Fokus der Stoßwellenquelle 5 ein Linienfokus. Dies stellt eine einfache und kostengünstige Maßnahme dar, um einen langgestreckten Fokus zu erreichen, mit dem insbesondere längliche Zielgebiete in einen menschlichen oder tierischen Körper behandelt werden können. Insbesondere durch die Integration der akustischen Linse 13 in ein auswechselbares Gelkissen 33 können bestehende Vorrichtungen zur Applikation von Stoßwellen kostengünstig angepasst werden.The acoustic lens 13 described above advantageously transforms the originally point-like focus of the shock wave source 5 into a line focus. This represents a simple and cost-effective measure for achieving an elongated focus, which is particularly useful for treating elongated target areas in a human or animal body. In particular, the integration of the acoustic lens 13 into a replaceable gel pad 33 allows for the cost-effective adaptation of existing shock wave application devices.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Vorrichtungdevice
33
GehäuseHousing
55
StoßwellenquelleShock wave source
77
piezoelektrische Elementepiezoelectric elements
99
Kugelsegmentspherical segment
1111
KoppelflächeCoupling area
1313
akustische Linseacoustic lens
1414
AbstrahloberflächeRadiating surface
1515
AustrittsoberflächeExit surface
1717
KoppelmediumCoupling medium
1818
Umgebungsmediumsurrounding medium
1919
LängsachseLongitudinal axis
2020
Zentralachsecentral axis
2121
erste Querachsefirst transverse axis
2323
zweite Querachsesecond transverse axis
2525
umlaufender Randsurrounding edge
2727
äußere Oberflächeouter surface
2828
Verdickungthickening
2929
EintrittsoberflächeEntrance surface
3131
Vertiefungin-depth
3333
GelkissenGel cushion
3535
Fokusfocus
3737
AnlageoberflächePlant surface

Claims (16)

Vorrichtung (1) zur Applikation von Stoßwellen mit einer in einem Gehäuse (3) angeordneten Stoßwellenquelle (5) zur Erzeugung von Stoßwellen, wobei die von der Stoßwellenquelle (5) konvergent abgegebenen Stoßwellen in einer Fokalebene im Wesentlichen auf eine kreisförmige Fläche fokussiert sind, wobei die Vorrichtung (1) weiterhin eine akustische Linse (13) umfasst, die zwischen der Stoßwellenquelle (5) und der Fokalebene angeordnet ist und die so konfiguriert ist, dass nach einem Durchlaufen der akustischen Linse (13) ein Fokus der von der Stoßwellenquelle (5) erzeugten Stoßwellen in der Fokalebene derart aufgeweitet ist, dass der Fokus entlang einer ersten Querachse (21) eine erste Breite aufweist und entlang einer zweiten Querachse (23) eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Breite, wobei die erste Querachse (21) und die zweite Querachse (23) in der Fokalebene verlaufen und wobei die zweiten Querachse (23) senkrecht zur ersten Querachse (21) verläuft.Device (1) for applying shock waves with a shock wave source (5) arranged in a housing (3) for generating shock waves, wherein the shock waves emitted convergently by the shock wave source (5) are focused substantially on a circular area in a focal plane, wherein the device (1) further comprises an acoustic lens (13) arranged between the shock wave source (5) and the focal plane and configured such that, after passing through the acoustic lens (13), a focus of the shock waves generated by the shock wave source (5) is widened in the focal plane such that the focus has a first width along a first transverse axis (21) and a second width along a second transverse axis (23), wherein the first width is at least twice as large as the second width, wherein the first transverse axis (21) and the second transverse axis (23) lie in the focal plane and wherein the second transverse axis (23) is perpendicular to the first transverse axis (21). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Stoßwellenquelle (5) eine sphärische Abstrahloberfläche (14) aufweist.Device (1) according Claim 1 , wherein the shock wave source (5) has a spherical radiating surface (14). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Stoßwellenquelle (5) ein zwischen einer Abstrahloberfläche (14) der Stoßwellenquelle (5) und der akustischen Linse (13) angeordnetes Umformelement aufweist, das so konfiguriert ist, dass die von der Abstrahloberfläche (14) emittierten Stoßwellen nach Durchlaufen des Umformelements in der Fokalebene im Wesentlichen auf die kreisförmige Fläche fokussiert sind, bevor sie auf die akustische Linse treffen.Device (1) according Claim 1 , wherein the shock wave source (5) has a forming element arranged between a radiating surface (14) of the shock wave source (5) and the acoustic lens (13), which is configured such that the shock waves emitted from the radiating surface (14) are substantially focused on the circular surface in the focal plane after passing through the forming element before they meet the acoustic lens. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Wesentlichen kreisförmige Fläche, auf die die von der Stoßwellenquelle (5) konvergent abgegebenen Stoßwellen in der Fokalebene ohne Linse (13) fokussiert sind, in der Fokalebene einen Ausgangsdurchmesser aufweist, wobei die Breite des Fokus der Stoßwellen nach dem Durchlaufen der akustischen Linse (13) in der Fokalebene entlang der ersten Querachse (21) mindestens das 2,5-fache des Ausgangsdurchmessers und vorzugsweise mehr als das 7-fache des Ausgangsdurchmesser beträgt, und wobei die Breite des Fokus der Stoßwellen nach dem Durchlaufen der akustischen Linse (13) in der Fokalebene entlang der zweiten Querachse (23) eine Breite aufweist, die höchstens das 1,5-fache des Ausgangsdurchmessers beträgt und die vorzugsweise im Wesentlichen gleich dem Ausgangsdurchmesser ist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the substantially circular area onto which the shock waves convergently emitted by the shock wave source (5) are focused in the focal plane without a lens (13) has an output diameter in the focal plane, whereby the width of the focus of the shock waves after passing through the acoustic lens (13) in the focal plane along the first transverse axis (21) is at least 2.5 times the output diameter and preferably more than 7 times the output diameter, and whereby the width of the focus of the shock waves after passing through the acoustic lens (13) in the focal plane along the second transverse axis (23) has a width that is at most 1.5 times the output diameter and is preferably substantially equal to the output diameter. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Linse (13) aus einem Material gefertigt ist, in dem die Schallgeschwindigkeit größer ist als in einem Umgebungsmedium der akustischen Linse (13).Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic lens (13) is made of a material in which the speed of sound is greater than in an environment medium of the acoustic lens (13). Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die akustische Linse (13) eine parallel zur ersten Querachse (21) verlaufende Verdickung aufweist, wobei eine Dicke der akustischen Linse (13) vorzugsweise in parallel zur zweiten Querachse (23) und senkrecht zur ersten Querachse (21) verlaufenden Ebenen jeweils von einem Rand (25) der Linse (13) auf eine Mittelebene hin kontinuierlich zunimmt, und wobei die Dicke der akustischen Linse (13) weiter bevorzugt in parallel zur zweiten Querachse (23) und senkrecht zur ersten Querachse (21) verlaufenden Ebenen jeweils von dem Rand (25) der Linse (13) auf die Mittelebene zu einer S-Kurve folgend zunimmt.Device (1) according Claim 5 , wherein the acoustic lens (13) has a thickening extending parallel to the first transverse axis (21), wherein the thickness of the acoustic lens (13) preferably increases continuously in planes extending parallel to the second transverse axis (23) and perpendicular to the first transverse axis (21) from an edge (25) of the lens (13) to a central plane, and wherein the thickness of the acoustic lens (13) further preferably increases in planes extending parallel to the second transverse axis (23) and perpendicular to the first transverse axis (21) from the edge (25) of the lens (13) to the central plane following an S-curve. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Linse (13) aus einem Material gefertigt ist, in dem die Schallgeschwindigkeit kleiner ist als in dem Umgebungsmedium der akustischen Linse (13).Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic lens (13) is made of a material in which the speed of sound is lower than in the surrounding medium of the acoustic lens (13). Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die akustische Linse (13) eine parallel zur ersten Querachse (21) verlaufende Vertiefung aufweist, wobei eine Dicke der akustischen Linse (13) vorzugsweise in parallel zur zweiten Querachse (23) und senkrecht zur ersten Querachse (21) verlaufenden Ebenen jeweils von einem Rand (25) der Linse (13) auf eine Mittelebene hin kontinuierlich abnimmt, und wobei die Dicke der akustischen Linse (13) weiter bevorzugt in parallel zur zweiten Querachse (23) und senkrecht zur ersten Querachse (21) verlaufenden Ebenen jeweils von dem Rand (25) der Linse (13) auf die Mittelebene zu einer S-Kurve folgend abnimmt.Device (1) according Claim 7 , wherein the acoustic lens (13) has a depression extending parallel to the first transverse axis (21), wherein the thickness of the acoustic lens (13) preferably decreases continuously in planes extending parallel to the second transverse axis (23) and perpendicular to the first transverse axis (21) from an edge (25) of the lens (13) to a central plane, and wherein the thickness of the acoustic lens (13) further preferably decreases in planes extending parallel to the second transverse axis (23) and perpendicular to the first transverse axis (21) from the edge (25) of the lens (13) to the central plane following an S-curve. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Linse (13) entlang von parallel zur ersten Querachse (21) und senkrecht zur zweiten Querachse (23) verlaufenden Ebenen jeweils eine konstante Dicke aufweist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic lens (13) has a constant thickness along planes running parallel to the first transverse axis (21) and perpendicular to the second transverse axis (23). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Linse (13) aus einem einheitlichen Material hergestellt wurde.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic lens (13) is made of a uniform material. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Linse (13) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt wurde.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic lens (13) was manufactured using an additive manufacturing process. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine auf die Stoßwellenquelle (5) zuweisende Eintrittsoberfläche (29) der akustischen Linse (13) parallel zu der Abstrahloberfläche (14) verläuft, von der die Stoßwellen abgestrahlt werden.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein an entrance surface (29) of the acoustic lens (13) directing towards the shock wave source (5) is parallel to the emitting surface (14) from which the shock waves are emitted. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Linse (13) in ein Gelkissen (33) eingebettet ist, wobei das Gelkissen (33) lösbar mit der Vorrichtung (1) verbunden ist oder wobei das Gelkissen (33) fest mit der Vorrichtung (1) verbunden ist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the acoustic lens (13) is embedded in a gel cushion (33), wherein the gel cushion (33) is detachably connected to the device (1) or wherein the gel cushion (33) is permanently connected to the device (1). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die akustische Linse (13) einen umlaufenden Rand (25) aufweist, der zur Befestigung der Linse (13) in der Vorrichtung (1) vorgesehen ist, wobei der umlaufende Rand (25) vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die akustische Linse (13) gebildet ist.Device (1) according to one of the Claims 1 until 12 , wherein the acoustic lens (13) has a circumferential rim (25) which is provided for fastening the lens (13) in the device (1), wherein the circumferential rim (25) is preferably made of the same material as the acoustic lens (13). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stoßwellenquelle (5) eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen (7) umfasst, die auf einer sphärischen Oberfläche (9) angeordnet sind.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the shock wave source (5) comprises a plurality of piezoelectric elements (7) arranged on a spherical surface (9). Gelkissen (33) zur lösbaren Anordnung an einer Vorrichtung (1) zur Applikation von Stoßwellen, wobei die Vorrichtung (1) eine in einem Gehäuse (3) angeordnete Stoßwellenquelle (5) zur Erzeugung von Stoßwellen aufweist, wobei die von der Stoßwellenquelle (5) konvergent abgegebenen Stoßwellen in einer Fokalebene im Wesentlichen auf eine kreisförmige Fläche fokussiert sind, wobei das Gelkissen (33) eine akustische Linse (13) umfasst, und wobei das Gelkissen (33) und die akustische Linse (13) derart konfiguriert sind, dass bei einer Anordnung des Gelkissens (33) an der Vorrichtung (1) die akustische Linse (13) zwischen der Stoßwellenquelle (5) und der Fokalebene angeordnet ist und dass nach einem Durchlaufen der akustischen Linse (13) ein Fokus der von der Stoßwellenquelle (5) erzeugten Stoßwellen in der Fokalebene derart aufgeweitet ist, dass der Fokus entlang einer ersten Querachse (21) eine erste Breite aufweist und entlang einer zweiten Querachse (23) eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Breite, wobei die erste Querachse (21) und die zweite Querachse (23) in der Fokalebene verlaufen und wobei die zweiten Querachse (23) senkrecht zur ersten Querachse (21) verläuft.Gel cushion (33) for detachable arrangement on a device (1) for applying shock waves, wherein the device (1) comprises a shock wave source (5) arranged in a housing (3) for generating shock waves, wherein the shock waves emitted convergently by the shock wave source (5) are focused substantially on a circular area in a focal plane, the gel cushion (33) comprising an acoustic lens (13), and the gel cushion (33) and the acoustic lens (13) are configured such that, when the gel cushion (33) is arranged on the device (1), the acoustic lens (13) is positioned between the shock wave source (5) and the focal plane, and that, after passing through the acoustic lens (13), the focus of the shock waves generated by the shock wave source (5) is widened in the focal plane such that the focus has a first width along a first transverse axis (21) and a second width along a second transverse axis (23), the first width being at least twice as large as the second width, wherein the first transverse axis (21) and the second transverse axis (23) lie in the focal plane and wherein the second transverse axis (23) is perpendicular to the first transverse axis (21).
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