DE19718512C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinische Anwendungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinische Anwendungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.

Fokussierte akustische Stoßwellen werden zunehmend in der Human- und Tiermedizin für unterschiedliche Anwendungszwecke eingesetzt. Beispiele sind die Zerstörung von Konkrementen, die Behandlung von Weichteilbeschwerden und orthopädischen schmerzhaften Erkrankungen, wie Ansatztendinosen und Pseudo­ arthrosen, sowie die Induzierung des Knochenwachstums.

Zum Erzeugen der Stoßwellen sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen zwischen zwei in einem flüssigen Medium angeordneten Elektroden ein elektrischer Durchbruch erzeugt wird. Der elek­ trische Durchbruch führt zu einem explosionsartigen Verdampfen des flüssigen Mediums, wodurch die Stoßwellen erzeugt werden, die dann fokussiert in den menschlichen oder tierischen Körper eingekoppelt werden. Vorrichtungen dieser Gattung sind bei­ spielsweise bekannt aus der DE-PS 26 35 635, der EP 0 590 177 A1 und der WO 96/09 621.

Die Plasmagenerierung bei dem elektrischen Durchbruch führt zu einer Bildung von Gasblasen in dem flüssigen Medium, welche die Entstehung und Ausbreitung der Stoßwellen stören. In der WO 96/09 621 ist daher angegeben, daß eine die Elektroden umgebende stoßwellendurchlässige Hülle mindestens eine Öffnung aufweist, durch welche das bei der Funkenentladung entstehende Gas aus dieser Hülle entweichen kann. Die Öffnungen müssen dabei eine ausreichende Größe aufweisen, damit das gebildete Gas auch wirksam entweichen kann, was andererseits zu einem Austausch zwischen Innenraum und Außenraum der Hülle führt, wodurch die Konditionierung des flüssigen Mediums im Bereich der Elektroden beeinträchtigt wird. Außerdem muß das außerhalb der Hülle gesammelte Gas abgeführt und in einem Entgasungs­ prozeß entfernt werden.

Aus der US 5 251 614 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei welcher Stoßwellen durch einen elektrischen Durchbruch zwischen Elektroden in einer Flüssigkeit, erzeugt werden. Um die Latenzzeit für die Ausbildung des elektrischen Durchbruchs zu verringern, sind die Elektroden von einem Be­ hälter umschlossen, in welchem der Flüssigkeit ein Elektrolyt zugegeben wird, wodurch der Widerstand für die elektrische Entladung zwischen den Elektroden vermindert wird. Maßnahmen gegen den störenden Einfluß von Gasblasen in der Flüssigkeit sind nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch welche der störende Einfluß der Gasbildung verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, dem flüs­ sigen Medium zumindest in dem die Elektroden umgebenden Be­ reich eine Katalysator zuzusetzen, der der Entwicklung und Bildung von Gasblasen entgegenwirkt. Dabei sind bei der Erzeu­ gung der Stoßwellen zwei Prozesse der Gasentwicklung zu unter­ scheiden. Wird an die Elektroden die für die Funkenentladung erforderliche elektrische Hochspannung angelegt, so führt diese nicht unmittelbar zu dem elektrischen Durchbruch. Zu­ nächst wird vielmehr in einer Latenzzeit das für den Durch­ bruch erforderliche elektrische Feld aufgebaut. In dieser Latenzzeit fließt bereits ein geringer Strom in dem flüssigen Medium, der durch dessen elektrischen Leitwert bestimmt ist. Dieser elektrische Storm führt bereits zu einer elektrolyti­ schen Zersetzung des flüssigen Mediums und einer dadurch be­ dingten Gasentwicklung. Der dem flüssigen Medium zugesetzte Katalysator kann somit zum einen diese elektrolytische Gas­ entwicklung während der Latenzzeit stark unterdrücken oder sogar weitgehend verhindern. Hat sich der Durchbruchkanal zwischen den Elektroden gebildet, so daß eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden stattfindet, so führt der hohe Entladungsstrom zu einem explosionsartigen Verdampfen des flüssigen Mediums. Der Katalysator hat weiter den Zweck, das während der Latenzzeit durch eventuell nicht vollständige Unterdrückung der elektrolytischen Dissoziierung gebildete Gas und insbesondere das durch die Verdampfung bei dem elektri­ schen Durchbruch erzeugte Gas möglichst schnell und möglichst vollständig katalytisch wieder in den Ausgangsstoff des flüs­ sigen Mediums oder eventuell in eine andere flüssige Substanz umzuwandeln.

Die erfindungsgemäße Zugabe des Katalysators unterdrückt damit die Gasbildung während der Latenzzeit und führt zu einer che­ mischen Rekombination des notwendigerweise während der Entla­ dung gebildeten Gases.

Das flüssige Medium besteht in der Regel zu einem überwiegen­ den Anteil aus Wasser, so daß es sich bei dem entstehenden Gas im wesentlichen um Knallgas handelt. Um dieses Knallgas in Wasser zurückzuverwandeln wird dem Wasser ein Hydrierungs­ katalysator zugegeben. Da das Wasser nicht völlig salzfrei ist, können auch weitere Gase, wie z. B. Chlor entstehen, die ebenfalls katalysierbar, lösbar oder in akustisch nicht stö­ rende Stoffe umwandelbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in schematischer Seitenansicht und

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführung der Vorrichtung.

In einer Hülse 7 sind Elektroden 4 und 5 angeordnet. Die Hülse 7 ist für Stoßwellen durchlässig, an ihrer Oberseite geschlos­ sen und durch den Sockel der Vorrichtung abgeschlossen. In der Hülse 7 befindet sich ein flüssigen Medium 6, welches vorzugs­ weise im wesentlichen aus Wasser besteht. Das flüssige Medium 6 enthält einen Katalysator 9.

Die eine Elektrode 4 ist mit einem Innenleiter 1 und die ande­ re Elektrode 5 mit einem Außenleiter 3 elektrisch leitend verbunden. Der Innenleiter 1 ist gegen den Außenleiter 3 durch eine Isolator 2 isoliert. Die Hülse 7 ist mittels eines Isola­ tors 8 mit dem im übrigen nicht dargestellten Gerät fest oder z. B. mittels eines Gewindes lösbar verbunden. Der Innenleiter 1 und der Außenleiter 3 werden in geeigneter Weise an die Hochspannungsversorgung des Gerätes angeschlossen.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Katalysator 9 in dem die Elektroden 4 und 5 umgebenden flüssigen Medium 6 in flüssiger oder fester Form gelöst oder suspendiert. Das flüs­ sige Medium 6 mit dem Katalysator 9 ist in der Hülse 7 voll­ ständig eingeschlossen. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist auf diese Weise als komplette Baueinheit einsetzbar und auswech­ selbar.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Katalysator 9 pulverförmig in einem Vorratsbehältnis 11. Das Vorratsbehältnis 11 hat an seiner Unterseite eine kleine Öffnung, durch welche der pulverförmige Katalysator 9 in das flüssige Medium 6 entweichen kann. Die bei der Funkenentladung zwischen den Elektroden 4 und 5 entstehenden Druckschwankungen begünstigen dabei, daß pro Entladung jeweils portionsweise eine gewisse Menge des Katalysators 9 in das flüssige Medium 6 entweicht.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Elektroden 4 und 5 sowie das Vorratsbehältnis 11 in einem größeren Volumen des flüssigen Mediums 6 aufgenommen. Dieses Volumen kann ein geschlossenes Volumen sein, so daß die Vorrichtung mit dem Flüssigkeitsvolumen eine selbständige auswechselbare Bauein­ heit bildet. Ebenso kann das das flüssige Medium 6 enthaltende Volumen an einen offenen Kreislauf angeschlossen sein, in welchem das flüssige Medium umgewälzt und gegebenenfalls auf­ bereitet wird.

Die verwendeten Katalysatoren 9 sind im wesentlichen an sich bekannt und werden entsprechend der Zusammensetzung des flüs­ sigen Mediums gewählt.

Da das flüssige Medium 6 vorzugsweise im wesentlichen aus Wasser besteht, werden als Katalysator 9 entsprechend Hydrie­ rungs-Katalysatoren verwendet, die das durch die elektrolyti­ sche Dissoziierung des Wassers gebildete Wasserstoff-Sauer­ stoff-Gemisch (Knallgas) wieder katalytisch in Wasser zurück­ verwandeln.

Als effektivste Hydrierungskatalysatoren werden die Gruppe der Platinmetalle und der Palladiummetalle bevorzugt. Die kataly­ tische Wirkung dieser Metalle hängt davon ab, wieviel Wasser­ stoff absorbiert werden kann, d. h. insbesondere wie fein verteilt der Katalysator vorliegt. Bevorzugt werden erfin­ dungsgemäß dementsprechend Platinpulver, Platin auf Aktivkoh­ le, Platinschwamm, Platinmohr und entprechend Palladiumpulver, Palladium auf Aktivkohle, Palladiumschwamm bzw. Palladiummohr. Die Auswahl und die zugegebene Menge des Katalysators ergibt sich aus der effektiven Wirksamkeit des Katalysators, der Art der Zugabe, den Einflüssen auf das flüssige Medium und aus den Kosten des Katalysators.

Bei den Katalysatoren mit der besten Katalysatorwirkung, z. B. bei Palladiummohr hat sich eine Mengenzugabe von größer/gleich 0,1 mg pro ml Wasser als wirksam erwiesen. Katalysatoren mit einer geringeren Wirksamkeit müssen in entsprechend größeren Mengen zugegeben werden. In der Regel ergibt sich ein vorteil­ hafte Reduzierung der Gasbildung und Gasansammlung bei einer Zugabe von etwa 0,2 bis 4 mg Katalysator pro ml Wasser.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinsche Anwendungen, bei welchem zwei Elektroden in einem flüssi­ gen Medium angeordnet werden und durch eine an die Elek­ troden angelegte elektrische Hochspannung ein elektri­ scher Durchbruch erzeugt wird, durch welchen das Medium explosionsartig verdampft, um damit die Stoßwellen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Medi­ um ein Katalysator zumindest in der Umgebung der Elek­ troden zugegeben wird, der die elektrolytische Entstehung von Gas bei dem Anlegen der Hochspannung an die Elek­ troden ganz oder teilweise unterdrückt und der das beim Anlegen der Hochspannung an die Elektroden und beim elek­ trischen Durchbruch entstehende Gas ganz oder teilweise katalytisch in seinen Ausgangszustand rückverwandelt.

2. Vorrichtung zum Erzeugen von Stoßwellen für medizinische Anwendungen mittels einer zwischen zwei in einem flüssi­ gen Medium angeordneten Elektroden gebildeten Funken­ strecke, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium (6) zumindest in der Umgebung der Elektroden (4, 5) einen Katalysator (9) enthält, der die Umwandlung des flüssigen Mediums (6) in Gas zumindest teilweise unterdrückt und/oder das entstehende Gas zumindest teilweise wieder in einen flüssigen Zustand zurückverwandelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium (6) im wesentlichen aus Wasser be­ steht und daß der Katalysator (9) ein Hydrierungs-Kataly­ sator ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator (9) aus der Gruppe der Platin- oder Pal­ ladiummetalle verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) aus Platin auf Aktivkohle, Platinpul­ ver, Platinschwamm oder Platinmohr besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) aus Palladium auf Aktivkohle, Palla­ diumpulver, Palladiumschwamm oder Palladiummohr besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) dem flüssigen Medium (6) in einer Menge von wenigstens von 0,1 mg/ml zugegeben wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) dem flüssigen Medium (6) in einer Menge von 0,2 bis 4 mg/ml zugegeben wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektroden (4, 5) umschlie­ ßende flüssige Medium (6) in einem abgeschlossenen Volu­ men (Hülse 7) aufgenommen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichent, daß der Katalysator (9) pulverförmig in einem Vorratsbehältnis (11) bevorratet ist, und durch eine Öffnung des Vorratsbehältnisses (11) in das flüssige Medium (6) in der Umgebung der Elektroden (4, 5) aus­ tritt.