DE8618166U1

DE8618166U1 - Shock wave source, especially for lithotripsy

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Publication number: DE8618166U1
Application number: DE19868618166
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1986-07-08
Publication date: 1988-06-09

Description

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StoSWellenquelle,.....insbesondere für die LithotripSie S StoS wave source,.....especially for the lithotripSie S

Die Erfindung betrifft eine Stößwellenquelle mit einem Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung des ausgesandten StoQwellenimpulses.The invention relates to a shock wave source with a line focus transverse to the propagation direction of the emitted shock wave pulse.

Eine Stoßwelienquelie ist auf medizinischem Gebiet beispielsweise Bestandteil eines Llthotrlpters zur Zertrümmerung von Nierensteinen, Zu disssss Zweck wird von außen über ein Koppelmedium ein StoQwellenimpuls in den Patienten eingeleitet* Dieser Stoßwellenimpuls wird in ) 15 der Regel auf den Bereich des Konkrementes fokussiert*In the medical field, a shock wave source is, for example, part of a ltotriller for breaking up kidney stones. For this purpose, a shock wave pulse is introduced into the patient from the outside via a coupling medium. This shock wave pulse is usually focused on the area of the concretion.

Bei länglichen oder nebeneinanderliegenden Konkrementen kann es nützlich sein, eine Stoßwellenquelle mit einem Linienfokus zur Verfügung zu haben. Eine solche Stoßweilenquelle ist beispielsweise aus der DE-PS 34 17 985, Spalte 4, Zeilen 36 bis 50, bekannt. Dort wird als vor- ; teilhaft die Verwendung eines axialen Linienfokus an- j stelle eines punktförmigen Brennpunktes beschrieben. |.In the case of elongated or adjacent concretions, it can be useful to have a shock wave source with a line focus available. Such a shock wave source is known, for example, from DE-PS 34 17 985, column 4, lines 36 to 50. There, the use of an axial line focus instead of a point-like focal point is described as advantageous. |.

WiI 2 Sir / 01.07.1986WiI 2 Sir / 01.07.1986

It is further stated that a focus spread- |

rung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Stoßwelle Iperpendicular to the direction of propagation of the shock wave I

bei gleicher Druckamplitude im Fokus eine Erhöhung der |at the same pressure amplitude in focus an increase in |

( Stoßwellenenergie proportional zur Frontfläche erfordern f ( Shock wave energy proportional to the frontal area requires f

würde, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Belastung ;which would lead to a significant increase in the burden;

der die Stoßwelle erzeugenden Elektroden und des Patien- |the electrodes generating the shock wave and the patient |

ten führt. Bei der dort eingesetzten Stoßwellenquelle ;ten. The shock wave source used there ;

unter Zuhilfenahme von Zündelektroden entstehen also ; Nebeneffekte, deretwegen die Ausbildung eines Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung des StößWelleriifnpülses bisher als nachteilig bewertet wurde.
35With the aid of ignition electrodes, side effects arise, which is why the formation of a line focus transverse to the direction of propagation of the shock wave pulse has previously been considered disadvantageous.
35

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( , Sogenannte Stoßwellenrohre mit Membran und Flachspule sind z. B. aus der DE-OS 33 28 051 (= VPA 83 P 3248) bekannt. Eine in der Lithutrlpsie eingesetzte Flachspule mit konkav-sphärischer Oberfläche ist aus dem DE-GM 84 13 031.8 bekannt. ( , So-called shock wave tubes with membrane and flat coil are known, for example, from DE-OS 33 28 051 (= VPA 83 P 3248). A flat coil with a concave-spherical surface used in lithotroscopy is known from DE-GM 84 13 031.8.

Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daß ein Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung dennoch vorteilhaft ist, wenn bei der StoßweÜenquelle auf Zündelektroden und damit auf kostspieligen Ersatzbedarf verzichtet wird, sowie daven, dsS bei einer Lage von Konkrementen quer zur Ausbreitungsrichtung der Stoßwelle eine simultane Beschallung zu verkürzter Behandlungsdauer, geringer C ' Patientenbelastung und erhöhter Wirtschaftlichkeit führt.The invention is based on the consideration that a line focus transverse to the direction of propagation is nevertheless advantageous if the shock wave source does not have ignition electrodes and thus does not require expensive replacements, and that if the concretions are located transverse to the direction of propagation of the shock wave, simultaneous ultrasound leads to a shortened treatment time, lower patient stress and increased cost-effectiveness.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stoßwellenquelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Linienfokus quer zur Ausbreitungsrichtung entsteht unter Verwendung einer relativ langlebigen Stoßwellen- | quelle ohne Zündelektrode^The object of the invention is therefore to design a shock wave source of the type mentioned at the beginning in such a way that a line focus is created transversely to the direction of propagation using a relatively long-life shock wave | source without an ignition electrode^

In einer ersten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine an sich bekannte Membran und eine an sich bekannte Flachspule zur elektromagnetischen Erzeugung des Stoßwellenimpulses sowie durch eine konkav-zylindrische Formgebung der Flachspule.In a first embodiment, this object is achieved according to the invention by a membrane known per se and a flat coil known per se for the electromagnetic generation of the shock wave pulse as well as by a concave-cylindrical shape of the flat coil.

In einer zweiten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine an sich bekannte Membran und eine an sich bekannte Flachspule zur elektromagnetischen Erzeugung des Stoßwellenimpulses sowie durch eine dieser Membran nachgeördheten konkav-zylindrisch geformte akustische Linse.In a second embodiment, this object is achieved according to the invention by a membrane known per se and a flat coil known per se for electromagnetically generating the shock wave pulse as well as by a concave-cylindrical acoustic lens arranged downstream of this membrane.

In einer dritten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelost durch zwei nebeneinander angeoxdne-In a third embodiment, this object is achieved according to the invention by two adjacently arranged

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VPA 86 P 3 2 1 7 OE ) te Stoßwellengeneratoren mit Punktfoku,}, deren Hauptstrahlrichtüngen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.VPA 86 P 3 2 1 7 OE ) te shock wave generators with point focus,} whose main beam directions are essentially parallel to each other.

Zu iien bekannten Vorteilen des Linienfokus, wie z. B* größerer Wirkungsbereich, kommen bei einer solchermaßen ausgestatteten StoQwellenquelle die Vorteile hinzu, die sich durch Weglassen der Zündelektroden ergeben. Dies ist insbesondere für die Lithotripsie, z. B. von Nierensteineh, von Bedeutung. Die Flachspule kann mit einem spannungsimpuls beaufschlagt werden, welcher nur geringfügig größer ist als im Falles eines Punktfokus. So z. B. haben Versuche gezeigt, daß eine Spannungserhohung von O 15 kV im Falle des Punktfokus auf 19 kV für einen Linienfokus bei Verwendung einer konkav-zylindrischen Linse ausreichend ist, um die -6 dB-Fokuszone des Punktfokus von 8 mm auf cat 40 mm beim Linienfokus zu vergrößern. Durch diese verhältnismäßig kleine Spannungserhohung treten keine Nachteile bezüglich der Lebensdauer derIn addition to the known advantages of the line focus, such as a larger effective area, a shock wave source equipped in this way also offers the advantages that result from omitting the ignition electrodes. This is particularly important for lithotripsy, e.g. for kidney stones. The flat coil can be subjected to a voltage pulse that is only slightly larger than in the case of a point focus. For example, tests have shown that a voltage increase from 15 kV in the case of a point focus to 19 kV for a line focus when using a concave-cylindrical lens is sufficient to increase the -6 dB focus zone of the point focus from 8 mm to 40 mm for the line focus. This relatively small voltage increase does not result in any disadvantages with regard to the service life of the

Flat coil, and the patient's exposure to

Stoßwellenenergie bleibt weiterhin unkritisch. Die Effektivität des Lithotripters wird aber wesentlich gesteigert, so daß eine geringere Behandlungsdauer erforderlich ist.Shock wave energy remains uncritical. However, the effectiveness of the lithotripter is significantly increased, so that a shorter treatment time is required.

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. . Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:. . Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description of embodiments based on the figures. They show:

Fig. 1 eine Stoßwellenquelle für die Nierenstein-Lithotripsie mit beidseitig konkav-zylindrisch geformter Linse im Querschnitt,Fig. 1 a shock wave source for kidney stone lithotripsy with a concave-cylindrical lens on both sides in cross section,

Fig. 2 eine Stoßwellenquelle mit konkav-zylindrisch geformter Flachspule im Querschnitt, Fig. 3 eine rechteckförmige Flachspule in der Aufsicht, Flg. 4 eine elliptisch gestaltete Flachspule in der Aufsicht, Fig. 2 a shock wave source with a concave-cylindrical flat coil in cross section, Fig. 3 a rectangular flat coil in plan view, Fig. 4 an elliptical flat coil in plan view,

'..·'.«' ·.*· $ _ ·,."..· VPA 86P 3 2 170t ' \ Fig. 5 eine Flachspule mit zwei nebeneinander angeordnet'..·'.«' ·.*· $ _ ·,."..· VPA 86P 3 2 170t ' \ Fig. 5 a flat coil with two arranged next to each other

ten quadratischen Spiralen in der Aufsicht und Fig. 6 eine Expiosiciiszeichnuhg einer rechteckförmigen Stoßwellenquelle mit konkav-zylindrischer Linse. 5ten square spirals in plan view and Fig. 6 an exploded drawing of a rectangular shock wave source with a concave-cylindrical lens. 5

In Fig_ä 1 ist ein Stößwellengenerator 1 gezeigt j dem elfte Linse 3 nachgeordnet ist. Der Stoßwellengenerätor 1 ist an sich im Stand der Technik bekannt. Er besteht z. B. aus einer kreisförmigen Spule, welcher durch eine Isolierfolie getrennt eine runde Kupfermembran vorgelagert ist. Wird an die Flachspule ein Hochspannungsinipuls gelegt, so wird die Kupfermembran aufgrund elektromagnetischer Kräfte schlagartig fortbewegt. Es entsteht ein ' ) Stoßweilenimpuls, welcher über ein Koppelmedium zu der | 15 Linse 3 übertragen wird. Ein solcher Stößwellengenerator 1 hat im allgemeinen einen punktförmigen Fokus.In Fig _. 1 a shock wave generator 1 is shown, which is followed by an eleventh lens 3. The shock wave generator 1 is known per se in the state of the art. It consists, for example, of a circular coil, in front of which a round copper membrane is arranged, separated by an insulating foil. If a high-voltage pulse is applied to the flat coil, the copper membrane is suddenly moved by electromagnetic forces. This creates a shock wave pulse, which is transmitted to the lens 3 via a coupling medium. Such a shock wave generator 1 generally has a point-shaped focus.

Die Linse 3 ist vorliegend eine beidseitig konkav-zylindrisch geschliffene Linse, die sich um einiges senkrecht zur Papierebene erstreckt. Es ist auch möglich, die Linse 3 lediglich an ihrer Eintrittsseite 3a oder an ihrer Austrittsseite 3b konkav-zylindrisch auszubilden. Zwischen der Linse 3 und dem Körper eines zu behandelnden Patienten P befindet sich eine mit Wasser gefüllte Vorlaufstrecke 5, welche von einer Abschlußmembran 7 bej grenzt ist.. Die Abschlußmembran 7 liegt dabei luftblasvinfrei an dem Patienten 5 an. Wichtig ist, daß durch die Linse 3 kein punktförmiger Brennpunkt entsteht, sondern ein Linienfokus L, welcher senkrecht zur zentralen Ausbreitungsrichtung Z verläuft.The lens 3 is a concave-cylindrical lens ground on both sides, which extends somewhat perpendicularly to the plane of the paper. It is also possible to make the lens 3 concave-cylindrical only on its entry side 3a or on its exit side 3b. Between the lens 3 and the body of a patient P to be treated there is a water-filled pre-run section 5, which is delimited by a closing membrane 7. The closing membrane 7 lies against the patient 5 without any air bubbles. It is important that the lens 3 does not create a point-like focal point, but rather a line focus L, which runs perpendicular to the central direction of propagation Z.

Der Stoßwellengenerator 1 und die Linse 3 bilden zusammen eine Stoßwellenquelle, welche die Zentrumsachse Z aufweist. Um eine Lageänderung des Linienfokus L zu erreichen ist die Linse 3 um die Zentrumsachse Z drehbar. Dieses kann beispielsweise durch einen halbrunden Zahn-The shock wave generator 1 and the lens 3 together form a shock wave source, which has the central axis Z. In order to achieve a change in the position of the line focus L, the lens 3 can be rotated around the central axis Z. This can be done, for example, by means of a semicircular toothed

VPA 86P 3 2 1 7 OEVPA 86P 3 2 1 7 OE

&Ggr; * kranz 9 im Zusammenspiel mit einem Ritzel 11 erreicht &Ggr; * crown 9 in interaction with a pinion 11 achieved

werden. Der Zahnkranz 9 ist dabei an der Lirrse 3 und das Ritzel 11 an einer Gehäusewand der Stoßwellenquelle 1, 3 befestigt. Durch Drehen des Ritzels 11 entlang dem ge- ] krümmten Doppelpfeil 13, z. B. von Hand, wird die Linse 3 und damit auch der Linienfokus L um die Zentrumsachse Z gedreht. Weiterhin ist ein Schlitten 15 vorgesehen, welcher in einer Nut des Stoßwellengeneratorgehäuses verläuft und in Richtung des Doppelpfeils 17 verschiebbar Ist, z. B. ebenfalls von Hand. Durch Verschieben des Schlittens 15 wird die Linse 3 weiter weg vom oder näher | zum StoQwellengenerator 1 positioniert. Dadurch läßt sich der Linienfokus L entlang der Zentrumsachse Z ver-The gear ring 9 is attached to the lens 3 and the pinion 11 to a housing wall of the shock wave source 1, 3. By turning the pinion 11 along the curved double arrow 13, e.g. by hand, the lens 3 and thus also the line focus L are rotated about the central axis Z. A slide 15 is also provided, which runs in a groove in the shock wave generator housing and can be moved in the direction of the double arrow 17, e.g. also by hand. By moving the slide 15, the lens 3 is positioned further away from or closer to the shock wave generator 1. This allows the line focus L to be moved along the central axis Z.

V schieben. Die Drehung des Linienfokus L eröffnet die Möglichkeit, den Stoßwellenimpuls jeweils auf das Behandlungsgebiet nachzuführen, wenn dieses seine Lage verändert; sie gestattet es, besonders empfindliche Zonen zu meiden. Dabei ist es zweckmäßig, eine Orientierung des Linienfokus L im Bildsystem der zugehörigen Ortungseinrichtung (nicht gezeigt) einzublenden.V. The rotation of the line focus L opens up the possibility of tracking the shock wave impulse to the treatment area whenever it changes its position; it allows particularly sensitive zones to be avoided. It is useful to display an orientation of the line focus L in the image system of the associated locating device (not shown).

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Stoßwellenquelle dargestellt. Auf einem Flachspulenträger 20 ist eine Flachspule 22 aufgebracht, deren Oberfläche konkav-zylindrisch ausgebildet ist. Die Flachspule 22 ( ist dabei vorzugsweise nach einer der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Formen ausgeführt. Vor der Flachspule 22 ist von einer Isolierfolie getrennt eine Membran 24 angeordnet. Die Membran 24 ist durch einen Spannflansch 26 an den Flachspulenträger 20 randseitig angedrückt. In diesem Fall liegt eine Stoßwellenquelle vor, in welche die Fokussierungseinrichtung integriert ist. Beim Wegschlagen der Membran 24 aufgrund der bereits erwähnten elektromagnetischen Kraftwirkung bei Anlegen eines Spannungsimpulses wird direkt ein Stoß»*uenimpuls erzeugt, welcher sich in einem Linienfokus L sammelt, also senkrechtA second embodiment of a shock wave source is shown in Fig. 2. A flat coil 22 is mounted on a flat coil carrier 20, the surface of which is concave-cylindrical. The flat coil 22 is preferably designed according to one of the shapes shown in Figs. 3 to 5. A membrane 24 is arranged in front of the flat coil 22, separated by an insulating film. The membrane 24 is pressed onto the edge of the flat coil carrier 20 by a clamping flange 26. In this case, there is a shock wave source in which the focusing device is integrated. When the membrane 24 is knocked away due to the electromagnetic force already mentioned when a voltage pulse is applied, a shock wave pulse is generated directly, which collects in a line focus L, i.e. perpendicular

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'.."..· '~'6^m'- ·«·'..' VPAB6P32170E zur Papierebene. Auch hier ist es zweckmäßig, die Stoßwellenquelle um ihre Zentrumsachse Z drehbar auszubilden, um sich der Behandlungssituation anzupassen und um besonders empfindliche Zonen im Patienten zu meiden. 5'.."..· '~'6 ^m '- ·«·'..' VPAB6P32170E to the paper plane. Here too, it is advisable to design the shock wave source to be rotatable about its central axis Z in order to adapt to the treatment situation and to avoid particularly sensitive areas in the patient. 5

In den Figuren 3 bis 5 sind geeignete Formen für eine Flachspule 23A, 23B, 23C angegeben, wie sie entweder als ebene Spule zur Erzeugung eines Stoßwellenimpulses mit rechteckförmigem Querschnitt in Verbindung mit einer konkav-zylindrischen Linse gemäß Fig. 1 oder aber direkt als rechteckförmige Flachspule, welche gemäß Fig. 2 konkav-zylindrisch gekrümmt ist, zu verwenden ist. Fig. 3 zeigt dabei eine einzige Spirale, die einen rechteck-( förmigen Spiralgang aufweist. Fig. 4 zeigt eine elliptisehe Spiralform. Fig. 5 zeigt zwei quadratische Spiralen, die nebeneinander angeordnet sind und dabei eine rechteckförmige Spule ergeben, denn die beiden quadratischen Spiralen sind vorzugsweise elektrisch parallel geschaltet.Figures 3 to 5 show suitable shapes for a flat coil 23A, 23B, 23C, which can be used either as a flat coil for generating a shock wave pulse with a rectangular cross-section in conjunction with a concave-cylindrical lens as shown in Figure 1 or directly as a rectangular flat coil which is curved in a concave-cylindrical manner as shown in Figure 2. Figure 3 shows a single spiral which has a rectangular spiral path. Figure 4 shows an elliptical spiral shape. Figure 5 shows two square spirals which are arranged next to one another and thereby form a rectangular coil, since the two square spirals are preferably connected electrically in parallel.

2020

Fig. 6 zeigt zur weiteren Veranschaulichung eine Explosionsdarstellung einer Stoßwellenquelle mit ihren wesentlichen Elementen. Einem Spulenträger 30 mit aufgeklebter rechteckiger Flachspule 33, die hier wieder zweiteilig ausgeführt ist, ist - durch eine Isolierfolie (nicht ge-, zeigt) getrennt - eine Membran 34 vorgelagert. Die Membran 34 wird von einem Spannflansch 36 in zusammengesetztem Zustand gegen den Spulenträger 30 gedruckt. Hinter dem Spannflansch 36 ist eine langgestreckte Linse 38 mit konkav-zylindrischer Form angeordnet. Zwischen der Linse 38 und dem Patienten (nicht gezeigt) befindet sich eine elastische Abschlußmembran 40. Die Stoßwellenquelle weist auch hier eine Zentrumsachse Z auf, um welche sie entlang eines gekrümmten Doppelpfeiles 13 drehbar ist. Durch Drehen kann der Linienfokus, der quer zur Ausbreitungsrichtung Z gebildet wird, der Geometrie des zu zerstörenden Konkremente im Patienten angepaßt Werden.For further illustration, Fig. 6 shows an exploded view of a shock wave source with its essential elements. A membrane 34 is arranged in front of a coil carrier 30 with a glued-on rectangular flat coil 33, which is again designed in two parts here, separated by an insulating film (not shown). The membrane 34 is pressed against the coil carrier 30 by a clamping flange 36 in the assembled state. An elongated lens 38 with a concave-cylindrical shape is arranged behind the clamping flange 36. An elastic closing membrane 40 is located between the lens 38 and the patient (not shown). The shock wave source here also has a central axis Z, around which it can be rotated along a curved double arrow 13. By rotating, the line focus, which is formed transversely to the direction of propagation Z, can be adapted to the geometry of the concretions to be destroyed in the patient.

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Die gezeigten Stoßwellenquellen lassen sich nicht nur auf dem Gebiet der Lithotripsie einsetzen, sondern sind in der Medizin auch überall dort verwendbar, wo es auf eine verbreiterte Stoßwellen-Einstrahlung ankommt. 5The shock wave sources shown can be used not only in the field of lithotripsy, but can also be used in medicine wherever a broader shock wave radiation is required. 5

11 tansprüche
6 Figuren11 claims
6 figures

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Claims

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1. Shock wave source with a line focus transverse to the direction of propagation of the emitted shock wave pulse, characterized by a known membrane (24) and a known flat coil (22) for electromagnetic generation of the shock wave pulse and by a concave-cylindrical shape of the flat coil (22) (Fig. 2). 10

2. Shock wave source with a line focus perpendicular to the direction of propagation of the emitted shock wave pulse, characterized by a

(' known membrane and a known flat coil for electromagnetic generation of the shock wave pulse as well as a concave-cylindrical acoustic lens (3) aligned with this membrane (Fig. 1).

3. Shock wave source according to claim 1 or 2, characterized in that the

Flat coil (23B) has an elliptical shape (Fig. 4).

4. Shock wave source according to claim 1 or 2, characterized in that the flat coil (23A, 23C, 33) has a rectangular shape (Fig. 3).

5. Shock wave source according to claim 4, characterized in that the flat coil (23C,

33) consists of two spirals arranged electrically parallel and arranged next to each other (Fig. 5, 6).

6. Shock wave source according to one of claims 2 to 5, characterized in that the lens (38) is concave-cylindrical on its entrance and exit sides (3a, 3b).

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7. Shock wave source according to one of claims 2 to 6, ^! characterized in that the

Flat coil (23, 33) is flat.

8. Shock wave source according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is rotatable about its central axis (Z) (Fig. 1, 6).

9. Shock wave source according to one of claims 2 to 7, characterized in that the

Lens (3) is rotatable about its central axis (Z) (Fig. 1).

10. Shock wave source with a line focus across

") Propagation direction of the emitted shock wave pulse, characterized by two shock wave generators (1) arranged next to one another with a point focus, the main beam directions of which are aligned essentially parallel to one another.

11. Shock wave source according to claim 10, characterized in that each shock wave generator (1) comprises a membrane and a flat coil.