Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung akustischer
Wellen mit einem Schallwandler aufweisend eine erste als Membran dienende und an
ein akustisches Ausbreitungsmedium angrenzende Elektrode und eine zweite von der
ersten beanstandete Elektrode, zwischen welchen sich ein Elektrolyt befindet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Möglichkeiten der Röntgenortung
an der Vorrichtung erweitert sind.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung
zur Erzeugung akustischer Wellen mit einem Schallwandler aufweisend eine erste als
Membran dienende und an ein akustisches Ausbreitungsmedium angrenzende Elektrode
und eine zweite von der ersten beabstandete Elektrode, zwischen welchen sich ein
Elektrolyt befindet, wobei die Elektroden des Schallwandlers durchlässig für Röntgenstrahlung
sind. Infolge der Durchlässigkeit der Elektroden und des Schallwandlers insgesamt
für Röntgenstrahlung kann nunmehr nach einer Variante der Erfindung die Vorrichtung
insgesamt durchlässig für Röntgenstrahlung ausgebildet sein, so dass eine Röntgenortung
durch die Vorrichtung hindurch während des Betriebes der Vorrichtung erfolgen kann.
Der Schallwandler kann dabei in seiner radialen Ausdehnung derart ausgeführt sein,
dass bei entsprechender Positionierung einer ein in der Regel kegelförmiges Röntgenstrahlenbündel
aussendenden Röntgenstrahlenquelle relativ zu der Vorrichtung praktisch keine Abschattung
des durch die Vorrichtung verlaufenden Röntgenstrahlenbündels durch die Vorrichtung
erfolgt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die röntgentransparenten
Elektroden Schichtdicken im Mikrometerbereich auf. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke
einer Elektrode 150 Mikrometer und weniger. Auf diese Weise reichen bereits verhältnismäßig
geringe Röntgendosen aus, um die Elektroden und somit den Schallwandler durchstrahlen
zu können.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
dass die Elektroden eine homogene Struktur und glatte Oberflächen aufweisen. Auf
diese Weise erhält man beim Durchstrahlen des Schallwandlers Röntgenbilder, welche
praktisch frei von röntgenpositiven Überlagerungen seitens der Elektroden sind,
welche bei einer inhomogenen Struktur der Elektroden auftreten würden. Da also in
derart erzeugten Röntgenbildern keine von dem Schallwandler herrührende Überlagerungen
vorhanden sind, ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlinterpretation der Röntgenbilder
nahezu ausgeschlossen.
Da es sich bei dem verwendeten Elektrolyten des Schallwandlers gegebenenfalls
um eine aggressive, Korrosionen hervorrufende Substanz handeln kann, sieht eine
Ausführungsform der, Erfindung vor, die Elektroden aus einem korrosionsbeständigen
Material auszubilden. Gemäß einer Variante der Erfindung sind die Elektroden aus
Edelstahl oder Aluminium ausgebildet.
Werden mit dem Schallwandler ebene akustische Wellen erzeugt, so ist
es nach einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine akustische
Linse, vorzugsweise eine akustische Sammellinse aufweist, welche die akustischen
Wellen auf einen Fokusbereich fokussiert. Auf eine derartige akustische Linse zur
Fokussierung der akustischen Wellen kann jedoch verzichtet werden, wenn nach einer
anderen Variante der Erfindung wenigstens die erste Elektrode,
vorzugsweise aber beide Elektroden, konkav gekrümmt ausgebildet sind, so dass im
Betrieb der Vorrichtung eine gekrümmte Wellenfront erzeugt wird. Die Vorrichtung
ist demnach selbstfokussierend.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass der Elektrolyt
den zwischen der ersten und der zweiten Elektrode vorhandenen Raum durchströmt.
Auf diese Weise können im Betrieb der Vorrichtung stets definierte Betriebsbedingungen
aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann mit dem Durchströmen erreicht werden,
dass der Elektrolyt vor der gezielt vorgenommenen Erwärmung stets annähernd dieselbe
Ausgangstemperatur aufweist. Der Elektrolyt kann hierzu eine Kühleinrichtung durchströmen,
welche die Temperatur des Elektrolyten konstant hält.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Erzeugung akustischer Wellen,
2 den Ausschnitt II aus 1
und
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Erzeugung akustischer Wellen mit einer akustischen Linse
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich bei
der in der 1 gezeigten Vorrichtung zur Erzeugung akustischer
Wellen um einen Stoßwellengenerator 1, welcher beispielsweise für die Lithotripsie
oder die Schmerztherapie verwendet werden kann. Der Stoßwellengenerator
1 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu seiner akustischen Achse
A ausgebildet und weist ein aus mehreren Teilen 3 bis 5 zusammengesetztes
Gehäuse 2 aus Aluminium, welches der elektrischen Abschirmung dient, auf.
Frontseitig ist das Gehäuse 2 mit einem in der
1 schematisiert dargestellten Koppelbalg
6 verschlossen, welcher zur Anlage an einen Patienten P gebracht werden
kann und mit einem Ausbreitungsmedium für akustische Wellen, im vorliegenden Fall
Wasser 7, gefüllt ist. An das Wasser 7 grenzt eine erste kreisförmig
ausgebildete Elektrode 8 an, welche als Membran dient. Die Elektrode
8 ist konkav gekrümmt ausgebildet und an ihrem äußeren Rand in einer metallischen
Klemmvorrichtung 9 fixiert. Eine zweite ebenfalls kreisförmig ausgebildete
und konkav gekrümmte Elektrode 10 ist in einem Abstand d von der ersten
Elektrode 8 auf einem elektrisch isolierenden, aus Kunststoff ausgebildeten
Elektrodenträger 11 angeordnet. 2 zeigt in
dem Ausschnitt II aus 1 in Vergrößerung die Anordnung
der Elektroden 8 und 10 relativ zueinander.
Der äußere Rand der Elektrode 10 ist zwischen dem Elektrodenträger
11 und einem ringförmigen Isolator 12 verklemmt. Der Elektrodenträger
11 und der Isolator 12 sind gegen ringförmige, gegeneinander und
gegen die Gehäuseteile 3 bis 5 gelagerte Kunststoffteile
13, 14 gelagert. Zwischen dem Elektrodenträger 11 und
dem Gehäuseteil 3 befindet sich Luft L.
Die Elektroden 8 und 10 sind im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels beide aus korrosionsbeständigem Aluminium ausgebildet und weisen
eine homogene Struktur mit wenigstens im wesentlichen konstanter Schichtdicke s
von 100 Mikrometern und mit glatten Oberflächen, d. h. mit geringer, wenigstens
im wesentlichen konstanter Rautiefe, auf. Die Elektrode 8 ist außerdem
auf ihrer, dem Wasser 7 zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden,
für Röntgenstrahlen durchlässigen Beschichtung 15 versehen, was jedoch
nicht zwingend erforderlich sein muss.
Die Spannungszuführung erfolgt bei dem Stoßwellengenerator
1 koaxial. Das Gehäuseteil 4 sowie das Kunststoffteil
14 ist mit einer Öffnungen 16 versehen, durch die ein Leiter L1
eines geschirmten Kabels K zu der Elektrode 10 geführt ist, welches die
Elektrode 10 mit einem in der Figur nicht dargestellten, aber an sich bekannten
Leistungsimpulsgenerator verbindet. Die in der metallischen Klemmvorrichtung
9 fixierte Elektrode 8 ist über die Klemmvorrichtung mit dem Gehäuse
2 verbunden, welches über den Leiter L2 des Kabels K auf Massepotential
liegt. Demnach liegt auch die Elektrode 8 auf Massepotential.
Zwischen den Elektroden 8 und 10 befindet sich ein
mit einem Elektrolyt E gefüllter Raum. Bei dem Elektrolyten E handelt es sich um
eine leitfähige Salzlösung oder um einfache Alkohole, wie Ethanol oder Methanol,
mit ionenleitfähigen Zusätzen. An den Klemmstellen der Elektroden 8 in
der Klemmvorrichtung 9 bzw. an den Klemmstellen der Elektroden
10 zwischen dem Elektrodenträger 11 und dem Isolator
12 sowie zwischen dem ringförmigen Kunststoffteil 14 und dem Isolator
12 sind O-Ringe 19 vorgesehen, welche einen unerwünschten Austritt
des Elektrolyten E aus dem zwischen den Elektroden 8, 10 befindlichen
Raum in das Innere des Gehäuses 2 bzw. aus dem Gehäuse 2 des Stoßwellengenerators
1 verhindern.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchströmt der Elektrolyt
E den von den Elektroden 8 und 10 eingeschlossenen Raum. Der Elektrolyt
E wird dem Raum dabei über eine Öffnung 17 in dem Gehäuseteil
4 und dem Kunststoffteil 14 zugeführt, an der eine Leitung
20 angeschlossen ist. Über eine weitere in dem Gehäuseteil 4 und
dem Kunststoffteil 14 vorhandene Öffnung 18 kann der Elektrolyt
E aus dem Raum zwischen den Elektroden 8 und 10 über eine an die
Öffnung 18 angeschlossene Leitung 21 ausströmt. Im Betrieb der
Vorrichtung zirkuliert der Elektrolyt E vorzugsweise in einem Kreislauf durch eine
Kühleinrichtung 22, welche den Elektrolyten E auf einer annähernd konstanten
Temperatur hält. Darüber hinaus können in der Kühleinrichtung 22
Mittel zur Entgasung des Elektrolyten E vorgesehen sein, welche sich unter Umständen
im Betrieb der Vorrichtung bilden können und welche, falls sich diese in Form von
Gasblasen im Raum zwischen den Elektroden 8 und 10 halten, die
Vorrichtung in ihrer Funktion beeinträchtigen können.
Im Betrieb der Vorrichtung werden über den von einer in
1 nicht gezeigten Steuer- und Recheneinheit angesteuerten
Leistungsimpulsgenerator in definierter Weise Spannungsimpulse an die Elektroden
8 und 10 angelegt, welche einen durch den Elektrolyten E fließenden
Strom hervorrufen, wodurch der Elektrolyt E aufgeheizt wird. Infolge der Erwärmung
dehnt sich der Elektrolyt E aus, womit ein Druckanstieg und somit die Erzeugung
einer Druckwelle einhergeht. Die durch die an die Elektroden 8,
10 angelegten Spannungsimpulse erzeugten Druckwellen, werden über die Membran
8 in das Wasser 7 und von dort über den Koppelbalg 6
in den Körper des Patienten P eingeleitet. Infolge der konkaven Krümmung der Elektroden
8 und 10 steilen sich die erzeugten Druckwellen zu auf einen Fokusbereich
F fokussierte Stoßwellen auf, welcher auf eine zu behandelnde Geweberegion G des
Patienten P ausgerichtet wird. Die Ausrichtung erfolgt in der Regel mittels Röntgenortung.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausführung des Stoßwellengenerators
1 ist der die Elektroden 8, 10, den Elektrodenträger
11, den Elektrolyten E und das Ausbreitungsmedium 7 umfassende
Schallwandler des Stoßwellengenerators 1 röntgentransparent, so dass eine
Röntgenortung durch den Stoßwellengenerator 1 hindurch erfolgen kann.
In 1 ist schematisiert eine Röntgenstrahlenquelle
30, welche ein kegelförmiges Röntgenstrahlenbündel 31 aussendet,
dargestellt. Der Stoßwellengenerator 1 und die Röntgenstrahlenquelle
30 sind derart relativ zueinander ausgerichtet, dass zum einen der Zentralstrahl
ZS des von der Röntgenstrahlenquelle 30 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels
31 mit der akustischen Achse A des Stoßwellengenerators 1 zusammenfällt
und keine Abschattung des kegelförmigen Röntgenstrahlenbündels 31 durch
den Stoßwellengenerator 1 erfolgt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass
die Öffnungsweite W des Stoßwellengenerators 1 bzw. des Schallwandlers
an die zur Röntgenortung verwendete Röntgenstrahlenquelle 30 angepasst
ist und der Abstand der Röntgenstrahlenquelle 30 von der Vorrichtung möglichst
gering gewählt wird. Infolge des Aufbaus des Stoßwellengenerators 1 nach
dem erfindungsgemäßen Prinzip kann der Stoßwellengenerator, insbesondere der Schallwandler
des Stoßwellengenerators, demnach mit der Röntgenstrahlen durchstrahlt werden. Die
außer dem Schallwandler in dem von dem Röntgenstrahlenbündel 31 zu durchstrahlenden
Raum des Stoßwellengenerators 1 liegenden Komponenten des Stoßwellenwandlers
1, wie das Gehäuseteil 3, das Wasser 7, welches ähnlich
röntgentransparent wie menschliches Gewebe ist, und der Koppelbalg 6, bilden
dabei keine Barriere für die Röntgenstrahlung.
Von großem Vorteil ist es, dass die Elektroden 8,
10 eine nur geringe Schichtdicke s, eine homogene Struktur und glatte Oberflächen
aufweisen, so dass keine Strukturen der mit der Röntgenstrahlung durchstrahlten
Elektroden 8, 10 in den Röntgenbildern abgebildet werden.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Stoßwellengenerators
1 kann die Bauhöhe des Stoßwellengenerators 1 verhältnismäßig
klein gehalten werden. Die Bauhöhe kann in der Praxis ca. nur die Hälfte des Abstandes
des Fokus F von der als Membran dienenden Elektrode des Schallwandlers betragen.
Auf diese Weise kann die Strecke, welche das Röntgenstrahlenbündel 31 beim Durchtritt
durch den Stoßwellengenerator 1 durchlaufen muss, verhältnismäßig klein
gehalten werden, wodurch Probleme durch Abschattungen des Röntgenstrahlenbündels
31 weitgehend vermieden werden können.
Der Elektrolyt E muss im übrigen nicht notwendigerweise den von den
Elektroden 8 und 10 eingeschlossenen Raum durchströmen. Vielmehr
kann der Elektrolyt E auch stationär abgeschlossen in dem Raum gehalten sein.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Elektroden
8 und 10 konkav gekrümmt ausgeführt. Die Elektroden können jedoch
auch ebene kreisförmige ausgebildet sein. In 3 ist
in stark schematisierter Weise ein Stoßwellengenerator 40 mit zwei ebenen
kreisförmigen Elektroden 41, 42 gezeigt, zwischen denen sich ein
Elektrolyt E befindet. Die Elektrode 42 ist auf einem Elektrodenträger
43 aus Kunststoff angeordnet. Die Elektrode 41, welche als Membran
dient, ist wie die Elektrode 8 auf ihrer dem akustischen Ausbreitungsmedium
44 zugewandten Seite mit einer in 3 nicht
zu erkennenden elektrisch isolierenden Beschichtung versehenen. Da mit dem Schallwandler
nur ebene akustische Druckwellen erzeugt werden können, ist in Falle des in
3 gezeigten Stoßwellengenerators 40 zur Fokussierung
der mit dem Schallwandler erzeugten Druckwellen eine akustische Sammellinse
45 vorgesehen, welche innerhalb des Stoßwellengenerators in dem akustischen
Ausbreitungsmedium 44 und zwischen der Elektrode 41 und dem die
Stoßwellenquelle verschließenden Koppelbalg 46 angeordnet ist. Um den Stoßwellengenerator
mit Röntgenstrahlen durchstrahlen zu können, ist auch die akustische Sammellinse
45 aus einem röntgentransparenten Material, z. B. Polystyrol, ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde vorstehend am Beispiel zweier
Stoßwellengeneratoren 1, 40, welcher für den medizinischen Einsatz
vorgesehen sind, beschrieben. Die Anwendung der Vorrichtung ist jedoch nicht auf
den Bereich der Stoßwellenerzeugung sowie auf den Bereich der Medizin beschränkt.
Im Unterschied zu den vorliegenden Ausführungsbeispielen können die
Elektroden auch andere Schichtdicken aufweisen und aus anderen Materialien,
z. B. Edelstahl, ausgebildet sein. Die Schichtdicke sowie die Materialwahl ist dabei
vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig.
