DE3803275A1 - Piezoelektrische stosswellenquelle - Google Patents

Piezoelektrische stosswellenquelle

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    • G10K15/04—Sound-producing devices
    • G10K15/043—Sound-producing devices producing shock waves
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/22—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for
    • A61B17/225—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for for extracorporeal shock wave lithotripsy [ESWL], e.g. by using ultrasonic waves
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    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Stoßwellenquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 34 25 992-C2 ist eine piezoelektrische Stoßwellenquelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt. Die Stoßwellenquelle wird zur nichtinvasiven Zerkleinerung von Konkrementen in Körpern von Lebewesen eingesetzt. Die Isolierung zwischen den Piezoelementen besteht dort (Spalte 3, Zeile 38) aus einer weichen und elektrisch isolierenden Vergußmasse.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stoßwellenquelle vorzuschlagen, die stärkere Stoßwellen erzeugt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer piezoelektrischen Stoßwellenquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße flüssige oder gasförmige Isolierung ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der elektrischen Spannungsfestigkeit. Verwendbar sind alle bekannten flüssigen Isolationsmaterialien, wie z. B. Fluorcarbonate oder Öle oder die gasförmigen Isolatoren wie Schwefelhexafluorid oder Fluorcarbon.
Die erfindungsgemäße Stoßwellenquelle kann mit oder ohne Membran an der Vorderseite der Piezoelemente ausgeführt sein. Wird eine Membran verwendet, so besteht sie üblicherweise aus einem Metall und dient gleichzeitig zur vorderseitigen Kontaktierung der Piezoelemente. Diese vordere Membran kann aus einem Werkstoff geeigneter akustischer Impedanz bestehen, die bei geeigneter Schichtdicke die Forderungen der Impedanzanpassung zwischen Piezokeramik und Koppelflüssigkeit (z. B. Wasser oder ein Gel) erfüllt. Ein geeigneter Werkstoff ist z. B. MgMn 2 mit der Werkstoffnummer 3.5200 DIN 1729. Der Werkstoff (2) der Membran sollte die Forderung:
erfüllen, wobei
Z = akustische Impedanz,
Z₁ = akustische Impedanz des Piezoelements,
Z₃ = akustische Impedanz des Koppelmediums.
Die bevorzugte Schichtdicke beträgt λ/4, wobei λ die Wellenlänge der bevorzugten Spektralkomponente des akustischen Impulses ist. Die bevorzugte Wellenlänge hängt vom Material und von der Größe des Konkrements ab.
Möglich ist auch, daß vor jedem einzelnen Piezoelement ein geeigneter kleiner Körper zwecks Impedanzanpassung angeordnet ist.
Die elektrische Verbindung zwischen den Piezoelementen und (sofern vorhanden) der Metallmembran oder zwischen den Piezoelementen und der rückseitigen Kontaktierung (z. B. einer leitfähigen Beschichtung auf dem Träger (Backing) kann durch
  • a) Löten
  • b) Verkleben mit leitfähigem Kleber
  • c) Ultraschallschweißen oder
  • d) einfaches Anpressen
erfolgen. Bei a) und c) muß während der Herstellung weit unterhalb der Curietemperatur geblieben werden. Die Kontaktierung kann - falls auf der entsprechenden Seite keine Membran oder Beschichtung vorliegt - auch durch Drahtbügel oder ein Geflecht oder Netz aus leitenden Elementen gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführung kann für das Koppelmedium und die Isolierung die gleiche Flüssigkeit verwendet werden, wodurch die vorderseitige Membran überflüssig wird und die Leistung der Quelle nochmals gesteigert wird.
Die Erfindung wird anhand dreier Figuren näher erläutert.
Die drei Figuren zeigen je Ausschnitte aus erfindungsgemäßen Stoßwellenquellen
Fig. 1 zeigt eine Stoßwellenquelle mit dem Träger T, der hier eine Kalottenform aufweist. Auf dem Träger T sind die Piezoelemente P angeordnet. Die Piezoelemente stehen im kleinen Abstand nebeneinander und lassen Platz für die Isolierung I. An der Vorderseite und der Rückseite der Piezoelemente P sind die Kontaktierungen vorne (KV) und hinten (KR) vorgesehen. Die vordere Kontaktierung KV ist in dieser Ausführungsführung gleichzeitig als Membran M aus Metall ausgeführt. Die hintere Kontaktierung KR ist hier als leitfähige Beschichtung auf den Träger T ausgeführt. Vor der Membran M befindet sich das Koppelmedium K, das hier zum Beispiel in einem Koppelkissen B eingeschlossen ist. Das Koppelmedium K hat die Aufgabe, die Stoßwellen möglichst verlustlos in den hier nicht gezeichneten Körper des Patienten einzuleiten. Die gezeigte Stoßwellenquelle ist elektrisch so geschaltet, daß die Membran M auf Erdpotential liegt und an die hintere Kontaktierung KR ein Hochspannungsimpuls angelegt werden kann. Dieser Spannungsimpuls veranlaßt die Piezoelemente P zu einer kurzfristigen Kontraktion oder Ausdehnung, die diese über die Membran M an die Koppelflüssigkeit weitergeben. Dieser kurzfristige Druckpuls vereinigt sich im Brennpunkt der Kalotte zu der erwünschten Stoßwelle, deren Energie ausreicht, ein Konkrement, z. B. einen Nierenstein oder einen Gallenstein, zu zerkleinern. Erfindungsgemäß ist die Isolierung I eine Flüssigkeit oder ein Gas, das hier zwischen dem Träger T und der Membran M eingeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Stoßwellenquelle, bei der auf die geerdete Membran M verzichtet wurde. Die Piezoelemente P sind wieder auf dem Träger T angeordnet. Die vorderseitige Kontaktierung KV ist hier durch Drahtbügel realisiert. Die Isolierung I zwischen den Piezoelementen P ist gleichzeitig die Koppelflüssigkeit K, die das Koppelkissen B füllt. Als Flüssigkeit sind hier besonders Silikonöle oder Mineralöle geeignet.
Die Ausführung der Fig. 2 hat durch den Wegfall der Membran M eine besonders hohe Ausgangsleistung. Die
Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der die rückwärtige Kontaktierung KR von Drahtbügeln oder von einem leitfähigen Geflecht übernommen wird. Die Piezoelemente in einem Backing oder Verguß auf der Rückseite eingegossen, der hier als Träger T fungiert. An der Vorderseite der Piezoelemente befindet sich hier eine Metallmembran M. In den Zwischenräumen zwischen dem Verguß T und der Metallmembran M befindet sich die isolierende Flüssigkeit I oder - nicht gezeigt - das isolierende Gas.

Claims (7)

1. Piezoelektrische Stoßwellenquelle für medizinische Zwecke mit
  • - einer Vielzahl von Piezoelementen (P)
  • - einem Träger (T)
  • - Kontaktierungen (KR, KV) auf einer oder beiden Seiten der Piezoelemente
  • - einer Isolierung (I) zwischen den Piezoelementen (P) und
  • - einem Koppelmedium (K) zum Einleiten der Stoßwellen in den Körper des Patienten,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (I) flüssig oder gasförmig ist.
2. Stoßwellenquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Membran (M), bevorzugt aus Metall und in Form einer Kugelkalotte zwischen den Piezoelementen (P) und dem Koppelmedium (K).
3. Stoßwellenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (M) impedanzmäßig den Piezoelementen (P) und dem Koppelmedium (K) angepaßt ist.
4. Stoßwellenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einzelne Körper zur Impedanzanpassung vor den einzelnen Piezoelementen (P).
5. Stoßwellenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Isolierung (I) verwendete Flüssigkeit gleichzeitig das Koppelmedium (K) bildet.
6. Stoßwellenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungen (KR, KV) auf einer oder beiden Seiten Drahtbügel oder ein Geflecht aus leitendem Material sind.
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