EP0253053B1 - Stosswellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens - Google Patents

Stosswellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens Download PDF

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EP0253053B1
EP0253053B1 EP87101803A EP87101803A EP0253053B1 EP 0253053 B1 EP0253053 B1 EP 0253053B1 EP 87101803 A EP87101803 A EP 87101803A EP 87101803 A EP87101803 A EP 87101803A EP 0253053 B1 EP0253053 B1 EP 0253053B1
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coil
membrane
wave generator
terminal
shock wave
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated

Definitions

  • the invention relates to a shock wave generator for a device for contactlessly crushing concrements in the body of a living being, which has a membrane that closes off a space filled with a liquid and is formed from an electrically conductive material, and a coil whose turns are arranged in a surface opposite the membrane , wherein the coil can be connected to a high-voltage supply by means of two connections and wherein one connection of the coil is connected to a first and the other connection of the coil to a second connection of the high-voltage supply and a first potential difference is present between the membrane and the one connection of the coil .
  • shock wave generator with a membrane arranged parallel to the coil is described in EP-A-0 133 665.
  • the shock waves are generated by connecting the coil to the high-voltage supply, which contains a capacitor charged to several kV, for example 20 kV.
  • the energy stored in the capacitor then suddenly discharges into the coil, with the result that the coil builds up a magnetic field extremely quickly.
  • a current is induced in the membrane which is opposite to the current flowing in the coil and consequently generates an opposing magnetic field, under the effect of which the membrane is suddenly moved away from the coil.
  • the shock wave thus generated in the space filled with liquid, for example water is focused by suitable measures on the concrements in the body of the living being, for example kidney stones, and causes their destruction.
  • the known shock wave generator To achieve the greatest possible conversion of the electrical energy given off by the high-voltage supply into impulse energy, it is necessary in the known shock wave generator to attach the membrane as close as possible to the coil. However, this is due to the inevitably present between the coil and the membrane potential difference, which corresponds to the amount of high voltage due to the fact that the membrane together with a connection of the coil and a pole of the high voltage supply corresponds to the amount of high voltage, because for To avoid flashovers between the membrane and the coil, a minimum distance must be maintained. Voltage flashovers would impair the effect of the shock wave generator and lead to damage to the membrane, which adversely affects its service life. In the case of the known shock wave generator, the distance between the membrane and the coil must therefore be chosen in the interest of a sufficient lifespan of the membrane so that only an unsatisfactory efficiency is achieved when converting the electrical energy into shock energy.
  • the invention has for its object to design a generic shock wave generator so that its membrane has a long service life, without this being associated with a significant reduction in the efficiency of energy conversion.
  • this object is achieved in that the membrane is connected to a third connection of the high-voltage supply and that the potentials of the connections of the high-voltage supply are selected such that a second potential difference exists between the other connection of the coil and the membrane, which is their direction after the first is opposite to reduce the maximum potential difference between the membrane and coil to avoid voltage flashovers.
  • the potential difference that can occur between the windings of the coil and the membrane is less than the amount of high voltage.
  • the coil can be used without the risk of voltage flashovers the membrane and the coil are arranged closer to the membrane, so that the shock wave generator according to the invention has a higher efficiency than the known shock wave generator with the same high voltage strength in converting the electrical energy into shock energy.
  • the magnitude of the potential differences between the membrane and the connections of the coil are the same, since they are then between the membrane and the coil maximum potential difference corresponds to only half the amount of high voltage.
  • the membrane is at earth potential. It is thus ensured that there is no high voltage on the liquid in the room, which may come into contact with the living being or the operating personnel.
  • the invention albeit partially or completely dispensing with an improved high-voltage strength - allows a larger electrical energy to be converted into impulse energy or, with the same electrical energy, to realize shorter rise times of the shock wave, since the one in the high-voltage supply Capacitor can be charged to a higher charging voltage than the known shock wave generator.
  • the capacitor can either release a larger energy, which increases with the square of the charging voltage, or its capacity can be reduced with the same available energy, as a result of which the resonant circuit formed by the coil and the capacitor has a higher natural frequency, which leads to a shorter rise time of the current flowing through the coil and thus leads to a shorter rise time of the shock wave, which is quite desirable when crushing concrements.
  • the shock wave generator has a housing 1 which contains a space 3 filled with a liquid and closed off by a membrane 2. Opposite the membrane 2 formed from an electrically conductive material, a coil 4 with spirally arranged turns is provided, an insulating film 5 being arranged between the membrane 2 and the coil 4. The turns of the coil 4 are arranged on a support surface 6 of an insulator 7, which is accommodated in a cap 8. The membrane 2, the insulating film 5 and the cap 8 containing the insulator 7 with the coil 4 are fastened to the housing 1 by means of screws 9.
  • the space between the insulating film 5 and the support surface 6 of the insulator 7 is filled with an electrically insulating resin, not shown, for the sake of clarity.
  • the coil 4 can be connected via connections 10 and 11, which emerge through bores in the insulator 7 and the cap 8, by means of a suitable switching means 12 to a schematically illustrated high-voltage supply 13, which emits a current surge to the coil 4, as a result of which the membrane 2 - is suddenly repelled by the coil 4, which leads to the formation of a shock wave in the liquid in the room 3.
  • potential differences occur between the membrane 2 and the individual turns of the coil 4.
  • the membrane 2 is at ground potential 14, while the terminal 11 is at a positive potential + U and the terminal 10 is at a negative potential -U. There is therefore a positive potential difference between the connection 11 of the coil 4 and the membrane 2. In contrast, reads a negative potential difference between the terminal 10 of the coil 4 and the membrane. Because of the fact that the potentials + U and -U, with respect to the earth potential 14, differ only in their signs, the amount of the two potential differences is the same.
  • the turns of the coil 4 are at a constant distance from the membrane 2, there occurs at most a potential difference between the turns of the coil 4 and the membrane 2 which corresponds to half the amount of the high voltage supplied by the high-voltage supply 13 .
  • the coil 4 can thus be attached closer to the membrane 2 in the shock wave generator according to the invention without the risk of Flashovers exist.
  • shock wave generator with a flat membrane 2 is shown. But it is also possible to use shock wave generators with different types, e.g. to form spherically shaped membrane according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, welcher eine einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran und eine Spule aufweist, deren Windungen in einer der Membran gegenüberliegenden Fläche angeordnet sind, wobei die Spule mittels zweier Anschlüsse an eine Hochspannungsversorgung anschließbar ist und wobei der eine Anschluß der Spule mit einem ersten und der andere Anschluß der Spule mit einem zweiten Anschluß der Hochspannungsversorgung verbunden ist und zwischen der Membran und dem einen Anschluß der Spule eine erste Potentialdifferenz vorliegt.
  • Ein solcher Stoßwellengenerator mit einer parallel zu der Spule angeordneten Membran ist in der EP-A-0 133 665 beschrieben. Dabei werden die Stoßwellen dadurch erzeugt, daß die Spule an die Hochspannungsversorgung angeschlossen wird, die einen auf mehrere kV, z.B. 20 kV, aufgeladenen Kondensator enthält. Die in dem Kondensator gespeicherte Energie entlädt sich dann schlagartig in die Spule, was zur Folge hat, daß die Spule äußerst schnell ein magnetisches Feld aufbaut. Gleichzeitig wird in der Membran ein Strom induziert, der dem in der Spule fliessenden Strom entgegengesetzt ist und demzufolge ein magnetisches Gegenfeld erzeugt, unter dessen Wirkung die Membran schlagartig von der Spule wegbewegt wird. Die so in dem mit Flüssigkeit, z.B. Wasser, gefüllten Raum erzeugte Stoßwelle wird durch geeignete Maßnahmen auf die im Körper des Lebewesens befindlichen Konkremente, z.B. Nierensteine, fokussiert und bewirkt deren Zertrümmerung.
  • Um eine möglichst weitgehende Wandlung der von der Hochspannungsversorgung abgegebenen elektrischen Energie in Stoßenergie zu erreichen, ist es bei dem bekannten Stoßwellengenerator erforderlich, die Membran möglichst nahe an der Spule anzubringen. Dies ist jedoch wegen der zwischen der Spule und der Membran zwangsläufig vorliegenden Potentialdifferenz, die wegen des Umstandes, daß die Membran gemeinsam mit einem Anschluß der Spule und einem Pol der Hochspannungsversorgung auf Erdpotential liegt, dem Betrag der Hochspannung entspricht, nur bedingt möglich, da zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen zwischen Membran und Spule ein Mindestabstand eingehalten werden muß. Spannungsüberschläge würden die Wirkung des Stoßwellengenerators beeinträchtigen und zu Beschädigungen der Membran führen, die deren Lebensdauer nachteilig beeinflussen. Bei dem bekannten Stoßwellengenerator muß daher im Interesse einer ausreichenden Lebensdauer der Membran der Abstand zwischen der Membran und der Spule so gewählt werden, daß sich bei der Wandlung der elektrischen Energie in Stoßenergie nur ein unbefriedigender Wirkungsgrad einstellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Stoßwellengenerator so auszubilden, daß dessen Membran eine hohe Lebensdauer aufweist, ohne daß damit eine nennenswerte Minderung des Wirkungsgrades der Energiewandlung verbunden ist.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Membran mit einem dritten Anschluß der Hochspannungsversorgung verbunden ist und daß die Potentiale der Anschlüsse der Hochspannungsversorgung so gewählt sind, daß zwischen dem anderen Anschluß der Spule und der Membran eine zweite Potentialdifferenzu vorliegt, die ihrer Richtung nach der ersten entgegengerichtet ist, um die maximale Potentialdifferenz zwischen Membran und Spule zur Vermeidung von Spannungs überschlägen herabzusetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator ist somit die Potentialdifferenz, die zwischen den Windungen der Spule und der Membran höchstens auftreten kann, geringer als der Betrag der Hochspannung. Demzufolge kann die Spule, ohne daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen zwischen der Membran und der Spule besteht, näher bei der Membran angeordnet werden, so daß der erfindungsgemäße Stoßwellengenerator bei gleicher Hochspannungsfestigkeit bei der Wandlung der elektrischen Energie in Stoßenergie einen höheren Wirkungsgrad als der bekannte Stoßwellengenerator aufweist.
  • Optimale Verhältnisse liegen vor, wenn die Spule relativ zur Membran so angeordnet ist, daß die zwischen den einzelnen Windungen der Spule und der Membran vorliegenden Potentialdifferenzen ihrem Betrag nach an keiner Stelle den Betrag der größeren zwischen den Anschlüssen der Spule und der Membran vorliegenden Potentialdifferenz überschreiten. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Spannungsabfälle über den Anschlüssen der Spule vernachlässigbar sind, d.h., daß die zwischen den den Anschlüssen unmittelbar benachbarten Windungen der Spule und der Membran vorliegenden Potentialdifferenzen denen zwischen den Anschlüssen und der Membran entsprechen.
  • Insbesondere dann, wenn die Spule in einer parallel zur Membran verlaufenden Fläche angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn nach einer Variante der Erfindung die zwischen der Membran und den Anschlüssen der Spule jeweils vorliegenden Potentialdifferenzen ihrem Betrag nach gleich sind, da die dann zwischen der Membran und der Spule maximal auftretende Potentialdifferenz nur dem halben Betrag der Hochspannung entspricht.
  • Nach einer weiteren Variante der Erfindung liegt die Membran auf Erdpotential. Es ist so sichergestellt, daß an der in dem Raum befindlichen Flüssigkeit, die unter Umständen mit dem Lebewesen bzw. dem Bedienungspersonal in Berührung kommen kann, keine Hochspannung anliegt.
  • Es sei erwähnt, daß es die Erfindung - allerdings unter teilweisem oder vollständigem Verzicht auf eine verbes serte Hochspannungsfestigkeit - erlaubt, eine größere elektrische Energie in Stoßenergie umzuwandeln, bzw. bei gleicher elektrischer Energie geringere Anstiegszeiten der Stoßwelle zu realisieren, da der in der Hochspannungsversorgung befindliche Kondensator auf eine gegenüber dem bekannten Stoßwellengenerator höhere Ladespannung aufgeladen werden kann. Somit kann der Kondensator entweder eine größere, mit dem Quadrat der Ladespannung wachsende Energie abgeben oder seine Kapazität kann bei gleicher zur Verfügung stehender Energie verkleinert werden, wodurch der durch die Spule und den Kondensator gebildete Schwingkreis eine höhere Eigenfrequenz aufweist, was zu einer kürzeren Anstiegszeit des durch die Spule fließenden Stromes und damit zu einer kürzeren Anstiegszeit der Stoßwelle führt, was beim Zertrümmern von Konkrementen durchaus wünschenswert ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator zeigt.
  • Der erfindungsgemäße Stoßwellengenerator weist ein Gehäuse 1 auf, das einen mit einer Flüssigkeit gefüllten, durch eine Membran 2 abgeschlossenen Raum 3 enthält. Der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildeten Membran 2 gegenüberliegend ist eine Spule 4 mit spiralförmig angeordneten Windungen vorgesehen, wobei zwischen der Membran 2 und der Spule 4 eine Isolierfolie 5 angeordnet ist. Die Windungen der Spule 4 sind auf einer Auflagefläche 6 eines Isolators 7 angeordnet, der in einer Kappe 8 aufgenommen ist. Die Membran 2, die Isolierfolie 5 und die den Isolator 7 mit der Spule 4 enthaltende Kappe 8 sind mittels Schrauben 9 an dem Gehäuse 1 befestigt. Zur Fixierung der Spule 4 an der Auflagefläche 6 des Isolators 7 ist der zwischen der Isolierfolie 5 und der Auflagefläche 6 des Isolators 7 befindliche Raum mit einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten elek trisch isolierenden Gießharz ausgefüllt. Die Spule 4 ist über Anschlüsse 10 und 11, die durch Bohrungen in dem Isolator 7 und der Kappe 8 nach außen treten, mittels eines geeigneten Schaltmittels 12 an eine schematisch dargestellte Hochspannungsversorgung 13 anschließbar, die einen Stromstoß an die Spule 4 abgibt, wodurch die Membran 2 - schlagartig von der Spule 4 abgestoßen wird, was zur Ausbildung einer Stoßwelle in der Flüssigkeit im Raum 3 führt. Infolge der an der Spule 4 anliegenden Hochspannung treten zwischen der Membran 2 und den einzelnen Windungen der Spule 4 Potentialdifferenzen auf.
  • Dabei ist vorgesehen, daß die Membran 2 auf Erdpotential 14 liegt, während der Anschluß 11 auf einem positiven Potential +U und der Anschluß 10 auf einem negativen Potential -U liegt. Zwischen dem Anschluß 11 der Spule 4 und der Membran 2 liegt somit eine positive Potentialdifferenz vor. Dagegen liest zwischen dem Anschluß 10 der Spule 4 und der Membran eine negative Potentialdifferenz vor. Beide Potentialdifferenzen sind aufgrund des Umstandes, daß sich die Potentiale +U und -U, bezogen auf das Erdpotential 14, nur durch ihre Vorzeichen unterscheiden, dem Betrag nach gleich.
  • Da bei dem in der Figur dargestellten Stoßwellengenerator die Windungen der Spule 4 einen konstanten Abstand zu der Membran 2 aufweisen, tritt zwischen den Windungen der Spule 4 und der Membran 2 höchstens eine Potentialdifferenz auf, die dem halben Betrag der von der Hochspannungsversorgung 13 abgegebenen Hochspannung entspricht. Gegenüber dem bekannten Stoßwellengenerator, bei dem die zwischen den Windungen der Spule 4 und der Membran 2 maximal vorliegende Potentialdifferenz dem Betrag der Hochspannung entsprechen würde, kann bei dem erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator die Spule 4 somit näher an der Membran 2 angebracht werden, ohne daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen besteht.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist ein Stoßwellengenerator mit einer ebenen Membran 2 dargestellt. Es ist aber auch möglich, Stoßwellengeneratoren mit andersartig, z.B. sphärisch geformter Membran erfindungsgemäß auszubilden.

Claims (3)

  1. Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen, welcher eine einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum (3) abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran (2) und eine Spule (4) aufweist, deren Windungen in einer der Membran (2) gegenüberliegenden Fläche (6) angeordnet sind, wobei die Spule (4) mittels zweier Anschlüsse (10, 11) an eine Hochspannungsversorgung (13) anschließbar ist und wobei der eine Anschluß (11) der Spule (4) mit einem ersten und der andere Anschluß (10) der Spule mit einem zweiten Anschluß der Hochspannungsversorgung (13) verbunden ist und zwischen der Membran (2) und dem einen Anschluß (11) der Spule (4) eine erste Potentialdifferenz vorliegt,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) mit einem dritten Anschluß der Hochspannungsversorgung (13) verbunden ist und daß die Potentiale der Anschlüsse der Hochspannungsversorgung (13) so gewählt sind, daß zwischen dem anderen Anschluß (10) der Spule (4) und der Membran (2) eine zweite Potentialdifferenz vorliegt, die ihrer Richtung nach der ersten Potentialdifferenz entgegengerichtet ist, um die maximale Potentialdifferenz zwischen Membran und Spule zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen herabzusetzen.
  2. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Membran (2) und den Anschlüssen (10, 11) der Spule (4) jeweils vorliegenden Potentialdifferenzen ihrem Betrag nach gleich sind.
  3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) auf Erdpotential (14) liegt.
EP87101803A 1986-07-14 1987-02-10 Stosswellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens Expired - Lifetime EP0253053B1 (de)

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JPS6316008U (de) 1988-02-02
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DE3789688D1 (de) 1994-06-01

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