EP0954847B1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von stosswellen für technische, vorzugsweise medizintechnische anwendungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von stosswellen für technische, vorzugsweise medizintechnische anwendungen Download PDF

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EP0954847B1
EP0954847B1 EP98907846A EP98907846A EP0954847B1 EP 0954847 B1 EP0954847 B1 EP 0954847B1 EP 98907846 A EP98907846 A EP 98907846A EP 98907846 A EP98907846 A EP 98907846A EP 0954847 B1 EP0954847 B1 EP 0954847B1
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EP
European Patent Office
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electrode
electrolyte
sound
electrodes
waves
Prior art date
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EP98907846A
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French (fr)
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EP0954847A2 (de
Inventor
Werner Hartmann
Jörg KIESER
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP0954847B1 publication Critical patent/EP0954847B1/de
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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
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • G10K15/04—Sound-producing devices
    • G10K15/06—Sound-producing devices using electric discharge

Definitions

  • the invention relates to a device for generating of shock waves for technical, preferably medical technology Applications, especially for lithotripsy or Pain therapy, whereby mechanical due to pressure pulsations High energy waves are generated.
  • Intensive sound waves or shock waves are used for various applications, the working pressures of which range from a few 10 7 Pa up to 10 8 Pa.
  • An example is lithotripsy in medical technology, in which extra-corporal, focused pressure waves at the site of gall or kidney stones generate such a strong shock wave that the stone breaks up into small fragments, which the body naturally does without surgical measures being able to leave.
  • a sufficiently high fragmentation of the stone typically requires a few 100 to a few 1000 shock wave applications, ie individual pulses.
  • a shock wave generator which generates a sound wave which is already focused or which can be focused in particular by means of acoustic lenses, the focus of which must be at the location of the stone to be destroyed.
  • the focal length of the acoustic arrangement should be small, that is to say in the range of a few 10 cm, in order to limit the energy density on the patient's body surface to such an extent, that is to ⁇ 1 J / cm 2 , that the pain resulting from the passage of sound can be controlled by local anesthetics.
  • the pulse repetition rate should be around 1 to 5 per second.
  • the lifespan of the shock wave generator must be as high as possible, i.e. with some Millions of pulses lie around the treatment of a larger one Number of patients without necessary service or repair work to enable. Throughout the lifespan may the properties of the shock wave generator, in particular Shock wave energy, pulse duration, focus position, etc., not or only slightly change to constant, reproducible Enable work results.
  • the generation of the Shock waves should be audible in water or in liquids properties comparable to water, thus efficient sound propagation and transmission in the patient's body via a customized acoustic Impedance between shock wave generator and body possible becomes.
  • the focus diameter of the focused shock wave at the location of the stone should be comparable to the dimensions of the stone to ensure an efficient interaction between Reach shock wave and stone.
  • Typical wavelengths of the Shock waves are in the range of 1 to 10 mm, accordingly Pulse durations of typically ⁇ 1 ⁇ s. Are correspondingly high the requirements for the quality of the wave front in the shock wave generator, to achieve the required focusability.
  • the main disadvantages are in particular with the first-mentioned principle the short lifespan, poor reproducibility and limited scalability of the shock wave transducers, whereby before especially the short lifespan, e.g. just a few 1000 pulses, due to the electrode erosion and the associated Fluctuation in the focus position cause problems.
  • Piezoelectric The amplifiers required here have transducers in their mechanical life also severely limited. Electromagnetic transducers currently reach the biggest Lifetimes of typically ⁇ 1 million pulses, however, are out Limited due to electrical and mechanical resilience scalable. An extension of the lifespan several million pulses would be beneficial, as would one broader scalability of sound wave energy and pulse shape.
  • DE 10 76 413 B already discloses a sound generation method known in which the field line contraction on a Wire or at the end of a wire or at the constriction point is used by an elastic insulating body, a high field density and thus a high power density in the to reach the vicinity of the wire.
  • the object of the invention is one after one Production device for thermohydraulic processes of shock waves with which to indicate without wear problems several million pulses can be generated.
  • the invention assumes that a brief heating of a highly conductive electrolyte with the help of a intense electrical impulse the coupled electrical Energy directly and largely lossless in thermal Energy of the electrolyte is converted.
  • the heating can be larger, scalable volumes or large, too Capture scalable surfaces simultaneously and homogeneously.
  • At heating up a large layer of liquid current density and electrical field strength remain direct current flow largely constant within the liquid layer, the thickness of the liquid layer being less than the wavelength to be generated, the transverse dimension in comparison however, this is great.
  • About the thermal expansion of the heated Electrolytes become an increase in pressure in a suitable ambient medium and thus, under suitable conditions, a Pressure wave generated that spread in this medium can.
  • thermohydraulic Shock wave converter Due to the principle according to the invention, almost any one Scalability and geometry at the same time almost wear-free behavior of such a thermohydraulic Shock wave converter possible. In contrast to the electrohydraulic Principle generally no concentration of current flow by plasma formation at individual points on the electrodes takes place, the operation of such an arrangement does not lead to erode the electrodes, thereby achieving a long service life is. Due to the spatially homogeneous performance load of the electrolyte is also the membrane or acoustically "permeable" Electrode mechanically loaded very homogeneously, whereby the life of the membrane is also greatly increased Comparison to electromagnetic transducers.
  • Arrangements according to the present invention have overall the advantage that by deliberately avoiding field-reinforcing Structures - wires, tips, edges or even Narrowing of the current-carrying area - large area and homogeneously large volumes up to the limit of dielectric strength can be evenly added, so that none Limitation on pulse energy and scalability arise.
  • the main advantage of the new arrangement is in that the emerging wave fronts are very even are, so that you have an almost unlimited scalable pulse sound source with high quality of the wavefront.
  • thermohydraulic sound transducer with flat electrodes.
  • the Sound transducer consists of a fixed, solid electrode 1, a thin and light electrode 2 at a distance s from the electrode 1, the electrolyte 3 of the layer thickness s, and the sound propagation medium 4.
  • the fixed electrode 1 and the membrane-shaped electrode 2 are both made of corrosion-resistant media 3 and 4 Made of materials and have smooth surfaces on to the formation of localized discharges to avoid due to excessive field strength at tips etc.
  • the product of mass density and speed of sound Electrode 1 is significantly larger than its products Sizes in the electrolyte 3 and the sound propagation medium 4.
  • the acoustic impedance of the electrolyte 3 and the sound propagation medium 4 should be as similar as possible and approximately that of water, i.e. the main component of the human Body, conform to good acoustic adjustment between the transducer and the patient's body. 4 is expediently used as the sound propagation medium gas-free, fully demineralized water and as electrolyte 3 one conductive saline solution used.
  • a particularly simple embodiment used for that Sound propagation medium 4 the same material as for the Electrolytes 3.
  • acoustic Adapt impedance of media 3 and 4 to that of the coupling medium is especially in applications other than medical technology, such as the Rock crushing using shock waves.
  • the power supply to electrode 2 must be symmetrical to be the desired symmetry of the pressure wave to be generated via a symmetrical current and power distribution to reach in the electrolyte 3. This is advantageous Maintaining a coaxial power supply up to the electrodes 1 and 2.
  • a power pulse generator 5 is connected to the electrodes 1 and 2 and provides electrical energy in the form of short pulses with time periods of typically ⁇ s .
  • the pulse generator consists of an energy store in the form of a high-voltage capacitor C, a fast-closing switching element S, and an inductance L formed from the supply lines.
  • the switch S When the switch S is closed, the capacitor C discharges via the inductance L and the switch S into the Electrolytes with the internal resistance R.
  • An increase in pressure is obtained by shortening the pulse duration, because due to the finite speed of sound, the energy deposited in the electrolyte is distributed over a smaller volume and the pressure rise is accordingly reduced over a shorter distance.
  • liquids with a low heat capacity and low compressibility with a high coefficient of thermal expansion are advantageous.
  • An example is ethanol, which is mixed with ion-conducting additives.
  • an additive for example, an admixture of water with a salt dissolved in it is suitable to achieve the required conductivity.
  • pressures of the order of magnitude ⁇ p ⁇ 40 bar are obtained when ethanol is used.
  • higher-quality alcohols which are non-flammable at room temperature such as, for example, ethylene glycol or glycerol with salts soluble therein, for example magnesium perchlorate or lithium chloride.
  • an advantageous embodiment uses an electrode arrangement with current flow in radial instead of axial Direction and thus leaves higher operating voltages on the electrolyte 3 to.
  • the power pulse is sent to one in the Axis of symmetry central electrode 8 and one coaxial with it arranged, cylindrical or annular electrode 7 is applied.
  • the current flows in this embodiment in which Rotational symmetry is assumed in the radial direction between the electrodes 7 and 8 in the electrolyte 3. This means that the current flow - in contrast to Figure 1 with a current flow in the liquid layer in the direction of the preferred sound propagation - in this case perpendicular to Direction of sound propagation.
  • the electrolyte 3 with the Layer thickness s is insulated on one side by an Plate 9 and on the other side by an also insulating Membrane 10 delimited against the propagation medium 4, to the current flow thereby to the volume with the Limit electrolyte thickness s.
  • the electrode stroke s' becomes from s to approximately the radius of the arrangement expanded, which means much higher voltages at the Electrodes are permitted without the risk of breakdown arises in the electrolyte. This can result in the electrolyte 3 a significantly higher energy density is generated, which leads to considerably higher pressure amplitudes than in the case axial current flow.
  • Focusing the pressure wave is advantageous in that two electrodes 21 and 22 are not flat, but are concave according to FIG 3. It will so it creates a curved wavefront that is concentric to one incoming pressure wave, which leads to a pronounced Focus at the focal point of the electrode surface Has electrode 21 formed reflector.
  • this self-focusing arrangement can be placed on an acoustic lens be dispensed with, so that the aberrations associated with the lens and losses are eliminated.
  • Electrodes 21 and 22 Formation of the electrodes 21 and 22 in a convex shape would form spherically expanding shock waves lead e.g. for ultrasound tomography in medical technology as well as in general technology for sonar systems in Water and in the earth's crust, the so-called “geo-mapping", can be used.
  • Embodiments can be the geometry of electrodes 1 and 2 have a geometry other than flat or spherical.
  • cylindrical electrode shapes for example generate a line focus that is beneficial to precise separation of brittle objects, such as semiconductor wafers, Glass workpieces, ceramic substrates, optical Components, ceramic tiles, etc., or for cleaning larger ones Castings can be used.
  • thermohydraulic Optimize shock wave generator for almost every application, at the high mechanical forces only for a short time, i.e. jerky, are needed.
  • a regular can be between the two electrodes 1 and 2 or even irregular lattice structure, which serves to increase the distance between the two electrodes define so as to prevent the to avoid Rollovers do not fall below the minimum distance required becomes.
  • Appropriately used for the material of Grid an insulating plastic with a dielectric constant similar to that of the electrolyte 3 used between the electrodes 1 and 2. This avoids that it is too local field elevations at the triple points of the transition Electrode - grid - medium 3 comes, which are otherwise undesirable Rollover could result.
  • the coupling with the pulse generator is decisive for the dimensioning of the shock wave generator.
  • L / C ⁇ 1 ⁇ requires an internal resistance of the electrolyte of R ⁇ 1 ⁇ .
  • a corresponding specific resistance is achieved, for example, by aqueous salt solutions with concentrations in the range C ⁇ 1 g / l if the surface A in the range A ⁇ 100 cm 2 and the electrode spacing s are dimensioned with s ⁇ 1 mm.
  • the described "Thermohydraulic shock wave generator" on both concave shape of the electrodes as well as a refractive acoustic lens can be dispensed with.
  • the structures have to be there be dimensioned so small in the radial direction that both the inevitable deviations from the intended common Focus position can be tolerated, as well as the dielectric strength between the two electrodes through the also inevitable differences in height of the surface structures is not affected.
  • the desired one is achieved Effect by concentrating 100 in an electrode surface Rings 11 are screwed, the surface 111 with the originally plan a certain electrode surface Include angle ⁇ so that the ring surfaces 111 to Axis of symmetry of the electrode are inclined.
  • the rings 11 can each have a conical shape in cross section, the Surfaces 111 form conical surfaces. Other geometries too are possible.
  • the surfaces of the rings 11 form curved surfaces of the body of revolution. There are Spheroid, ellipsoid or paraboloid surfaces possible.
  • the angle ⁇ is calculated in such a way that the normal cones are all at the required focus point through the center of the ring with its tip.
  • the ring width is advantageously chosen so that the maximum heights of the rings above the mean, ie planar electrode surface are ⁇ 0.25 * d, where d is the mean electrode distance. This does not unduly lower the dielectric strength of the arrangement.
  • An additional requirement for the ring width is raised by the permissible deviations of the position of the partial foci from the common focus and the associated broadening of the focus diameter.

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Description

Die Erfindung besieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen für technische, vorzugsweise medizintechnische Anwendungen, insbesondere für die Lithotripsie oder die Schmerztherapie, wobei durch Druckpulsationen mechanische Wellen hoher Energie erzeugt werden.
Für verschiedene Anwendungen werden intensive Schallwellen oder Stoßwellen eingesetzt, deren Arbeitsdrücke im Bereich einiger 107 Pa bis zu 108 Pa liegen. Ein Beispiel ist die Lithotripsie in der Medizintechnik, bei der durch extra-korporal erzeugte, fokussierte Druckwellen am Ort von Gallen-oder Nierensteinen eine so starke Stoßwelle erzeugt wird, daß der Stein in kleine Fragmente zerfällt, welche ohne operative Maßnahmen auf natürliche Weise den Körper verlassen können. Für eine ausreichend hohe Fragmentation des Steins sind dazu typischerweise einige 100 bis einige 1000 Stoßwellenanwendungen, d.h. Einzelpulse, erforderlich.
Zur Erzeugung letzterer Stoßwellen benötigt man einen Stoßwellengenerator, der eine bereits fokussierte oder durch insbesondere akustische -Linsen fokussierbare Schallwelle erzeugt, deren Fokus am Ort des zu zerstörenden Steins liegen muß. Die Brennweite der akustischen Anordnung sollte dabei klein, d. h. im Bereich einiger 10 cm sein, um die Energiedichte an der Körperoberfläche des Patienten soweit, d.h. auf < 1 J/cm2 zu begrenzen, daß der beim Schalldurchtritt entstehende Schmerz durch Lokalanästhetika beherrschbar ist.
Für eine vertretbare Behandlungsdauer sollte die Pulswiederholrate bei etwa 1 bis 5 pro Sekunde liegen. Die Lebensdauer des Stoßwellengenerators muß möglichst hoch, d.h. bei einigen Millionen Pulsen, liegen, um die Behandlung einer größeren Anzahl an Patienten ohne notwendige Service- bzw. Reparaturarbeiten zu ermöglichen. Während der gesamten Lebensdauer dürfen sich die Eigenschaften des Stoßwellengenerators, insbesondere Stoßwellenenergie, Impulsdauer, Fokuslage, etc., nicht oder nur geringfügig ändern, um konstante, reproduzierbare Arbeitsergebnisse zu ermöglichen. Die Erzeugung der Stoßwellen sollte in Wasser oder in Flüssigkeiten mit akustisch dem Wasser vergleichbaren Eigenschaften erfolgen, damit eine effiziente Schallausbreitung und -übertragung in den Körper des Patienten über eine angepaßte akustische Impedanz zwischen Stoßwellengenerator und Körper möglich wird. Der Fokusdurchmesser der fokussierten Stoßwelle am Ort des Steins (∼ cm) sollte vergleichbar sein mit den Abmessungen des Steins, um eine effiziente Wechselwirkung zwischen Stoßwelle und Stein zu erreichen. Typische Wellenlängen der Stoßwelle liegen im Bereich von 1 bis 10 mm, entsprechend Pulsdauern von typischerweise ∼ 1 µs. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Qualität der Wellenfront im Stoßwellengenerator, um die geforderte Fokussierbarkeit zu erzielen.
Ähnliche Anforderungen werden auch bei anderen technischen Anwendungen erhoben, so z.B. beim Recycling durch Stoßwellen, beim Reinigen von Oberflächen durch Stoßwellen, im Bergbau, beispielsweise Felszerkleinerung ohne Einsatz chemischer Sprengmittel, in der Geologie und der Meereskunde, beispielsweise für Sonaranwendungen. Dabei werden zum Teil wesentlich höhere und u.U. auch variablere Pulsenergien gefordert als bei der Lithotripsie, so daß für viele Anwendungen ein nahezu beliebig skalierbares Stoßwellengeneratorprinzip von großem Nutzen wäre.
Zur Erzeugung von Stoßwellen werden, abgesehen vom Einsatz chemischer Explosivstoffe, bisher ausschließlich die folgenden drei Prinzipien eingesetzt, bei denen elektrische Energie in akustische Energie in Form intensiver Stoßwellen umgesetzt wird:
  • Das elektrohydraulische Prinzip mit Erzeugung einer sphärisch expandierenden Druckwelle durch einen Unterwasserfunken, und gegebenenfalls Fokussierung mit ellipsoidischen Reflektoren, wozu Ausführungen in Rev.Sc. Instrument 65 (1994), S. 2356 - 2363 und Biomed. Tech. 22 (1977), S. 164 ff. gemacht werden.
  • Das piezoelektrische Prinzip mit Erzeugung einer Druckwelle durch Einsatz gepulst betriebener piezoelektrischer Schallwandler, beispielsweise gemäß der DE 33 19 871 A1.
  • Das elektromagnetische Prinzip mit Erzeugung einer Druckwelle durch eine elektromagnetisch angetriebene Membran, was im einzelnen in Appl. Phys. Lett. 64 (1994), S 2596-2598 und Acustica 14 (1964), S. 187 beschrieben ist.
Insbesondere beim erstgenannten Prinzip sind Hauptnachteile die kurze Lebensdauer, schlechte Reproduzierbarkeit und begrenzte Skalierbarkeit der Stoßwellenwandler, wobei vor allem die kurze Lebensdauer, z.B. nur einige 1000 Pulse, aufgrund des Elektrodenabbrandes sowie die damit verbundene Schwankung der Fokuslage Probleme bereiten. Piezoelektrische Wandler sind bei den hier geforderten Amplituden in ihrer mechanischen Lebensdauer ebenfalls stark eingeschränkt. Elektromagnetische Schallwandler erreichen z.Z. die größten Lebensdauern von typisch ~ 1 Million Pulse, sind jedoch aus Gründen elektrischer und mechanischer Belastbarkeit nur begrenzt skalierbar. Eine Verlängerung der Lebensdauer auf mehrere Millionen Pulse wäre vorteilhaft, wie auch eine breitere Skalierbarkeit der Schallwellenenergie und Impulsform.
Zur Realisierung des elektrohydraulischen Prinzips ist aus der DE 0 911 222 C ein Schallsender bekannt, bei dem der Schalldruck bei Stromdurchgang in eng begrenzten Flüssigkeitsfäden bewirkten stoßartigen Verdampfungen erzeugt wird. Aus der DE 10 76 413 B ist bereits ein Schallerzeugungsverfahren bekannt, bei dem die Feldlinienkontraktion an einem Draht bzw. am Ende eines Drahtes oder an der Einengungsstelle durch einen elastischen Isolierkörper dazu benützt wird, eine hohe Felddichte und damit eine hohe Leistungsdichte in der nahen Umgebung des Drahtes zu erreichen. Dadurch können jedoch nur kleine Volumina in der unmittelbaren Nähe des Drahtes bzw. in der Einengungsstelle ausgenutzt werden, so daß zum einen ein Großteil der Energie bei geringer Energiedichte in großen Volumina umgesetzt wird, wodurch Energieinhalt der Druckwelle und Wirkungsgrad drastisch abnehmen, zum anderen die erreichbare Energie aufgrund des geringen Volumens sehr gering ist. Die Parallelschaltung einer Vielzahl solcher Kanäle hat in der Praxis zur Folge, daß aufgrund geringer Unterschiede der Kanäle untereinander ein einzelner Kanal bevorzugt wird, der dann stärker aufgeheizt wird als die übrigen; der aus der stärkeren Aufheizung resultierende frühere und stärkere Stromfluß führt im allgemeinen zu einem stromstarken Durchschlag, so daß sich wegen der Nichtlinearität der zum Durchschlag führenden Prozesse das Prinzip nur bei sicheren, weit von der Durchschlagfestigkeit des Elektrolyten entfernten Leistungsdichten betreiben läßt. Dadurch werden sowohl die Amplitude als auch der Wirkungsgrad einer solchen Impulsschaliquelle stark begrenzt. Auch geringe Unterschiede der Kanäle führen zu merklichen Schwankungen der zugehörigen Druckamplituden, so daß mit einem solchen System homogene Wellenfronten nur bedingt herstellbar sind.
Schließlich ist aus der US 5 105 801 A eine Anordnung bekannt, bei der innerhalb eines in einem Parabolreflektor angeordneten Elektrolytvolumens zwei Entladungselektroden auf einen internen Fokus gerichtet sind und so Schallwellen erzeugt werden die auf Punkte außerhalb des Reflektors fokussierbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine nach einem thermohydraulischen Verfahren arbeitende Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen anzugeben, mit der ohne Verschleißprobleme mehrere Millionen Pulse erzeugt werden können.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung geht davon aus, daß über eine kurzzeitige Aufheizung eines gut leitfähigen Elektrolyten mit Hilfe eines intensiven elektrischen Impulses die eingekoppelte elektrische Energie direkt und weitestgehend verlustfrei in thermische Energie des Elektrolyten umgesetzt wird. Die Aufheizung kann größere, skalierbare Volumina bzw. große, ebenfalls skalierbare Oberflächen simultan und homogen erfassen. Bei der Aufheizung einer großflächigen Flüssigkeitsschicht über direkten Stromfluß bleiben Stromdichte und elektrische Feldstärke innerhalb der Flüssigkeitsschicht weitestgehend konstant, wobei die Dicke der Flüssigkeitsschicht kleiner als die zu erzeugende Wellenlänge, die Querabmessung im Vergleich dazu jedoch groß ist. Über die Wärmeausdehnung des erwärmten Elektrolyten wird in geeignetem Umgebungsmedium ein Druckanstieg und damit, unter geeigneten Randbedingungen, eine Druckwelle erzeugt, die sich in diesem Medium ausbreiten kann.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Prinzips ist eine nahezu beliebige Skalierbarkeit und Geometrie bei gleichzeitig nahezu verschleißfreiem Verhalten eines solchen thermohydraulischen Stoßwellenwandlers möglich. Da im Gegensatz zu dem elektrohydraulischen Prinzip generell keine Konzentration des Stromflußes durch Plasmabildung an einzelnen Punkten der Elektrcden erfolgt, führt der Betrieb einer solchen Anordnung nicht zum Abbrand der Elektroden, wodurch eine hohe Lebensdauer erreichbar ist. Durch die räumlich homogene Leistungsbelastung des Elektrolyten wird auch die Membran bzw. akustisch "durchlässige" Elektrode mechanisch sehr homogen belastet, wodurch die Lebensdauer der Membran ebenfalls stark erhöht wird im Vergleich zu elektromagnetischen Schallwandlern.
Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung haben insgesamt den Vorteil, daß durch die gesielte Vermeidung von feldverstärkenden Strukturen - Drähte, Spitzen, Kanten oder auch Einengungen des stromfuhrenden Bereiches - großflächig und homogen große Volumina bis an die Grenze der Durchschlagfestigkeit gleichmäßig beiastet werden können, so daß keine Beschränkung hinsichtlich Impulsenergie und Skalierbarkeit entstehen. Der Vorteil der neuen Anordnung liegt vor allem darin, daß die entstehenden Wellenfronten sehr gleichmäßig sind, so daß man eine nahezu unbegrenzt skalierbare Impulsschallquelle mit hoher Qualität der Wellenfront erhält.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, die die Arbeitsweise von erfindungsgemäßen thermohydraulischen Schallwandlern wiedergeben Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung
FIG 1
einen thermohydraulischen Stoßwellengenerator mit ebenen Elektroden und zugehörigem Leistungsimpulsgenerator,
FIG 2
einen rotationssymmetrischen thermohydraulischen Stoßwellengenerator und zugehörigem Leistungsimpulsgenerator mit einer radialen Elektrodenanordnung und radialem Stromfluß,
FIG 3
einen thermohydraulischen Stoßwellengenerator mit konkaven Elektroden, sowie
FIG 4 und 5
eine Draufsicht und einen Schnitt einer spezifischen Ausbildung einer fokussierenden Elektrode.
FIG 1 zeigt das Prinzip eines thermohydraulischen Schallwandlers mit ebenen Elektroden. Bei einer solchen Ausführungsform wird, entsprechend der Geometrie der Anordnung, eine ebene Schallwelle erzeugt, die von einer gegebenenfalls nachfolgenden akustischen Linse fokussiert werden kann. Der Schallwandler besteht aus einer feststehenden, massiven Elektrode 1, einer dünnen und leichten Elektrode 2 im Abstand s von der Elektrode 1, dem Elektrolyten 3 der Schichtdicke s, und dem Schallausbreitungsmedium 4.
Die feststehende Elektrode 1 und die membranförmige Elektrode 2 sind beide aus gegenüber den Medien 3 und 4 korrosionsbeständigen Materialien gefertigt und weisen glatte Oberflächen auf, um die Ausbildung lokalisierter Entladungen aufgrund von Feldstärkeüberhöhungen an Spitzen etc. zu vermeiden.
Das Produkt aus Massendichte und Schallgeschwindigkeit der Elektrode 1 ist deutlich größer als die Produkte dieser Größen im Elektrolyten 3 und dem Schallausbreitungsmedium 4. Die akustische Impedanz des Elektrolyten 3 und des Schallausbreitungsmediums 4 sollen möglichst gleich sein und etwa der von Wasser, d.h. dem Hauptbestandteil des menschlichen Körpers, entsprechen, um eine gute akustische Anpassung zwischen dem Schallwandler und dem Patientenkörper zu erzielen. Zweckmäßigerweise wird als Schallausbreitungsmedium 4 gasfreies, vollentsalztes Wasser und als Elektrolyt 3 eine leitfähige Salzlösung verwendet.
Eine besonders einfache Ausführungsform verwendet für das Schallausbreitungsmedium 4 dasselbe Material wie für den Elektrolyten 3. Es sind dazu auch andere Flüssigkeiten als Wasser, aber mit vergleichbaren elektrischen und akustischen Eigenschaften, verwendbar. Insbesondere bei anderen Anwendungen als in Lithotriptern ist es sinnvoll, die akustische Impedanz der Medien 3 und 4 an die des Koppelmediums anzupassen. Dies ist insbesondere bei anderen Anwendungen als der Medizintechnik von Bedeutung, wie beispielsweise bei der Felszerkleinerung mittels Stoßwellen.
Die Stromzuführung zur Elektrode 2 muß symmetrisch aufgebaut sein, um die gewünschte Symmetrie der zu erzeugenden Druckwelle über eine symmetrische Strom- und Leistungsverteilung im Elektrolyten 3 zu erreichen. Vorteilhaft ist dazu die Beibehaltung einer koaxialen Stromzuführung bis zu den Elektroden 1 und 2.
An die Elektroden 1 und 2 angeschlossen ist ein Leistungsimpulsgenerator 5, der elektrische Energie in Form kurzer Pulse mit Zeitdauern von typisch µs bereitstellt. Im einfachsten Fall besteht der Impulsgenerator aus einem Energiespeicher in Form eines Hochspannungskondensators C, einem schnell schließenden Schaltelement S, und einer aus den Zuleitungen gebildeten Induktivität L. Beim Schließen des Schalters S entlädt sich der Kondensator C über die Induktivität L und den Schalter S in den Elektrolyten mit dem Innenwiderstand R. Der Energieinhalt E des Speichers ist E = C*U2/2 mit der Ladespannung U des Kondensators. Dadurch wird der Elektrolyt um die Temperaturdifferenz ΔT = E/(ρm*Ch*A*s) erwärmt, wobei ρm die Massendichte des Elektrolyten (∼ 1,0 g/cm3 für wäßrige Lösungen), Ch die Wärmekapazität des Elektrolyten, und A*s das Volumen des Elektrolyten (= Fläche A * Dicke s) ist. Bei ausreichend kurzen Impulsen im µs-Bereich kann die Wärmeleitung vernachlässigt werden. Dadurch dehnt sich der Elektrolyt um ΔV/V = α*ΔT aus, wobei α der Volumenausdehnungskoeffizient ist. Für den Fall, daß
   r >> s
gilt und  s < λ, r > λ
ist mit 2*r = Durchmesser der Elektroden 1 und 2, λ = Länge der Stoßwelle, λ = cs*τ mit cs = Schallgeschwindigkeit in den Medien 3 und 4 und τ = Pulsdauer, dehnt sich der Elektrolyt fast ausschließlich in der Richtung senkrecht zur Elektrodenoberfläche aus. Für die relative Schichtdickenänderung erhält man Δs/s ∼ ΔV/V = α*ΔT Diese Änderung von s wird wegen der endlichen Schallgeschwindigkeit cs über einen Weg λ' = s + λ aufgrund der endlichen Kompressibilität K der Medien 3 und 4 abgebaut. Wenn κ und cs für beide Medien 3 und 4 als identisch angenommen werden, erhält man für den mittleren Druckanstieg innerhalb des Bereichs λ': Δp = α*E/[(s+λ)*κ*ρm*Ch*A] und für den Fall s << λ, d. h. im Fall vernachlässigbarer Schichtdicke s im Vergleich zur Stoßwellenbreite λ: Δp = α*E/[cs*τ*κ*ρm*Ch*A] Letzteres bedeutet, daß die Amplitude des Druckanstiegs unabhängig von der Schichtdicke s ist.
Für α, cs, K, ρ, und Ch lassen sich, bei Verwendung einer wässrigen Lösung oder Ethanol für die Medien 3 und 4, die Werte aus der Literatur entnehmen. Folgende Werte ergeben sich:
Symbol Parameter Wasser Ethanol Einheit
α Volumenausdehnungskoeffizient 2,07*10-4 11*10-4 1/K
cs Schallgeschwindigkeit 1480 1170 m/s
κ Kompressibilität 0,5*10-9 1,17*10-9 1/Pa
ρm Massendichte 103 789 kg/m3
Ch Wärmekapazität 4,18*103 2,43*103 J/kg
Bei einer Pulsenergie von 200 J, einer Elektrodenoberfläche A = 100 cm2 = 10-2 m2 und einer Pulsdauer von τ ∼ 5 µs erzielt man somit eine ebene Druckwelle mit einer mittleren Amplitude von Δp ∼ 2,66*105 N/m2 ∼ 2,6 bar in wäßrigen Elektrolyten, bzw. Δp ∼ 1,6*106 N/m2 ∼ 16 bar in einem Elektrolyten, der als Hauptbestandteil Ethanol enthält.
Dieser Druckanstieg breitet sich im Medium 4 als ebene Welle senkrecht zur Oberfläche der Elektrode 1 aus und kann von einer akustischen Linse fokussiert werden; dabei werden Fokusdurchmesser 2*rf von typisch 2*rf ∼ λ erreicht, d.h. die ebene Welle wird um ein bis zwei Größenordnungen komprimiert, was zu einer entsprechenden Druckerhöhung im Fokus führt.
Über eine Vergrößerung von A lassen sich die im Fokus erzielbaren Spitzendrucke in weiten Grenzen skalieren. Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung ist es somit möglich, reproduzierbar und praktisch verschleißfrei Stoßwellen mit Amplituden im > 100 bar-Bereich zu erzeugen, welche für die Anwendung in Lithotriptern geeignet sind.
Eine Erhöhung des Drucks erhält man durch eine Verkürzung der Pulsdauer, da wegen der endlichen Schallgeschwindigkeit die im Elektrolyten deponierte Energie auf ein kleineres Volumen verteilt und der Druckanstieg dementsprechend über eine kürzere Strecke abgebaut wird. Bei gleicher Pulsenergie von 200 J und einer Pulsdauer von nur τ = 1 µ s steigt der Anfangsdruck bereits auf Δp ∼ 10 bar bei Verwendung eines wäßrigen Elektrolyten.
Durch die Verwendung spezifischer Elektrolyte als Medium 3 läßt sich eine zusätzliche Erhöhung des Drucks erreichen: Insbesondere sind Flüssigkeiten mit niedriger Wärmekapazität und kleiner Kompressibilität bei gleichzeitig großem Wärmeausdehnungskoeffizienten vorteilhaft. Ein Beispiel ist Ethanol, dem ionenleitende Zusätze beigemischt werden. Als Zusatz ist beispielsweise eine Beimischung aus Wasser mit einem darin gelösten Salz geeignet, um die geforderte Leitfähigkeit zu erreichen. Für das oben angegebene Beispiel (E = 200 J; τ = 1 µs) erhält man Drücke der Größenordnung Δp ∼ 40 bar bei Verwendung von Ethanol. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung höherwertiger, bei Raumtemperatur nicht entflammbarer Alkohole, wie beispielsweise Ethylenglycol oder Glycerin mit darin löslichen Salzen, z.B. Magnesiumperchlorat oder Lithiumchlorid.
Gemäß FIG 2 verwendet eine vorteilhafte Ausführung eine Elektrodenanordnung mit Stromfluß in radialer anstatt axialer Richtung und läßt somit höhere Betriebsspannungen am Elektrolyten 3 zu. Der Leistungsimpuls wird an eine in der Symmetrieachse zentrische Elektrode 8 und eine dazu koaxial angeordnete, zylindrische oder ringförmige Elektrode 7 angelegt. Der Strom fließt bei dieser Ausführungsform, bei der Rotationssymmetrie vorausgesetzt wird, in radialer Richtung zwischen den Elektroden 7 und 8 im Elektrolyten 3. Dies bedeutet, daß der Stromfluß - im Gegensatz zu Figur 1 mit einem Stromfluß in der Flüssigkeitsschicht in Richtung der bevorzugten Schallausbreitung - in diesem Fall senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung erfolgt. Der Elektrolyt 3 mit der Schichtdicke s ist auf der einen Seite durch eine isolierende Platte 9 und auf der anderen Seite durch eine ebenfalls isolierende Membran 10 gegen das Ausbreitungsmedium 4 abgegrenzt, um den Stromfluß dadurch auf das Volumen mit der Elektrolytdicke s zu begrenzen. Die Elektrodenschlagweite s' wird dadurch von s auf annähernd den Radius der Anordnung erweitert, wodurch wesentlich höhere Spannungen an den Elektroden zulässig werden, ohne daß die Gefahr eines Durchschlags im Elektrolyten entsteht. Dadurch kann im Elektrolyten 3 eine wesentlich höhere Energiedichte erzeugt werden, die zu erheblich höheren Druckamplituden führt als im Fall axialen Stromflusses.
Eine Fokussierung der Druckwelle wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß zwei Elektroden 21 und 22 nicht eben, sondern entsprechend FIG 3 konkav ausgebildet sind. Es wird so eine gekrümmte Wellenfront erzeugt, die zu einer konzentrisch einlaufenden Druckwelle führt, welche einen ausgeprägten Fokus im Brennpunkt des von der Elektrodenoberfläche der Elektrode 21 gebildeten Reflektors aufweist. In dieser selbstfokussierenden Anordnung kann auf eine akustische Linse verzichtet werden, so daß die mit der Linse verbundenen Abbildungsfehler und Verluste entfallen.
Eine Ausbildung der Elektroden 21 und 22 in konvexer Form würde zur Ausbildung von sphärisch expandierenden Stoßwellen führen, die z.B. für Ultraschall-Tomographie in der Medizintechnik sowie in der allgemeinen Technik für Sonar-Systeme im Wasser und in der Erdkruste, dem sogenannten "Geo-Mapping", eingesetzt werden können.
In weiteren vorteilhaften, nicht im einzelnen gezeigten Ausführungsformen kann die Geometrie der Elektroden 1 und 2 eine andere als ebene oder sphärische Geometrie aufweisen. Bei Verwendung zylindrischer Elektrodenformen läßt sich beispielsweise ein Linienfokus erzeugen, der vorteilhaft zum präzisen Trennen spröder Objekte, wie beispielsweise Halbleiterscheiben, Glaswerkstücke, Keramiksubstrate, optische Bauteile, Keramikfliesen, etc., oder zum Reinigen größerer Gußteile einsetzen läßt. Durch Anpassung von Geometrie und elektrischen Parametern läßt sich ein thermohydraulischer Stoßwellengenerator für nahezu jede Anwendung optimieren, bei der hohe mechanische Kräfte nur kurzzeitig, d.h. stoßartig, benötigt werden.
Zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 kann eine regelmäßige oder auch unregelmäßige Gitterstruktur angeordnet sein, die dazu dient, den Abstand zwischen den beiden Elektroden zu definieren, um so zu verhindern, daß der zur Vermeidung von Überschlägen notwendige Mindestabstand nicht unterschritten wird. Zweckmäßigerweise verwendet man für den Werkstoff des Gitters einen isolierenden Kunststoff mit einer Dielektrizitätszahl ähnlich der des verwendeten Elektrolyten 3 zwischen den Elektroden 1 und 2. Dadurch wird vermieden, daß es zu lokalen Feldüberhöhungen an den Tripelpunkten des Überganges Elektrode - Gitter - Medium 3 kommt, die ansonsten zu unerwünschten Überschlägen führen könnten.
Für die Dimensionierung des Stoßwellengenerators ist die Kopplung mit dem Impulsgenerator ausschlaggebend. Bei einer für die Leistungsimpulstechnik typischen Impedanz Z von Z = L/C ∼ 1 Ω benötigt man einen Innenwiderstand des Elektrolyten von R ∼ 1 Ω.Der Innenwiderstand R des Elektrolyten berechnet sich zu R = ρ*s/A und daraus der spezifische Widerstand ρ zu ρ = A*R/s = 103 Ω*cm .
Ein entsprechender spezifischer Widerstand wird beispielsweise durch wäßrige Salzlösungen mit Konzentrationen im Bereich C ∼ 1 g/l erreicht, wenn die Oberfläche A im Bereich A ∼ 100 cm2 und der Elektrodenabstand s mit s ≅ 1 mm dimensioniert werden.
Bei einem Elektrodenabstand von s = 1 mm erreicht man eine Spannungsfestigkeit Umax in Wasser von Umax ~ 10 kV. Dies entspricht der maximal und nur kurzzeitig am Elektrolyten anliegenden Spitzenspannung bei einer Ladespannung von 20 kV. Die Dimensionierung von Stoßwellengenerator und Leistungsimpulsgenerator entsprechen somit dem bei ähnlichen Geräten eingesetzten Stand der Technik und stellen keine schwer beherrschbaren Anforderungen an die Komponenten.
In spezifischen Ausgestaltungen kann beim beschriebenen "Thermohydraulischen Stoßwellengenerator" sowohl auf eine konkave Formgebung der Elektroden als auch auf eine refraktive akustische Linse verzichtet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche einer akustisch reflektierenden ("harten") Elektrode so strukturiert ist, daß im Mittel eine plane oder konkave, fokussierende Oberfläche innerhalb zulässiger Toleranzen eingehalten wird, daß aber durch radialsymmetrische Strukturen eine Fokussierung ringförmiger Anteile der reflektierten ebenen Schallwelle auf einen gemeinsamen Fokus erfolgt. Die Strukturen müssen dabei in radialer Richtung so klein dimensioniert sein, daß sowohl die unvermeidlichen Abweichungen von der angestrebten gemeinsamen Fokuslage toleriert werden können, als auch die Spannungsfestigkeit zwischen den beiden Elektroden durch die ebenfalls unvermeidlichen Höhendifferenzen der Oberflächenstrukturen nicht beeinträchtigt wird.
Gemäß Figur 4 und Figur 5 erreicht man den gewünschten Effekt, indem in eine Elektrodenoberfläche 100 konzentrische Ringe 11 eingedreht werden, deren Oberfläche 111 mit der ursprünglich planen Elektrodenoberfläche einen bestimmten Winkel α einschließen, so daß die Ringoberflächen 111 zur Symmetrieachse der Elektrode hin geneigt sind. Die Ringe 11 können im Querschnitt jeweils eine Kegelform haben, wobei die Oberflächen 111 Kegelmantelflächen bilden. Auch andere Geometrien sind möglich. So können die Oberflächen der Ringe 11 gekrümmte Rotationskörperoberflächen bilden. Es sind Spheroid-, Ellipsoid- oder Paraboloidflächen möglich.
Der Winkel α wird so berechnet, daß die Normalenkegel durch die jeweilige Ringmitte mit ihrer Spitze alle im geforderten Fokuspunkt liegen. Dafür gilt die Beziehung sinα = Rx/F wobei Rx der mittlere Radius des x-ten Ringes und F der Abstand des Fokus von der Elektrodenoberfläche ist. Die Ringbreite wird vorteilhaft so gewählt, daß die maximalen Höhen der Ringe über der mittleren, d.h. planen Elektrodenoberfläche < 0,25*d sind, wobei d der mittlere Elektrodenabstand ist. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit der Anordnung nicht unzulässig erniedrigt. Eine zusätzliche Anforderung an die Ringbreite wird durch die zulässigen Abweichungen der Lage der Teilfokii vom gemeinsamen Fokus und der damit verbundenen Verbreiterung des Fokusdurchmessers erhoben.
Eine vorteilhafte Ausführung verwendet für die Oberflächen der eingedrehten Ringe keine Kegelmantelflächen als einfachste Ausführungsform, sondern Kugeloberflächen, deren Radien rx so berechnet sind, daß eine Feinkorrektur der Wellenfront in Bezug auf die geforderte Fokuslage erfolgt: rx = F/sinα
Durch weitere Feinkorrekturen der beschriebenen Art lassen sich die nichtlinearen Effekte, die durch die Aufteilung der Druckwelle zu einer intensiven Stoßwelle hervorgerufen werden, ebenfalls korrigieren, so daß mit einer quasiplanaren Anordnung mit strukturierter Oberfläche eine fokussierende Anordnung mit hervorragender Fokusqualität erzeugt werden kann.
Die im einzelnen beschriebenen Eigenschaften dieser Anordnung führen zu einer Selbstfokussierung der in der oben zitierten Erfindungsmeldung erzeugten ebenen Schallwelle. Damit ergibt sich ein selbstfokussierender Druckwellengenerator, der extrem kompakt, einfach aufgebaut und von sehr hoher Lebensdauer ist. Ganz allgemein können mit der vorstehend beschriebenen Oberflächenstrukturierung jedoch auch beliebige anders erzeugte ebene oder auch gekrümmte Schallwellen in Reflexion fokussiert bzw. abgebildet werden.

Claims (25)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen für technische, vorzugsweise medizintechnische, Anwendungen, insbesondere für die Lithotripsie oder die Schmerztherapie, wobei durch Druckpulsationen akustische Wellen vorgegebener Wellenlänge hoher Energiedichte erzeugt werden, wozu mit Hilfe eines intensiven elektrischen Impulses elektrische Energie direkt und weitestgehend verlustfrei zur Aufheizung eines leitfähigen, flüssigen Elektrolyten umesetzt wird und somit die Druckpulsationen über eine kurzzeitige Aufheizung des Elektrolyten erzeugt werden, mit einer Anordnung aus zwei Elektroden (1, 2; 7, 8: 21, 22, 31), die den leitfähigen, flüssigen Elektrolyten (3) einschließen und von einem Leistungsimpulsgenerator (5) angesteuert werden, wobei Mittel zur Auskopplung der Druckpulsationen als Schallwellen in ein Schallausbreitungsmedium (4) vorhanden sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige, flüssige Elektrolyt eine Flüssigkeitsschicht (3) bildet, die an ihren großflächigen Oberflächen von den beiden Elektroden (1, 2, 21, 22) begrenzt ist, die zur Stromeinkopplung benutzt werden und von denen mindestens eine Elektrode (1,2) die Auskopplung der entstehenden Schallwellen ermöglicht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7, 8) die Flüssigkeitsschicht (3) an ihren Schmalseiten begrenzen und zur Stromeinkopplung benutzt werden, wobei die Auskopplung der entstehenden Schallwelle durch eine isolierende Membran (10) ermöglicht wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine erste feststehende massive Elektrode (1, 21, 31) und eine zweite dünne, leichte Elektrode (2, 22) im vorgegebenen Abstand von der ersten Elektrode (1, 21) enthält, wobei zwischen den Elektroden (1, 2, 21, 22) sich der Elektrolyt (3) vorgegebener Schichtdicke (5) befindet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine erste feststehende massive Elektrode (1) und eine zweite Elektrode (2) im vorgegebenen Abstand von der ersten Elektrode (1) enthält, wobei die zweite Elektrode (2) aus einem Gitter hoher Transmission besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 7, 8, 21, 22, 31) aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Massendichte und Schallgeschwindigkeit der ersten Elektrode (1) deutlich größer ist als die diesbezüglichen Produkte des Elektrolyten (3) und des Schallausbreitungsmediums (4).
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Massendichte und Schallgeschwindigkeit des Elektrolyten (3) einerseits und des Schallausbreitungsmediums (4) andererseits in etwa gleich groß sind und in etwa dem von Wasser entsprechen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ebene Elektroden (1, 2) vorhanden sind, mit denen eine ebene Schallwellenfront erzeugt wird.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenanordnung (1, 2) eine akustische Linse nachgeschaltet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schallharte Elektrode (1) eine Strukturierung (11, 111) der Oberfläche (100) aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung in konzentrischen Ringen (11) besteht, deren Oberflächen (111) mit der Elektrodenfläche (100) einen vorgegebenen Winkel einschließen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (11) im Querschnitt jeweils eine Kegelform haben.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (111) der Ringe (11) Kegelmantelflächen bilden.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (111) der Ringe (11) konkav gekrümmte Rotationskörperoberflächen, wie beispielsweise Spheroidflächen, Ellipsoidflächen oder Paraboloidflächen, bilden.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, vorzugsweise jedoch zwei konkav ausgebildete Elektroden (21, 22) vorhanden sind, mit denen eine gekrümmte Wellenfront erzeugt wird.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsimpulsgenerator (5) aus einem LC-Glied und einem elektronischen Schaltelement besteht.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten (3) so eingestellt wird, daß die Leistungsanpassung an den Leistungsimpulsgenerator (5) optimiert ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Entgasung des Elektrolyten (3) vorgesehen sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Feinfilterung des Elektrolyten (3) vorgesehen sind.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt (3) eine Flüssigkeit verwendet wird, deren Wert (ΔV/Vo)/W möglichst groß ist, wobei ΔV/Vo die relative Volumenänderung pro eingetragener Energie W ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (3) aus einfachen Alkoholen, z.B. Ethanol oder Methanol, mit ionenleitfähigen Zusätzen besteht.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (3) aus höherwertigen Alkoholen, beispielsweise Ethylenglykol oder Glycerin mit ionenleitfähigen Zusätzen, besteht.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenform optimiert ist zur Erzeugung eines problemangepaßten, nicht punktförmigen Fokus.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10 bis 15 oder 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, vorzugsweise jedoch zwei konvex ausgebildete Elektroden vorhanden sind, mit denen eine gekrümmte divergierende Schallwellenfront erzeugt wird.
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