DE3803275A1 - Piezoelektrische stosswellenquelle - Google Patents
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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.
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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