DE2538960C2 - Device for the contactless smashing of calculus in a living being - Google Patents

Device for the contactless smashing of calculus in a living being

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von in einem Lebewesen befindlichen Konkrementen, bei der in einer rotationselliptischen Fokussierungskammer Schockwellen in einem Brennpunkt erzeugt und auf das im zweiten Brennpunkt befindliche Konkrement fokussiert werden.The invention relates to a device for the contactless smashing of calculus located in a living being, in which shock waves are generated in a rotationally elliptical focusing chamber in one focal point and focused on the calculus located in the second focal point.

Aus der DE-OS 23 51 247 ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der die Schockwellen durch Unterwasserfunkentladung erzeugt werden. Hierzu werden hohe Spannungen zwischen 15 kV und 30 kV benötigt, so daß sich der Körper des Lebewesens in unmittelbarer NäheFrom DE-OS 23 51 247 a device is this Type known in which the shock waves are generated by underwater spark discharge. This will be high Voltages between 15 kV and 30 kV are required so that the body of the living being is in close proximity von spannungs- und stromführenden Teilen befindet Die behandelnden Ärzte und Assistenten sind in der Regel den Umgang mit komplizierten elektrischen und elektronischen Geräten gewohnt, die bei falscher Anwendung die Gesundheit der Patienten gefährden kön nen. Zur Entlastung des Krankenhauspersonals ist es aber erforderlich, daß z. B. hochspannungsführende Geräte von ausgebildeten Wartungstechnikern regelmäßig auf ihre Sicherheit überprüft werden.voltage and current-carrying parts is located The attending physicians and assistants are in the Usually used to dealing with complicated electrical and electronic devices which, if used incorrectly, can endanger the health of the patient nen. To relieve the hospital staff, however, it is necessary that, for. B. high voltage Devices are regularly checked for safety by trained maintenance technicians.

ίο Bei der Zertrümmerung von Konkrementen mittels elektrisch erzeugter Schockwellen können Änderungen der Schockwellenenergie nur in geringen Grenzen oder nur mit erheblichem apparativen Aufwand durch Änderung des Abstands der Unterwasserelektroden ermög-ίο When crushing concretions by means of electrically generated shock waves can change the shock wave energy only within small limits or only possible with considerable expenditure on equipment by changing the spacing of the underwater electrodes IKzht werden. In der Regel muß der Abstand der Elektroden zur Erzeugung von intensitätsstarken Schockwellen einige mm betragen, wodurch die Schockwellenquelle keine punktförmige Geometrie mehr besitzt und Abbildungsfehler bei der Fokussierung entstehen können.IKzht be. As a rule, the distance between the electrodes must be in order to generate high-intensity shock waves a few mm, as a result of which the shock wave source no longer has a point-like geometry and imaging errors can occur when focusing.

Ferner nutzen sich die Unterwasserelektroden stark ab, so daß die Lebensdauer begrenzt ist und auch aus diesem Grund eine regelmäßige Wartung der verwendeten Einrichtungen erforderlich istFurthermore, the underwater electrodes wear out a lot, so that the service life is limited and also exhausted For this reason, regular maintenance of the equipment used is necessary

Es ist zwar bekannt, daß mit Hilfe intensiver Laser-It is known that with the help of intense laser

strahlen, welche in Flüssigkeiten eingeleitet werden, Schockwellen erzeugbar sind (Appl. Phys. Lett 15. Jan. 1967, Seiten 4b bis 48). Die Dauer des Laserimpulses liegt dabei zwischen 10 und 50 nsec und die benötigten Energien sind etwa 0,1 bis 10 J. Eine praktischerays, which are introduced into liquids, shock waves can be generated (Appl. Phys. Lett Jan. 15, 1967, pages 4b to 48). The duration of the laser pulse is between 10 and 50 nsec and the energies required are around 0.1 to 10 J. A practical one Anwendung außerhalb der Grundlagenforschung der so erzeugten Schockwellen ist nicht angegeben.Use outside of basic research for the shock waves generated in this way is not specified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen KonkrementenThe invention is based on the object of providing a device for the contactless smashing of im Concrements located in the body of a living being mittels in einer Fokussierungskammer erzeugter Schockwellen zu schaffen, wobei in Nähe des Lebewesens keine hohen strom- und spannungsführenden Bauteile vorhanden sind und eine unkomplizierte Regelung der Schockwellenenergie möglich ist.by means of generated in a focusing chamber To create shock waves, with no high current and voltage-carrying components in the vicinity of the living being, and uncomplicated control shock wave energy is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen außerhalb der Fokussierungskammer befindlichen Riesenimpulslaser, dessen Laserstrahl aufgeweitet wird und durch ein in der Wand der Fokussierungskammer befindliches Linsensystem, das den aufgeweitetenThis object is achieved according to the invention by a giant pulse laser located outside the focusing chamber, the laser beam of which is expanded is and by a lens system located in the wall of the focusing chamber, which the expanded Laserstrahl im Brennpunkt der rotationselliptischen Fokussierungskammer vereinigtLaser beam combined in the focal point of the rotational elliptical focusing chamber

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Strahlengang des Impulslasers ein Strahlteiler vorgesehen, der ihn in zwei oder mehrereIn a further advantageous embodiment of the invention, there is a in the beam path of the pulse laser Beam splitter is provided which divides it into two or more Teilstrahlen aufspaltet und in der Wand der Fokussierungskammer sind zwei oder mehrere strahldurchlässige Fenster mit fokussierenden Linsensystemen angeordnet, die ein Eindringen derTeiistrahlen in die Fokussierungskammer ermöglichen, in der sie im BrennpunktPartial beams split and in the wall of the focusing chamber two or more beam-permeable windows with focusing lens systems are arranged, which allow penetration of the partial beams into the focusing chamber, in which they are in focus der Fokussierungskammer fokussiert und sich kreuzend vereinigt werden.the focusing chamber can be focused and merged crossing each other.

Es ist weiter vorteilhaft, wenn sich im Brennpunkt der Fokussierungskammer ein lichtabsorbierendes Medium (z. B. Farbstoffe, Suspensionen) oder geeignete VorrichIt is also advantageous if there is a light-absorbing medium in the focal point of the focusing chamber (e.g. dyes, suspensions) or suitable Vorrich tungen wie Folien, Stifte oder Drähte befinden. Hierbei kommt es zu einer hohen Aufheizung und Plasmabildung im Bereich des Brennpunkts der Fokussierungskammer und zur Ausbildung einer Schockwelle. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werdensuch as foils, pens or wires. Here there is a high level of heating and plasma formation in the area of the focal point of the focusing chamber and the formation of a shock wave. In an advantageous development of the invention Fenster- und Linsensysteme in der Fokussierungskammer, die von der sich ausbreitenden Schockwelle berührt werden können, so gestaltet, daß sie entweder aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit bestehen oderWindow and lens systems in the focusing chamber, which can be touched by the propagating shock wave, designed so that they either off consist of a material with high tensile strength or

aber im Gehäuse dämpfend befestigt sind. Die Schockwelle soll möglichst das Linsensystem durchlaufen und wird dann hinter dem Linsensystem vernichtet oder aber vom Linsensystem reflektiert.but are fastened in the housing in a damping manner. The shock wave should if possible pass through the lens system and is then destroyed behind the lens system or but reflected from the lens system.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 und 2 beispielsweise erläutert Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to FIGS. 1 and 2 explained by way of example

Fig. 1 die prinzipielle Darstellung der Einkopplung des Impulslaserstrahls eines Riesenimpulslasers in eine Fokussierungskarnmer und1 shows the basic representation of the coupling of the pulsed laser beam of a giant pulsed laser into a Focusing camera and

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Linsensystems, das die Wandung eines Koppelgeräts durchbricht F i g. 2 shows an enlarged illustration of a lens system which breaks through the wall of a coupling device

In F i g. 1 wird beispielsweise mittels eines Rubinlasers ein Laserstrahl 4 erzeugt und auf eine Kreisfläche von ca. 10 bis 20 mm2 aufgeweitet Dieser Laserstrahl 4 trifft auf eine Fokussierungskammer 6, die einen Teil eines Rotationsellipsoids darstellt und mit einer Koppelflüssigkeit 8, wie z. B. Wasser, gefüllt ist Der eine Brennpunkt des Rotationsellipsoids ist mit /ι bezeichnet, der andere Brennpunkt dieses Ellipsoids befindet sich im Körper 10 eines Lebewesens genau an der Stelle, an der ein Konkrement 12 vorhanden ist Der Patient ist mittels einer nicht gezeigten Einrichtung so gegenüber der Fokussierungskammer 6 positioniert, daß das Konkrement 12 sich im zweiten Brennpunkt h befindet Der Patient sitzt dabei beispielsweise in einer nicht gezeigten Wanne, so daß die Koppelflüssigkeit 8 die Oberfläche 16 des Körpers 10 ständig berührt und auch den Hohlraum der Fokussierungskammer ausfülltIn Fig. 1, a laser beam 4 is generated, for example, by means of a ruby laser and expanded to a circular area of approx. 10 to 20 mm 2 . B. water, is filled One focal point of the ellipsoid of revolution is denoted by / ι, the other focal point of this ellipsoid is located in the body 10 of a living being exactly at the point where a calculus 12 is present. The patient is so by means of a device not shown Positioned opposite the focusing chamber 6 so that the calculus 12 is in the second focal point h . The patient sits, for example, in a tub, not shown, so that the coupling liquid 8 constantly touches the surface 16 of the body 10 and also fills the cavity of the focusing chamber

Im Bereich des Laserstrahls 4 ist eine Wand 18 der Fokussierungskammer 6 von einer Bohrung 20 durchbrochen, in der eine Linse 22 oder ein Linsensystem befestigt ist Linse 22 ist eine Fokussierungsltnse, die an ihren Rändern in einem Dämpfungsring 24 schwingungsfrei gelagert ist Diese Linse fokussiert den aufgeweiteten Laserstrahl 4 auf den Brennpunkt /ι, so daß in diesem Brennpunkt eine sehr hohe Energiedichte vorhanden ist die eine Schockwelle bekannter Art auslöst. Die Schockwellen laufen nun geradlinig oder aber an der Innenwand 26 der Fokussierungskammer 6 reflektiert zum Brennpunkt f2, wo sie ein Konkrement 12 in kleine, abgangsfähige Bruchstücke zertrümmern.In the area of the laser beam 4, a wall 18 of the focusing chamber 6 is pierced by a bore 20 in which a lens 22 or a lens system is fastened.Lens 22 is a focusing lens that is mounted vibration-free at its edges in a damping ring 24 Laser beam 4 on the focal point / ι, so that a very high energy density is present at this focal point, which triggers a shock wave of a known type. The shock waves now run in a straight line or are reflected on the inner wall 26 of the focusing chamber 6 to the focal point f 2 , where they shatter a concrement 12 into small fragments that can be removed.

Als Werkstoff für die Linse 22 wird vorzugsweise ein Material verwendet, dessen akustische Impedanz viel größer sein soll als die der KoppelfJüssigkeit 8. Wenn Wasser als Koppelflüssigkeit verwendet wird, dann kann die Linse 22 (oder Linsensystem) beispielsweise aus Glas hergestellt sein. Die Dicke der Linse 22 soll größer sein als die mittief? Wellenlänge des Schockwellenimpulses. In diesem Fall wird der größte Teil der Schockwellanenergie an der der Koppelflüssigkeit 8 anliegenden Fläche als Druckwelle reflektiert Nur ein geringer Teil dringt in die Sammellinse ein und wird auf der gegenüberliegenden Fläche als Zugwelle reflektiert Eine Zerstörung der Sammellinse durch den aus der Literatur bekannten Abplatzeffekt wird bei entsprechender Wahl der akustischen Impedanzverhältnisse vermieden. Die Druckbelastung der Sammellinse wird durch die schwingungsfreie Lagerung im Dämpfungsring 24, der beispielsweise aus Polyurethan bestehen kann, aufgefangen. Die Linse 22 kann direkt als Eintrittsfenster verwendet werden.The material for the lens 22 is preferably a Material used whose acoustic impedance should be much greater than that of the coupling liquid 8. If If water is used as the coupling liquid, then the lens 22 (or lens system) can for example be made of glass. The thickness of the lens 22 should be greater than that of medium depth? Wavelength of the shock wave pulse. In this case, most of the shock wave energy is applied to that of the coupling liquid 8 Surface reflected as a pressure wave Only a small part penetrates into the converging lens and becomes open the opposite surface as a tensile wave. Destruction of the converging lens by the out of the If the acoustic impedance ratios are selected appropriately, the flaking effect is known from the literature avoided. The pressure load on the converging lens is reduced by the vibration-free mounting in the damping ring 24, which is made of polyurethane, for example can, caught. The lens 22 can be used directly as an entrance window.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des Linsensystems ist in F i g. 2 gezeigt, wobei die Fokussierungskammer mittels eines Fensters 38 verschlossen ist und eine Sammellinse 30 (oder Linsensystem) vorhanden ist, die akustisch an die Koppelflüssigkeit angepaßt ist. Sammellinse 30 befindet sich in einem Dämpfungsring 32, der durch einen Klemmring 34 in einer Nut der Bohrung 20 gehalten ist Bohrung 20 verjüngt sich Ln Richtung auf Brennpunkt fu ohne daß der Strahlengang behindert wird. Hinter der Sammellinse 30 in Richtung auf Wandung 18 ist die Bohrung 20 zylinderförmig und mit einem Dämmstoff 36 ausgekleidet der über Klemmring 34 eine Dämpfung der Sammellinse 30 bewirkt Auf der Seite des Riesenimpulslasers 2 ist die Bohrung 20 mittels eines planparailelen Fensters 38 abgeschlossen,Another advantageous embodiment of the lens system is shown in FIG. 2, the focusing chamber being closed by means of a window 38 and a collecting lens 30 (or lens system) being present which is acoustically adapted to the coupling liquid. Converging lens 30 is located in a damping ring 32 which is held by a clamping ring 34 in a groove in the bore 20. Bore 20 tapers Ln in the direction of the focal point f u without the beam path being obstructed. Behind the converging lens 30 in the direction of the wall 18, the bore 20 is cylindrical and lined with an insulating material 36 that dampens the converging lens 30 via the clamping ring 34. On the side of the giant pulse laser 2, the bore 20 is closed by means of a plane-parallel window 38,

ίο welches durch einen Befestigungsring 44 gehalten wird. Beiderseits der Sammellinse 30 befindet sich die für die Schockwellenübertragung notwendige Flüssigkeit Die Sammellinse 30 selbst besteht aus einem Material, welches möglichst gleiche akustische Impedanz besitzt wie die Koppelflüssigkeit beispielsweise aus Plexiglas, wenn die Koppelflüssigkeit aus Wasser besteht Die Schockwelle durchdringt dann die Sammellinse 30, ohne sie zu zerstören. Im Dämmstoff 36 wird ein großer Teil der Schockwellenenergie vernichtet so daß das Fenster 38 nicht zerstört werden kann. Das pie. parallele Fenster 38 hat eine Dicke, weiche größer ist a'~ die mittlere Wellenlänge der Schockwelle und auch eine größere akustische Impedanz als die Koppelflüssigkeit so daß der Teil der Schockwelle, der noch nicht absorbiert wurde, als Druckwelle reflektiert wird. Das Fenster 38 wird durch den Befestigungsring 44 schwingungsfrei gelagert. Bohrung und Linsensystem können auch so beschaffen sein, daß die Schockwellenenergie durch Reflektion vernichtet wird.ίο which is held by a fastening ring 44. The liquid Die necessary for the shock wave transmission is located on both sides of the converging lens 30 Converging lens 30 itself consists of a material which has the same acoustic impedance as possible the coupling fluid, for example, made of plexiglass, if the coupling fluid consists of water. The shock wave then penetrates the converging lens 30 without destroying it. In the insulating material 36, a large part of the Shock wave energy is destroyed so that the window 38 cannot be destroyed. The pie. parallel windows 38 has a thickness which is greater than the average Wavelength of the shock wave and also a greater acoustic impedance than the coupling fluid so that the part of the shock wave that has not yet been absorbed is reflected as a pressure wave. The window 38 is mounted vibration-free by the fastening ring 44. Bore and lens system can also be designed like this be that the shock wave energy is destroyed by reflection.

Eine Einrichtung zur vorteilhaften Umsetzung der Energie des Laserstrahls in Schockwellenenergie im Brennpunkt /i des Rotationsellipsoids ist in Fig. 1 gezeigt Hierzu wird ein Laserlicht absorbierendes Mittel — im Ausführungsbeispiel ein Stift 40 — mit seiner Spitze 42 genau auf Brennpunkt f\ ausgerichtet An Stelle des Stiftes kann auch ein kleines Röhrchen beim Brennpunkt f\ positioniert werden, aus dem eine das Laserlicht stark absorbierende Flüssigkeit genau beim Brennpunkt f\ ausgespritzt wird. Für jeden Laserblitz und somit für jede einzelne Schockwelle wird jeweils ein wenig Flüssigkeit ausgespritzt oder aber der Stift 40, der sich durch Abbrand verkürzt, nachgeschoben.. A device for advantageous implementation of the energy of the laser beam in shock wave energy at the focal point / i of the rotational ellipsoid is shown in Figure 1. For this purpose, a laser light absorbing agent - in the exemplary embodiment a pin 40 - with its tip 42 accurately at the focal point f \ aligned Instead of the pin A small tube can also be positioned at the focal point f \ , from which a liquid that strongly absorbs the laser light is ejected exactly at the focal point f \ . For each laser flash and thus for each individual shock wave, a little liquid is sprayed out or the pin 40, which is shortened by burning, is pushed in.

Die genaue Brennpunktlage der Spitze 42 des Stiftes 40 kann beispielsweise mittels eines feinen Lichtstrahls kontrolliert werden, der senkrecht zum Metallstift die rotationselliptische Fokussierungskammer im Brennpunkt /Ι durchquert.The exact focal position of the tip 42 of the pen 40 can be determined, for example, by means of a fine beam of light be controlled, the rotational elliptical focusing chamber perpendicular to the metal pin in the focal point / Ι crossed.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von in einem Lebewesen befindlichen Konkrementen, bei der in einer rotationselliptischen Fokussierungskammer Schockwellen in einem Brennpunkt erzeugt und auf das im zweiten Brennpunkt befindliche Konkrement fokussiert werden, gekennzeichnet durch einen außerhalb der Fokussierungskammer (6) befindlichen Riesenimpulslaser (2), dessen Laserstrahl (4) aufgeweitet wird und durch ein in der Wand (18) der Fokussierungskammer (6) befindliches Linsensystem (22), das den aufgeweiteten Laserstrahl (4) im Brennpunkt (f\) der rotationselliptischen Fokussierungskammer (6) vereinigt1. Device for the contactless smashing of calculus located in a living being, in which shock waves are generated in a rotational elliptical focusing chamber in one focal point and focused on the calculus located in the second focal point, characterized by a giant pulse laser (2) located outside the focusing chamber (6), whose laser beam (4) is expanded and through a lens system (22) located in the wall (18) of the focusing chamber (6), which unites the expanded laser beam (4) at the focal point (f \) of the rotationally elliptical focusing chamber (6) 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler den Laserstrahl (4) in zwei oder mehrere Teilstrahlen aufspaltet und in der Wand (18) de/ Fokussierungskammer (6) zwei oder mehrere iichtstrahidurchiässige Fenster mit fokussierenden Linsensystemen angeordnet sind, die die Teilstrahlen im Brennpunkt (f\) der Fokussierungskammer (6) fokussieren und sich kreuzend vereinigen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a beam splitter splits the laser beam (4) into two or more partial beams and in the wall (18) de / focusing chamber (6) two or more iichtstrahidurchiße windows with focusing lens systems are arranged, which Focus the partial beams in the focal point (f \) of the focusing chamber (6) and combine them crosswise. 3. Vorrichtung nach Anspruph 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Brennpunkt (f\) der Fokussierungskammer ein abbrennbarer, positionierbarer Stift (40) befindet3. Device according to Claim 1 or 2, characterized in that there is a burnable, positionable pin (40) in the focal point (f \) of the focusing chamber 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß nahe dem Brennpunkt (f\) der Fokussierungskammer eine Einspritzdüse angeordnet ist, die einen Bereich unterschiedlicher Lichtabsorption in dem mit Koppeiilüss' ckeit (8) gefüllten Hohlraum der Fokussierungskammer im Brennpunkt (f\) erzeugt4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that an injection nozzle is arranged near the focal point (f \) of the focusing chamber, which has an area of different light absorption in the cavity of the focusing chamber filled with coupling fluid (8) at the focal point (f \) generated 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Filter in den Strahlengang des Laserstrahls (4) einbringbar sind.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that filters can be introduced into the beam path of the laser beam (4). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Fenster die Schockwellenenergie mittels eines dämpfenden Einsatzes vermindert wird und daß das als Linsensystem (22) ausgebildete Fenster nur auf Druck beansprucht wird.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the region of the window the shock wave energy is reduced by means of a damping insert and that the window designed as a lens system (22) is only subjected to pressure. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse oder das Linsensystem akustisch an die Koppelflüssigkeit (8) angepaßt ist und sich beiderseits des Linsensystems Koppelflüssigkeit befindet und die Wandungen im Strahlengang mit einem dämpfenden Material ausgekleidet sind, in dem die Schockwelle absorbiert wird.7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lens or the lens system is acoustically adapted to the coupling liquid (8) and is on both sides of the lens system Coupling liquid is located and the walls in the beam path are lined with a damping material in which the shock wave is absorbed will.
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