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    • 专利摘要:
    Mittelsmagnetostriktiver Materialien, die bei mechanischer Beanspruchungein Magnetfeld erzeugen bzw. ändern,wird eine berührungsloseMessung der Druckwellen realisiert. Dazu werden die magnetostriktivenMaterialien, bevorzugterweise magnetostriktive Elastomere, in denKoppelbalg eingearbeitet bzw. ein Teil des Koppelbalgs aus magnetostriktivemElastomer gefertigt, so dass beim Durchtritt einer Druckwelle durchdas magnetostriktive Elastomer ein Magnetfeld erzeugt wird. DiesesMagnetfeld kann durch induktive Sensoren oder andere Magnetfeldsensorengemessen werden. Durch diese kontaktlose Messung wird nicht nurdie Bestimmung der applizierten Stoßwellenenergie ermöglicht,sondern auch bei einer entsprechenden Anordnung der Sensoren dieDruckverteilung und die Fokuslage der applizierten Druckwelle.
    公开号:DE102004013092A1
    申请号:DE200410013092
    申请日:2004-03-17
    公开日:2005-10-06
    发明作者:Harald Dipl.-Phys. Eizenhöfer
    申请人:Dornier MedTech Systems GmbH；
    IPC主号:A61B17-22
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Drucksensor für die Messung von Druckwellenund insbesondere einen zumindest zum Teil in eine Membran oder einen Balgintegrierten Drucksensor zur Messung von applizierten Stoßwellenenergienund/oder zur Funktionsüberwachungeines Stoßwellengerätes.
    [0002] DieVerwendung von Ultraschall und Stoßwellen hat sowohl in der Industrieals auch in der Medizintechnik eine weite Verbreitung gefunden.Besonders in der Medizintechnik wird die Erzeugung von Druckpulsensowohl zur extrakorporalen Stoßwellenlithotripsie(ESWL) als auch fürdie extrakorporale Stoßwellentherapie(ESWT) verwendet. Währenddie Mechanismen der Steinzertrümmerungbei der ESWL, wie z.B. direkte Krafteinwirkung, Spallationseffekteoder Kavitationseffekte weitgehend bekannt sind, sind die heilendenWirkungen der ESWT bisher biophysikalisch nicht vollständig geklärt. Allerdings spielenauch hier Mechanismen, wie Dosiseffekte, energieabhängige Effekteund Kavitationseffekte, eine wichtige Rolle.
    [0003] Esist daher nicht nur bei der industriellen Materialbearbeitung, sondernauch in der Medizintechnik von großer Bedeutung, eine möglichstgenaue Dosismessung der applizierten Stoßwellenenergie und eine Funktionsüberwachungdes Stoßwellengerätes durchführen zukönnen.Diese immer wiederkehrenden Anforderungen sind bis heute nicht befriedigendgelöst.Ursache hierfürsind unter anderem die Forderungen, die Druckpulse möglichstnahe an der Stelle zu messen, an der die Pulse in das zu behandelndeMaterial oder Gewebe eindringen, damit alle Einflussgrößen in demAusbreitungspfad, wie z.B. akustische Linse, Ausbreitungsmediumund Koppelbalg mit berücksichtigtwerden können.
    [0004] Typischerweisebestehen Systeme fürdie ESWL und die ESWT aus einer Schallquelle, auch Stoßwellenemittergenannt, mit Steuerung und Ankoppelkissen, einer Schallquellenpositionierung,einer Ortungseinrichtung mit Monitor support, entsprechenden Gehäusen mitStromversorgung und Steuer- und Kontrolleinheiten für die jeweiligenKomponenten, eine Patientenlagerung mit entsprechendem Zubehör und eventuelleinem EKG-Gerätzur HerzfrequenzabhängigenDruckpulsauslösung.
    [0005] 1 zeigt eine Ausführung einerStoßwellenquelle 100 nachdem Stand der Technik mit einen Therapiekopf 110 und einemKoppelbalg 130, der zum Ankoppeln der Stoßwellenan den zu behandelnden Körperdient. Zwischen der im Therapiekopf 110 befindlichen Schallquelleund dem zu behandelnden Körperwird in der Regel ein Wasservorlauf eingesetzt, der auf der Seitedes zu behandelnden Körpersdurch einen Koppelbalg abgeschlossen ist. Der Wasserdruck im Balgkann zur Unterstützungder Ankopplung und der Regelung der Eindringtiefe der Stoßwellenin den zu behandelnden Körpereingestellt werden. Zwischen Balg und Oberfläche des zu behandelnden Körpers wirdtypischerweise ein Ultraschallkoppelgel gegeben. Dadurch wird einemöglichstgute Ankopplung der von der Schallquelle erzeugten Druckwellen anden zu behandelnden Körpergewährleistet.
    [0006] ZurErzeugung von Schallwellen können punktförmige oderflächigeSchallemitter eingesetzt werden, wobei sphärische Schallwellen z.B. durch Funkenstrecken(elektrohydraulische Schallquellen) oder Explosionsladungen sowielasererzeugte thermische Durchbrüchein Flüssigkeitenerzeugt werden können.Die Erzeugung flächenhafterSchallwellen geschieht bevorzugterweise durch elektromagnetischeStoßwellenemitter(EMSE) oder piezoelektrische Schallquellen.
    [0007] BeimBetrieb einer solchen Stoßwellenquelle,wie z.B. in einem Lithotripter zur Nierensteinzertrümmerung,ist eine Überprüfung derFunktionstüchtigkeitder Stoßwellenquellezumindest von Zeit zu Zeit notwendig, um die notwendige klinischeBetriebssicherheit zu gewährleisten.Bei einer solchen Überprüfung sindz.B. die Fokuslage, die Druckverteilung oder die Druckamplitudedes StoßwellenimpulsesmöglicheParameter, um die ordnungsgemäße Funktionder Stoßwellenquellezu überwachen.
    [0008] AlsLösungwurde bisher vorgeschlagen, piezoelektrische Sensorfolien zwischender Schallquelle und dem Patienten bzw. bei einer industriellen Anwendungzwischen der Schallquelle und dem zu bearbeitenden Körper zuplatzieren und an die Sensorfolien eine Auswerteeinheit für die Auswertung dervon den Sensorfolien erzeugten Signale anzuschließen. DesWeiteren wurden piezoelektrische Sensorfolien innerhalb der Therapiequellediskutiert, die z.B. in die akustische Linse eingearbeitet sein könnten.
    [0009] DieDruckschrift EP 0 256202 A2 beschreibt einen entsprechenden Ankoppelkörper, miteingebauter piezoelektrisch aktivierter PVDF-Folie als Stoßwellensensormit kapazitiver und galvanischer Ableitung des Messsignals.
    [0010] Allerdingsmüssenhandelsüblichepiezoelektrische PVDF-Folien fürdie galvanische Ableitung des Messsignals beidseitig metallisiertwerden, um die dem Druck proportionale Ladungstrennung als elektrischesSignal abgreifen zu können. Ähnliches giltfür diekapazitive Ableitung des Messsignals. Dadurch ist es nahezu unmöglich, einenelastischen Koppelbalg mit integrierter PVDF-Folie zu entwerfen, zumalauch die handelsüblichenPVDF-Werkstoffe selbst keine Elastomere sind.
    [0011] Einweiteres Problem bei der Verwendung von PVDF-Folien ist die Haftungder Metallisierungsschicht auf dem chemisch inerten PVDF. Die Metallisierungwird insbesondere durch Kavitation sehr schnell beschädigt.
    [0012] Esist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckwellensensoranzugeben, der störunanfällig, langlebigund zuverlässigdie ungefähreFokuslage, die Druckverteilung und/oder Druckamplitude der appliziertenDruckwelle überwachen kann.
    [0013] DieseAufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Detektieren von Schallwellensowie dem zugehörigenVerfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
    [0014] BevorzugteAusführungsformensind Gegenstand der abhängigenAnsprüche.
    [0015] Dievorliegende Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass mittelsberührungsloserMessverfahren besonders störunanfällige undvor allen Dingen verschleißfreieVorrichtungen zur Überwachungvon bestimmten Schallwellenparametern realisiert werden können.
    [0016] Mittelsmagnetostriktiver Materialien, die bei mechanischer Beanspruchungein Magnetfeld erzeugen bzw. ändern,kann eine solche berührungslose Messungder Druckwellen realisiert werden. Dazu werden die magnetostriktivenMaterialien, bevorzugterweise magnetostriktive Elastomere, in denKoppelbalg eingearbeitet bzw. ein Teil des Koppelbalgs aus magnetostriktivemElastomer gefertigt, so dass beim Durchtritt einer Druckwelle durchdas magnetostriktive Elastomer ein sich änderndes Magnetfeld erzeugtwird. Dieses sich änderndeMagnetfeld kann durch induktive Sensoren oder andere Magnetfeldsensorengemessen werden. Dadurch wird nicht nur eine kontaktlose Messungder applizierten Stoßwellenenergieermöglicht,sondern auch bei einer entsprechenden Anordnung der Sensoren dieDruckverteilung und die Fokuslage der applizierten Druckwelle.
    [0017] Bevorzugterweisewird diese Vorrichtung in einen Lithotripter für die extrakorporale Lithotripsie unddie extrakorporale Stoßwellentherapieeingesetzt.
    [0018] Vorteilhaftist hierbei, dass magnetostriktive Elastomere in den Koppelbalgdes Therapiekopfs eingearbeitet werden können, so dass die Auswertungder Stoßwellenenergieso nah wie möglicham zu therapierenden Patienten oder dem zu behandelnden Körper erfolgt.
    [0019] Außerdem istdie erfindungsgemäße Vorrichtungeinfach zu kalibrieren und zu warten. Da die Sensoren für die Messungdes von den magnetostriktiven Materialien erzeugten Magnetfeldesaußerhalb oderinnerhalb des Koppelbalgs angeordnet werden können, ist es auf einfache Artund Weise möglich, sowohlden Koppelbalg mit magnetostriktivem Material und die Sensoren getrenntvoneinander auszutauschen.
    [0020] Beieiner weiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung sind die Magnetfeldsensoren in den Koppelbalgintegriert. Dies ermöglichtbereits eine werksseitige Ausmessung und Kalibrierung der in denKoppelbalg integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    [0021] ImFolgenden sollen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindunganhand der beiliegenden Figuren erläutert werden. Ähnlicheoder korrespondierende Einzelheiten sind in den Figuren mit denselbenBezeichnungen versehen. Es zeigen:
    [0022] 1 eineschematische Darstellung eines Therapiekopfes mit Koppelbalg, entsprechenddem Stand der Technik.
    [0023] 2 eineschematische Schnittzeichnung einer Stoßwellenquelle mit einer Ausführungsform dererfindungsgemäßen Vorrichtung.
    [0024] 3a eineschematische Darstellung einer Ankoppelfläche einer weiteren Ausführungsformgemäß der vorliegendenErfindung.
    [0025] 3b eineschematische Darstellung einer Ankoppelfläche einer anderen Ausführungsformgemäß der vorliegendenErfindung.
    [0026] 3c eineschematische Darstellung einer Ankoppelfläche einer weiteren Ausführungsformgemäß der vorliegendenErfindung.
    [0027] 4 eineschematische Schnittzeichnung einer Stoßwellenquelle mit einer anderenAusführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    [0028] 5 eineschematische Schnittzeichnung einer Stoßwellenquelle mit einer weiterenAusführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    [0029] 2 zeigteine schematische Schnittzeichnung einer Stoßwellenquelle 100 miteiner bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung. An dem Therapiekopf 110 istein flexibler und elastischer Koppelbalg 130 derart befestigt,dass der Innenraum zwischen Therapiekopf 110 und Koppelbalg 130 mit einerFlüssigkeitbefüllbarist. Die dem Therapiekopf 110 gegenüberliegende Ankoppelfläche desKoppelbalgs 130 besteht zu einem bestimmten Anteil aus magnetostriktivemMaterial 210. Bevorzugterweise besteht das magnetostriktiveMaterial 210 aus magnetostriktivem Elastomer, so dass sichdie Ankoppelflächeoder Membran des Koppelbalgs 130 elastisch der Oberfläche desKörpersdes zu therapierenden Patienten anpassen kann. Der Koppelbalg dientdabei zur Übertragungvon Stoßwellenvon dem Stoßwellenemitterzum Körperdes Patienten.
    [0030] DieDeformation des Koppelbalgs 130 oder der Membran wird durchverschiedene Befüllungsgradedes von dem Koppelbalg 130 oder der Membran und dem Therapiekopf 110 eingeschlossenen Volumenerreicht. Ein Füllmittelist beispielsweise Wasser. Befindet sich mehr Füllmittel in dem Koppelbalg,so wird der Abstand von dem Stoßwellenemitter zudem zu behandelnden Körpervergrößert undumgekehrt. Der Koppelbalg ist bevorzugterweise als ein Elastomer-Formteilaus Weich-PVC, Polyurethan, Silikon oder TPE hergestellt, in dasmagnetostriktive Material eingebettet ist. Der Koppelbalg ist dabeialternativ als einfache Membran, als Koppelbalg mit einem Wandungsbereichmit Falten oder als ein Koppelbalg mit verschiedenen Wandungsbereichenausgebildet.
    [0031] ZurMessung des beim Durchtritt einer Druck- oder Stoßwelle durchdas magnetostriktive Material 210 erzeugten Magnetfeldes 230 wirdmindestens ein Magnetfeldsensor 220 eingesetzt. Die Sensoren 220 zurMessung des erzeugten Magnetfeldes sind bevorzugterweise im seitlichenWandungsbereich des Koppelbalgs und außerhalb des Schallkegels derDruck- oder Stoßwellenangeordnet.
    [0032] Bevorzugterweiseumfassen die Sensoren 220 in dem Balg eingearbeitete Spulen,wobei die Sensoren die durch den magnetischen Fluß in den Spuleninduzierte Spannung messen.
    [0033] Beieiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ist das magnetostriktive Material 210 inder Ankoppelflächedes Koppelbalgs so angeordnet, dass die Feldstärke des von dem magnetostriktivenMaterial 210 erzeugten Magnetfeldes 230 im Bereichder ersten Falte im Seitenbereich des Koppelbalgs 130 besondersstark ist. Dementsprechend sind ein oder mehrere Magnetfeldsensoren 220 indie erste Falte des Koppelbalgs 130 integriert oder innerhalboder außerhalbdes Koppelbalgs um die erste Falte platziert. Dies ermöglicht einebesonders genaue Messung verschiedener Parameter der Stoßwellen,die von dem im Therapiekopf befindlichen Stoßwellenemitter erzeugt werden.
    [0034] Beieiner Anordnung der Magnetfeldsensoren 220 um den Bereichder ersten Falte des Koppelbalgs sind die Magnetfeldsensoren bevorzugterweiserelativ zu der Position der Ankoppelfläche des Koppelbalgs und demFokus 240 der Stoßwellenjustierbar.
    [0035] AlsMagnetfeldsensoren könneninduktive Sensoren, wie Spulen, oder Hallsensoren, magnetoresistiveSensoren, Fluxgate-Sensoren oder 3D-Magnetfeldsensoren verwendet werden.Mittels eines Arrays von 3D-Magnetfeldsensoren ist es z.B. möglich, nacheiner entsprechenden Kalibrierung die Druckverteilung der Stoßwelle inder Austrittsfläche ausdem Koppelbalg zu bestimmen und darzustellen. Diese Auswertung erlaubtdabei Rückschlüsse auf dieQualitätdes Fokus der Stoßwelle,wodurch ein weiteres Kriterium fürdie Funktionsüberwachungder Stoßwellenquelle 100 gegebenist.
    [0036] Wiein 2 dargestellt, ist das magnetostriktive Material 210 bevorzugterweisein und um den Stoßwellenkegelin der Ankoppelflächedes Koppelbalgs angeordnet. Damit ist gewährleistet, dass über diegesamte Austrittsflächeder Stoßwellenaus dem Koppelbalg eine Messung der Stoßwellenenergie erfolgt. Damitist es möglich,die Druckamplitude der Stoßwelle über diegesamte Austrittsflächedes Koppelbalgs zu ermitteln. Die Messung des von aufeinanderfolgendenStoßwellenerzeugten Magnetfeldes 230 ermöglicht dabei nicht nur eineBestimmung der applizierten Dosis an Stoßwellen, sondern auch die Überwachungder Funktionstüchtigkeitder Stoßwellenquelle.So ist es z.B. möglich, über denVergleich der von den Magnetfeldsensoren 220 erzeugtenSignale Schwankungen in der Stoßwellenenergie vonaufeinanderfolgenden Stoßwellenzu bestimmen und übereine entsprechende Steuereinheit zu kompensieren.
    [0037] Während desBetriebs der Stoßwellenquelle kann über dieSensoren 220 und eine daran angeschlossene Auswerteelektronikfortlaufend die Funktion der Stosswellenquelle 100 überprüft werden.Bei der Überprüfung derFunktion der Stosswellenquelle 100 ist ein möglicher Überwachungsparameterdie von den Sensoren detektierte Druckamplitude des Stosswellenimpulsesam Ort des magnetostriktiven Materials 210. Durch eineentsprechende Kalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die z.B. werkseitigvorgenommenen und in der Auswerteelektronik abgespeichert werdenkann, werden bestimmte Betriebsparameter des Schallwellenemittersmit den Messwerten der Sensoren 220 abgeglichen. Bei derVerwendung von 3D-Magnetfeldsensorarrays kann so die Qualität des Fokusder Stoßwellewährendder Therapie bestimmt und überwachtwerden.
    [0038] Bevorzugterweisekorrigiert die Auswerteelektronik das den Sensoren ermittelte Signal,indem es z.B. den von dem Schallwellenemitter eingestreuten Signalanteilvon dem von den Sensoren ermittelten Signal subtrahiert, um so dasden Stosswellenamplituden entsprechende Signal zu bestimmen. Über eineentsprechende Korrelation der Signale der einzelnen Sensoren, vorallem von 3D-Magnetfeldsensoren, können Aussagen über dieDruckverteilung der Stoßwelleam Ort des Austritts aus dem Koppelbalg ermittelt werden.
    [0039] MittelsSignalverarbeitung, wie z.B. FFT-Analyse, der Sensorsignale sowiezeitaufgelösterMessung der Signale könnenweitere Qualitätsmerkmaleder erzeugten Stoßwellenermittelt werden, wie z.B. die Energie oder Spitzenintensität der einzelnenStoßwellen. Über dieErmittlung der Phasenbeziehung der Sensorsignale kann außerdem z.B.die Lage der Schallwellenfront zur Ankoppelfläche ermittelt werden.
    [0040] Für Kalibrierungs-und Überwachungszweckekönnenaußerdemz.B. Betriebsspannungen des Schallwellenemitters bei ordnungsgemäßem Betrieb undPositionierung in Relation zu einer vorgegebenen Amplitude der Stosswellenals Referenzwerte gesetzt werden. Bei Abweichungen der von den Sensoren 220 undder Auswerteelektronik ermittelten Stosswellenamplituden von diesenSoll- oder Referenzwerten währendder Therapie, die eine Vielzahl von Stosswellenimpulsen umfassenkann, lassen sich so Rückschlüsse entwederauf die applizierte Dosis oder aber auf mögliche Störungen in der Stosswellenquelle 100 ziehen.
    [0041] Dementsprechendkann eine sehr gezielte und dosierte Stoßwellentherapie durchgeführt werden.Bei einer Fehlfunktion der Stosswellenquelle 100 kann dieTherapie rechtzeitig abgebrochen werden. Das Abbrechen der Therapieerfolgt alternativ automatisch bei einem Über- oder Unterschreiten vonvorher festgelegten Grenz- oder Schwellwerten z.B. für die ermitteltenStosswellenamplituden.
    [0042] Durcheine kontinuierliche Aufzeichnung und Online-Darstellung der ermitteltenStosswellenamplituden wird darüberhinaus dem Bediener des Stoßwellensystemsein zusätzlichesBewertungskriterium fürdie Qualitätder Behandlung an die Hand gegeben. Mögliche Schäden des Schallwellenemitters werdensomit schnell festgestellt und zeitaufwendige Referenzmessungenzur Ermittlung der Stosswellenamplituden in Abhängigkeit der Betriebsparameterdes Schallwellenemitters entfallen.
    [0043] 3a, 3b und 3c zeigenschematische Darstellungen von Anordnung des magnetostriktiven Materials 210 inder Ankoppelflächedes Koppelbalgs sowie Anordnungen der Magnetfeldsensoren 220 gemäß weitererAusführungsformender vorliegenden Erfindung.
    [0044] 3a zeigtdabei eine Anordnung, wie sie bereits in 2 dargestelltwurde, wobei das magnetostriktive Material 210 genau indem Bereich der Austrittsflächedes Stoßwellenkegelsin die Ankoppelflächedes Koppelbalgs integriert ist. Die Magnetfeldsensoren 220 sinddabei in die erste Falte des Koppelbalgs integriert. Das von denSensoren 220 erzeugte elektrische Signal kann über entsprechendeKabelverbindung der Auswerteelektronik zugeführt und ausgewertet werden.
    [0045] EineringförmigeAnordnung der Magnetfeldsensoren 220 weist den Vorteilauf, dass das von dem magnetostriktiven Material 210 erzeugtenMagnetfeld 230 keine spezifische Richtung aufweisen muss.Dies ist besonders von Vorteil fürdie kostengünstigeFertigung von Koppelbalgen. Eine Kalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtungzum Detektieren der Schallwellen kann somit nach Montage des Koppelbalgsmit dem magnetostriktiven Material vor Ort durch einfache Kalibrierungsmessungenerfolgen. Eine entsprechende Justage der Sensoren 220 entfällt damit.
    [0046] Wiein den 3b und 3c dargestellt, sindauch weitere Ausführungsformenmöglich,die sie durch die unterschiedliche Anordnung der Sensoren und des magnetostriktivenMaterials auszeichnen. Dabei ist eine symmetrische oder unsymmetrischeAnordnung sowohl der Magnetfeldsensoren 220 als auch desmagnetostriktiven Materials 210 möglich. Diese unterschiedlichenAnordnungen von magnetostriktivem Material und Sensoren zueinanderermöglichendabei die Messung von relativen Änderungender Fokuslage der Stoßwellensowie Änderungenin der Druckverteilung der Stoßwellen.
    [0047] Sosind entsprechend den magnetischen, elastischen und akustischenEigenschaften der verwendeten magnetostriktiven Materialien 210 unterschiedlicheAnordnungen des magnetostriktiven Materials in der Ankoppelfläche möglich. Wiein 3b und 3c dargestellt,werden alternativ je nach zu messenden Schallwellenparametern diemagnetostriktiven Materialien streifenförmig oder array-förmig angeordnet.Darüberhinaus ist alternativ eine Anordnung mit konzentrischen Ringen vonmagnetostriktiven Materialien vorgesehen, um z.B. die Fokuslage derDruckwellen zu ermitteln. Außerdemkönnenverschiedene Anordnungsformen kombiniert werden.
    [0048] Beieiner weiteren Ausführungsformwerden unterschiedliche magnetostriktive Materialien verwendet,die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. So wirdes z.B. durch magnetostriktive Materialien mit entgegengesetztemMagnetfeld ermöglicht,besonders sensitiv die Lageänderungdes Fokusbereich der Druckwellen während der Behandlung mit denStoßwellenzu überwachen.
    [0049] Außerdem ermöglicht dieVerwendung von magnetostriktiven Materialien mit zu einander inder Ankoppelflächesenkrecht stehenden Magnetfeldern die voneinander getrennte, abergleichzeitige Überwachungz.B. der Stoßwellenamplitudeund der Fokuslage der Stoßwellenmittels geeigneter, speziell dafürausgewählterMagnetfeldsensoren.
    [0050] Darüber hinauswerden alternativ magnetostriktive Materialien mit unterschiedlichenRelaxationszeiten verwendet, um unterschiedliche Parameter der Schockwellenzu bestimmen.
    [0051] Einweiterer Aspekt bei der Anordnung des magnetostriktiven Materialsin der Ankoppelfläche sowieder Sensoren ist die Optimierung des von dem magnetostriktiven Materialerzeugten Magnetfeldes sowie das von den Sensoren 220 erzeugteSignal.
    [0052] Darüber hinaussind bei einer weiteren Ausführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtung einzelneelastische magnetostriktive Elemente und miniaturisierte Sensoren 220 inder Ankoppelfläche nahezueinander angeordnet, um bevorzugterweise eine genaue Phasenmessungder von den magnetostriktiven Elementen 210 erzeugten Magnetfelder vornehmenzu können.Auf diese Weise kann die Lage der Ankoppelfläche zur Schallwellenfront ermitteltwerden.
    [0053] Umden Effekt des magnetostriktiven Materials für die Schallwellenmessung optimalzu nutzen bzw. zu optimieren, werden, wie bereits oben erwähnt, unterschiedlicheMaterialien fürden Koppelbalg verwendet. Darüberhinaus kann der Koppelbalg in unterschiedlichen Formen ausgeführt werden.
    [0054] Besondersbei der Verwendung von einem Ultraschalltransducer als Ultraschallquelle,der in die Stoßwellenquelle 100 integriertist, ist die Wahl der Koppelbalgform wichtig. Der Ultraschalltransducer kannin einer Ebene Ultraschall abstrahlen, wobei die Ebene durch eineHauptabstrahlrichtung und mindestens einer Abstrahlrichtung einerSide-Lobe aufgespannt wird. In dieser Ebene kann der Hauptstrahl geschwenktwerden. An Stellen, an denen die Ebene den Koppelbalg 130 schneidet,steht der Wandungsbereich des Koppelbalgs 130 bei allenFüllzuständen desBalgs stets schrägzu der Ebene.
    [0055] Durchdas Schwenken des Hauptstrahls des Ultraschalltransducers kann einUltraschallbild in einer Ebene gewonnen werden. Damit auch ein Ultraschallbildin einer anderen Ebene gewonnen werden kann, ist der Transducerum seine Mittelachse drehbar.
    [0056] Indiesem Fall weist eine bevorzugte Ausführungsform des Koppelbalgseine oben liegenden Ankoppelflächeauf. Die Ankoppelflächeliegt im Wesentlichen in einer zweiten Ebene, die senkrecht zu derEbene steht, in der der Schall des Ultraschalltransducers propagiert,und im wesentlichen parallel zu der Ebene des Schallwellenemittersliegt. Mit dieser Ankoppelflächekann der Koppelbalg 130 mit einem Medium, beispielsweisedem Körpereines Patienten, in Kontakt gebracht werden.
    [0057] Andie Ankoppelflächeschließtsich ringsherum ein Seitenbereich des Koppelbalgs an, in dem die Faltenliegen. Wie in 2 zu erkennen, liegen die Faltenbevorzugterweise in Ebenen parallel zu der Ankoppelfläche.
    [0058] Alternativkönnendie Falten entlang von Linien liegen, die auf die Ankoppelfläche zulaufen.Die Falten liegen hierbei auf einer Kegelstumpfmantelfläche. DieKegelspitze des Kegelstumpfes liegt hierbei oberhalb der Ebene,in der die Ankoppelflächeliegt. Die Kegelstumpfform bietet den Vorteil einem Röntgenstrahlden Zugang zu dem Fokusbereich, in dem sich beispielsweise ein Nierensteinbefindet, zu ermöglichen.Eine Abschattung des Röntgenstrahls durchden Koppelbalg wird so vermieden, so dass mit dem Röntgenstrahlein Bild des Fokusbereichs gewonnen werden kann. Die Falten sindam gesamten Umfang der Ankoppelfläche ausgebildet. Jedoch kannauch nur ein Teil hiervon mit Falten versehen sein.
    [0059] Indiesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dassbei der Verwendung von Röntgendiagnosegeräten magnetostriktiveMaterialien mit der notwendigen Röntgentransparenz verwendetwerden.
    [0060] DieFaltentiefe kann bis zu der Ankoppelfläche hin konstant bleiben oderauch variabel sein. Vorzugsweise bleibt sie konstant oder nimmtbis zu der Ankoppelflächehin möglicherweisesogar bis auf Null ab.
    [0061] Alternativist der Seitenbereich des Koppelbalgs 130 in einen erstenKoppelbalgbereich und einen zweiten Koppelbalgbereich aufgeteilt,wobei der erste Koppelbalgbereich sich an den zweiten Koppelbalgbereichanschließt,der ebenfalls Falten aufweist. An der Grenze zwischen dem erstenKoppelbalgbereich und dem zweiten Koppelbalgbereich sind die Koppelbalgbereichemiteinander verbunden, wobei die Verbindung vorzugsweise elastischist.
    [0062] DasMaterial des Koppelbalgs sollte eine ausreichende Eigensteifigkeitaufweisen, so dass auch ein mit einer Flüssigkeit (z.B. Wasser) gefüllter Koppelbalgsein Eigengewicht tragen kann. Dies sollte auch für den Fallgelten, bei dem der Koppelbalg nur an einer seitlichen Positiongehalten wird.
    [0063] 4 zeigteine schematische Schnittzeichnung eines Ultraschalltherapiekopfes 100 gemäß einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die Magnetfeldsensoren 220 außerhalbdes Koppelbalgs angeordnet und nicht wie in den vorher beschriebenen Ausführungsformenin das Koppelbalgmaterial integriert. Alternativ sind die Magnetfeldsensoren 220 in demvon dem Koppelbalg eingeschlossenen Innenraum des Ultraschalltherapiekopfesangeordnet. Die Sensoren 220 sind dabei in Richtung desFokus 240 der Stoßwellenverschiebbar angeordnet, so dass sie entsprechend der Anpassungdes Koppelbalgs an den Körperdes zu behandelnden Patienten so angeordnet werden, dass das erzeugteMagnetfeld im Bereich der Magnetfeldsensoren einen möglichstgroßenWert erreicht.
    [0064] Darüber hinausist bei der in 4 dargestellten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung das magnetostriktive Material nicht direktin das Material des Koppelbalgs integriert, sondern auf das Materialaufgebracht. Um den Schallwellenkegel der Stoßwelle möglichst wenig zu beeinflussen,ist es in diesem Fall notwendig, dass entweder die von dem magnetostriktivenMaterial abgedeckte Flächegrößer istals die Austrittsflächeder Stoßwellenaus dem Koppelbalg oder das magnetostriktive Material nicht eine Änderungdes Fokusbereichs durch eine zusätzlicheBrechung der Stoßwellenverursacht.
    [0065] Zurgenauen Bestimmung des von dem magnetostriktiven Elastomer erzeugtenMagnetfeldes in Abhängigkeitvon der Lage der Ankoppelflächezum Fokus der Stoßwellenist ein zusätzlicherReferenzsensor 410 fürdas Messen des Magnetfeldes außerhalbdes Koppelbalgs vorgesehen. Entsprechend der Zu- oder Abnahme des vom zusätzlichenReferenzsensor 410 gemessenen Magnetfeldes wird somit die Lageder Ankoppelflächerelativ zum Fokus 240 bestimmt. Dies erhöht die Genauigkeitder Ermittlung der applizierten Stoßwellendosis gerade für den Fall, wennwährendder Therapie die Eindringtiefe der Stoßwellen in den zu behandelndenKörperverändertwird.
    [0066] Alternativwird der Referenzsensor 410 zur Kalibrierung der Stoßwellenquelle 100 eingesetzt undverfügthierzu übereinen zusätzlichen,kalibrierten Drucksensor der bevorzugterweise ebenfalls ein magnetostriktivesMaterial ist. Zur Kalibrierung der Stoßwellenquelle 100 wirdder zusätzlicheDrucksensor im Fokus der Stoßwellepositioniert und die Amplitude der fokussierten Stoßwelle inAbhängigkeitbestimmter Betriebsparameter des Schallwellenemitters ermittelt.Die Signale des zusätzlichenDrucksensors werden in der Auswerteelektronik erfasst und mit denMesswerten der Sensoren 220 korreliert. Die ermitteltenDatensätzewerden in entsprechenden Tabellen oder Dateien für die weitere Verwendung gespeichert.
    [0067] 5 zeigteine schematische Schnittzeichnung einer Stoßwellenquelle 100 miteiner weiteren Ausführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtung.Dabei ist das von dem magnetostriktiven Material erzeugte Magnetfeldnicht wie in 2 parallel zur Ankoppelfläche desKoppelbalgs angeordnet, sondern senkrecht dazu. Dementsprechendsind die Magnetfeldsensoren 220 so angeordnet, dass sie sichin einem Bereich mit möglichstgroßerFeldstärkebefinden. Bei der in
    [0068] 5 dargestelltenAusführungsformist dies im Bereich der unteren Falten des Koppelbalgs. Eine Anordnunginnerhalb des Koppelbalgs ist in diesem Fall nur vorgesehen, soferneine Positionierung der Magnetfeldsensoren innerhalb des Stoßwellenkegels nureinen geringen Einfluss auf die Qualität der Stoßwellen und ihren Fokus hat.
    [0069] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungist alternativ füreinen diagnostischen Transducer und für einen Ultraschalltherapietransducerverwendbar und kann ebenso fürdie industrielle Bearbeitung von Werkstoffen verwendet werden.
    [0070] SpezifischenElemente einzelner hier beschriebener Ausführungsformen sind mit denenanderer hier beschriebener Ausführungsformenkombinierbar.
    权利要求:
    Claims (28)
    [1] Vorrichtung zum Detektieren von Schallwellen, umfassend: eineMembran (130), wobei mindestens ein Teil der Membran ausmagnetostriktivem Material (210) ist; und mindestenseinen Sensor (220) zum Messen eines beim Durchtritt vonSchallwellen im magnetostriktiven Material erzeugten Magnetfeldes(230).
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Membran ein Koppelbalg für eine therapeutische Stoßwellenquelle(100) ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das magnetostriktive Material ein magnetostriktives Elastomerist.
    [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die zu detektierenden Schallwellen Stoßwellen sind.
    [5] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor eine Spule ist.
    [6] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor ein Hallsensor ist.
    [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor ein magnetoresistiver Sensor ist.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor ein Fluxgate-Sensor ist.
    [9] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor ein 3D-Magnetfeldsensor ist.
    [10] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor außerhalbdes Stoßwellenkegelsangeordnet ist.
    [11] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass der mindestens eine Sensor im Seitenbereich des Balgs angeordnet ist.
    [12] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass der Koppelbalg ein Koppelbalg zum Abstrahlen von Stoßwellenist und an einen Stoßwellenemittergekoppelt ist, wobei der Koppelbalg einen seitlichen Wandungsbereich umfasstund mit einer Flüssigkeitgefülltwerden kann.
    [13] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass der seitliche Wandungsbereich des Koppelbalgs Falten aufweist.
    [14] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass der mindestens eine Sensor in einer ersten Falte des Koppelbalgs angeordnetist.
    [15] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass mehrere Teile des Koppelbalgs aus magnetostriktivem Materialbestehen und mehrere Sensoren in dem Wandungsbereich des Koppelbalgsangeordnet sind.
    [16] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass der Koppelbalg eine Ankoppelfläche aufweist, die vorzugs weiseim Wesentlichen parallel zu den von den Falten des Wandungsbereichsgebildeten Ebenen liegt.
    [17] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass der Koppelbalg eine Ankoppelfläche aufweist und in einer Schnittebeneparallel zu der Ankoppelflächeein Zickzack-, ein Sägezahn-und/oder ein Wellenprofil ausbildet.
    [18] Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass die Falten mit der Ankoppelfläche die Form einer Muffin-Backformhaben.
    [19] Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,dass der Koppelbalg einen ersten und zweiten Wandungsbereich aufweist,wobei der zweite Wandungsbereich auf der von der Ankoppelfläche abgewandetenSeite und der zweite Wandungsbereich vorzugsweise spiegelsymmetrischzu dem ersten Wandungsbereich angeordnet ist.
    [20] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass die beiden Wandungsbereiche miteinander elastisch verbunden sind.
    [21] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet,dass der Koppelbalg als ein Elastomer-Formteil aus Weich-PVC, Polyurethan,Silikon oder TPE hergestellt ist, in welches das magnetostriktiveMaterial eingebettet ist.
    [22] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet,dass der Koppelbalg zusätzlicheine Ultraschallquelle umgibt, wobei diese Ultraschallquelle vorzugsweiseein Ultraschalltransducer fürBildgewinnungszwecke ist.
    [23] Lithotripter umfassend eine Vorrichtung nach einemder Ansprüche1 bis 22.
    [24] Verfahren zum Detektieren von Schallwellen, umfassend: Detektierenvon Schallwellen mittels magnetostriktivem Material, wobei das magnetostriktiveMaterial mindestens einen Teil einer Membran umfasst; und Messeneines beim Durchtritt von Schallwellen im magnetostriktiven Materialerzeugten Magnetfeldes mittels mindestens eines Sensors.
    [25] Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin umfassend: Erzeugungeines dem gemessenen Magnetfeld entsprechenden Signals zur Dosismessungeiner applizierten Schallwellenenergie.
    [26] Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, weiterhin umfassend: Auswertendes erzeugten Signals zur Funktionsüberwachung einer Schallwellenerzeugung.
    [27] Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die SchallwellenStoßwellensind.
    [28] Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend: zeitlichesTrennen des von dem gemessenen Magnetfeld erzeugten Signals voneinem von einem Stoßwellenemittereingestreuten Störsignal.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-10-06| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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