DE102006012204A1 - Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium (3) zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen. Die Elektroden (1) bestehen aus einem metallischen Werkstoff. An den Elektroden (1) wird eine elektrische Spannung angelegt, um einen Spannungsdurchbruch zwischen den Spitzen der Elektroden (1) im fluidischen Medium (3) zu erzeugen, wobei der metallische Werkstoff aus einer Titan-Legierung mit einer Härte von mindestens 300 HV bis 650 HV besteht.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen. Die Vorrichtung weist Elektroden auf, die aus einem metallischen Werkstoff bestehen. An den Elektroden wird eine elektrische Spannung angelegt, um einen Spannungsdurchbruch zwischen den Spitzen der Elektroden im fluidischen Medium zu erzeugen.
- Stoßwellenerzeuger finden in zahlreichen medizinischen Bereichen ein Anwendungsgebiet.
- Der bekannteste Bereich ist die therapeutische und kosmetische Anwendung bei der Behandlung von beispielsweise Steinerkrankungen (z. B. Urolithasis, Cholelithiasis) und der Narbenbehandlung in der Human- und Tiermedizin.
- Neuere Einsatzgebiete betreffen die Zahnbehandlung, die Behandlung von Arthrose, die Entfernung von Kalkablagerungen (z. B. Tendinosis calcarea), die Behandlung von chronischen Tennis- oder Golferellenbogen (sog. Epikondylopathia radialis oder ulnaris), von chronischen Schultersehnenbeschwerden (sog. Tendinose der Rotatorenmanschette), und von chronischen Achillessehnenreizungen (sog. Achillodynie).
- Weiterhin wird die Stoßwellenerzeugung auch zur Therapie bei Osteoporose, Paradontose, nichtheilenden Knochenbrüchen (sog. Pseudarthrosen), Knochennekrosen und ähnlichen Erkrankungen eingesetzt. Neuere Studien untersuchen auch einen Einsatz in Stammzellentherapien.
- Weiterhin kann die Stoßwellenerzeugung auch dazu verwendet werden, um mechanischen Stress, z. B. in Form von Scherkräften, auf Zellen auszuüben, wobei deren Apoptose eingeleitet wird. Dies geschieht beispielsweise mittels einer Initiierung des "Todesrezeptorweges" und/oder des Cytochrom c-Weges und/oder einer Caspasen-Kaskade.
- Unter Apoptose versteht man die Initiierung eines genetisch gesteuerten Programms, welches zum "Zell-Selbstmord" einzelner Zellen im Gewebeverband führt. Dabei schrumpfen die betroffenen Zellen und ihre Organellen und zerfallen in Bruchstücke, die sogenannten apoptotischen Körperchen. Diese werden anschließend von Makrophagen und/oder Nachbarzellen phagozytiert. Die Apoptose stellt somit einen nicht-nekrotischen Zelltod ohne Entzündungsreaktion dar.
- Daher ist die Verwendung von Stoßwellen in allen Fällen vorteilhaft, in denen es um die Behandlung von Erkrankungen mit erniedrigter Apoptoserate geht, z. B. Tumorbehandlungen oder Virenerkrankungen.
- Die Stoßwellenerzeugung kann weiterhin besonders vorteilhaft zur Behandlung von nekrotisch veränderten Bereichen und Strukturen im Muskelgewebe, insbesondere im Herzmuskelgewebe, zur Anregung des Knorpelaufbaus bei arthritischen Gelenkserkrankungen, zur Initiierung der Differenzierung von embryonalen oder adulten Stammzellen in vivo und in vitro entsprechend dem umgebenen Zellverband, zur Behandlung von Gewebeschwäche, insbesondere von Cellulitis und zum Fettzellenabbau, sowie zur Aktivierung von Wachstumsfaktoren, insbesondere von TGF-[beta], verwendet werden.
- Die Stoßwellenerzeugung kann ebenfalls zur Verhinderung einer Ödembildung und/oder -ausweitung sowie Ödemabbau, zur Behandlung von Ischämie, Rheuma, Gelenkserkrankungen, Kieferknochen (Paradontitis), kardiologische Erkrankungen und Herzinfarkte, Paresen (Lähmungen), Nervenentzündungen, Querschnittslähmungen, Arthrose, Arthritis, zur Prophylaxe von Narbenbildung, zur Behandlung von Narbenbildung bzw. Nervenvernarbung, zur Behandlung von Achillobursitis und sonstigen Knochennekrosen verwendet werden.
- Eine weitere Verwendung betrifft die Behandlung von Rückenmarks- und Nervenverletzungen, zum Beispiel Rückenmarksverletzungen mit einhergehender Ödemisierung.
- Stoßwellen sind auch zur Behandlung von vernarbtem Sehnen- und Bändergewebe sowie von schlecht heilenden offenen Wunden geeignet.
- Solche schlecht heilenden offenen Wunden und Geschwüre werden als Ulcus oder auch Ulzeration bezeichnet. Sie stellen eine Oberflächenzerstörung durch Gewebszerfall an der Haut und/oder der Schleimhaut dar. Je nachdem welche Gewebeanteile getroffen sind, wird bei oberflächlichen Läsionen von Exfoliation (nur Oberhaut betroffen) oder Exkoriation (Ober- und Lederhaut betroffen) gesprochen.
- Zu den durch Stoßwellen behandelbaren offenen Wunden zählen insbesondere ulcus cruris, ulcus hypertonicum, ulcus varicosum oder ulcus terebrans aufgrund eines dadurch verursachten verbesserten Heilungprozesses.
- Weiterhin sind Stoßwellen geeignet für die Stimulation der Zellvermehrung und der Differenzierung von Stammzellen.
- Zur Erzeugung von Stoßwellen werden metallische Elektroden benutzt, zwischen denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung, Spannungsdurchbruch stattfindet. Der Spannungsdurchbruch verursacht eine Entladung, die wiederum in einem fluidischen Medium, z. B. Wasser, eine kurze, intensive, stoßartige Druckwelle, eine Stoßwelle, erzeugt. Die Stoßwelle verursacht in ihrem fluidischen Wirkbereich eine Zugspannung, die regelmäßig, in einer chaotischen Art, Kavitationsblasen hervorruft, die dann in sich zusammenbrechen. Wenn der Zusammenbruch der Kavitationsblasen in der unmittelbaren Nähe eines Festkörpers geschieht, können hierdurch Bestandteile des Körpers heraus gerissen werden, was im Falle eines Nierensteines wünschenswert ist. Die zerstörerische Wirkung der Kavitationsblasen betrifft aber auch die metallischen Elektroden, die zur Erzeugung der Stoßwellen notwendig sind.
- In diesem Zusammenhang gewinnt die Materialhärte und die Festigkeit des metallischen Werkstoffes, aus dem die Elektroden hergestellt werden, an Wichtigkeit. Allerdings je härter der Werkstoff ist und je höher die Materialfestigkeit ist, desto schwieriger ist auch die Bearbeitung des Materials für die Herstellung von Elektroden. Weil die Elektroden in einem fluidischen Medium eingesetzt werden, muss auch auf die Korrosionseigenschaften des Materials geachtet werden. Neben den Festigkeitsmerkmalen des Werkstoffes muss an dieser Stelle auch auf die elektrischen Eigenschaften des Werkstoffes, wie z. B. die Leitfähigkeit als ein Auswahlkriterium des Werkstoffes hingewiesen werden. Da die Elektroden in chirurgischen Instrumenten ihren Einsatz finden, sollen sie auch tunlichst aus einem leichten Material sein. Weiterhin erzeugt die elektrische Spannung, die an die Elektroden angelegt wird, eine hohe thermische Belastung für die Elektroden.
- Somit ist es wünschenswert, dass ein hochfestes Material mit einer hohen Leitfähigkeit, einer guten Korrosionsbeständigkeit, einer hohen thermischen Beständigkeit und einer geringen spezifischen Dichte bereitgestellt wird, das leicht bearbeitbar ist.
- Aus der Patentschrift
DE 101 12 462 C2 ist ein Material bekannt, das für die Herstellung von Elektroden für eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen verwendet wird. Es handelt sich hier um eine NE-Legierung mit Bestandteilen aus Kobalt, Nickel und Titan. Diese Legierung weist eine hohe thermische Belastbarkeit und eine gute, mechanische Bearbeitungseigenschaft auf. Die spezifische Dichte der Elektroden ist auf Grund der Legierungsanteile, Kobalt und Nickel, zu hoch, was ein Gewichtproblem darstellt. - Daher ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Entladungen in einem fluidischen Medium zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen bereitzustellen, deren Elektroden ein hochfestes Material, mit einer hohen Leitfähigkeit, einer guten Korrosionsbeständigkeit, einer hohen thermischen Beständigkeit und einer guten mechanischen Bearbeitungseigenschaft, aufweisen, das eine geringe spezifische Dichte hat
- Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen, Elektroden aus einem metallischen Werkstoff aufweist, wobei im fluidischen Medium an den Elektroden eine elektrische Spannung zum Zwecke der Erzeugung eines Spannungsdurchbruchs zwischen den Spitzen der Elektroden angelegt wird und der metallische Werkstoff aus einer Titan-Legierung mit einer Härte von mindestens 300 HV bis 650 HV besteht.
- Die Lösung hat den Vorteil, dass für die Vorrichtung Elektroden bereitgestellt werden, die ein hochfestes Material mit einer geringen spezifischen Dichte aufweisen.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metallische Werkstoff der Elektroden aus einer Titanlegierung mit einem Titananteil von 80%–94%.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metallische Werkstoff der Elektroden aus einer Titanlegierung mit einem Aluminiumanteil von größer als 4%.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metallische Werkstoff der Elektroden aus einer Titanlegierung mit einem Vanadiumanteil von größer als 2%.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metallische Werkstoff der Elektroden aus einer Titanlegierung mit einem Eisenanteil von größer als 0,1%.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metallische Werkstoff der Elektroden aus der Titanlegierung, Ti-6Al-4V, die aus ca. 6% Aluminium, 4% Vanadium, 0,25% oder weniger Eisen, 0,2% oder weniger Sauerstoff und 90% Titan besteht. Die Dichte von Ti-6Al-4V beträgt 4,43 g/cm3, die weit unter der Dichte des Stahls mit 7,85 g/cm3 liegt. Die Härte beträgt 396 HV. Das E-Modul ist bei 20°C ca. 114000 MPa. Der elektrische Widerstand ist 0,000178 Ω/cm. Die thermische Leitfähigkeit beträgt 6,7 W/mK. Der Schmelzpunkt ist bei 1604°C.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der metallische Werkstoff der Elektroden aus der Titanlegierung, Ti-6Al-6V-2Sn, die aus ca. 6% Aluminium, 6% Vanadium, 2% Zinn und 86% Titan besteht. Die Dichte von Ti-6Al-6V-2Sn beträgt 4,54 g/cm3. Die Härte beträgt 430 HV. Das E-Modul ist bei 20°C ca. 117000 MPa. Der elektrische Widerstand ist 0,000157 Ω/cm. Die thermische Leitfähigkeit beträgt 6,6 W/mK. Der Schmelzpunkt ist bei 1627°C.
- Die Lösung hat den Vorteil, dass für die Vorrichtung Elektroden bereitgestellt werden, die ein hochfestes Material mit einer hohen Leitfähigkeit, einer guten Korrosionsbeständigkeit, einer hohen thermischen Beständigkeit und einer guten mechanischen Bearbeitungseigenschaft aufweisen, das eine geringe spezifische Dichte hat.
- Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen mit Elektroden. - Aus der Darstellung gemäß
1 ist eine Vorrichtung (2 ) zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium (3 ) zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen mittels Elektroden (1 ) ersichtlich. - Zur Erzeugung von Stoßwellen werden die metallischen Elektroden (
1 ) benutzt, zwischen denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung Spannungsdurchbruch stattfindet. Der Spannungsdurchbruch verursacht eine Entladung, die wiederum im fluidischen Medium (3 ), z. B. Wasser, eine kurze, intensive Stoßwelle erzeugt, die in der Medizin Anwendung findet, beispielsweise für die Entfernung von Nierensteinen. - Die Entladung der elektrischen Spannung im fluidischen Medium (
3 ) hat eine zerstörerische Wirkung auf die metallischen Elektroden (1 ). Je höher die Materialfestigkeit der Elektroden (1 ) ist, desto geringer ist die zerstörerische Wirkung der Entladungen. - Erfindungsgemäß wird für die Elektroden (
1 ) ein metallischer Werkstoff aus einer Titan-Legierung mit einer großen Härte gewählt. - Die Lösung hat den Vorteil, dass für die Vorrichtung (
2 ) Elektroden (1 ) bereitgestellt werden, die ein hochfestes Material mit einer geringen spezifischen Dichte aufweisen.
Claims (9)
- Vorrichtung (
2 ) zur Erzeugung elektrischer Entladung in einem fluidischen Medium (3 ) zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen, mit Elektroden (1 ) aus einem metallischen Werkstoff, wobei im fluidischen Medium (3 ), an den Elektroden (1 ) eine elektrische Spannung zum Zwecke der Erzeugung eines Spannungsdurchbruchs zwischen den Spitzen der Elektroden (1 ), anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff aus einer Titan-Legierung mit einer Härte von mindestens 300 HV bis 650 HV besteht. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Titan-Legierung einen Titananteil von 80%–94% aufweist.
- Vorrichtung (
2 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Titan-Legierung einen Aluminiumanteil von größer als 4% aufweist. - Vorrichtung (
2 ) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Titan-Legierung einen Vanadiumanteil von größer als 2% aufweist. - Vorrichtung (
2 ) nach einem der Ansprüche 1–4 wobei die Titan-Legierung einen Eisenanteil von größer als 0,1% aufweist. - Vorrichtung (
2 ) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Titan-Legierung einen Zinnanteil von größer als 1% aufweist. - Vorrichtung (
2 ) nach den Ansprüchen 1–5, wobei der Aluminiumanteil 6%, der Vanadiumanteil 4%, der Eisenanteil 0,25% oder weniger, der Sauerstoffanteil 0,2% oder weniger und der Titananteil 90% ist. - Vorrichtung (
2 ) nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, und 6, wobei der Aluminiumanteil 6%, der Vanadiumanteil 6%, der Zinnanteil 2% und der Titananteil 86% ist. - Elektrode (
1 ) zur Verwendung in einer Vorrichtung (2 ) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
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