DE4118610A1 - Ankoppelvorrichtung zur einleitung akustischer wellen in den koerper eines lebewesens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ankoppelvorrichtung zur Einleitung akustischer Wellen in den Körper eines Lebewesens.

Akustische Wellen werden sowohl zu diagnostischen als auch zu therapeutischen Zwecken in die Körper von Lebewesen eingelei­ tet. Es seien beispielsweise die Ultraschall-Diagnostik und die extrakorporale Stoßwellenlithotripsie (ESWL) genannt. Da­ bei können die akustischen Wellen in der Regel nicht direkt, d. h. durch unmittelbares Anlegen der Abstrahlfläche des Ultra­ schall-Transducers bzw. der Stoßwellenquelle an die Körper­ oberfläche des Lebewesens, in den Körper des Lebewesens ein­ geleitet werden. Vielmehr ist in der Regel zwischen der Quelle der akustischen Wellen ein meist flüssiges Ausbreitungsmedium für die akustischen Wellen angeordnet.

So kann z. B. vorgesehen sein, daß die Quelle der akustischen Wellen in die Wandung eines das Ausbreitungsmedium enthalten­ den Bades eingesetzt ist, in dem der Patient derart gelagert wird, daß er die jeweils erforderliche Position relativ zu der Quelle der akustischen Welle einnimmt. Diese Lösung ist abge­ sehen davon, daß sie mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden ist, hygienisch problematisch. Man ist daher dazu übergegangen, die Quelle akustischer Wellen in ein mit dem Ausbreitungsmedium gefülltes Gehäuse einzubauen, das ein Aus­ trittsfenster aufweist, durch das die erzeugten akustischen Wellen austreten können. Das die Quelle enthaltende Gehäuse wird dann mit seinem Austrittsfenster an die Körperoberfläche in einer derartigen räumlichen Orientierung appliziert, daß der diagnostisch bzw. therapeutisch relevante Bereich des Körpers mit den akustischen Wellen beaufschlagt wird. Diese Lösung, die als "trockene Ankoppelung" bezeichnet wird, verbindet den Vorteil eines geringen technischen Aufwandes mit dem günstiger hygienischer Verhältnisse. Das Austrittsfenster kann übrigens als flexibles Koppelkissen ausgebildet sein, mit dem Vorteil, daß sich auch in Körperbereichen, in denen sich Skeletteile dicht unterhalb der Körperoberfläche befinden, eine zur Einleitung der akustischen Wellen ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Austrittsfenster und der Körper­ oberfläche ergibt.

In bestimmten Fällen tritt das Problem auf, daß die Quelle akustischer Wellen unter Beibehaltung der "trockenen Ankoppe­ lung" mit der Körperoberfläche relativ zu dem Körper mittels einer mechanischen Verstellvorrichtung insbesondere selbst­ tätig verstellt werden muß. Dies ist z. B. der Fall, wenn bei der Behandlung von Knochenleiden im Bereich der Extremitäten mittels fokusierter Stoßwellen der Fokus der Stoßwellen ent­ lang der zu behandelnden Zone verstellt werden muß, was es z. B. erforderlich machen kann, daß die Stoßwellenquelle in einer Schwenkbewegung um die Extremität herumgeführt wird. In diesen Fällen muß selbst dann, wenn das Austrittsfenster als flexibles Koppelkissen ausgeführt ist, eine technisch aufwen­ dige und teure Verstellvorrichtung für die Quelle akustischer Wellen vorgesehen sein, da sich sonst nicht sicherstellen läßt, daß die Kontaktfläche zwischen Austrittsfenster und Körperoberfläche ausreichend groß ist, um eine gute akustische Koppelung zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ankoppelvor­ richtung für akustische Wellen anzugeben, die es auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht, eine Quelle akustischer Wellen relativ zu dem Körper, in den akustische Wellen bei "trockener Ankoppelung" eingeleitet werden sollen, unter stän­ diger Beibehaltung einer guten akustischen Koppelung insbeson­ dere automatisch zu verstellen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine Ankop­ pelvorrichtung zur Einleitung akustischer Wellen in den Körper eines Lebewesens aufweisend

• a) eine Eintrittswand für die akustischen Wellen, welche durch ein eine starre rotationssymmetrische äußere Mantelfläche aufweisendes Außenteil gebildet ist,
• b) eine Austrittswand für die akustischen Wellen, welche durch einen konzentrisch in dem Außenteil angeordneten flexiblen, dehnbaren Schlauchabschnitt gebildet ist, wobei der Schlauchabschnitt gemeinsam mit dem Außenteil einen Ring­ raum begrenzt, und
• c) ein in dem Ringraum enthaltenes Ausbreitungsmedium für die akustischen Wellen.

Infolge des Umstandes, daß die äußere Mantelfläche der Ein­ trittswand rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann die Quelle der akustischen Wellen in einer Kreisbahn um die An­ koppelvorrichtung und z. B. eine in dieser aufgenommene Extre­ mität auf einer Kreisbahn um diejenige Achse, bezüglich derer die äußere Mantelfläche rotationssymmetrisch ist, herumgeführt werden, ohne daß sich die Kontaktfläche des Austrittsfensters bzw. Koppelkissens der Quelle akustischer Wellen mit der äuße­ ren Mantelfläche der Eintrittswand nennenswert ändert. Außer­ dem ist infolge der Ausbildung der Austrittswand als flexibler Schlauchabschnitt gewährleistet, das diese an dem gesamten Um­ fang des Körpers bzw. Körperteils, in den bzw. das die akusti­ schen Wellen eingeleitet werden sollen, satt anliegt. Es wird somit deutlich, daß einerseits zwischen dem Koppelkissen der Quelle akustischer Wellen und der Eintrittswand der Ankoppel­ vorrichtung und andererseits der Austrittswand der Ankoppel­ vorrichtung und dem Körper bzw. Körperteil stets eine gute akustische Koppelung gewährleistet ist, so daß die akustischen Wellen mit geringstmöglichen Verlusten in den Körper bzw. das Körperteil eingeleitet werden können. Außerdem gestaltet sich die Verstellung der Quelle akustischer Wellen relativ zu dem Körper bzw. dem Körperteil sehr einfach, da diese infolge der Zwischenfügung der eine rotationssymmetrische äußere Mantel­ fläche aufweisenden Ankoppelvorrichtung auf einer Kreisbahn erfolgen kann, was eine automatische Verstellung der Quelle der akustischen Wellen erheblich vereinfacht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die äußere Mantelfläche des Außenteils zylin­ drisch ausgebildet ist. Es ist dann auf einfache Weise, näm­ lich durch Kombination einer Kreisbewegung um die Mittelachse der Mantelfläche und einer geradlinigen Bewegung parallel zur Mittelachse der Mantelfläche, möglich, die Quelle akustischer Wellen innerhalb der durch die Abmessungen der Ankoppelvor­ richtung gegebenen Grenzen nahezu beliebig relativ zu dem in der Ankoppelvorrichtung aufgenommenen Körper bzw. Körperteil auszurichten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorge­ sehen, daß das Volumen des Ringraumes und die Menge des in diesem enthaltenen Ausbreitungsmediums variabel sind. Es läßt sich also der Innendurchmesser des als Austrittswand vorge­ sehenen Schlauchabschnittes durch Verändern der Menge des in dem Ringraum enthaltenen Ausbreitungsmediums variieren, mit dem Vorteil, daß für Körper- bzw. Körperteile unterschiedli­ chen Umfangs stets die für eine gute akustische Koppelung er­ forderliche satte Anlage des Schlauchabschnittes an der Ober­ fläche des Körpers bzw. des Körperteils realisiert werden kann.

Um die akustischen Verluste, die durch die Einfügung der An­ koppelvorrichtung zwischen die Quelle akustischer Wellen und den Körper bzw. das Körperteil entstehen, möglichst gering zu halten, sieht eine Variante der Erfindung vor, daß die akusti­ schen Impedanzen des Ausbreitungsmediums, des Werkstoffs des Außenteils und des Materials des Schlauchabschnittes wenig­ stens im wesentlichen übereinstimmen. An den Grenzflächen zwischen Außenteil und Ausbreitungsmedium und Ausbreitungs­ medium und Schlauchabschnitt treten dann keine nennenswerten Verluste durch Reflexion auf. Die Verluste lassen sich weiter verringern, wenn gemäß einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen ist, daß die akustischen Impendanzen des Ausbrei­ tungsmediums, des Werkstoffs des Außenteils und des Materials des Schlauchabschnittes wenigstens im wesentlichen mit der von tierischem, insbesondere menschlichem Gewebe übereinstimmen, da dann auch an der Grenzfläche zwischen dem Schlauchabschnitt und der Oberfläche des Körpers bzw. Körperteils keine nennens­ werte Reflexionen auftreten. Mit menschlichem Gewebe im we­ sentlichen übereinstimmende akustische Impedanzen liegen dann vor, wenn als akustisches Ausbreitungsmedium Wasser, als Werk­ stoff des Außenteiles wenigstens ein Stoff der Gruppe EPDM-Gummi, Polymethylpentene (TPX), Polystyrol und als Material des Schlauchabschnittes wenigstens ein Stoff der Gruppe EPDM-Gummi, Latex, Polyvinylchlorid (PVC) vorgesehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung grob schematisch im Längsschnitt dargestellt.

Die in der Figur dargestellte, insgesamt mit 1 bezeichnete er­ findungsgemäße Koppelvorrichtung dient dazu, eine schematisch angedeutete Stoßwellenquelle 2 zur Behandlung eines Knochen­ leidens, beispielsweise einer wegen mangelnder Kallusbildung schlecht verheilenden Fraktur, akustisch an eine menschliche Extremität 3, z. B. einem Oberschenkel, anzukoppeln. Zur Be­ handlung werden mittels der Stoßwellenquelle 2 erzeugte fokus­ sierte Stoßwellen, es handelt sich hierbei um akustische Druckimpulse mit extrem steiler Anstiegsflanke, durch die Koppelvorrichtung 1 hindurch in die Extremität 3 eingeleitet. Die Stoßwellenquelle 2 weist als Austrittsfenster für die Stoßwellen ein an der Koppelvorrichtung 1 anliegendes fle­ xibles Koppelkissen 21 auf. Eine derartige Stoßwellenquelle ist beispielsweise in der US-PS 46 74 505 beschrieben. Zur Behandlung der Fraktur muß der Fokus F der Stoßwellen entlang der Bruchspalte 4 der Fraktur bewegt werden. Der zu behandeln­ de Knochen K ist in der Figur ungeschnitten dargestellt.

Die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 weist als Eintritts­ wand für die Stoßwellen ein starres zylinderrohrförmiges Außenteil 5 auf, das aus einem Werkstoff, beispielsweise EPDM-Gummi, Polymethylpentene (TPX) oder Polystyrol gefertigt ist, dessen akustische Impedanz im wesentlichen der von mensch­ lichem Gewebe entspricht und der Stoßwellen nur geringfügig dämpft. Außerdem weist die Koppelvorrichtung 1 ein flexibles Schlauchteil 6 auf, das aus einem dehnbaren, Stoßwellen nur geringfügig dämpfenden und eine der von menschlichem Gewebe im wesentlichen entsprechende akustische Impedanz aufweisenden Material, beispielsweise EPDM-Gummi, Latex oder Polyvinylchlo­ rid (PVC) gefertigt ist. Das Schlauchteil 6 weist als Aus­ trittswand für die Stoßwellen einen Schlauchabschnitt 7 auf, der an jedem seiner Enden in ein sich radial auswärts er­ streckendes Wulstteil 8, 9 übergeht, wobei die freien Ränder der Wulstteile 8, 9 des Schlauchteils 6 entlang des jeweils entsprechenden Randes der zylindrischen äußeren Mantelfläche des Außenteils 5 mit diesem beispielsweise durch Kleben flüs­ sigkeitsdicht verbunden sind. Das Schlauchteil 6 weist im Be­ reich der Wulstteile 8, 9 eine vergrößerte Wandstärke auf. Außerdem ist in die Wulstteile 8, 9 jeweils ein schematisch angedeutetes Gewebe 10, 11 eingebettet, das beispielsweise aus Nylonfäden angefertigt sein kann. Hierdurch wird erreicht, daß das Schlauchteil 6 im Bereich der Wulstteile 8, 9 zwar flexi­ bel, jedoch nicht dehnbar ist.

Der von dem Außenteil 5 und dem Schlauchteil 6 mit dem Schlauchabschnitt 7 und den Wulstteilen 8, 9 begrenzte Ring­ raum ist mit einer Flüssigkeit als Ausbreitungsmedium für die mittels der Stoßwellenquelle 2 erzeugten Stoßwellen gefüllt, deren akustische Impedanz im wesentlichen der von menschlichem Gewebe entspricht. Als Ausbreitungsmedium eignet sich bei­ spielsweise Wasser. Um den Ringraum mit Wasser befüllen zu können, ist an dem Wulstteil 9 ein Schlauch 12 angebracht, der an seinem Ende mit einem schematisch angedeuteten Kupplungs­ teil 13a versehen ist und in den ein schematisch dargestelltes Absperrventil 14 geschaltet ist. Das Kupplungsteil 13a ist Be­ standteil einer Kupplung 13, deren zweites Kupplungsteil 13b an dem Ende einer Leitung 15 vorgesehen ist, die zu einem Was­ ser enthaltenden Vorratsbehälter 16 führt, der ebenso wie die Leitung 15 schematisch dargestellt ist. Der in dem Vorrats­ behälter 16 oberhalb des Wasserspiegels befindliche Raum steht mit einer schematisch angedeuteten Druckquelle 17, beispiels­ weise einem Druckluftspeicher, in Verbindung und kann mit einem mittels eines Ventils 18 einstellbaren, gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck beaufschlagt werden. Zwischen die Druckquelle 17 und den Vorratsbehälter 16 ist ein weite­ res, ebenso wie das Ventil 18 schematisch dargestelltes Ventil 19 geschaltet, das es ermöglicht, den Innenraum des Vorrats­ behälters 16 wahlweise mit der Druckquelle 17 oder über eine Entlüftungsleitung 20 mit der umgebenden Atmosphäre zu ver­ binden.

Zur Durchführung einer Behandlung wird zunächst der Schlauch 12 mittels der Kupplung 13 mit dem drucklosen Vorratsbehälter 16 verbunden und das Absperrventil 14 geöffnet. Sofern das in dem Ringraum befindliche Wasser unter einem gegenüber dem Um­ gebungsdruck erhöhten steht, strömt dieses in den Vorratsbe­ hälter 16. Dies führt dazu, daß das Schlauchteil 6 seine in der Figur strichliert angedeutete Ausgangsform annimmt, in der der Schlauchabschnitt 7 von hohlzylindrischer Gestalt ist und die Wulstteile 8, 9 eine im Querschnitt gesehen etwa U-förmige Gestalt aufweisen. Nun wird die zu behandelnde Extremität 3 in die Koppelvorrichtung 1 eingeführt bzw. die Koppelvorrichtung 1 auf die zu behandelnde Extremität 3 aufgeschoben. Dabei wird dann, wenn die zu behandelnde Extremität 3, anders als in der Figur dargestellt, einen Außendurchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser des Schlauchabschnittes 17 in seiner Ausgangsform ist, Wasser in den Vorratsbehälter 16 zurückge­ preßt. Die zu behandelnde Extremität 3 kann eventuell zur Verbesserung der akustischen Koppelung vor der Applikation der Koppelvorrichtung 1 mit einem wasserhaltigen Gel, wie es auch bei der Durchführung von Ultraschall-Untersuchungen verwendet wird, bestrichen werden. Wenn die Extremität 3 in der Koppel­ vorrichtung 1 die gewünschte Lage einnimmt, in der sich die Fraktur in Längsrichtung der Extremität 3 gesehen, vorzugs­ weise mittig zwischen den Enden der Koppelvorrichtung 1 befin­ det, wird der Vorratsbehälter 16 durch entsprechende Betäti­ gung des Ventils 20 mit einem dem jeweiligen Behandlungsfall angepaßten Druck beaufschlagt, der mittels des Ventils 18 ein­ stellbar ist. Hierbei wird Wasser aus dem Vorratsbehälter 16 in den Ringraum gepreßt, mit der Folge, daß sich der flexible und dehnbare Schlauchabschnitt 7 des Schlauchteils 6 satt an die Extremität 3 anlegt. Bei Vorliegen des gewünschten Druckes kann nach Schließen des Absperrventils 14 und nach Drucklos­ schaltung des Vorratsbehälters 16 mittels des Ventils 20 die Kupplung 13 gelöst werden und die zu behandelnde Extremität 3 so gelagert werden, daß die Koppelvorrichtung 1 im Bereich der gesamten äußeren Mantelfläche des Außenteils 5 für die Stoß­ wellenquelle 2 zugänglich ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Koppelvorrichtung 1 in nicht dargestellter Weise mit Hilfe von Haltemitteln in der entsprechenden Position fixiert wird. In dieser Position liegt die Stoßwellenquelle 2 mit ihrem flexiblen Koppelkissen 21 an der äußeren Mantelfläche des Außenteils 5 der Koppelvorrichtung 1 an, wobei es zweckmäßig ist, zur Verbesserung des Gleitverhaltens und der akustischen Koppelung das Koppelkissen 21 und/oder die äußere Mantelfläche des Außenteils 5 mit einem wasserhaltigen Gel zu bestreichen.

Da sich gezeigt hat, daß die Beaufschlagung einer Fraktur mit fokussierten Stoßwellen die Kallusbildung bzw. das Knochen­ wachstum anregt, wird zur Behandlung der Fraktur der Fokus F der mittels der Stoßwellenquelle 2 erzeugten Stoßwellen ent­ lang der gesamten Bruchspalte 4 bewegt. Hierzu wird unter ständiger Abgabe von Stoßwellen die Stoßwellenquelle 2 unter ständiger Anlage des Koppelkissens 21 an der äußeren Mantel­ fläche des Außenteils 5 allmählich um die Extremität 3 her um­ bewegt. Dabei muß zugleich durch entsprechende zusätzliche Verstellbewegungen sichergestellt sein, daß sich der Fokus F der Stoßwellen stets wenigstens im wesentlichen im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Knochen und dem diese umgebenden Ge­ webe befindet. Dies läßt sich im Falle der erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung auf technisch einfache Weise erreichen. Da die äußere Mantelfläche des Außenteils 5 der Koppelvorrichtung 1 zylindrisch ausgebildet, ist, ist nämlich gewährleistet, daß die akustische Achse A der Stoßwellenquelle 2, auf der der Fokus F der Stoßwellen liegt, bei der Behandlung stets die Mittelachse M der Koppelvorrichtung 1 schneidet. Es kann also durch eine einfache Kreisbewegung der Stoßwellenquelle um die Mittelachse M und durch ebenfalls einfaches geradliniges Ver­ schieben der Stoßwellenquelle parallel zur Mittelachse M er­ reicht werden, daß die akustische Achse A die Bruchspalte 4 für beliebige Positionen der Stoßwellenquelle 2 auf der Kreis­ bahn schneidet. Um zu gewährleisten, daß der Fokus F der Stoß­ wellen in der erforderlichen Weise in der Grenzfläche zwischen Knochen und umgebenden Gewebe liegt, muß lediglich der Fokus F in erforderlicher Weise längs der akustischen Achse A in an sich bekannter Weise verlagert werden. Es wird also deutlich, daß es die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 ermöglicht, durch technisch einfach realisierbare Verstellbewegungen der Stoßwellenquelle 2 den Fokus F der Stoßwellen entlang der Bruchspalte 4 zu verstellen. Dies geschieht unter Zuhilfenahme einer in der Figur nicht dargestellten Ortungseinrichtung, die in an sich bekannter Weise auf Röntgen- und/oder Ultraschall­ basis arbeiten kann. Die akustische Koppelung der Stoßwellen­ quelle 2 mit der zu behandelnden Extremität 3 ist unabhängig von der Position der Stoßwellenquelle 2 relativ zu der Extre­ mität 3 stets gleich gut, da einerseits infolge der zylindri­ schen Gestalt der äußeren Mantelfläche des Außenteils 5 die Kontaktfläche zwischen dem Koppelkissen 21 der Stoßwellenquel­ le 2 und der Koppelvorrichtung 1 gleich groß ist und anderer­ seits infolge der flexiblen und elastischen Eigenschaften des Schlauchabschnittes 7 stets eine satte Anlage der Koppelvor­ richtung 1 an der zu behandelnden Extremität gewährleistet ist.

Die äußere Mantelfläche des Außenteils 5 muß nicht notwendi­ gerweise zylindrisch ausgeführt sein. Es kommen auch andere rotationssymmetrische Formen, z. B. die Kugelform in Frage.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die Behandlung eines Knochenleidens. Die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung kann jedoch auch bei anderen therapeutischen und/oder diagno­ stischen medizinischen Verfahren Verwendung finden.

Claims (8)

1. Ankoppelvorrichtung zur Einleitung akustischer Wellen in den Körper eines Lebewesens, aufweisend

• a) eine Eintrittswand für die akustischen Wellen, welche durch ein eine starre rotationssymmetrische äußere Mantelfläche aufweisendes Außenteil (5) gebildet ist,
• b) eine Austrittswand für die akustischen Wellen, welche durch einen konzentrisch in den Außenteil (5) angeordneten fle­ xiblen, dehnbaren Schlauchabschnitt (7) gebildet ist, wobei der Schlauchabschnitt (7) gemeinsam mit dem Außenteil (5) einen Ringraum begrenzt, und
• c) ein in dem Ringraum enthaltenes Ausbreitungsmedium für die akustischen Wellen.

2. Ankoppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des Außenteiles (5) zylindrisch ausgebildet ist.

3. Ankoppelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Ringraumes und die Menge des in diesem enthaltenen Ausbreitungsmediums variabel sind.

4. Ankoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aku­ stischen Impedanzen des Ausbreitungsmediums, des Werkstoffes des Außenteiles (5) und des Materials des Schlauchabschnittes (7) wenigstens im wesentlichen übereinstimmen.

5. Ankoppelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Impedanzen des Ausbreitungsmediums, des Werkstoffes des Außenteiles (5) und des Materials des Schlauchabschnittes (7) wenigstens im wesentlichen mit dem von tierischem, insbesondere menschlichem Gewebe übereinstimmen.

6. Ankoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Aus­ breitungsmedium Wasser vorgesehen ist.

7. Ankoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Werk­ stoff für das Außenteil (5) wenigstens ein Stoff der Gruppe EPDM-Gummi, Polymethylpentene (TPX), Polystyrol vorgesehen ist.

8. Ankoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Schlauchabschnitt (7) wenigstens ein Stoff der Gruppe EPDM-Gummi, Polyvinylchlorid (PVC) vorgesehen ist.