DE68912424T2

DE68912424T2 - Method and device for adjusting the spark gap of a non-contact lithotriptor.

Info

Publication number: DE68912424T2
Application number: DE1989612424
Authority: DE
Inventors: Vaclav Babicky; Zbysek Barta; Jiri Benes; Karel Kolacek; Vaclav Prof Kordac; Cestmir Stuka; Pavel Sunka
Original assignee: Matematicko-Fyzikalni Fakulta University Karlovy V Praze
Current assignee: Matematicko-Fyzikalni Fakulta University Karlovy V Praze
Priority date: 1988-07-01
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-07-01
Also published as: CS270064B1; CS477188A1; EP0349915A1; DE68912424D1; JPH02154749A; EP0349915B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Anpassen der Position von Spitzen einer Funkenstrecke eines Stoßwellengenerators eines berührungsfreien Lithotriptors sowie auf Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method and an arrangement for adjusting the position of tips of a spark gap of a shock wave generator of a contact-free lithotriptor as well as to arrangements for implementing the method.

Ein solcher Lithotriptor ist z. B. bekannt aus FR-A-2 593 382.Such a lithotriptor is known, for example, from FR-A-2 593 382.

Die Elektroden einer solchen Vorrichtung werden von Impulsströmen mit hohen Amplituden durchflossen, die zur Erzeugung von Stoßwellen erforderlich sind. Diese Ströme nutzen die Spitzen der Elektroden ab und vergrößern so die Länge der Funkenstrecke, so daß diese häufig neu angepaßt werden muß. Funkenstrecken mit anpaßbaren Spitzen werden in der Regel mechanisch gesteuert, das Verfahren zu ihrer Steuerung ist jedoch empirisch und hängt von der Erfahrung des Bedieners ab. Der größere Teil der Regelverfahren basiert daher auf der Aufnahme von Distanzen oder Positionen von Spitzen der Funkenstrecke und kann nur grob die Verkürzung der Elektroden kompensieren. Die Änderung der Geometrie der Elektrodenoberfläche, die wesentlich die Verteilung des elektrischen Feldes in der Nähe der Spitzen der Funkenstrecke und damit auch die Größe der Lichtbogenspannung beeinflußt, kann jedoch durch dieses Verfahren nicht berücksichtigt werden.The electrodes of such a device are passed through by pulse currents with high amplitudes, which are required to generate shock waves. These currents wear down the tips of the electrodes and thus increase the length of the spark gap, so that it must be readjusted frequently. Spark gaps with adjustable tips are usually controlled mechanically, but the method of controlling them is empirical and depends on the experience of the operator. The majority of control methods are therefore based on recording distances or positions of the tips of the spark gap and can only roughly compensate for the shortening of the electrodes. However, the change in the geometry of the electrode surface, which significantly influences the distribution of the electric field near the tips of the spark gap and thus also the magnitude of the arc voltage, cannot be taken into account by this method.

FR-A-2 593 382 offenbart einen Lithotriptor, dessen Funkenstrecke in Abhängigkeit von der Anzahl der durchgeführten Entladungen und/oder der Entladungsspannung der Funkenstrecke fortlaufend neu angepaßt wird. Obwohl dieses Neuanpassungsverfahren einen automatischen Betrieb des Lithotriptors ermöglicht, leidet es an denselben Nachteilen wie oben beschrieben, da es keine unregelmäßige Abnutzung der Spitzen berücksichtigen kann, und, wie im folgenden gezeigt wird, die Beziehung zwischen Entladungsspannung und Funkenstreckenlänge nicht eindeutig ist, so daß die Richtung der notwendigen Neuanpassung nicht mit Sicherheit aus der Entladungsspannung geschlossen werden kann.FR-A-2 593 382 discloses a lithotriptor whose spark gap is adjustable depending on the number of discharges performed and/or the discharge voltage of the spark gap. is continuously readjusted. Although this readjustment method enables automatic operation of the lithotriptor, it suffers from the same disadvantages as described above, since it cannot take into account irregular wear of the tips and, as will be shown below, the relationship between discharge voltage and spark gap length is not unique, so that the direction of the necessary readjustment cannot be deduced with certainty from the discharge voltage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diese Nachteile weitgehend zu beheben und ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die Mittel zum Aufrechterhalten des korrekten Betriebs der Stoßwellengeneratoren für den erwähnten Zweck bereitstellen.The object of the present invention is to largely eliminate these disadvantages and to provide a method and an arrangement which provide means for maintaining the correct operation of the shock wave generators for the aforementioned purpose.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anordnung wie jeweils beansprucht gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung gerichtet.This object is achieved by a method and an arrangement as claimed. Dependent claims are directed to preferred embodiments of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Zeitintervall vom Beginn der Aufladung oder von einem Ladungszustand eines Funktionskondensators des Generators bis zum Moment der Entladung in der wassergefüllten Funkenstrecke bestimmt und auf der Grundlage des so erhaltenen Zeitintervalls die Anpassung der Spitzen der Funkensstrecke des Generators durchgeführt.According to the present invention, the time interval from the start of charging or from a charge state of a functional capacitor of the generator to the moment of discharge in the water-filled spark gap is determined and on the basis of the time interval thus obtained, the adjustment of the peaks of the spark gap of the generator is carried out.

Bei der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei anpaßbaren Elektroden sind beide Elektrodenspitzen in einem Gehäuse untergebracht, das mit Schlitzen versehen ist, die einen Raumwinkel zur Ausbreitung der Stoßwelle festlegen, wobei das obere Führungsmittel der Elektrodenspitze eine konische Form mit einem dem Öffnungswinkel des Reflektors entsprechenden Scheitelwinkel hat. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Anordnung mit einer drahtförmigen beweglichen Spitze versehen werden, der gegenüber das obere Führungsmittel der Spitze der anderen Elektrode in Form eines Kegels mit einem dem Öffnungswinkel des Reflektors entsprechenden Scheitelwinkel angeordnet ist.In the arrangement for carrying out the method with two adjustable electrodes, both electrode tips are housed in a housing provided with slots that form a solid angle for the propagation of the shock wave wherein the upper guide means of the electrode tip has a conical shape with an apex angle corresponding to the opening angle of the reflector. According to an alternative embodiment, the arrangement can be provided with a wire-shaped movable tip, opposite which the upper guide means of the tip of the other electrode is arranged in the form of a cone with an apex angle corresponding to the opening angle of the reflector.

Der Hauptvorteil des Verfahrens gemäß dieser Erfindung und der entsprechenden Anordnung ist die Verlängerung der Lebensdauer der Funkenstrecke auf ein Mehrfaches der Lebensdauern existierender Funkenstrecken unter Sicherstellung einer guten Reproduzierbarkeit einzelner Stöße, wodurch die Heilungseffizienz verbessert wird. Die Funkenstrecke mit anpaßbaren Spitzen kann mit Mitteln zum Aufnehmen von deren Position zueinander, mit einer geeigneten Regelungseinheit und einer Arbeitseinheit, z. B. einem elektromechanischen Wandler, zur Anpassung der Position der Spitzen der Funkenstrecke versehen sein. In dem Fall, daß der Meßwert der Aufnahmevorrichtung, die die Position der Spitzen der Funkenstrecke bestimmt, auf eine Anzeige übertragen wird, kann die Position der Spitzen auch manuell geregelt werden. Im Gegensatz zu einer in DE-C-3 543 881 beschriebenen Anordnung ist die Funkenstrecke verschiebbar, und anders als bei einer anderen bekannten Anordnung ist die Funkenstrecke koaxial.The main advantage of the method according to this invention and the corresponding arrangement is the extension of the lifetime of the spark gap to several times the lifetime of existing spark gaps while ensuring good reproducibility of individual shocks, thereby improving the healing efficiency. The spark gap with adjustable tips can be provided with means for recording their position relative to each other, with a suitable control unit and a working unit, e.g. an electromechanical transducer, for adjusting the position of the tips of the spark gap. In the case that the measured value of the recording device determining the position of the tips of the spark gap is transmitted to a display, the position of the tips can also be controlled manually. In contrast to an arrangement described in DE-C-3 543 881, the spark gap is displaceable, and unlike another known arrangement, the spark gap is coaxial.

Das Verfahren und die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, von denenThe method and arrangement according to the present invention are described below in detail with reference to the drawings, of which

Fig. 1 ein Diagramm des Spannungsverlaufs einer Funkenstrecke für Stoßwellen in Abhängigkeit von der Zeit zeigt undFig. 1 shows a diagram of the voltage curve of a spark gap for shock waves as a function of time and

Fig. 2 und 3 schematische Aufrisse von zwei Ausgestaltungen jeweiliger Anordnungen zeigen.Fig. 2 and 3 show schematic elevations of two embodiments of the respective arrangements.

Mit Bezug auf Fig. 1, die den Spannungsverlauf einer Funkenstrecke für Stoßwellen mit angezeigten zur Regelung verwendeten Zeitintervallen zeigt, wobei U die Spannung über der Funkenstrecke und t die Zeit in us angibt, ist zu sehen, daß nach einem Impulsladevorgang des Funktionskondensators die Spannung aufgrund von Leckage durch den Widerstand des Wassers der Funkenstrecke langsam abnimmt. Wenn das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Aufladens und der Entladung über der wassergefüllten Funkenstrecke kleiner als tmin ist, hat die Entladung stattgefunden, bevor der Funktionskondensator ausreichend aufgeladen war, und der Elektrodenabstand muß erhöht werden. Wenn das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Impulsladens und der Entladung größer als tmax entsprechend der Veränderlichkeit der Entladungsspannung U ist, oder falls keine Entladung festgestellt wird, muß der Elektrodenabstand verringert werden.Referring to Fig. 1, which shows the voltage curve of a spark gap for shock waves with the time intervals used for regulation indicated, where U is the voltage across the spark gap and t is the time in us, it can be seen that after a pulse charge of the functional capacitor, the voltage slowly decreases due to leakage through the resistance of the water of the spark gap. If the time interval between the start of charging and the discharge across the water-filled spark gap is less than tmin, the discharge has taken place before the functional capacitor was sufficiently charged and the electrode gap must be increased. If the time interval between the start of the pulse charge and the discharge is greater than tmax according to the variability of the discharge voltage U, or if no discharge is detected, the electrode gap must be reduced.

Die Regelung läuft wie folgt ab. Zu Beginn des Ladens des Funktionskondensators oder von einem anderen definierten Ladezustand ab wird das Zeitintervall bis zum Moment der Entladung in der wassergefüllten Funkenstrecke oder bis zu einem anderen, direkt mit der Entladung in der wassergefüllten Funkenstrecke zusammenhängenden Zeitpunkt gemessen. Diese Zeitinformation wird für eine Anpassung des Abstandes der Elektroden verwendet. Wenn ein kurzes Zeitintervall zwischen dem Beginn des Ladens und der Entladung liegt, in dem kein volles Laden des Funktionskondensators stattgefunden hat, muß der Abstand der Elektrodenspitzen vergrößert werden. Im Fall eines langen Zeitintervalls zwischen Beginn des Ladens und der Entladung der Funkenstrecke, in dem bereits eine teilweise Entladung des Funktionsgenerators stattgefunden hat, muß der Abstand der Spitzen verringert werden.The control works as follows. At the beginning of the charging of the functional capacitor or from another defined charging state, the time interval is measured until the moment of discharge in the water-filled spark gap or until another point in time directly related to the discharge in the water-filled spark gap. This time information is used for adaptation of the distance between the electrodes. If there is a short time interval between the start of charging and the discharge, during which the function capacitor has not been fully charged, the distance between the electrode tips must be increased. In the case of a long time interval between the start of charging and the discharge of the spark gap, during which a partial discharge of the function generator has already taken place, the distance between the tips must be reduced.

Example:

Während der Prüfuntersuchungen der Anordnung ist ein minimales Zeitintervall tmin von 40 us und ein maximales Zeitintervall von 300 us bestimmt worden. Für bis zu 120 Beschallungen mit der Stoßwelle verließ das gemessene Zeitintervall nicht die Zeitgrenze tmin - tmax. Der Abstand der Elektroden wurde anschließend um 0,2 mm verringert. Eine nachfolgende Regelung wurde anschließend nach nur 30 Stößen durchgeführt.During the test investigations of the arrangement, a minimum time interval tmin of 40 us and a maximum time interval of 300 us were determined. For up to 120 shock wave exposures, the measured time interval did not exceed the time limit tmin - tmax. The distance between the electrodes was then reduced by 0.2 mm. A subsequent adjustment was then carried out after only 30 shocks.

Die Prüfuntersuchungen wurden bei einer Kapazität des Entladungskondensators von 1 uF bei einer Spannung von 10 kV durchgeführt. Unter diesen Bedingungen wurden 300 Stöße zum Zerstören eines großen Gallensteins benötigt.The tests were carried out with a discharge capacitor capacity of 1 uF at a voltage of 10 kV. Under these conditions, 300 shocks were required to destroy a large gallstone.

Die Anordnung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wie in Fig. 2 gezeigt umfaßt einen Reflektor 1, mit dem ein Funktionskondensator 2 verbunden ist. Die eigentliche Funkenstrecke, mit einer oberen Spitze 3 und einer unteren Spitze 4 in einem Gehäuse 5, das außer seiner Unterstützungsfunktion auch die obere Spitze 3 mit Strom versorgt, liegt im Fokus des Ellipsoids des Reflektors 1. Das Gehäuse 5 ist mit Schlitzen 6 versehen, die den räumlichen Ausbreitungswinkel von durch die Entladung in der Funkenstrecke erzeugten Stoßwellen festlegen. Das obere Führungsmittel 7 der Spitze 3 der Elektrode hat die Form eines Kegels mit einem dem Öffnungswinkel des Reflektors entsprechenden Scheitelwinkel. Wenigstens eine der Elektroden der Anordnung ist mit einem Verschiebemittel (nicht gezeigt) versehen.The arrangement for carrying out the method according to the present invention as shown in Fig. 2 comprises a reflector 1 to which a functional capacitor 2 is connected. The actual spark gap, with an upper tip 3 and a lower tip 4 in a housing 5, which, in addition to its supporting function, also contains the upper tip 3 supplied with current, lies in the focus of the ellipsoid of the reflector 1. The housing 5 is provided with slots 6 which determine the spatial propagation angle of shock waves generated by the discharge in the spark gap. The upper guide means 7 of the tip 3 of the electrode has the shape of a cone with an apex angle corresponding to the opening angle of the reflector. At least one of the electrodes of the arrangement is provided with a displacement means (not shown).

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Funkenstrecke. Die Funkenstrecke ist im Reflektor 1 angeordnet und umfaßt eine bewegliche Spitze 8 in Form eines Drahts, der gegenüber einem oberen Führungsmittel 7 angeordnet ist, das die Form eines Kegels mit einem dem Öffnungswinkel des Reflektors 1 entsprechenden Scheitelwinkel hat. Die bewegliche Spitze 8 ist mit einer Verschiebevorrichtung (nicht gezeigt) versehen.Fig. 3 shows an alternative design of the spark gap. The spark gap is arranged in the reflector 1 and comprises a movable tip 8 in the form of a wire, which is arranged opposite an upper guide means 7 which has the shape of a cone with an apex angle corresponding to the opening angle of the reflector 1. The movable tip 8 is provided with a displacement device (not shown).

Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnungen arbeiten wie folgt. Nachdem der Reflektor 1 mit Wasser gefüllt ist und der Patient in Kontakt mit dessen oberem Teil gebracht worden ist, wird die zu heilende Stelle korrekt angepaßt, und anschließend wird zwischen den Spitzen 3, 4 eine Entladung mit Hilfe des Funktionskondensators 2 erzeugt, wobei Energie von dieser durch die fokussierte Stoßwelle zu der Stelle übertragen wird, an der die Heilung des Patienten durchzuführen ist. Im Fall von Abnutzung der Funkenstrecke oder der Spitzen 3 bzw. 4 wird ihre Anpassung mit Hilfe der Verschiebevorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt.The arrangements shown in Fig. 2 and 3 work as follows. After the reflector 1 is filled with water and the patient is brought into contact with its upper part, the place to be healed is correctly adjusted, and then a discharge is generated between the tips 3, 4 by means of the functional capacitor 2, energy from which is transferred by the focused shock wave to the place where the patient is to be healed. In case of wear of the spark gap or the tips 3 and 4, respectively, their adjustment is carried out by means of the displacement device (not shown).

Claims

1. Method for adjusting the position of tips of a spark gap of a shock wave generator for contactless lithotripsy, characterized in that a time interval from the start of charging or from a charge state of a functional capacitor to the discharge of the water-filled spark gap is measured, after which the adjustment of the tips of the spark gap is carried out on the basis of the time interval thus measured.

2. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, with a reflector ellipsoid (1) and two movable electrodes, the spark gap defined by the tips (3, 4) of the electrodes being in the focus of the ellipsoid (1), characterized in that it comprises a means for determining a time interval from the start of charging or the state of charge of the function generator to the discharge of the water-filled spark gap, that both tips (3, 4) of the electrodes are enclosed in a housing arranged in the focus of the ellipsoid of the reflector, which housing (5) is provided with slots (6) which define a solid angle in which the shock wave propagates, that an upper guide means (7) for the tip of the electrode (3) has a conical shape with an apex angle corresponding to the opening angle of the reflector (1), and that at least one of the two electrodes is provided with a displacement device.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that it is provided with a movable tip (8) in the form of a wire which is provided opposite the upper guide means (7) of the tip of the electrode (3), and in that the movable tip (8) is provided with a displacement device.