EP0359863B1

EP0359863B1 - High voltage generator and method for producing a high-voltage pulse with a large current for driving a shock-wave generator

Info

Publication number: EP0359863B1
Application number: EP88115714A
Authority: EP
Inventors: Helmut Prof. Dr.-Ing. Ermert; Manfred Dr.-Ing. Pfeiler
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1994-05-04
Anticipated expiration: 2008-09-23
Also published as: US5109338A; JPH0245177U; EP0359863A1; DE3889452D1

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung eines Hochspannungsimpulses hoher Stromstärke zum Antrieb einer Stoßwellenquelle, welche zur Erzeugung einer Stoßwelle in einem akustischen Übertragungsmedium dient.The invention relates to the generation of a high-voltage pulse of high current strength for driving a shock wave source, which is used to generate a shock wave in an acoustic transmission medium.

Akustische Stoßwellen werden in der Technik für die unterschiedlichsten Zwecke, beispielsweise in der Materialforschung, eingesetzt. In der medizinischen Technik dienen sie zur nicht- invasiven Behandlung von Steinleiden. Dabei werden auf einen im Körper eines Patienten befindlichen Stein, z.B. einen Nierenstein, fokussierte Stoßwellen in den Körper des Patienten eingeleitet, unter deren Wirkung der Stein in Fragmente zerfällt, die auf natürlichem Wege abgehen oder durch zusätzliche chemo- therapeutische Maßnahmen aufgelöst werden können. Außerdem ist daran gedacht, krankhafte Gewebeveränderungen, z.B. Tumore, mit Stoßwellen zu behandeln.Acoustic shock waves are used in technology for a wide variety of purposes, for example in materials research. In medical technology, they are used for the non-invasive treatment of stone ailments. A stone in the body of a patient, e.g. a kidney stone, focused shock waves are introduced into the patient's body, under the effect of which the stone disintegrates into fragments that come off naturally or can be resolved by additional chemotherapeutic measures. It is also contemplated that pathological tissue changes, e.g. Tumors to be treated with shock waves.

Zur Erzeugung der Stoßwellen finden Stoßwellenquellen unterschiedlicher Bauart Verwendung, z.B. Stoßwellenquellen mit Unterwasserfunkenstrecke (DE-OS 26 50 624), Stoßwellenquellen nach dem elektrodynamischen Prinzip (DE-OS 33 28 051) und Stoßwellenquellen nach dem piezoelektrischen Prinzip (DE-OS 33 19 871). All diesen Stoßwellenquellen ist gemeinsam, daß ihnen zur Erzeugung einer Stoßwelle ein Hochspannungsimpuls hoher Stromstärke zugeführt werden muß. Dieser wird gewöhnlich mittels eines Hochspannungsgenerators erzeugt, der eine Hochspannungsversorgung, einen mittels der Hochspannungsversorgung auf Hochspannung aufladbaren Hochspannungskondensator und einen Hochspannungs-Schalter, z.B. eine triggerbare Schaltfunkenstrecke, enthält. Dabei dient der Hochspannungs-Schalter dazu, den aufgeladenen Hochspannungskondensator an die Stoßwellenquelle anzuschalten, so daß sich die in dem Hochspannungskondensator gespeicherte elektrische Energie zur Erzeugung einer Stoßwelle schlagartig in die Stoßwellenquelle entlädt (siehe z.B. DE-OS 33 28 051). Dabei ist von Nachteil, daß eine teuere und relativ störanfällige Hochspannungsversorgung erforderlich ist und der Hochspannungs-Schalter relativ rasch verschleißen kann und dann ausgetauscht werden muß. Außerdem läßt sich die Wellenform (zeitlicher Amplitudenverlauf und Impulsdauer) der unter Zuhilfenahme des bekannten Hochspannungsgenerators erzeugten Stoßwellen an die Bedürfnisse des jeweiligen Therapiefalles nur schwer anpassen. Die kapazitiven, induktiven und ohm'schen Widerstandskomponenten der Stoßwellenquelle bilden nämlich gemeinsam mit den Bauelementen des Hochspannungsgenerators ein Netzwerk, in dem bei der Entladung des Hochspannungskondensators impulsartige Spannungs- und/oder Stromverläufe hoher Energie auftreten. Deren zeitlicher Verlauf bestimmt zusammen mit den akustischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle und des Überlagerungsmediums (Wasser, Körpergewebe) die Wellenform der erzeugten Stoßwelle. Eine Einflußnahme auf die Wellenform der erzeugten Stoßwelle ist somit nur durch Veränderung des durch den Hochspannungsgenerator und die Stoßwellenquelle gebildeten elektrischen Netzwerkes oder der akustischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle möglich, sehr was umständlich und in der klinischen Praxis nicht durchführbar ist. Üblicherweise stellt daher die Wellenform der erzeugten Stoßwellen einen Kompromiß dar, der allen, nämlich den heute zur Routine gehörenden und in klinischer Forschung angegangenenen als auch den zukünftig möglichen Therapiefällen mit Sicherheit nicht gerecht werden kann.Shock wave sources of various types are used to generate the shock waves, for example shock wave sources with an underwater spark gap (DE-OS 26 50 624), shock wave sources according to the electrodynamic principle (DE-OS 33 28 051) and shock wave sources according to the piezoelectric principle (DE-OS 33 19 871) . All these shock wave sources have in common that a high voltage pulse of high current must be supplied to generate a shock wave. This is usually generated by means of a high-voltage generator which has a high-voltage supply, a high-voltage capacitor which can be charged to high voltage by means of the high-voltage supply and contains a high-voltage switch, for example a triggerable switching spark gap. The high-voltage switch serves to connect the charged high-voltage capacitor to the shock wave source, so that the electrical energy stored in the high-voltage capacitor is suddenly discharged into the shock wave source to generate a shock wave (see, for example, DE-OS 33 28 051). The disadvantage here is that an expensive and relatively fault-prone high-voltage supply is required and the high-voltage switch can wear out relatively quickly and then has to be replaced. In addition, the waveform (temporal amplitude curve and pulse duration) of the shock waves generated with the aid of the known high-voltage generator is difficult to adapt to the needs of the respective therapy case. The capacitive, inductive and ohmic resistance components of the shock wave source, together with the components of the high-voltage generator, form a network in which pulsed voltage and / or current curves of high energy occur when the high-voltage capacitor is discharged. Together with the acoustic properties of the shock wave source and the overlay medium (water, body tissue), their temporal course determines the wave form of the generated shock wave. It is therefore only possible to influence the waveform of the shock wave generated by changing the electrical network formed by the high-voltage generator and the shock wave source or the acoustic properties of the shock wave source, which is cumbersome and cannot be carried out in clinical practice. Usually, the waveform of the generated shock waves therefore represents a compromise that certainly cannot do justice to all, namely those that are routine today and have been used in clinical research as well as the future possible therapy cases.

Außerdem ist bei den bekannten Hochspannungsgeneratoren infolge des Umstandes, daß die zur Aufladung des Hochspannungskondensators vorgesehene Hochspannungsversorgung nur einen relativ geringen Ladestrom liefern kann, die zur Aufladung des Hochspannungskondensators erforderliche Zeit relativ groß und die maximale Wiederholfrequenz der Stoß wellenerzeugung entsprechend gering.In addition, in the known high-voltage generators due to the fact that the high-voltage supply provided for charging the high-voltage capacitor can only deliver a relatively low charging current, the time required for charging the high-voltage capacitor is relatively large and the maximum repetition frequency of the shock wave generation is correspondingly low.

Es ist zwar denkbar, als Hochspannungs-Schalter als Schalter betriebene Halbleiter-Elemente vorzusehen, jedoch scheitert dies an den für den Betrieb mit Hochspannung und hohen Strömen nicht geeigneten technischen Eigenschaften der Halbleiter- Elemente.Although it is conceivable to provide semiconductor elements operated as switches as high-voltage switches, this fails because of the technical properties of the semiconductor elements which are unsuitable for operation with high voltage and high currents.

Außerdem wurde bereits in Betracht gezogen, die Stoßwellenquelle mittels eines Generators anzutreiben, der ähnlich wie ein Ultraschallsender aufgebaut ist und mittels dessen die Stoßwellenquelle zur Anpassung der Wellenform der Stoßwelle an den jeweiligen Therapiefall mit Impulsen unterschiedlichen zeitlichen Verlaufes beaufschlagbar ist (DE-OS 31 19 295). Solche Lösungen sind jedoch nur für vergleichsweise geringe Spannungen und Ströme geeignet, die allenfalls zum Antrieb bestimmter piezoelektrischer Stoßwellenquellen ausreichen.In addition, it has already been considered to drive the shock wave source by means of a generator which is constructed similarly to an ultrasound transmitter and by means of which the shock wave source can be acted upon with pulses of different temporal characteristics in order to adapt the wave form of the shock wave to the respective therapy case (DE-OS 31 19 295 ). However, such solutions are only suitable for comparatively low voltages and currents, which are at most sufficient to drive certain piezoelectric shock wave sources.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, wie eine Hochspannungsversorgung und Hochspannungs-Schalter zu vermeiden sind und im Zusammenwirken mit einer Stoßwellenquelle beliebiger Bauart auf einfache Weise eine Einflußnahme auf die Wellenform der erzeugten Stoßwelle möglich ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, einen zum Antrieb von Stoßwellenquellen geeigneten Hochspannungsimpuls hoher Stromstärke ohne Hochspannungsversorgung und Hochspannungs-Schalter zu erzeugen.The invention has for its object to provide a way how a high voltage supply and high voltage switch are to be avoided and in cooperation with a shock wave source of any type can easily influence the waveform of the generated shock wave. In addition, the invention is based on the object of specifying a method which makes it possible to generate a high-voltage pulse of high current intensity suitable for driving shock wave sources without a high-voltage supply and high-voltage switch.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines Hochspannungsgenerators, der einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Niederspannungssignales und ein impulsformendes Netzwerk aufweist, das eine solche Übertragungsfunktion besitzt, daß es das von dem Signalgenerator stammende Niederspannungssignal unter Verkürzung von dessen Impulsdauer in einen Hochspannungsimpuls überführt, dessen Energiegehalt im wesentlichen dem des Niederspannungssignales entspricht, zur Erzeugung eines zum Antrieb einer Stoßwellenquelle, welche zur Erzeugung einer Stoßwelle in einem akustischen Ausbreitungsmedium dient, geeigneten Hochspannungsimpulses hoher Stromstärke, wobei der Energiegehalt des Niederspannungsignales zur Erzeugung einer Stoßwelle ausreicht und das impulsformende Netzwerk zwischen den Signalgenerator und die Stoßwellenquelle geschaltet ist. Im Falle der Erfindung wird also der Hochspannungsimpuls nicht unter Zuhilfenahme von Hochspannungs-Schaltern erzeugt, sondern mittels des impulsformenden Netzwerkes, das aus passiven verlustarmen Bauelementen, z.B. Spulen und Kondensatoren, aufgebaut ist. Außerdem ist im Gegensatz zum Stand der Technik keine Hochspannungsversorung erforderlich. An deren Stelle tritt im Falle der Erfindung der Signalgenerator, der lediglich Niederspannungssignale erzeugt. Ein solcher Signalgenerator kann in konventioneller Technik kostengünstig aufgebaut werden. Außerdem kann mit geringem technischen Aufwand allein durch Maßnahmen am Signalgenerator die Signaldauer und/oder der Amplitudenverlauf des erzeugten Niederspannungssignales und damit die Gestalt des hinter dem impulsformenden Netzwerk vorliegenden Hochspannungsimpulses beeinflußt werden, dessen zeitlicher Verlauf für die Wellenform der erzeugten Stoßwelle von entscheidender Bedeutung ist, so daß auf einfache Weise Stoßwellen unterschiedlicher Wellenform erzeugt werden können. Die maximale Wiederholfrequenz der Stoßwellenerzeugung ist gegenüber dem Stand der Technik erheblich gesteigert, da der Signalgenerator die Niederspannungssignale mit hoher Folgefrequenz abgeben kann. Die Funktion des impulsformenden Netzwerkes beruht auf der Tatsache, daß Signale beliebiger Gestalt durch Überlagerung von harmonischen Schwingungen unterschiedlicher Frequenz darstellbar sind. Durchläuft ein Signal somit ein Netzwerk, dessen Übertragungsfunktion so gewählt ist, daß für unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Laufzeiten vorliegen, tritt bei geeigneter Wahl der Übertragungsfunktion infolge der unterschiedlichen Laufzeiten der einzelnen Frequenzkomponenten des Niederspannungssignales eine Steigerung der Amplitude des Signales bei gleichzeitiger Verringerung der Signaldauer auf. Es wird somit deutlich, daß mittels eines impulsformenden Netzwerkes auf einfache Weise ein Niederspannungssignal in einen Hochspannungsimpuls überführt werden kann, dessen Impulsdauer wesentlich kürzer als die Signaldauer des Niederspannungssignales ist. Dabei bleibt nicht nur die Bandbreite des Niederspannungssignales, sondern bei Aufbau des Netzwerkes aus verlustarmen Bauelementen auch der Energiegehalt des Niederspannungssignales im wesentlichen erhalten. Der Hochspannungsgenerator kann im Falle der Erfindung mit Stoßwellenquellen beliebiger Bauart zusammenwirken, sofern zu deren Antrieb Hochspannungsimpulse erforderlich sind.According to the invention, this object is achieved by the use of a high-voltage generator which has a signal generator for generating a low-voltage signal and a pulse-shaping network which has such a transfer function that it converts the low-voltage signal originating from the signal generator into a high-voltage pulse while shortening its pulse duration, the energy content of which corresponds essentially to that of the low-voltage signal, for generating a high-voltage pulse of high current strength suitable for driving a shock wave source which is used to generate a shock wave in an acoustic propagation medium, the energy content of the low-voltage signal being sufficient for generating a shock wave and the pulse-forming network between the signal generator and the shock wave source is switched. In the case of the invention, the high-voltage pulse is therefore not generated with the aid of high-voltage switches, but rather by means of the pulse-forming network, which is made up of passive, low-loss components, for example coils and capacitors. In addition, in contrast to the prior art, no high-voltage supply is required. In the place of the invention, the signal generator, which only generates low-voltage signals, takes its place. Such a signal generator can be constructed inexpensively using conventional technology. In addition, the signal duration and / or the amplitude profile of the low-voltage signal generated and thus the shape of the high-voltage pulse behind the pulse-shaping network, the timing of which is of crucial importance for the waveform of the generated shock wave, can be influenced with little technical effort solely on the signal generator that shock waves of different waveforms can be generated in a simple manner. The maximum repetition frequency of the shock wave generation is opposite the state of the art significantly increased, since the signal generator can deliver the low-voltage signals with a high repetition frequency. The function of the pulse-forming network is based on the fact that signals of any shape can be represented by superimposing harmonic vibrations of different frequencies. If a signal thus travels through a network, the transmission function of which is selected such that different transit times are available for different frequencies, an increase in the amplitude of the signal with a simultaneous reduction in the signal duration occurs due to the different transit times of the individual frequency components of the low-voltage signal. It is thus clear that a low-voltage signal can be easily converted into a high-voltage pulse by means of a pulse-forming network, the pulse duration of which is considerably shorter than the signal duration of the low-voltage signal. Not only does the bandwidth of the low-voltage signal remain, but the energy content of the low-voltage signal is essentially preserved when the network is made up of low-loss components. In the case of the invention, the high-voltage generator can interact with shock wave sources of any type, provided high-voltage pulses are required to drive them.

Impulsformende Netzwerke, die eine solche Übertragungsfunktion besitzen, daß ein dem Netzwerk zugeführtes Signal unter Verkürzung seiner Signaldauer in einen Impuls hoher Amplitude überführt wird, sind im Zusammenhang mit dem sogenannten Pulskompressionsradar übrigens bereits bekannt (siehe Nachrichtentechnische Zeitschrift, Vol. 21, Heft 2, Seiten 69 bis 74, D. Achilles, "Der Entwurf von Allpässen für die Impulsverdichtung", VDE VErlag GmbH, Berlin, 1968).Incidentally, pulse-forming networks which have such a transfer function that a signal supplied to the network is converted into a pulse of high amplitude by shortening its signal duration are already known in connection with the so-called pulse compression radar (see Nachrichtenentechnische Zeitschrift, Vol. 21, No. 2, pages 69 to 74, D. Achilles, "The design of all-passports for pulse compression", VDE VErlag GmbH, Berlin, 1968).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß als impulsformendes Netzwerk ein mehrstufiges aus LC-Allpaßnetzwerken gebildetes Filter vorgesehen ist. Ein derartiges Filter kann aus hochspannungsfesten Kondensatoren und Induktivitäten auf einfache Weise und nahezu verlustfrei aufgebaut werden. Dabei kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß das impulsformende Netzwerk eine umschaltbare Übertragungsfunktion aufweist, was durch Umschaltung der Verbindungen der Bauelemente des impulsformenden Netzwerkes leicht realisierbar ist. Durch Umschalten der Übertragungsfunktion besteht die Möglichkeit, bei identischem Niederspannungssignal die Wellenform der erzeugten Stoßwelle zu verändern, da der Stoßwellenquelle dann in Abhängigkeit von der gewählten Übertragungsfunktion unterschiedliche Hochspannungsimpulse zuführbar sind.According to one embodiment of the invention, a multi-stage filter formed from LC all-pass networks is provided as the pulse-forming network. Such a filter can be constructed from high-voltage-resistant capacitors and inductors in a simple manner and almost without loss. It can be provided according to an embodiment of the invention that the pulse-forming network has a switchable transfer function, which can be easily achieved by switching the connections of the components of the pulse-forming network. By switching the transfer function, it is possible to change the waveform of the generated shock wave with an identical low voltage signal, since different high voltage pulses can then be supplied to the shock wave source depending on the selected transfer function.

Die Wellenform der erzeugten Stoßwelle kann auf besonders vielfältige und besonders einfache Weise beeinflußt werden, wenn der Signalgenerator gemäß einer Variante der Erfindung derart ausgebildet ist, daß die Signaldauer und/oder der Amplitudenverlauf des erzeugten Niederspannungssignales einstellbar sind.The waveform of the shock wave generated can be influenced in a particularly varied and particularly simple manner if the signal generator is designed in accordance with a variant of the invention in such a way that the signal duration and / or the amplitude profile of the low-voltage signal generated can be set.

Da der Signalgenerator als Niederspannungsschaltung ausgeführt ist, sind die hierzu erforderlichen schaltungstechnischen Maßnahmen mit keinerlei Schwierigkeiten verbunden. Auf besonders einfache Weise kann ein derartiger Signalgenerator realisiert werden, wenn er gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Digital/Analog-Wandler enthält und eine elektronische Recheneinrichtung vorgesehen ist, mittels derer dem Digital/Analog-Wandler des Signalgenerators eine zeitliche Folge von der Signaldauer und dem Amplitudenverlauf des Niederspannungssignales entsprechenden Amplitudenwerten zuführbar ist, die der Digital/Analog-Wandler in das Niederspannungssignal wandelt. Durch Veränderung der zeitlichen Folge von Amplitudenwerten können im Rahmen der durch die Auflösung und die Wandlungszeit des Digital/Analog-Wandlers gegebenen Grenzen Niederspannungssignale beliebiger Signalform realisiert werden. Dabei kann vorgesehen sein, daß mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine dem jeweiligen Behandlungsfall angepaßte zeitliche Folge von Amplitudenwerten errechnet wird, die in einem Speicher der elektronischen Recheneinrichtung gespeichert wird und jedesmal dann, wenn eine entsprechende Stoßwelle erzeugt werden soll, dem Digital/Analog-Wandler zugeführt wird. Es besteht außerdem die Möglichkeit, eine Anzahl von vorgegebenen zeitlichen Folgen von Amplidutenwerten, wobei jede Folge einer bestimmten Wellenform der erzeugten Stoßwelle entspricht, in dem Speicher abzulegen und bei Bedarf dem Digital/Analog-Wandler zuzuführen.Since the signal generator is designed as a low-voltage circuit, the circuitry measures required for this are not associated with any difficulties. Such a signal generator can be implemented in a particularly simple manner if, according to a preferred embodiment of the invention, it contains a digital / analog converter and an electronic computing device is provided, by means of which the digital / analog converter of the signal generator has a temporal sequence of the signal duration and The amplitude profile of the low-voltage signal can be supplied with corresponding amplitude values which the digital / analog converter converts into the low-voltage signal. By changing the temporal sequence of amplitude values, low-voltage signals of any signal form can be realized within the limits given by the resolution and the conversion time of the digital / analog converter. It can be provided that a time sequence of amplitude values adapted to the respective treatment case is calculated by means of the electronic computing device, which is stored in a memory of the electronic computing device and supplied to the digital / analog converter each time a corresponding shock wave is to be generated becomes. There is also the possibility of storing a number of predefined temporal sequences of amplitude values, each sequence corresponding to a specific waveform of the generated shock wave, in the memory and supplying them to the digital / analog converter if necessary.

Die Recheneinrichtung kann im einfachsten Fall durch einen Taktgenerator, einen Funktionsspeicher, in dem eine oder mehrere zeitliche Folgen von Amplitudenwerten gespeichert sind, und eine Adressierungseinrichtung für den Funktionsspeicher gebildet sein, wobei der Taktgenerator sowohl den Digital/Analog-Wandler als auch die Adressierungseinrichtung steuert, die derart ausgebildet ist, daß jeweils nur derjenige Bereich des Funktionsspeichers adressierbar ist, in dem die der jeweils gewünschten Wellenform der Stoßwelle entsprechende zeitliche Folge von Amplitudenwerten gespeichert ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die elektronische Recheneinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des impulsformenden Netzwerkes, der elektro-akustischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle und der akustischen Eigenschaften des Übertragungsmediums ausgehend von einer vorgebbaren gewünschten Wellenform der Stoßwelle die dem Niederspannungssignal entsprechende zeitliche Folge von Amplitudenwerten errechnet. Für den Arzt besteht dann die Möglichkeit, unter Zuhilfenahme einer Eingabeeinrichtung, z.B. eines Datensichtgerätes mit Lichtgriffel, eine dem jeweiligen Therapiefall angepaßte Wellenform der Stoßwelle vorzugeben, die dann selbsttätig erzeugt wird.In the simplest case, the computing device can be formed by a clock generator, a function memory in which one or more temporal sequences of amplitude values are stored, and an addressing device for the function memory, the clock generator controlling both the digital / analog converter and the addressing device, which is designed such that only that area of the function memory can be addressed in which the temporal sequence of amplitude values corresponding to the respectively desired waveform of the shock wave is stored. According to one particularly An advantageous embodiment of the invention provides, however, that the electronic computing device is designed such that it takes the low-voltage signal into account, taking into account the transfer function of the pulse-shaping network, the electro-acoustic properties of the shock wave source and the acoustic properties of the transmission medium, starting from a predefinable desired wave form of the shock wave corresponding time sequence of amplitude values is calculated. The doctor then has the option, with the aid of an input device, for example a data display device with a light pen, to specify a waveform of the shock wave that is adapted to the respective therapy case and is then generated automatically.

Um überprüfen zu können, inwieweit die Wellenform einer erzeugten Stoßwelle der gewünschten Wellenform entspricht, ist gemäß einer Variante der Erfindung ein in dem Übertragungsmedium angeordneter breitbandiger, linearer Drucksensor vorgesehen, der ein der Wellenform der erzeugten Stoßwelle entsprechendes Signal liefert und mit einem Analog/Digital-Wandler verbunden ist, wobei der Analog/Digital-Wandler eine der Wellenform der erzeugten Stoßwelle entsprechende zeitliche Folge von Amplitudenwerten abgibt, die der elektronischen Recheneinrichtung zuführbar ist, die derart ausgebildet ist, daß sie einen Vergleich der erzeugten Wellenform mit der gewünschten Wellenform der Stoßwelle vornimmt und das Ergebnis des Vergleiches anzeigt. Dabei kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung außerdem vorgesehen sein, daß die elektronische Recheneinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie ausgehend von dem Ergebnis des Vergleiches im Falle von Abweichungen der Wellenform der erzeugten Stoßwelle von der gewünschten Wellenform eine Korrektur der dem Digital/Analog-Wandler zuführbaren zeitlichen Folge von Amplitudenwerten vornimmt. Abweichungen der erzeugten Wellenform von der gewünschten Wellenform, die z.B. durch nichtlineare akustische Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums verursacht sein können, werden also selbsttätig beseitigt.In order to be able to check to what extent the waveform of a generated shock wave corresponds to the desired wave shape, a wide-band, linear pressure sensor is provided in the transmission medium, which delivers a signal corresponding to the wave shape of the generated shock wave and is provided with an analog / digital signal. Converter is connected, wherein the analog / digital converter outputs a temporal sequence of amplitude values corresponding to the waveform of the generated shock wave, which can be supplied to the electronic computing device, which is designed such that it compares the generated waveform with the desired waveform of the shock wave and displays the result of the comparison. According to one embodiment of the invention, it can also be provided that the electronic computing device is designed in such a way that, based on the result of the comparison, in the event of deviations in the waveform of the generated shock wave from the desired waveform, a correction can be made to the digital / analog converter time sequence of amplitude values. Deviations of the generated waveform from the desired waveform, which can be caused, for example, by non-linear acoustic transmission properties of the transmission medium, are thus automatically eliminated.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist ein Taktgenerator vorgesehen, der Taktimpulse für die elektronische Recheneinrichtung, den Digital/Analog-Wandler und den Analog/Digital-Wandler erzeugt. Durch diese Maßnahme sind die genannten Komponenten synchronisiert, so daß eine genaue Bestimmung der Laufzeiten in dem aus dem Hochspannungsgenerator und der Stoßwellenquelle gebildeten System möglich ist, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn nicht-lineare akustische Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums korrigiert werden sollen.According to a variant of the invention, a clock generator is provided which generates clock pulses for the electronic computing device, the digital / analog converter and the analog / digital converter. By this measure, the components mentioned are synchronized so that an exact determination of the transit times in the system formed from the high-voltage generator and the shock wave source is possible, which is particularly important when non-linear acoustic transmission properties of the transmission medium are to be corrected.

Soweit dies erforderlich ist, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zwischen das impulsformende Netzwerk und die Stoßwellenquelle ein im wesentlichen verlustloses Anpaßnetzwerk zur breitbandigen impedanzmäßigen Anpassung des impulsformenden Netzwerkes an die Stoßwellenquelle geschaltet sein, um wirkungsgradmindernde Reflexionen des Hochspannungsimpulses am Eingang der Stoßwellenquelle zu vermeiden.Insofar as this is necessary, according to one embodiment of the invention, an essentially lossless matching network can be connected between the pulse-shaping network and the shock wave source for broadband impedance matching of the pulse shaping network to the shock wave source in order to avoid efficiency-reducing reflections of the high-voltage pulse at the input of the shock wave source.

Die Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung eines zum Antrieb von Stoßwellenquellen geeigneten Hochspannungsimpulses hoher Stromstärke anzugeben, wird nach der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Niederspannungssignal, dessen Energiegehalt zur Erzeugung einer Stoßwelle ausreicht, erzeugt wird und das Niederspannungssignal unter Verkürzung seiner Signaldauer in einem zum Antrieb der Stoßwellenquelle geeigneten Hochspannungsimpuls überführt wird, dessen Energiegehalt im wesentlichen dem des Niederspannungssignales entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne Hochspannungsversorgung und ohne Hochspannungs-Schalter durchgeführt werden. Außerdem können dann, wenn das Niederspannungssignal mittels eines impulsformenden Netzwerkes in den Hochspannungsimpuls überführt wird, gemäß einer Variante der Erfindung ausgehend von einer vorgegebenen Wellenform der Stoßwelle die Signaldauer und der Amplitudenverlauf des Niederspannungssignales unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des impulsformenden Netzwerkes, der elektro-akustischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle und der akustischen Eigenschaften des akustischen Übertragungsmediums derart gewählt werden, daß die Stoßwellenquelle mittels des erzeugten Hochspannungsimpulses zur Erzeugung einer Stoßwelle der gewünschten Wellenform angetrieben wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also ein Niederspannungssignal mit frei wählbarem Zeitverlauf, hoher Energie, großer Signaldauer und niedriger Momentanleistung erzeugt und dann mittels des impulsformenden Netzwerkes in einen Hochspannungsimpuls mit etwa gleicher Energie, geringerer Signaldauer und hoher Momentanleistung umgewandelt. Dabei kann der zeitliche Verlauf der Momentanamplituden des Niederspannungssignales, z.B. mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, so berechnet werden, daß der im Zusammenwirken mit dem impulsformenden Netzwerk entstehende Hochspannungsimpuls die Stoßwellenquelle zur Erzeugung einer nach bestimmten Kriterien optimierten Stoßwelle antreibt.The object of specifying a method for generating a high-voltage pulse of high current strength suitable for driving shock wave sources is achieved according to the invention by a method in which a low-voltage signal, the energy content of which is sufficient to generate a shock wave, and the low-voltage signal with shortening its signal duration in a high-voltage pulse suitable for driving the shock wave source is transferred, the energy content of which essentially corresponds to that of the low-voltage signal. The method according to the invention can be carried out without a high-voltage supply and without a high-voltage switch. In addition, if the low-voltage signal is converted into the high-voltage pulse by means of a pulse-shaping network, according to a variant of the invention, the signal duration and the amplitude profile of the low-voltage signal, taking into account the transfer function of the pulse-shaping network, the electro-acoustic properties of the shock wave based on a predetermined waveform Shock wave source and the acoustic properties of the acoustic transmission medium can be selected such that the shock wave source is driven by means of the generated high voltage pulse to generate a shock wave of the desired wave form. According to the method according to the invention, a low-voltage signal with a freely selectable time profile, high energy, long signal duration and low instantaneous power is generated and then converted by means of the pulse-forming network into a high-voltage pulse with approximately the same energy, shorter signal duration and high instantaneous power. The time course of the instantaneous amplitudes of the low-voltage signal can be calculated, for example by means of an electronic computing device, in such a way that the high-voltage pulse which arises in cooperation with the pulse-forming network drives the shock wave source to generate a shock wave optimized according to certain criteria.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Fig. schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in the accompanying Fig.

In der Fig. ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen dargestellt, wie sie in der Medizin zur Zertrümmerung von Konkrementen im Körper eines Patienten Verwendung findet. Eine solche Einrichtung weist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Stoßwellenquelle auf, wie sie z.B. aus der DE-OS 33 28 051 bekannt ist. Diese besitzt ein mit Wasser als akustisches Übertragungsmedium gefülltes rohrförmiges Gehäuse 2, das an seinem einen Ende mit einem elektro-dynamischen Stoßwellengenerator 3 versehen und an seinem anderen Ende durch einen flexiblen Sack 4 verschlossen ist. Zwischen dem Stoßwellengenerator 3 und dem Sack 4 ist in dem Gehäuse 2 eine akustische Sammellinse 5 angeordnet, die zur Fokussierung der von dem Stoßwellengenerator 3 abgegebenen ebenen Stoßwelle dient, die im Fokus der Sammellinse 5 zusammenläuft.In the figure, a device for generating shock waves is shown, as is used in medicine for crushing concrements in the body of a patient. Such a device has a shock wave source, generally designated 1, as is e.g. is known from DE-OS 33 28 051. This has a tubular housing 2 filled with water as the acoustic transmission medium, which is provided at one end with an electro-dynamic shock wave generator 3 and is closed at its other end by a flexible bag 4. Between the shock wave generator 3 and the bag 4, an acoustic converging lens 5 is arranged in the housing 2, which serves to focus the plane shock wave emitted by the shock wave generator 3, which converges in the focus of the converging lens 5.

Die Stoßwellenquelle 1 ist mittels des Sackes 4 an den im Querschnitt dargestellten Körper 6 eines Patienten angepreßt, und zwar derart, daß sich ein in einer Niere 7 des Lebewesens befindlicher Nierenstein 8 im Brennpunkt der Sammellinse 5 befindet. Die von der Stoßwellenquelle 1 abgegebenen fokussierten Stoßwellen, die sich in dem ebenfalls als akustisches Übertragungsmedium dienenden Körpergewebe des Patienten ausbreiten, wirken auf den im Fokus der Sammellinse 5 befindlichen Nierenstein 8 ein und üben mechanische Beanspruchungen auf diesen aus, so daß er in kleine Bruchstücke zerfällt, die auf natürlichem Wege abgehen können.The shock wave source 1 is pressed by means of the sack 4 onto the body 6 of a patient shown in cross section, in such a way that a kidney stone 8 located in a kidney 7 of the living being is in the focal point of the converging lens 5. The focused shock waves emitted by the shock wave source 1, which spread in the body tissue of the patient, which also serves as an acoustic transmission medium, act on the kidney stone 8 located in the focus of the converging lens 5 and exert mechanical stresses on it, so that it breaks down into small fragments that can go off naturally.

Zum Antrieb der Stoßwellenquelle 1 ist ein insgesamt mit 9 bezeichneter Hochspannungsgenerator vorgesehen, mittels dessen zur Erzeugung einer Stoßwelle Hochspannungsimpulse hoher Stromstärke erzeugbar sind. Als wesentliche Komponenten enthält der Hochspannungsgenerator 9 einen Signalgenerator 10 und ein impulsformendes Netzwerk 11. Der Signalgenerator 10 erzeugt ein Niederspannungssignal relativ geringer Amplitude (1 bis 20 Volt) und relativ langer Signaldauer. Bei A ist ein derartiges Niederspannungssignal angedeutet, das vom Ausgang des Signalgenerators 10 unter Zwischenschaltung eines Leistungsverstärkers 12 zum Eingang des impulsformenden Netzwerkes 11 gelangt. Dieses besitzt eine solche Übertragungsfunktion, daß es das von dem Signalgenerator 10 stammenden Niederspannungssignal A, dessen Energiegehalt zur Erzeugung einer Stoßwelle ausreicht, unter Verkürzung von dessen Signaldauer in einen zur Erzeugung der Stoßwelle geeigneten Hochspannungsimpuls überführt, dessen Energiegehalt im wesentlichen dem des Niederspannungssignales A entspricht. Der Hochspannungsimpuls erscheint am Ausgang des impulsformenden Netzwerkes 11 und ist bei B schematisch angedeutet. Er wird der Stoßwellenquelle 1 zur Erzeugung einer Stoßwelle zugeführt. Erforderlichenfalls kann zwischen den Ausgang des impulsformenden Netzwerkes 11 und die Stoßwellenquelle 1 ein in der Fig. strichliert angedeutetes Anpaßnetzwerk 13 zur verlustlosen breitbandigen impedanzmäßigen Anpassung des Ausganges des impulsformenden Netzwerkes 11 an die Stoßwellenquelle 1 geschaltet sein.To drive the shock wave source 1, a high-voltage generator, generally designated 9, is provided, by means of which high-voltage pulses of high current intensity can be generated to generate a shock wave. The essential components of the high-voltage generator 9 include a signal generator 10 and a pulse-forming network 11. The signal generator 10 generates a low-voltage signal of relatively low amplitude (1 to 20 volts) and a relatively long signal duration. A such a low-voltage signal is indicated at A, which reaches the input of the pulse-forming network 11 from the output of the signal generator 10 with the interposition of a power amplifier 12. This has such a transfer function that it converts the low-voltage signal A originating from the signal generator 10, the energy content of which is sufficient to generate a shock wave, and shortening its signal duration into a high-voltage pulse suitable for generating the shock wave, the energy content of which essentially corresponds to that of the low-voltage signal A. The high-voltage pulse appears at the output of the pulse-forming network 11 and is indicated schematically at B. It is supplied to the shock wave source 1 for generating a shock wave. If necessary, a matching network 13, indicated in dashed lines in the figure, can be connected between the output of the pulse-shaping network 11 and the shock wave source 1 for lossless broadband impedance matching of the output of the pulse shaping network 11 to the shock wave source 1.

Bei dem impulsformenden Netzwerk 11 handelt es sich um ein mehrstufiges aus in der Fig. schematisch angedeuteten LC-Allpaßnetzwerken 14, 15, 16, 17 gebildetes Filter, das eine solche Übertragungsfunktion besitzt, daß für die einzelnen in dem Signalspannungssignal A enthaltenen Frequenzanteile derart unterschiedliche Laufzeiten in dem Filter auftreten, daß die Impulsdauer des Niederspannungssignales A verkürzt und die Amplitude des Niederspannungsimpulses in den Hochspannungsbereich erhöht wird. Die Allpaßnetzwerke 14, 15, 16, 17 sind aus im wesentlichen verlustfreien Bauelementen aufgebaut, so daß der am Ausgang des impulsformenden Netzwerkes 11 zur Verfügung stehende Hochspannungsimpuls B im wesentlichen den gleichen Energiegehalt wie das Niederspannungssignal A aufweist. Um die Übertragungsfunktion des impulsformenden Netzwerkes 11 verändern und somit Stoßwellen unterschiedlicher Wellenform erzeugen zu können, besteht die Möglichkeit, einzelne Allpaßnetzwerke zu überbrücken, so wie dies beispielsweise bei dem Allpaßnetzwerk 14 mittels des Schalters 18 möglich ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, Allpaßnetzwerke wahlweise parallel oder in Serie zu schalten, so wie dies mittels der miteinander gekoppelten Umschalter 19a und 19b beispielsweise für die Allpaßnetzwerke 15 und 16 möglich ist.The pulse-forming network 11 is a multi-stage LC all-pass network which is indicated schematically in the figure 14, 15, 16, 17 formed filter, which has such a transfer function that for the individual frequency components contained in the signal voltage signal A such different transit times occur in the filter that the pulse duration of the low-voltage signal A shortens and the amplitude of the low-voltage pulse in the high-voltage range becomes. The all-pass networks 14, 15, 16, 17 are made up of essentially loss-free components, so that the high-voltage pulse B available at the output of the pulse-forming network 11 has essentially the same energy content as the low-voltage signal A. In order to change the transfer function of the pulse-shaping network 11 and thus to be able to generate shock waves of different waveforms, there is the possibility of bridging individual all-pass networks, as is possible for example in the case of the all-pass network 14 by means of the switch 18. In addition, there is the option of connecting all-pass networks either in parallel or in series, as is possible, for example, for the all-pass networks 15 and 16 by means of the switches 19a and 19b coupled to one another.

Eine weitere Möglichkeit, die Wellenform der erzeugten Stoßwelle zu beeinflussen, besteht darin, dem impulsformenden Netzwerk 11 Niederspannungssignale A unterschiedlichen zeitlichen Verlaufes zuzuführen. Zu diesem Zweck ist der Signalgenerator 10 derart ausgebildet, daß die Signaldauer und/oder der Amplitudenverlauf des erzeugten Niederspannungssignales A einstellbar sind. Im Falle des dargestellten Hochspannungsgenerators 9 wird dies dadurch erreicht, daß der Signalgenerator 10 einen Digital/Analog-Wandler 20 enthält, dem eine zeitliche Folge von der Impulsdauer und dem Amplitudenverlauf des Niederspannungssignales A entsprechenden Amplitudenwerten zugeführt wird, die der Digital/Analog-Wandler 20 in das Niederspannungssignal wandelt. Die zeitliche Folge von Amplitudenwerten erhält der Digital/Analog-Wandler 20 des Signalgenerators 10 über einen Daten-Bus 38, von dem nur eine Leitung dargestellt ist, von einer elektronischen Recheneinrichtung 21, in der eine Anzahl von unterschiedlichen Wellenformen der Stoßwelle entsprechenden zeitlichen Folgen von Amplitudenwerten gespeichert ist.Another way of influencing the waveform of the generated shock wave is to supply the pulse-shaping network 11 with low-voltage signals A with a different time profile. For this purpose, the signal generator 10 is designed such that the signal duration and / or the amplitude profile of the generated low-voltage signal A can be set. In the case of the high-voltage generator 9 shown, this is achieved in that the signal generator 10 contains a digital / analog converter 20, to which a time sequence from the pulse duration and the amplitude profile of the low-voltage signal A is fed corresponding amplitude values which the digital / analog converter 20 converts to the low voltage signal. The digital / analog converter 20 of the signal generator 10 receives the chronological sequence of amplitude values via a data bus 38, of which only one line is shown, from an electronic computing device 21, in which a number of different Waveforms of the shock wave corresponding temporal sequences of amplitude values is stored.

Die elektronische Recheneinrichtung 21 umfaßt eine Zentraleinheit 22, einen Programmspeicher 23, der die erforderlichen Programme für die im folgenden beschriebenen Funktionen des Hochspannungsgenerators 9 enthält, einen Datenspeicher 24, in dem die unterschiedlichen Wellenformen der Stoßwelle entsprechenden zeitlichen Folgen von Amplitudenwerten gespeichert sind, und einen Taktgenerator 25. An die elektronische Recheneinrichtung 21 sind eine Tastatur 26 und ein Datensichtgerät 27 mit Lichtgriffel 28 angeschlossen. Durch geeignetes Betätigen der Tastatur 26 kann die elektronische Recheneinrichtung 21 veranlaßt werden, die der jeweils gewünschten Wellenform der Stoßwelle entsprechende zeitliche Folge von Amplitudenwerten aus dem Datenspeicher 24 abzurufen, die dem Signalgenerator 10 jedesmal, wenn eine Stoßwelle erzeugt werden soll, zur Erzeugung des zugehörigen Niederspannungssignales A zugeführt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, die jeweilige Wellenform der Stoßwelle auf dem Datensichtgerät 27 graphisch darzustellen. Die elektronische Recheneinrichtung 21, der Signalgenerator 10 und der Leistungsverstärker 12 bilden somit gemeinsam einen Wellenformgenerator, mittels dessen innerhalb der durch die Amplitudenauflösung und die Wandlungszeit des Digital/Analog-Wandlers 20 gesetzten Grenzen Niederspannungssignale A beliebiger Signalform erzeugt werden können, wobei in dieser Betriebsart die elektronische Recheneinrichtung 21 im wesentlichen als Funktionsspeicher wirkt und mittels ihres Taktgenerators 25 dem Digital/Analog-Wandler 20 die erforderlichen Taktimpulse liefert.The electronic computing device 21 comprises a central processing unit 22, a program memory 23 which contains the necessary programs for the functions of the high-voltage generator 9 described below, a data memory 24 in which the temporal sequences of amplitude values corresponding to the different waveforms of the shock wave are stored, and a clock generator 25. A keyboard 26 and a data display device 27 with light pen 28 are connected to the electronic computing device 21. By suitable actuation of the keyboard 26, the electronic computing device 21 can be prompted to retrieve from the data memory 24 the temporal sequence of amplitude values corresponding to the respectively desired waveform of the shock wave, which the signal generator 10 uses to generate the associated low-voltage signal each time a shock wave is to be generated A is fed. It is possible to graphically display the respective waveform of the shock wave on the data display device 27. The electronic computing device 21, the signal generator 10 and the power amplifier 12 thus together form a waveform generator, by means of which low-voltage signals A of any signal form can be generated within the limits set by the amplitude resolution and the conversion time of the digital / analog converter 20, in which operating mode the Electronic computing device 21 essentially acts as a functional memory and supplies the digital / analog converter 20 with the required clock pulses by means of its clock generator 25.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, durch geeignetes Betätigen der Tastatur 26 oder durch Zeichnen mit dem Lichtgriffel 28 auf dem Schirm des Datensichtgerätes 27 eine gewünschte Wellenform der Stoßwelle vorzugeben. Ausgehend von der vorgegebenen gewünschten Wellenform der Stoßwelle errechnet die elektronische Recheneinrichtung 21 unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des impulsformenden Netzwerkes 11, der elektro-akustischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle 1 und der akustischen Eigenschaften des Übertragungsmediums, diesbezügliche Daten sind in dem Datenspeicher 24 gespeichert, die zeitliche Folge von Amplitudenwerten eines Niederspannungssignales A, das zur Erzeugung einer Stoßwelle der gewünschten Wellenform geeignet ist. Die zeitliche Folge von Amplitudenwerten wird in dem Datenspeicher 24 gespeichert und jedesmal, wenn eine Stoßwelle erzeugt werden soll, dem Digital/Analog-Wandler 20 des Signalgenerators 10 zugeführt werden. Es besteht somit die Möglichkeit, eine dem jeweiligen Therapiefall optimal angepaßte Wellenform der Stoßwelle zu realisieren.However, there is also the possibility of specifying a desired waveform of the shock wave by suitably actuating the keyboard 26 or by drawing with the light pen 28 on the screen of the data display device 27. Starting from the predetermined desired waveform of the shock wave, the electronic computing device 21 calculates taking into account the transfer function of the pulse-shaping network 11, the electro-acoustic properties of the shock wave source 1 and the acoustic properties of the transmission medium, related data are stored in the data memory 24, the temporal sequence of amplitude values of a low-voltage signal A, which is suitable for generating a shock wave of the desired waveform. The chronological sequence of amplitude values is stored in the data memory 24 and is supplied to the digital / analog converter 20 of the signal generator 10 each time a shock wave is to be generated. There is thus the possibility of realizing a waveform of the shock wave that is optimally adapted to the respective therapy case.

Darüber hinaus bietet der erfindungsgemäße Hochspannungsgenerator 9 die Möglichkeit, zu überprüfen, inwieweit die Wellenform der erzeugten Stoßwelle mit der vorgegebenen gewünschten Wellenform der Stoßwelle übereinstimmt. Zu diesem Zweck sind in dem in der Stoßwellenquelle 1 befindlichen Übertragungsmedium zwei lineare breitbandige Drucksensoren 29 und 30 angeordnet, von denen einer vor der akustischen Sammellinse 5 und einer hinter dieser angeordnet ist. Die Drucksensoren 29 und 30, von denen jeweils einer mittels eines Schalters 31 an einen Empfangsverstärker 32 anschaltbar ist, liefern elektrische Signale, die der Wellenform der erzeugten Stoßwelle entsprechen. Der Ausgang des Empfangsverstärkers 32 ist mit dem Eingang eines Transienten-Recorders 33 verbunden, der einen Analog/Digital-Wandler 34 und einen Schreib/Lese-Speicher 35 enthält. Die dem Analog/Digital-Wandler 34 zugeführten Signale des Drucksensors 29 bzw. 30 werden mittels des Analog/Digital-Wandlers 34, der seine Taktimpulse von dem Taktgenerator 25 der elektronischen Recheneinrichtung 21 erhält, in eine zeitliche Folge von Amplitudenwerten gewandelt, die in dem Schreib/Lese-Speicher 35 gespeichert wird. Dabei wird der Schreib/Lese-Speicher 35 über einen Daten/Adreß-Bus 36, von dem nur eine einzige Leitung dargestellt ist, mittels der elektronischen Recheneinrichtung 21 adressiert. Auf eine geeignete Betätigung der Tastatur 26 hin liest die elektronische Recheneinrichtung 21 die in dem Schreib/Lese-Speicher 35 gespeicherte zeitliche Folge von Amplitudenwerten, die der Wellenform der erzeugten Stoßwelle entspricht und führt einen Vergleich mit der gewünschten Wellenform der Stoßwelle aus. Das Ergebnis des Vergleiches wird mittels des Datensichtgerätes, beispielsweise graphisch, angezeigt. Dies ist in der Fig. verdeutlicht, indem auf dem Bildschirm des Datensichtgerätes 27 eine z.B. mittels des Lichtgriffels 28 vorgegebene gewünschte Wellenform C der Stoßwelle ausgezogen und die Wellenform D der erzeugten Stoßwelle strichliert dargestellt ist. Der behandelnde Arzt kann nun anhand des dargestellten Ergebnisses des Vergleiches entscheiden, ob die erzeugte Wellenform hinreichend mit der gewünschten übereinstimmt oder Korrekturen erforderlich sind. Wird eine Korrektur für erforderlich gehalten, nimmt die elektronische Recheneinrichtung 21 auf eine geeignete Betätigung der Tastatur 26 hin ausgehend von dem Ergebnis des Vergleiches eine Korrektur der dem Digital/Analog-Wandler 20 zuführbaren zeitlichen Folge von Amplitudenwerten vor, die unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des impulsformenden Netzwerkes 11, der elektro-akustischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle 1 und der akustischen Eigenschaften des Übertragungsmediums erfolgt. Dabei kann der Hochspannungsgenerator 9 als "lernendes System" wirken, indem die elektronische Recheneinrichtung 21 die Resultate vorgenommener Korrekturen auswertet und eine Korrektur-Strategie entwickelt. In diesem Zusammenhang ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Taktsignale sowohl für die elektronische Recheneinrichtung 21 als auch für den Digital/Analog-Wandler 20 und den Analog/Digital-Wandler 34 von dem gleichen Taktgenerator 25 stammen, so daß die genannten Komponenten synchronisiert sind. Dies gestattet eine genaue Bestimmung der Laufzeiten der Signale in dem aus dem Hochspannungsgenerator 9 und der Stoßwellenquelle 1 gebildeten System, so daß nicht-lineare akustische Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums untersucht und korrigiert werden können.In addition, the high-voltage generator 9 according to the invention offers the possibility of checking to what extent the waveform of the generated shock wave matches the predetermined desired wave shape of the shock wave. For this purpose, two linear broadband pressure sensors 29 and 30 are arranged in the transmission medium located in the shock wave source 1, one of which is arranged in front of the acoustic converging lens 5 and one behind it. The pressure sensors 29 and 30, one of which can be connected to a receiving amplifier 32 by means of a switch 31, deliver electrical signals that correspond to the waveform of the generated shock wave. The output of the receive amplifier 32 is connected to the input of a transient recorder 33 which contains an analog / digital converter 34 and a read / write memory 35. The signals of the pressure sensor 29 or 30 fed to the analog / digital converter 34 are converted by means of the analog / digital converter 34, which receives its clock pulses from the clock generator 25 of the electronic computing device 21, into a chronological sequence of amplitude values, which in the Read / write memory 35 is stored. The read / write memory 35 is addressed via a data / address bus 36, of which only a single line is shown, by means of the electronic computing device 21. Upon a suitable actuation of the keyboard 26, the electronic computing device 21 reads the in the Read / write memory 35 stores a temporal sequence of amplitude values which corresponds to the waveform of the generated shock wave and carries out a comparison with the desired waveform of the shock wave. The result of the comparison is displayed, for example graphically, by means of the visual display device. This is illustrated in the FIG. By pulling out a desired waveform C of the shock wave, predetermined for example by means of the light pen 28, on the screen of the data display device 27 and the wave shape D of the generated shock wave being shown in broken lines. Based on the result of the comparison, the treating doctor can now decide whether the waveform generated corresponds sufficiently with the desired one or whether corrections are necessary. If a correction is deemed necessary, the electronic computing device 21, upon a suitable actuation of the keyboard 26, carries out a correction, based on the result of the comparison, of the temporal sequence of amplitude values that can be supplied to the digital / analog converter 20, taking into account the transfer function of the pulse-shaping Network 11, the electro-acoustic properties of the shock wave source 1 and the acoustic properties of the transmission medium. The high-voltage generator 9 can act as a "learning system" in that the electronic computing device 21 evaluates the results of corrections made and develops a correction strategy. In this context, it is essential that the clock signals for the electronic computing device 21 as well as for the digital / analog converter 20 and the analog / digital converter 34 come from the same clock generator 25, so that the components mentioned are synchronized . This permits an exact determination of the transit times of the signals in the system formed from the high-voltage generator 9 and the shock wave source 1, so that non-linear acoustic transmission properties of the transmission medium can be examined and corrected.

Wie bereits erwähnt, ist die Recheneinrichtung 21 in der Lage, dem Signalgenerator 10 die jeweilige zeitliche Folge von Amplitudenwerten wiederholt zuzuführen, so daß eine Folge von Stoßwellen erzeugt werden kann. Außerdem besteht die Möglichkeit, der elektronischen Recheneinrichtung 21 über eine Leitung 37 Triggerimpulse I zuzuleiten, die in nicht dargestellter Weise aus einer periodischen Körperfunktion, z.B. der Atemtätigkeit, des Patienten abgeleitet sind, wobei die elektronische Recheneinrichtung 21 jeweils beim Eintreffen eines Triggerimpulses I dem Signalgenerator 10 die zeitliche Folge von Amplitudenwerten zuführt, so daß die Erzeugung von Stoßwellen synchron mit der periodischen Körperfunktion erfolgt.As already mentioned, the computing device 21 is able to give the signal generator 10 the respective chronological sequence of amplitude values feed repeatedly so that a series of shock waves can be generated. There is also the possibility of sending trigger pulses I to the electronic computing device 21 via a line 37, which are derived in a manner not shown from a periodic bodily function, for example breathing activity, of the patient, the electronic computing device 21 each time the signal generator 10 arrives when a trigger pulse I arrives supplies the temporal sequence of amplitude values so that the generation of shock waves takes place synchronously with the periodic body function.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Hochspannungsgenerators 9 besteht darin, daß im Gegensatz zum Stand der Technik weder eine Hochspannungsversorgung noch Hochspannungs-Schalter erforderlich sind. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß Stoßwellen beliebiger Wellenform erzeugt werden können und die Wellenform der Stoßwellen optimiert werden kann. Da das mittels des Signalgenerators 10 erzeugte Niederspannungssignal A mittels der Recheneinrichtung 21 in feinen Zeit- und Amplitudenstufen variiert werden kann, besteht die Möglichkeit, lineare Verzerrungen im Übertragungsverhalten des Leistungsverstärkers 12, des Anpaßnetzwerkes 13 und der Stoßwellenquelle 1 sowie Toleranzen des impulsformenden Netzwerkes 11 bei der Erzeugung der Niederspannungssignale A zu berücksichtigen bzw. zu kompensieren. Die durch den Signalgenerator 10, den Leistungsverstärker 12, das impulsformende Netzwerk 11 und das Anpaßnetzwerk 13 gebildete Übertragungskette wirkt als inverses Filter, das eine maximale Kompression der mittels des Signalgenerators 10 erzeugten Niederspannungssignale bewirkt, wobei die Übertragungskette einen elektrischen Eingang, nämlich den Eingang des Leistungsverstärkers 12, und einen akustischen Ausgang, nämlich das mittels der Stoßwellenquelle 1 erzeugte Schallfeld, aufweist. Weiterhin besteht anhand der mittels der Drucksensoren 29, 30 und des Transienten-Recorders 33 ermittelbaren Wellenformen der erzeugten Stoßwellen die Möglichkeit, die Wellenformen der erzeugbaren Stoßwellen mit Hilfe der elektronischen Recheneinrichtung 21 auf spezielle Ergebnisse hin zu optimieren, mit den Zielen, eine optimale Wirkung der Therapie zu gewährleisten, Kavitationserscheinungen im Gewebe des Patienten zu unterdrücken und die Schmerzbelastung des Patienten zu verringern.A major advantage of the high-voltage generator 9 according to the invention is that, in contrast to the prior art, neither a high-voltage supply nor high-voltage switches are required. Another significant advantage is that shock waves of any waveform can be generated and the waveform of the shock waves can be optimized. Since the low-voltage signal A generated by the signal generator 10 can be varied in fine time and amplitude steps by means of the computing device 21, there is the possibility of linear distortions in the transmission behavior of the power amplifier 12, the matching network 13 and the shock wave source 1 and tolerances of the pulse-shaping network 11 in the Generation of the low-voltage signals A must be taken into account or compensated for. The transmission chain formed by the signal generator 10, the power amplifier 12, the pulse-shaping network 11 and the matching network 13 acts as an inverse filter, which brings about maximum compression of the low-voltage signals generated by the signal generator 10, the transmission chain having an electrical input, namely the input of the power amplifier 12, and an acoustic output, namely the sound field generated by the shock wave source 1. Furthermore, on the basis of the waveforms of the generated shock waves that can be determined by means of the pressure sensors 29, 30 and the transient recorder 33, it is possible to use electronic computing device 21 to point out the waveforms of the generated shock waves to specific results optimize, with the aim of ensuring the optimal effect of the therapy, suppressing cavitation in the patient's tissue and reducing the patient's pain.

Auch können elektro-akustische Eigenschaften des Stoßwellengenerators 3, akustische Eigenschaften des Übertragungsmediums und elektrische Eigenschaften des Hochspannungsgenerators 9, welche die Stoßwellenerzeugung ungünstig beeinflussen, weitgehend kompensiert werden.Electro-acoustic properties of the shock wave generator 3, acoustic properties of the transmission medium and electrical properties of the high voltage generator 9, which adversely affect the shock wave generation, can also be largely compensated for.

Claims

Use of a high-voltage generator, having a signal generator (10, 12) for the generation of a low-voltage signal (A) and a pulse-shaping network (11) which has such a transfer function that, whilst shortening the signal duration of the low-voltage signal (A) coming from the signal generator (10), it converts said signal into a high-voltage pulse (B), the energy content of which substantially corresponds to that of the low-voltage pulse (A), for the generation of a high-voltage pulse (B) of high current intensity, which pulse is suitable to operate a shock wave source (1) which is used to generate a shock wave in an acoustic transmission medium, with the energy content of the low-voltage signal being sufficient for the generation of the shock wave and the pulse-shaping network (11) being connected between the signal generator (10, 12) and the shock wave source (1).
Use according to claim 1, characterised in that a multi-stage filter formed from LC all-pass networks (14, 15, 16, 17) is provided as a pulse-shaping network (11).
Use according to claim 1 or 2, characterised in that the pulse-shaping network (11) has a reversible transfer function.
Use according to one of the claims 1 to 3, characterised in that the signal generator (10) is formed in such a way that the signal duration and/or the amplitude characteristic of the low-voltage signal (A) which is generated can be adjusted.
Use according to one of the claims 1 to 5, characterised in that the signal generator (10) contains a digital/analog converter (20) and in that an electronic arithmetic unit (21) is provided by means of which a chronological sequence of amplitude values corresponding to the signal duration and the amplitude characteristic of the low-voltage signal (A) can be supplied to the digital/analog converter (20) of the signal generator (10), which sequence of values is converted into the low-voltage signal (A) by the digital/analog converter (20).
Use according to claim 5, characterised in that the electronic arithmetic unit (21) is formed in such a way that it calculates the chronological sequence of amplitude values corresponding to the low-voltage signal (A) in consideration of the transfer function of the pulse-shaping network (11), the electro-acoustic properties of the shock wave source (1) and the acoustic properties of the transmission medium, starting from a preselectable, desired wave shape (C) of the shock wave.
Use according to claim 5 or 6, characterised in that a broad-band, linear pressure sensor (29, 30) is provided, which sensor is arranged in the transmission medium, supplies a signal corresponding to the wave shape (D) of the shock wave which is generated, and is connected to an analog/digital converter (34), with the analog/digital converter (34) emitting a chronological sequence of amplitude values which corresponds to the wave shape (D) of the shock wave generated and which can be supplied to the electronic arithmetic unit (21) which is formed in such a way that it effects a comparison of the generated wave shape (D) with the desired wave shape (C) of the shock wave and indicates the result of the comparison.
Use according to claim 7, characterised in that the electronic arithmetic unit (21) is formed in such a way that starting from the result of the comparison, in the case of deviations of the wave shape (D) of the generated shock wave from the desired wave shape (C), it (the arithmetic unit) effects a correction of the chronological sequence of amplitude values which can be supplied to the digital/analog converter (20).
Use according to claim 7 or 8, characterised in that a clock generator (25) is provided which generates clock pulses for the electronic arithmetic unit (21), the digital/analog converter (20) and analog/digital converter (34).
Use according to one of the claims 1 to 9, characterised in that connected between the pulse-shaping network (11) and the shock wave source (1) there is a substantially loss-free matching network (13) for broad-band matching, in terms of impedance, the pulse-shaping network (11) to the shock wave source (1).
Method for generating a high-voltage pulse (B) of high current intensity in order to operate a shock wave source (1) which is used to generate a shock wave in an acoustic transmission medium, characterised in that a low-voltage signal (A) is generated, the energy content of which suffices for the generation of a shock wave, and, whilst shortening the signal duration of the low-voltage signal (A), said signal is converted into a high-voltage pulse (B) which is suitable to operate the shock wave source (1) and the energy content of which substantially corresponds to that of the low-voltage signal (A).
Method according to claim 11, characterised in that the low-voltage signal (A) is converted into the high-voltage pulse (B) by means of a pulse-shaping network (11) and in that, starting from a preselected wave shape of the shock wave, the signal duration and the amplitude characteristic of the low-voltage signal (A) are selected in consideration of the transfer function of the pulse-shaping network (11), the electro-acoustic properties of the shock wave source (1) and the acoustic properties of the acoustic transmission medium in such a way that the shock wave source (1) is operated by means of the generated high-voltage pulse (B) for the purpose of generating a shock wave of the desired wave shape.