JPH03131244A - 電極間の導電性液体中で放電を生じさせて衝撃波を発生させる装置の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２つの電極間に導電性液体を介在させること
により、コンデンサの放電中に該電極間に生じる圧力波
の再現性及び効率を特に改善するための方法及び装置、
並びに特に液中砕石のために該方法または装置を使用し
た衝撃波発生装置に関する。

従来の技術 リーバ−（ＲＩＥＢＩＥＲ）によるアメリカ合衆国特許
第２、５５９．２２７号から、高周波数衝撃波発生装置
が知られている。この装置は、切頭楕円形レフレクタを
備え、このレフレクタ８０中で、楕円体の第一焦点で互
いに収斂するように配置された２つの電極間の放電また
はアークにより衝撃波が発生する。

この装置の目的は、切頭レフレクタ８０の外部にある楕
円体の第二焦点に位置するターゲットを破壊することで
ある（第３図、第７欄の５１行から第９欄の３０行まで
参照）。

銅または黄銅等の導電性の高い材料中で電極１２および
１３が作成され、絶縁体２６に取付けられる。

この絶縁体２６は、装置１１ａ、ｌｌｂにより枢軸運動
可能に支持され、電極間の間隔を調節できるようになさ
れている（第４欄の４２〜５３行、第８欄の４０〜４７
行参照）。

このリーバ−の装置または類似の装置では、放電または
アークは、高電圧スイッチを閉じることによって、コン
デンサ１１が瞬時的に放電して、電極間に放電またはア
ークが発生する（第２Ｂ図）。

リーバ−の装置によれば、電極に付属する回路は、コン
デンサを備え、更に自己インダクタンスを有している。

このような回路において、コンデンサの放電は、減衰振
動型であることがわかる。言い換えれば、コンデンサは
、放電した後、非常に高かった初期電圧よりも低い電圧
に、放電と反対方向に再充電することを、コンデンサ中
に含まれる電荷がなくなるまで繰り返す。

同時に、アークとプラズマが２つの電極間に生成する。

その結果、２つの電極の電流も、第１ａ図、第１ｂ図お
よび第１Ｃ図を参照にしてわかるように減衰振動型であ
る。第１ａ図は電圧の時間変化を示しているのに対し、
第１ｂ図はリーバ−型放電回路中の電流の変化を示して
いる。回路が時間ｔ、で閉じられると、電極端での電圧
が瞬時にしてコンデンサの両端間の電圧値まで上昇する
ことがわかる（第１ａ図参照）、３電極が浸っている液
体（通常水である）が若干導電性があり、第安全性とア
ーク発火のため、電極に給電するコンデンサに並列に高
い抵抗が接続されているためにから、２つの電極の間に
小さな電流が流れる（第１ｂ図）。

所与の時間の後、即ち、潜伏期間乃至は遅延時間と呼ば
れる時間ｔ２後、電極間にアークが発生する。この瞬間
、第１ｂ図に明瞭に示されるように、電流が瞬時に数Ｋ
Ａｉ昇する。アークが、極めて低い抵抗（約１／１００
または１／１０００Ω）であることは公知の事実である
。ＲＬ型回路におけるコンデンサの放電時の電流（第１
ｂ図）および電圧（第１ａ図）が振動するのはこの抵抗
の低い値のためである。

アークに含まれそして放出されるエネルギは、電極が浸
っている液体（通常は水）を蒸発し、蒸気泡を生成し、
従って、衝撃波を発生する。このエネルギの散逸が速け
れば速いほど、衝撃波の効率も高い。

このようにして、第１ｂ図に示すように、電流の振動の
特性によって、外部媒体へのエネルギの供給は、第１Ｃ
図に明らかに示されるように、漸増的である。

これは、液体、特に水の蒸発が速ければ速いほど、いか
に圧力波は強（、圧力」二昇時間が短いかを表している
。

従って、大量の液体、特に水を蒸発させるためには、大
量のエネルギが伝えられなければならない。

ところが、現在知られている装置のほとんどは、第１ａ
図および第１ｂ図に示されるように減衰振動型の放電を
利用し、時間の経過と共にエネルギを漸進的に放出する
（第１ｃ図）。

先行文献ＥＰ−＾−０２９６９１２号において、出願人
は、２つの電極間の放電回路のコンデンサの充電により
蓄えられたエネルギの大部分を瞬時、もしくは比較的短
時間で放出するための第一の解決法を提案した。このた
め、アーク発生電極１２．１４０間に高抵抗絶縁要素（
３２）を介在させることにより、少なくとも電極間での
アーク路上での電気抵抗を増加させることが提案されて
いる。この解決法は初期圧力波がほぼ球面状である衝撃
波を発生する場合は完全に満足のゆくものである。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記の解決法は、電極の寸法が小さいこと、衝
撃波に対する機械的強度のために、機械的に実現するこ
とは回灯である。さらに、この特殊な解決法の主な目的
は、放電が生じたとき放電効率を改善することだけであ
り、遅延時間の問題は解決されない。そのため、この方
法では放電の再現性、従って、圧力波の再現性および効
率が改善されず、電極の摩耗も減少しない。

ゲーバー（ＧＥＲＢＥＲ）によるアメリカ合衆国特許第
３、５５９．４３５号には、電流が流れるアークを形成
するために電流用の望ましい導電路を用意するように導
電液体を使用することが記載されている（第５欄、４行
参照）。従って、この目的は、普通の放電において２つ
の電極間にアークとプラズマを生成することである。推
奨される電解層の目的は、２つの電極間に望ましい電流
を流して、高い導電プラズマを生成することである（第
１欄、５５行）。

いずれにせよゲーバーの解決法は、電極の摩耗を起こす
振動電流、あるいは外部媒体へのエネルギの漸進的供給
の構成を変えることはない。

上記解決法とは反対に、本発明の目的は、放電振動が生
じるのを防止する、従って、アークまたはプラズマの形
成を防止し、電極間の外部媒質にエネルギを非常に短時
間で供給することである。

そこで、本発明の主な目的は、電極間に放電を発生する
のに通常必要な遅延時間をほぼ完全に除去することによ
り、２つの電極に接続された放電回路のコンデンサに電
荷として蓄えられたエネルギの大部分を比較的短時間で
即座に送ることを可能にする解決法を提供するという新
しい技術的課題を解決することにある。

本発明の別の目的は、２つの電極の間に放電を発生させ
るとき、遅延時間をほぼ完全に除去することを可能にす
ると共に、特に、放電電流の発生、従って、それにより
発生した蒸気泡の局在化を大きく改善して、放電中に発
生する圧力波の再現性および効率を大きく向上させる解
決法を提供するという新しい技術的課題を解決すること
である。

さらに、本発明の別の目的は、２つの電極間に放電を発
生させるとき、遅延時間をほぼ完全に除去することを可
能にすると共に、電極に接続された放電回路のコンデン
サの充電により蓄えられたエネルギの大部分を即時にま
たは比較的短時間で放出して、臨界減衰型の放電を起こ
し、これによってアークの形成に伴う振動を防止する解
決法を提供するという新しい技術的課題を解決すること
である。

さらに、本発明の別の目的は、上記の新しい技術的課題
を解決すると共に、電極の摩耗を減少させる解決法を提
供することである。

本発明のもう１つの目的は、特に圧力波を用いた結石（
腎結石、胆石ならびに尿結石）または組織（腫瘍等）の
生体外からの破壊、さらに骨折の治療用の装置に関して
、工業的規模で使用できる極めて簡単な方法で上記の新
しい技術的課題を解決することである。

上記の新しい技術的課題の全てが、満足のゆく方法で、
低価格で、しかも工業レベルで本発明により初めて解決
された。

課題を解決するための手段 従って、本発明の第１の特徴によれば、少なくとも２つ
の放電電極間で水等の液体媒質中に生じる放電状態を改
善する方法であって、少なくとも電極間において電流に
対する抵抗をかなり減少させ、その抵抗を臨界抵抗に近
いかあるいは若干高い抵抗値にすることを特徴とする方
法が提供される。

本発明の特に好ましい態様によれば、上記電気抵抗は、
少なくとも電極間に介在する導電液体媒質を用いること
により減少させる。

本発明の特に有利な態様によれば、使用される上記導電
液体媒質の電気抵抗は、通常のイオン化水を基準として
、その電気抵抗値の少なくとも１／１０、さらに好まし
くは少なくとも１／１００である。さらに好ましくは、
本発明に従う導電性媒質の電気抵抗は、抵抗率で、約２
０Ωｃｍ以下であり、数Ωｃｍから２０ΩＣｍの間であ
ることのが好ましい。

導電性液体媒質は水性もしくは非水性電解質から成るも
のでよい。適した水性電解質は、イオン化可能な化合物
、特に例えば、ＮａＣ１，ＮＨａＣｌのようなハロゲン
化塩、または、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属
、あるいは銅等の遷移金属を含む硫酸塩または硝酸塩の
ような塩を含む水である。

現在望ましい導電性水性液体媒質は、１００または２０
０ｇ／ｆの割合で塩を含み、抵抗率が１０から５０ｃＩ
Ｉｌの水である。適した非水性導電媒質は、当業者には
公知の金属粒子等の導電粒子を添加して導電性にした導
電性油である。

本発明の第２の特徴によれば、間歇的に電流が供給され
る少なくとも２つの放電電極の間で水等の液体媒質中に
生じた放電の状態を改善するための装置であって、少な
くとも電極間において電流に対する抵抗を減少させて、
臨界抵抗に近い値かまたは若干高い抵抗値にする手段を
備える装置を提供する。

特に有利な態様によれば、電流に対する電気抵抗を減少
させる手段は、少なくとも電極間に介在する導電液体媒
質を含む。この介在は、電極を上記導電性液体媒質に浸
す、あるいはこの導電液体媒質を電極のレベルに注ぎ込
むことにより達成される。

本発明に従う上記導電性液体媒質のその他の特徴は、方
法に関して説明してきたが、勿論装置にも適用可能であ
る。

本発明によれば、放電は導電性媒質を通じて生成される
ので、遅延時間をほぼ完全に除去することができる。さ
らに、電極間に発生した圧力波の再現性がかなり向上す
る共に、アーク形成に伴う振動が防止される。これは、
主に、従来の場合ではアークが時間的にも空間的にもラ
ンダムに生じていたために、上記泡形成の局在化が不正
確であったが、本発明ではそうようにならないからであ
る。従って、本発明に従えば、＠動電流が除去され、放
電は臨界減衰型である。これは添イ４の図面を参照にし
た以下の説明からさらに容易に理解されることであろう
。

さらにまた本発明によれば、エネルギがより瞬間的に（
臨界速度で）供給されるので、発生ずる圧力はコンデン
サの放電電圧を同じ値とした場合０、従来より高くなる
。

本発明は、従って、当業者の誰にも予期されす°、明ら
かではなかった上述した様々な技術的利点を実現するも
のである。

本発明のその他の■的、特徴および利点は、非限定的な
例として示した装置の好ましい実施例を示す添イ４図面
を参照にした、以下に行う説明からさらに明らかにされ
ることであろう。

り１準１ 第２図に、リーバ−のアメリカ合衆国特許箱２゜５５９
、２２７号に記載される形式の切頭楕円形レフレクタを
参考として概略的に示し、参照番号１０をしである。こ
の１／フ１ノクタは２つの電極１２．１４を備え、これ
らの電極は、参照記号Ｆで示した内部焦点に向かって収
斂するように、互いに向かい合うように位置している。

楕円体の第二の焦点は切頭楕円形レフレクタ１０の外部
に位蓋し、リーバ−のアメリカ合衆国特許に詳細に記載
されているように、この第二焦点に破壊すべきターゲッ
トを合わせる。勿論このターゲットは結石であってもよ
い。

電極１２は例えば、第２図に示すように、アースされ、
更にコンデンサＣの一端に接続されている。

他方の電極１４は例えば、ガス消弧遮断器等の開閉袋］
を介してコンデンサＣに接続されている。

この開閉装置は参照番号２０で示した制御装置により間
歇的に遮断される。高い値の抵抗ＲがコンデンサＣと並
列に配置されている。コンデンサＣは、例えば、参考の
ため引用した本出願人による文献ＥＰ−八−０２９６９
１２号の第１図に示されたような電源から１０．０００
　＝２０．０００　Ｖの高電圧が充電される。これに対
応する回路は理解を容易にするため省略した。通常、楕
円形レフレクタ１０は、通常は水の衝撃波伝達液で満た
されており、その電流に対する抵抗は少なくない。通常
イオン化水の電気抵抗値は、抵抗率で約１５００Ωｃｍ
である。リーバ−のアメリカ合衆国特許箱２．５５９．
２２７号の場合のように、非常に絶縁性の高い油類の場
合、抵抗率は約３−・−５ＭΩｃｍである。

電極１２．１４間の液体媒質が通常イオン化水である場
合に、第２図に示したような回路中に放電を起こすとき
、第１ａ図、第１ｂ図および第１Ｃ図に示したような放
電特性となり、これには遅延時間が少なからずあり、放
電の状態は、アークの形成を伴い、且つ、エネルギを外
部媒質に段階的に伝える振動型である。

本発明に従い、少なくとも電極間を流れる電流に対する
抵抗をかなり減ら１２、臨界抵抗に近い値あるいは若干
高い抵抗値にするための手段が使用される。この解決法
は、電極間に絶縁要素を介在させて電極間の電気抵抗を
かなり増加させることを提案する本出願人による文献Ｂ
Ｐ−Ａ−０２９６９１２に推奨される方法と逆であり、
またガーバーのアメリカ合泉田特許第３５５９４３５号
に提案されている方法とも対照的である。

本発明によれば、電気抵抗を減少させる上記手段は、少
なくとも部分的に電極の間に位置する導電性の液体媒質
を備えるのが望ましい。実際に、これは、導電性媒質中
に電極を浸すことにより、即ち、液中で圧力波を生成す
る場合には、楕円形レフレクタ１０を」１記導電性液体
媒質で満たずことにより非常に簡単に達成することがで
きる。

本発明の有利な態様によれば、導電性液体媒質は、通常
１５００Ωｃｍ程度の抵抗率を有する通常のイオン化水
を基準として、その電気抵抗の値の少なくとも１／１０
、望ましくは１　／１００の電気抵抗を有している。本
発明に従う導電性媒質の電気抵抗は、抵抗率で約２００
Ｃｍ以下が望ましく、さらには数Ωｃｍから２００ａｍ
の範囲であることが好ましい。かくして、電極間のく液
体の）抵抗は、臨界抵抗（一般には０．３〜数Ωｃｍ）
と等しいか、これに非常に近い。その結果、電流は、導
電性液体中を流れ、出来る限り短い時間で導電性液体を
加熱する。コンデンサのキャパシタンスＣや、放電回路
のインダクタンスＬ等の外部パラメータの値を考慮する
と、気体の圧力波発生泡はプラズマのほぼ不在下で生成
される。

本発明に従う導電性媒質として、あらゆる水性または非
水性の導電性液体を用いることができる。

適した水性の導電液体は、純粋な水に、／％ロゲン化物
、特に塩化物、硫酸塩、硝酸塩等の塩のようなイオン化
可能な可溶化合物を添加して作製される水性電解液であ
る。特に望ましい水性電解液はＮａＣ１またはＮＨ，Ｃ
Ｉを添加した水である。さらに好ましい媒質は、抵抗率
が１０〜５Ωｃｍで、濃度が１００または２００ｇ／ｆ
の塩水である。適した非水性の電解液として、導電性油
、即ち、金属粒子のような導電粒子を添加することによ
り導電性とされた油を挙げることができる。

本発明に従い、導電性媒質を用いると、第３ａ図、第３
ｂ図、第３Ｃ図に示したように、放電特性が得られる。

電極が時間１．で点孤されるとすぐにコンデンサＣの放
電がほぼ瞬間的に起こる。

さらに、放電は、臨界減衰型であり、シヌソイド型では
ない。また、エネルギは、振動状態の場合や、遅延時間
のある従来の状態の場合よりはるかに短い時間で外部媒
質に送られるので、発生した圧力波の値をより短時間で
増加させることができる。

その結果、放電が時間的及び空間的にランダムに生じる
のではなく、反対に、時間１．で点孤され、完全に局在
化された蒸気泡を形成することから、圧力波の再現性が
相当高くなる。第３図に示すグラフは、電極１２．１４
を浸すための導電性媒質として濃度２００ｇ／Ａの塩水
と、容量１００ｎＦのコンデンサと、電極間の間隔０．
４ｍｍと、全体の自己インダクタンスＬが８０ｎＨの第
２図に示した放電回路とを用いて得られた。

本明細書において、臨界抵抗が、式： ％式％） （ただし、Ｌは、コンデンサＣの放電回路の内部自己イ
ンダクジスの値であり、Ｃはコンデンサの容量値である
） を実質的に満たす電極間の抵抗値であることに留意され
たい。

本発明に従い、導電性液体媒質を用いて、特に塩水を用
いた場合に、平均偏差が５％以下の優れた圧力波の再現
性が得られる。これに対して、通常のイオン化水を用い
た場合には、平均偏差は約３０％である。従って、本発
明は、当業者に明らかではなく、予期されなかった技術
的利点をもたらし、その結果、前述の問題を全て解決す
る。本発明はまた以上説明した方法を実施する可能性も
提供する。

最後に、本発明は、２つの電極間に電流を流すことよる
圧力波を発生する圧力波発生装置であって、既に説明し
た放電状態を改善するための方法または装置を使用する
ことを特徴とする装置も実現する。特に、この圧力波発
生装置は、本発明に従う導電性液体媒質を満たした切頭
楕円形レフレクタを備えることを特徴とする。

上記の圧力波発生装置は、圧力波による結石（腎結石、
胆石、尿結石）、あるいは組織（腫瘍等）の生体外から
の破壊、さらには骨折の治療に適用するのが望ましい。

４、簡単な図面の説明 第１ａ図、第１ｂ図および第１ｃ図は、第２図に概略を
示したリーバ−のアメリカ合衆国特許第２、５５９．２
２７号に従う放電回路を用いて２つの電極間に発生する
普通のアーク放電の間の電圧、電流およびエネルギの曲
線をそれぞれ示すグラフであり、 第２図は、リーバ−のアメリカ合衆国特許第２゜５５９
、２２７号に記載された形式の切頭楕円形レフレクタを
、電極と切頭楕円形レフレクタの内部焦点を通過する断
面に沿った切断した部分的な断面と、電極に接続された
コンデンサ充放電回路、コンデンサと並列に設けられた
抵抗Ｒを概略的に示す図であり、 第３ａ図、第３ｂ図および第３Ｃ図は、本発明に従い、
少なくとも電極間に導電性液体媒質を用いた場合に得ら
れる電圧、電流およびエネルギの曲線をそれぞれ示して
いる、第１ａ図、第１ｂ図および第１Ｃ図と同様なグラ
フである。

（主な参照番号） １０・・レフレクタ、 ２０・・制御装置、 Ｃ・・コンデンサ、 Ｒ・・抵抗 １２．１４・・電極、 Ｆ・・内部焦点、 ■・・開閉装置、

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流が間歇的に供給される少なくとも２つの電極
   間で水等の液体媒質中に生じる放電状態の再現性を特に
   改善するための方法であって、少なくとも電極間におい
   て、電流に対する抵抗をかなり減少させ、該抵抗を臨界
   抵抗に近い値かあるいは若干高い抵抗値にすることを特
   徴とする方法。
2. （２）少なくとも電極間に介在するように導電性液体媒
   質を用いることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. （３）上記導電性液体媒質の電気抵抗が、通常のイオン
   化水を基準として、その電気抵抗値の少なくとも１／１
   ０、好ましくは少なくとも１／１００であることを特徴
   とする請求項１記載の方法。
4. （４）上記導電性液体媒質の電気抵抗が、抵抗率で約−
   ２０Ωｃｍ以下で、好ましくは数Ωｃｍから２０Ωｃｍ
   の間の範囲にあることを特徴とする請求項３記載の方法
   。
5. （５）上記導電性液体媒質が、水性もしくは非水性電解
   液、望ましくは塩水であることを特徴とする請求項２記
   載の方法。
6. （６）電流が間歇的に供給される少なくとも２つの電極
   間で水等の液体媒質中に生じる放電状態を改善するため
   の装置であって、少なくとも電極間において電流に対す
   る抵抗をかなり減少させ、該抵抗を臨界抵抗に近い値か
   あるいは若干高い抵抗値にする手段を備えることを特徴
   とする装置。
7. （７）上記手段が、少なくとも電極間に介在する、ある
   いは電極の高さに注入された導電液体媒質を含むことを
   特徴とする請求項６記載の装置。
8. （８）上記導電性液体媒質の電気抵抗が、抵抗率で、通
   常のイオン化水を基準として、その電気抵抗値の少なく
   とも１／１０、好ましくは少なくとも１／１００である
   ことを特徴とする請求項６記載の装置。
9. （９）上記導電性液体媒質が、水性もしくは非水性電解
   液から成ることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. （１０）上記導電性液体媒質が、イオン化可能な化合物
    、特に、ハロゲン化塩、硫酸塩または硝酸塩等の塩が添
    加された純水から製造された水性電解液であることを特
    徴とする請求項７記載の装置。
11. （１１）上記導電性液体媒質が、例えば、濃度１００ま
    たは２００ｇ／ｌの塩水のような、抵抗率約２０Ωｃｍ
    以下の電気抵抗を有することを特徴とする請求項７記載
    の装置。
12. （１２）２つの電極間に電流を流すことにより圧力波を
    発生するための装置であって、請求項６〜１１のいずれ
    か一項に記載の装置を備える、あるいは請求項１〜５の
    いずれか一項に記載の方法を用いることを特徴とする圧
    力波発生装置。
13. （１３）切頭楕円形レフレクタ（１０）を備え、該レフ
    レクタが、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の導電
    性液体で満たされていることを特徴とする圧力波発生装
    置。
14. （１４）上記装置が、圧力波により結石（腎結石、胆石
    ならびに尿結石）または組織（腫瘍等）の生体外からの
    破壊、さらに骨折の治療に使用されることを特徴とする
    請求項１２記載の装置。