JPH0446731Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、衝撃波出口を有して液体を充填され
たケースと、衝撃波出口とは反対側に配置された
衝撃波源と、衝撃波を焦点に集束させるための手
段とを備え、衝撃波源と焦点との間には衝撃波源
から放射された衝撃波の断面積よりも小さい断面
積を有する板状部材が配置された生体内の結石の
非接触破砕装置用衝撃波発生器に関する。

〔従来の技術〕

このような衝撃波発生器はドイツ連邦共和国特
許第3240691号明細書に記載されている。この衝
撃波発生器においては、板状部材はその音響イン
ピーダンスが液体の音響インピーダンスとは異な
る材料によつて形成されている。板状部材の断面
積は衝撃波の断面積よりも小さいので、衝撃波の
一部分（以下においてはこの部分のことを成分と
称する）は板状部材を妨げられずに通過し、一
方、衝撃波の他の成分は板状部材を貫通する。板
状部材の音響インピーダンスが液体の音響インピ
ーダンスとは異なつているので、板状部材を貫通
する衝撃波成分は板状部材の前側面および後側面
での多重反射によつて衝撃波前面が連続的に何倍
にも増やされる。その場合、衝撃波前面間の時間
間隔は主として板状部材の厚さに依存する。従つ
て、板状部材を妨げられずに通過する衝撃波成分
の他に、多数の衝撃波前面が結石に作用して、結
石内にその都度作られるストレスが重畳され、そ
れゆえ単一の衝撃波前面に比較して破砕効果が改
善される。

公知の衝撃波発生器においては、衝撃波の焦点
Ｆにおいては時間ｔに対する圧力ｐの変化は例え
ば第７図に定性的に示したように現れる。この変
化は多重反射によつて作られて一定の時間間隔で
連続する理論的には無限個数の圧力パルスにより
構成される。但し、図には圧力パルス２ａ〜２ｄ
が示されているだけである。圧力パルスの振幅は
等比数列の形態を取つている。圧力パルス２ａ〜
２ｄには板状部材を貫通しない衝撃波成分に相当
する圧力パルス１が重畳している。第７図に示し
た圧力の時間的変化の場合には、圧力パルス１は
圧力パルス２ａに比較して時間遅れを有してい
る。この時間遅れは液体中の音響伝播速度が板状
部材内の音響伝播速度よりも小さい場合に現れ
る。逆の場合には圧力パルス２ａに対する圧力パ
ルス１の時間的進みが現れる。個々の圧力パルス
は非常に急勾配の立上がりと、それに続いたほぼ
指数関数的な立下がりとをそれぞれ有しており、
立下がりは一般にいわゆるアンダーシユート３を
有する。即ち、場合によつてはかなりの負圧が短
期間現れる。このようなアンダーシユートは圧力
パルスの加算によつて生ずる圧力の時間的合成変
化を有することがある。圧力の立下がりの際にア
ンダーシユートの領域に現れる負圧は破砕すべき
結石を取巻く組織をキヤビテーシヨン現象によつ
て損傷させる前兆となる。

〔考案が解決しようとする課題〕

アンダーシユートを有せずかつ結石を破砕する
のに適するような圧力変化は公知の衝撃波発生器
を用いたのでは容易に作ることができない。さら
に、公知の衝撃波発生器においては多重反射によ
つて圧力パルスが多数現れるために、焦点におけ
る圧力の時間的変化に影響を与えることは非常に
限定された範囲だけでしか可能ではない。さら
に、板状部材と液体との間の境界面での多重反射
は損失をもたらすという欠点がある。

そこで、本考案は、衝撃波発生器の焦点におけ
る圧力の時間的変化を任意に選定可能であり、し
かも多重反射による損失を回避することができる
ように、冒頭で述べた種類の衝撃波発生器を構成
することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は本考案によれば、板状部材は音響イ
ンピーダンスが液体の音響インピーダンスとほぼ
一致しかつ音響伝播速度が液体中の音響伝播速度
とは異なるような材料によつて形成されることに
よつて解決される。

〔作用および考案の効果〕

板状部材の音響インピーダンスと液体の音響イ
ンピーダンスとが互いに異なつているために、板
状部材の背後では板状部材を貫通する衝撃波成分
と液体内だけを伝播する衝撃波成分との間に時間
遅れが生じ、その場合に、板状部材を貫通する衝
撃波成分は液体内だけを伝播する衝撃波成分に対
して、板状部材の音響インピーダンスが液体の音
響インピーダンスよりも大きいかまたは小さいか
に応じて、後走または前走する。従つて、板状部
材の背後では衝撃波前面が２つの時間的に互いに
ずれた成分を有するような衝撃波が生じる。時間
ずれは両音響伝播速度と板状部材の厚さとに依存
する。その場合、時間ずれは板状部材が厚ければ
厚い程かつ音響伝播速度が互いに大きく異なれば
異なる程大きくなる。このような衝撃波が焦点に
到着すれば、そこでは例えば第８図および第９図
に示されているような圧力の時間的変化が生ず
る。第８図の場合には、衝撃波成分は僅かな時間
的ずれしか生ぜず、それゆえ焦点における圧力の
時間的変化は２つの短い連続する圧力ピークを有
している。一方、第９図の場合には、衝撃波成分
は比較的大きな時間ずれを生じ、それゆえ衝撃波
の第２番目の圧力ピークは第１番目の圧力ピーク
によるアンダーシユートを補償する。さらに、圧
力ピークの波高は衝撃波の対応する成分の断面積
に依存するが、第８図の場合には衝撃波の遅い方
の成分の断面は早い方の成分に比較して僅かに小
さいだけである。一方、第９図の場合には衝撃波
の遅い方の成分の断面は衝撃波の早い方の成分よ
りも非常に小さい。板状部材の音響インピーダン
スが液体の音響インピーダンスとほぼ一致するの
で、両者の間の境界では殆ど反射は現れず、それ
ゆえ衝撃波は板状部材をほぼ損失なく貫通する。

本考案の場合には、衝撃波源は、衝撃波を集束
させるための手段が直接衝撃波源の構成要素であ
ることによつて形成され得る。衝撃波源はその場
合には例えば集束された衝撃波が放射されるよう
に適宜に変形された放射面を有する。衝撃波源が
これから放射された衝撃波を集束させるための特
別な手段、例えば音響レンズまたは反射体を必要
とするように製作されている場合には、板状部材
は衝撃波源と衝撃波集束手段との間または衝撃波
の伝播方向においてこの衝撃波集束手段の背後に
配置することが出来る。さらに、板状部材は衝撃
波源と衝撃波集束手段との間ならびにこの衝撃波
集束手段の背後に設けることも出来る。

〔実施態様〕

本考案の変形例によれば、板状部材はその衝撃
波貫通領域に少なくとも１つの貫通孔を有し、し
かもこの貫通孔は板状部材の衝撃波貫通領域の中
心に設けられる。

板状部材が複数の貫通孔を有しかつ衝撃波源か
ら放射された衝撃波が円形断面を持つようにした
い場合には、本考案の１つの実施態様に基づいて
板状部材はその衝撃波貫通領域に、頂点が衝撃波
の中心軸線上に位置する複数の円形扇形貫通孔を
有するようにすることは、有利である。

衝撃波源と衝撃波出口との間には複数の板状部
材が連続的に設けられ、それらの衝撃波貫通領域
が互いに少なくとも成分的に重なり、その場合
に、板状部材は幾何学的に異なつて形成され、か
つ板状部材は異なつた材料から成るようにする
と、焦点における圧力の時間的変化に色々なバリ
エーシヨンを持たせることが可能となる。板状部
材が互いに回転可能であるようにすると、焦点に
おける圧力の時間的変化にはより一層のバリエー
シヨンを持たせることが可能となる。本考案の他
の変形例によれば、板状部材は互いに向き合つた
面が互いに当接させられる。このような措置を施
すことによつて、本考案による衝撃波発生器は構
成長さが短くなる。

〔実施例〕

次に、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第７図は従来の衝撃波発生器の焦点における圧
力の時間的変化を示す。圧力のかかる時間的変化
が通常生体内の結石を破砕するために使用され得
るのであるが、特定の場合には例えば第８図およ
び第９図に示されるような第７図とは異なつた圧
力の時間的変化の望ましいことがあり、このよう
な圧力の時間的変化は何れにせよ従来の衝撃波発
生器を用いたのでは容易に作成することが出来な
い。第８図に示された圧力の時間的合成変化は、
２つの時間的に直ちに連続する圧力ピーク４ａ，
４ｂが存在するだけであると言う点で、第７図と
は異なつている。圧力のかかる時間的変化は結石
を高い信頼度でもつて破砕することができる。と
いうのは、結石は第１番目の圧力ピーク４ａによ
つてまずストレス印加状態にもたらされ（このス
トレス印加状態では確かに“衝撃を受けた状態”
にはあるが、まだ破砕には到らない）、その後第
２番目の圧力ピーク４ｂによつて与えられたスト
レスが印加されて確実に破砕に到らしめられる。
第９図に示された圧力に時間的合成変化は、第７
図に存在していたアンダーシユート３がほぼ無く
なつていると言う点で、第７図とは異なつてい
る。アンダーシユートの無い圧力の時間的変化は
それゆえ望ましいものである。何故ならば、アン
ダーシユートの領域に生じる場合によつては非常
に大きい負圧によりキヤビテーシヨン現象が発生
し、そのために結石を取り巻く組織が傷付けられ
るかも知れないからである。

第１図には、生体５内に存在する結石６、例え
ば腎臓７内の結石を破砕するための本考案による
衝撃波発生器が示されている。この衝撃波発生器
は、液体、例えば水を充填されている管状部品９
によつて主として構成された衝撃波管８を有して
おり、管状部品９はその一端部にベローズ１１に
よつて閉鎖された衝撃波出口１０を有している。
衝撃波管８はベローズ１１によつて生体５に音響
的に結合され得る。管状部品９はその他端部に衝
撃波源を有している。即ち、その他端部は平板状
ダイヤフラム１２によつて閉鎖され、このダイヤ
フラム１２にはフラツトコイル１３が対向配置さ
れている。衝撃波を作成し得るようにするため
に、高電圧源１６によつて例えば20kVに充電さ
れ得るコンデンサ１５を含む高電圧供給装置１４
が設けられている。コンデンサ１５が適当なスイ
ツチ手段１７によつてフラツトコイル１３に結合
されると、コンデンサ１５に蓄積された電気エネ
ルギーが衝撃的にフラツトコイル１３に放電され
て、フラツトコイル１３は非常に高速に磁界を形
成する。導電性材料から成るダイヤフラム１２内
には、フラツトコイル１３内の電流とは逆向きの
電流が誘起されて、逆磁界を形成する。この逆磁
界の力作用によつてダイヤフラム１２はフラツト
コイル１３から衝撃的に突き離され、それにつて
管状部品９内に存在する液体内に単極性の衝撃波
が形成される。この衝撃波を結石の破壊のために
利用することができるようにするために、この衝
撃波は管状部品９内に設けられた音響レンズ１８
によつて集束させられる。この音響レンズ１８は
その焦点Ｆが結石６と一致するように管状部品９
内に配置されている。ベローズ１１を介して生体
５内に入射する衝撃波はそのエネルギーの一部を
周囲に比較して堅い結石６に与え、それによつて
衝撃波は引張力および圧縮力をこの結石６に作用
させ、この結石６を生体から自然に排泄すること
の出来る多数の破片に分解する。

衝撃波発生器の焦点Ｆにおける圧力の時間的変
化に影響し得るようにするために、ダイヤフラム
１２と焦点Ｆとの間、正確に言えばダイヤフラム
１２と音響レンズ１８との間には、音響伝播速度
が液体内の音響伝播速度とは異なりかつ音響イン
ピーダンスが液体との境界面における反射を回避
するために液体の音響インピーダンスとほぼ一致
するような材料から形成された板状部材１９が配
置されている。板状部材１９は、中央貫通孔２０
が設けられることによつて、ダイヤフラム１２か
ら放射された衝撃波の貫通領域が衝撃波の断面積
よりも小さい断面積となつている。ダイヤフラム
１２から放射された平面波状衝撃波が板状部材１
９を貫通すると、その衝撃波はこの板状部材１９
の後では時間的に互いにずれた２つの成分を有す
ることになる。貫通孔２０を貫通した衝撃波成分
は板状部材１９を貫通した衝撃波成分に対して、
板状部材１９内の音響伝播速度が液体内の音響伝
播速度よりも小さいかまたは大きいかに応じて、
前走するかまたは後走するようになる。その場
合、板状部材１９内の音響伝播速度と液体内の音
響伝播速度とが互いに大きく異なれば異なる程そ
して板状部材１９が厚くなればなる程、衝撃波の
各成分間の時間的ずれは大きくなる。時間的に互
いにずれた成分を有する衝撃波が音響レンズ１８
によつて集束させられると、それらの成分間の僅
かな時間ずれのために焦点Ｆでは第８図に示すよ
うな圧力変化が生ずる。一方、衝撃波成分が大き
な時間ずれを有する場合には、衝撃波の焦点Ｆに
おける圧力の時間的変化は第９図に示すようにな
る。第８図および第９図にはそれぞれ圧力の時間
的合成変化が示されており、一方時間的に互いに
ずらされた衝撃波成分の圧力変化は鎖線にて示さ
れている。さらに、時間的に互いにずれた衝撃波
成分を焦点にそれぞれ作る圧力の強さは、集束前
の時間的に互いにずれた衝撃波成分の断面積、従
つて板状部材１９の衝撃波貫通領域の断面積つま
り板状部材１９に設けられた貫通孔２０の断面積
に依存する。第８図の場合には集束前の両衝撃波
成分はほぼ同じ断面積を有しており、一方、第９
図の場合には衝撃波の後走成分は衝撃波の前走成
分に比較して小さい断面積を有する。

板状部材１９の材料ならびに厚さを適当に選択
し、かつ衝撃波の断面積に対する板状部材１９の
衝撃波貫通領域の断面積（上述した実施例の場合
には貫通孔２０の断面積）の割合を適当に選定す
ることによつて、圧力の種々の時間的変化を実現
することが出来る。さらに、貫通孔２０を板状部
材１９に偏心して設けたり、また貫通孔２０の形
状を変えたりすることも可能である。

第２図には、ダイヤフラム１２と焦点Ｆとの間
に複数の板状部材２１〜２３が設けられた衝撃波
発生器が示されている。これらの板状部材は異な
つたハツチングにて示されているように種々の材
料から構成され、種々の厚さを有して、すなわ
ち、幾何学的に異なつて形成されている。板状部
材２１，２２，２３は互いに向き合う面が互いに
当接させられており、操作レバー２４〜２６によ
つて互いに回転可能のように管状部品９内に収容
されている。

第２図ならびに第３図から明らかなように、板
状部材２１，２２，２３はそれぞれ３つの円形扇
形貫通孔２７，２８，２９を有しており、ダイヤ
フラム１２から放射された衝撃波の貫通領域が少
なくとも成分的に重なるように、操作レバー２４
〜２６によつて互いに位置決めすることが出来
る。板状部材２１〜２３を互いに適当に回転させ
ることによつて、これらの板状部材を、ダイヤフ
ラム１２から放射された単極性の衝撃波が板状部
材２１〜２３の背後で４つの時間的に互いにずれ
た成分を有するような位置に相対的にもたらすこ
とが出来る。それによつて、例えば第４図および
第５図に示されているような圧力の時間的変化を
焦点Ｆで実現することが出来る。この第４図およ
び第５図には、第８図および第９図と同じよう
に、圧力の時間的合成変化が示されており、時間
的に互いにずれた個々の衝撃波成分の圧力の時間
的変化は同様に鎖線にて示されている。第４図に
は、最初に焦点Ｆに到着する衝撃波成分のアンダ
ーシユートが後続の衝撃波成分によつて実質的に
完全に補償されるような圧力の時間的変化が示さ
れている。一方、第５図には、３つの連続する圧
力ピーク３１〜３３を有する圧力の時間的変化が
図示されている。

第６図には、ダイヤフラム３４が球形状に湾曲
されかつ相応して湾曲されたコイル３５がこのダ
イヤフラムに対向して配置された本考案による衝
撃波発生器が示されている。ダイヤフラム３４は
円錐台形状の管状部品３６の大口径端部を閉鎖し
ている。管状部品３６の小口径端部に形成され、
ダイヤフラム３４から放射された衝撃波の出口３
７には、同様に、衝撃波発生器の音響結合のため
に使われるベローズ３８によつて閉鎖されてい
る。衝撃波発生器をこのように構成することによ
つて、ダイヤフラム３４から放射された衝撃波を
集束させるための特別な手段は設けなくてもよ
い。というのは、ダイヤフラム３４から放射され
た衝撃波は何れにせよ球形状ダイヤフラム３４の
曲率中心点に一致する焦点Ｆに集中するからであ
る。それゆえ、ダイヤフラム３４は衝撃波集束手
段の機能をも有している。ダイヤフラム３４と焦
点Ｆとの間には、音響インピーダンスが液体の音
響インピーダンスとほぼ一致しかつ音響伝播速度
が液体中での音響伝播速度とは異なるような材料
によつて形成された板状部材３９が配置されてい
る。板状部材３９はダイヤフラム３４と同じよう
に球形状に湾曲されており、その曲率中心点はダ
イヤフラム３４の曲率中心点と一致している。板
状部材３９はその中心部に円錐台形状の貫通孔４
０を有しており、この貫通孔４０はその仮想頂点
がダイヤフラム３４と板状部材３９との曲率中心
点、即ち、焦点Ｆと一致するような開口角度を持
つている。このような衝撃波発生器を用いること
によつて、焦点Ｆでは、例えば第８図および第９
図に示されているような圧力の時間的変化を実現
することが出来る。

実施例としては、衝撃波が突発的に駆動される
ダイヤフラムによつて作られるような衝撃波発生
器しか図示されていない。しかしながら、本考案
による衝撃波発生器は、例えば、衝撃波が圧電方
法にて水中での火花放電により作られるかまたは
液体中に存在する強吸収対象物にレーザ光線を照
射することにより作られるような他の様式の衝撃
波発生器を含むことも出来る。同様に、板状部材
については、その幾何学的形状およびその材料が
上述した方法にて時間的に互いにずれた成分を有
する衝撃波を生じさせるのに適するならば、特に
貫通孔の形状を上述した実施例とは異なつた他の
形状に形成しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による衝撃波発生器の第１の実
施例の概略断面図、第２図は本考案による衝撃波
発生器の第２実施例の概略断面図、第３図は第２
図における−断面図、第４図および第５図は
それぞれ第２図および第３図に示した衝撃波発生
器の焦点における圧力の時間的変化の例を示す
図、第６図は本考案による衝撃波発生器の第３の
実施例の概略断面図、第７図は従来の衝撃波発生
器の焦点における圧力の時間的変化を示す図、第
８図および第９図はそれぞれ本考案による衝撃波
発生器の焦点における圧力の時間的変化の例を示
す図である。 ５……生体、６……結石、９，３６……管状部
品、１０，３７……出口、１２，３４……ダイヤ
フラム、１３，３５……フラツトコイル、１４…
…高電圧供給装置、１８……音響レンズ、２０，
４０……貫通孔、２１，２２，２３，３９……板
状部材、Ｆ……焦点。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 衝撃波出口１０，３７を有して液体を充填さ
   れたケース９，３６と、前記衝撃波出口とは反
   対側に配置された衝撃波源１２，１３，１４，
   ３４，３５と、衝撃波を焦点Ｆに集束させるた
   めの手段１８とを備え、前記衝撃波源１２，１
   ３，１４，３４，３５と焦点Ｆとの間には前記
   衝撃波源１２，１３，１４，３４，３５から放
   射された衝撃波の断面積よりも小さい断面積を
   有する板状部材１９，２１，２２，２３，３９
   が配置された生体５内の結石６の非接触破砕装
   置用の衝撃波発生器において、前記板状部材１
   ９，２１，２２，２３，３９は、音響インピー
   ダンスが前記液体の音響インピーダンスとほぼ
   一致しかつ音響伝播速度が液体中の音響伝播速
   度とは異なるような材料によつて形成されるこ
   とを特徴とする生体内の結石の非接触破砕装置
   用衝撃波発生器。 ２ 板状部材１９，２１，２２，２３，３９はそ
   の衝撃波貫通領域に少なくとも１つの貫通孔２
   ０，２７，２８，２９，４０を有すること特徴
   とする請求項１記載の衝撃波発生器。 ３ 貫通孔２０，４０は板状部材１９，３９の衝
   撃波貫通領域の中心に設けられることを特徴と
   する請求項２記載の衝撃波発生器。 ４ 衝撃波源１２，１３，１４から放射された衝
   撃波は円形断面を有し、板状部材２１，２２，
   ２３はその衝撃波貫通領域に、頂点が衝撃波の
   中心軸線上に位置する複数の円形扇形貫通孔２
   ７，２８，２９を有することを特徴とする請求
   項２記載の衝撃波発生器。 ５ 衝撃波源１２，１３，１４と出口１０との間
   に複数の板状部材２１，２２，２３が連続的に
   設けられ、それらの衝撃波貫通領域は互いに少
   なくとも成分的に重なることを特徴とする請求
   項１ないし４の１つに記載の衝撃波発生器。 ６ 板状部材２１，２２，２３は幾何学的に異な
   つて形成されることを特徴とする請求項５記載
   の衝撃波発生器。 ７ 板状部材２１，２２，２３は異なつた材料か
   ら成ることを特徴とする請求項５または６記載
   の衝撃波発生器。 ８ 板状部材２１，２２，２３は互いに回転可能
   であることを特徴とする請求項５ないし７の１
   つに記載の衝撃波発生器。 ９ 板状部材２１，２２，２３は互いに向き合つ
   た面が互いに当接させられていることを特徴と
   する請求項６ないし８の１つに記載の衝撃波発
   生器。