JPH06505648A - 衝撃波装置の電極間に液体を介在させる方法および装置 - 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】 衝撃波装置の電極間に液体を介在させる方法右よび装置本発明は、複数の電極間 に導電性液体を介在させる方法およち装置と、そのような方法および装置を使用 した衝撃波発生装置に関する。

リーバ−（ＲＩＥＢＥＲ）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８０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つの電極間の放電すなわら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図及び第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で電極１２および１３が作成され、絶縁体２ ６に取付けられる。この絶縁体２６は、装置１１ａ１１１ｂ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４２〜５ ３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、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２ｂ２ｂ１゜リーバ−の装置によれば、電極の間の回路は、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。すなわち、コンデンサは、放電し た後、非常に高い初期電圧（１５，０００〜２０、０ＯＯＶ　）よりも低い電圧 に、放電と逆方向に再充電し、続いて順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、アークが２つの電極間に発生する。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１．で閉じられると、電極端子での 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１ ａ図参照）。第１には電極が浸っている液体（通常水である）は常に若干導電性 があり、第２には、安全性とアーク点火のために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ので、２つの電極の間に小さな電流が流れる（第 １ｂ図）。

成る時間の後、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ＫＡ上昇する。アークが、極めて低い抵抗（約１　／１００または１／１００ ０Ω）を有するプラズマで構成されていることは公知の事実であり、ＲＬ型回路 におけるコンデンサの放電時の電流（第１ｂ図）および電圧（第１ａ図）の振動 が重要であるのは、低い抵抗値のためである。

アークに含まれそしてアークから放出されるエネルギは、電極が浸っている液体 （通常は水）を蒸発させ、蒸気泡を生成し、結果的に衝撃波を発生する。このエ ネルギの放出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、電流の振動の特性のために、外部媒質 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、いかに圧力波は強く、圧力上 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、大量のエネルギを瞬時に伝 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」ｂ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）。

ヨーロッパ特許第０．２９６．９１２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電荷により蓄えられたエネルギの大部分を瞬時にもしくは 比較的短時間で放出するための第１の解決法を提案した。この効果を生むために 、アーク発生電極１２．１４の間に高抵抗絶縁要素（３２）を介在させることに より、少なくとも電極間のアーク路上での電気抵抗を増加させることを提案した 。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。

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困難である。さらに、この特殊な解決法の主 な目的は、電気アークが生じたとき放電状態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、衝撃 波の再現性が改善されない。

従って、本発明の主な目的は、電極間の放電を発生するのに通常必要となる遅延 時間を完全にまたはほぼ完全に除去することによって、２つの電極間の放電回路 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に瞬時的 に放出することを可能にする解決法を提供して、新しい技術上の問題を解決する ことにある。

本発明のもう一つの目的は、電極間で放電を発生させる時、遅延時間を完全にあ るいはは１１完全に除去し、放電発生の局在化を大幅に改善して衝撃波の再現性 を大きく向上させることを可能にする解決方法を提供し、新しい技術上の問題を 解決することにある。

さらに本発明のもう一つの目的は、電極間で放電を発生させる時、遅延時間を完 全にあるいはほぼ完全に除去し、２つの電極間の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瞬時にもしくは比較的短時間で放出すること を可能にする臨界減衰型の放電を発生させる解決方法を提供し、新しい技術上の 問題を解決することにある。

本発明のさらなる目的は、上記の新しい技術上の問題を解決すると共に、電極の 摩耗を軽減し、既存の装置で生じる交番の程度を制限する方法を提供することに ある。

本発明はさらに、工業規模で使用可能で、特に生体外からの砕石術に関して使用 可能な、非常に簡単な方法で上記の新しい技術上の問題を解決することにある。

上述した新しい技術上の問題点は全て、本発明によって初めて、満足できる方法 により、低コストで、工業レベルで、特に生体外での砕石術に関して、解決され た。

つまり、本発明の第１の特徴によれば、少なくとも２個の放電を行う電極間にあ る水のような液体媒質中で発生する放電の状態を改良する方法において、電極を 囲む実質的に閉じられたリザーバに入れた導電性液体媒質を少なくとも電極の間 に介在させて、放電経路の抵抗を、少なくとも電極間において相当減少させて臨 界抵抗に近い値まで引下げることを特徴とする方法を提供する。

上記リザーバは、衝撃波の伝播にほとんど影響を与えないような材料で製造され る。そのような材料の例としては、ラテックス、シリコンまたは金属ストリップ 等、当業者には公知のものがある。

もう一つの有利な実施例によれば、電極がリザーバを支持し且つ取り外し可能に なっている。従って、電極はリザーバと一緒に供給することができ、組立体が使 用可能で使い捨て可能であり、従来の解決方法に比べて維持費が少なくて済む。

特に有利な実施例では、使用する導電性液体媒質は、基準として使用する通常の イオン化水の電気抵抗値の少なくとも１／１０、好ましくは少なくとも１／１０ ０以下の電気抵抗を有する。

さらに好ましくは、本発明の導電性媒質の電気抵抗は、抵抗率で示した場合に約 １５Ω口未満とする。導電性液体媒質は、水性または非水性の電解液で構成する ことができる。適当な水性電解液としては、イオン化化合物、特にハロゲン化塩 のような塩、例えば塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、または、アルカリ金属 またはアルカリ土類金属あるいは銅のような遷移金属の硫酸塩または硝酸塩を含 有する水がある。現在良く使用される導・電性水性液体媒質は、ｌｏｏｇ／ｌま たは２００ｇ／ｌの濃度の塩を含み、抵抗率がそれぞれ１０および５Ω印の水で ある。

さらに好ましい導電性水性液体媒質としては、１０重量％の塩化ナトリウム（約 １００ｇ／ｌ）と０．５〜２重量％のリン酸塩、特にリン酸二ナトリウム（Ｎａ 、ＨＰＯ２・１２Ｈ２０）を含有するものを使用する。この導電性媒質の抵抗率 は約８Ω口である。

好ましくは、メチレンブルーのような染料を２ｍｇ／ｌの割合で添加し、リザー バの漏れがわかるようにしておく。

適当な非水性の導電性媒質としては、金属粒子のような導電性粒子を添加して導 電性を付与した導電性油が挙げられ、これは当業者らには公知のものである。

第２の特徴によれば、本発明では、水のような液体媒質中において少なくとも２ 個の放電を行う電極の間で発生する放電の状態を改善する装置であって、少なく とも電極間における放電経路の抵抗を減少させて臨界抵抗に近い値まで引下げる 手段を備え、当該手段は、電極を囲み且つ導電性液体媒質で満たされた本質的に 閉じられたリザーバを有することを特徴とする装置を提供する。上記リザーバの 材料は衝撃波の伝播に実質的な影響を与えないようなものを選択する。特に上記 リザーバは、ラテックス、シリコンまたは金属ストリップ製とすることができる 。電極を囲む膜状とすることが可能である。

第３の特徴によれば、本発明はさらに、特に生体外タイプの液体放電媒質中に浸 漬された少なくとも２個の電極間の放電により衝撃波を発生する装置であって、 上記のような放電状態を改良する手段を備えることを特徴とする装置に関するも のである。好ましい実施例によれば、上記装置は切頭楕円形レフレクタを備え、 このレフレクタの内部焦点で少なくとも２個の電極間の放電により衝撃波が発生 し、その外部焦点に衝撃波が集まる。上記切頭楕円形レフレクタは液体カップリ ング媒質で満たされている。この場合、電極従って内部焦点を囲む上記の本質的 に閉じられているリザーバが備えられており、このリザーノくには導電性液体媒 質が満たされ、上記リザーバの外側には、別の液体媒質、特に水が切頭楕円形レ フレクタ内部に使用されている。

本発明の導電性媒質のその他の特性は、方法に関して既に述べており、本装置に 適用可能であることは明らかにである。

本発明によって、放電は導電性媒質中でなされ、従って遅延時間が完全にあるい はほぼ完全に除去される。さらに、電極間に発生する衝撃波は非常に再現性の良 いものとなる。このことは、従来の場合はアークが時間的にも空間的にもランダ ムに生じるために不正確に局在した蒸気泡が生成されるが、本発明の場合はそう はならないという事実によるものである。さらに本発明では振動電流が除去され 、放電は臨界減衰型である。これは添付の図面を参照した以下の説明からさらに 容易に理解されよう。

さらに本発明では、導電性液体で満たしたリザーバを用いるために、使用する導 電性液体の量が非常に少なくてすみ、患者がこの液体に接触することはない。さ らに、放電が閉鎖系で起こるため電気的な危険が少ない。

従って本発明は、当業者の誰にも予期されず自明ではなかった上記の様々な技術 的利点を実現するものである。

本発明のその他の目的、特徴および利点は、添付図を参照して行う以下の記載に より、当業者に明らかになろう。図は特に本発明の好ましい実施例を示すが、こ れらは単なる例であって本発明を限定するものではない。図において、図１ａ、 ｌｂ、ｌｃはそれぞれ米国特許第２．５５９．２２７号のリーバ−型の放電回路 を使用して２個の電極間に発生される通常のアーク放電において得られる電圧、 電流およびエネルギのカーブを示す。

図２は、実質的に閉じられたリザーバに導電性液体媒質が満たされ、その媒質中 ２個の電極間で放電が発生するような本発明の放電手段を備えた、特に体外から の砕石術を行うための衝撃波発生装置の部分断面の概略図である。

図３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれ、図２に示すように本発明に従い少なくとも２個 の電極間に介在させた導電性液体媒質を用いて得られる電圧、電流およびエネル ギのカーブを示す、図１ａ、１ｂ、ＩＣとほぼ同様な図である。

図２は、参照番号１０で示した米国特許第２．５５９．２２７号のＩＪ　−バー 型の切頭楕円形レフレクタを備えた、体外からの砕石術などに使用される衝撃波 発生装置を概略水した図である。このレフレクタ１０には２個の放電電極１２． １４が向かいあって設置されており、ここではドイツ国公開特許第２．６３５． ６３５号明細書から知られているようにケージ状構造になっている。これら２個 の放電電極１２および１４は、参照番号Ｆで示した内部焦点で互いに収斂するよ うになっている。

楕円形の第２の焦点は切頭楕円形レフレクタ１０の外側に位置し、リーバ−の合 衆国特許に詳細に記載されているように、この第２の焦点に破壊すべき目標物を 合わせる。電極１２は図２に描かれているように、接地され、さらにコンデンサ Ｃの一端に接続されている。別の電極１４は例えばガス充填消弧遮断器等の開閉 装置■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と並列に設置されている。コンデンサＣには、例 えば本出願人のヨーロッパ特許０．２９６．９１２号の第１図に示されるように 電源から１０．０００〜２０．０ＯＯＶの高電圧が充電されるが、この回路はこ こでは図示しない。

従来技術によれば、楕円形レフレクタ１０には、衝撃波伝達液体、通常は水が満 たされており、この液体の電流に対する抵抗は少なくない。通常のイオン化水の 電気抵抗値は、抵抗率で約１５００Ω印である。リーバ−の米国特許第２．５５ ９．２２７号の場合にように、非常に絶縁性の高い油類の場合、抵抗率は約３〜 ５ＭΩ国である。

電極１２．１４間の液体媒質が通常のイオン化水であるような従来技術の回路で 放電を行う場合、図１ａ、１ｂおよび１ｃに示すような放電特性となり、これに は遅延時間が少なからず存在し、放電状態は、振動型で、エネルギを外部媒質に 段階的に伝える。

本発明によれば、本質的に閉じられたリザーバ３０を使用し、このリザーバに導 電性液体３２を満たし、電極１２と１４の間の放電路に対する抵抗を臨界抵抗近 くまで、好ましくはそれ以下まで低下させることができる。この方法は、電極間 に絶縁要素を介在させて電極間の電気抵抗を大幅に増加させることを提案する本 出願人によるヨーロッパ特許’ＪＧ　Ｏ，２９６，９１２号で推奨されている方 法とは逆である。

このリザーバ３０自体の周囲には、液体カップリング媒質３４が切頭楕円形レフ レクタ１０を満たしている。この媒質は特に水であり、このため患者の皮膚は普 通の水と接触することになる。

このリザーバは、電極１２．１４間の放電によって発生する衝撃波にほとんど影 響を与えないような材料を用いて製造する。そのような材料は当業者には公知で ある。特に例を挙げるならば、ラテックス、シリコン、金属ストリップがある。

実用的な実施例では適切な方法で固定された膜の形であり、例えば当業者には理 解されるように、電極を支持する導電性の外部要素１２ａに固定される。

好ましくは、電極は、リザーバを支持するように構成されており、図２に示す通 り、取り外し可能になっている。従って、電極は、リザーバと一緒に供給するこ とができ、電極とリザーバとの組立体が、使用でき、使い捨て可能で、従来の解 決法に比べて維持費が少なくて済む。

本発明の好ましい実施例では、リザーバ３０に入っている導電性液体媒質２３の 電気抵抗は、基準して使用した通常のイオン化水の抵抗（抵抗率で示して通常的 １．５００ΩＣａ＋）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。本発明の導電性媒質の電気抵抗は、抵抗率で示して約１５Ω１ 未満であるのが好ましい。

本発明の導電性液体媒質としては任意の水性または非水性伝導性液体を使用する ことができる。適当な水性導電性液体は、純粋な水に、可溶性のイオン化化合物 、例えば特にノへロゲン化塩、特に塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩のような塩を添加し た水性電解液である。特に好ましい水性の電解液は塩化ナトリム又は塩化アンモ ニウムを添加した水である。更に好ましい媒質は１００または２ＱＯｇ／ｌの塩 を添加した水で、それぞれ抵抗率は１０Ωｃａｉ６よび５ｃ国である。

さらに好ましくは、１０重量％の塩化ナトリウムと０．５〜２重量％のリン酸二 ナトリウム（Ｎａ２ＨＰ　Ｏ＝・１２Ｈ，Ｏ）を含有し、抵抗率が温度２５℃で 約８Ω備である水性導電性媒質を使用する。

塩化す）　ＩＪウムとリン酸塩の比率は決定的な要素ではなく、抵抗率の値は１ ０Ω印まで調節することができる。少なくとも００５重量％のリン酸塩を維持す るのが好ましい。導電性媒質に染料を添加してリザーバ３０の漏れがわかるよう にしておくことも可能である。

適当な非水性の導電性媒質としては、金属粒子のような導電性粒子を添加して導 電性を付与した導電性油が挙げられる。

本発明によって、導電性液体媒質を使用した場合には、図３ａ、３ｂ、３ｃに示 すような放電特性が得られる。時間１．で電極が荷電されると、はぼ即座にアー クが発生する。さらに上記放電は臨界減衰型であり、もはや振動型ではない。ま たエネルギは、振動型の場合や遅延時間のある従来の減衰型の場合よりはるかに 短い時間で外部媒質に送られる。

結果的に、アークが時間的または空間的にランダムに生じるのではなく、反対に 、時間ｔ１に生じるために、完全に局在化された蒸気泡を形成するという事実に よって、衝撃波の再現性が大幅に向上する。図３に示す時間変化は、電極１２お よび１４を浸すための導電性媒質として濃度２００ｇ／Ｊの塩水と、容量１００ ｎＦのコンデンサと、０．４１１ｎの電極間の間隔と、全体の内部自己インダク タンスＬが８０ｎＨの図２に示した放電回路とを用いて得られたものである。

本明細書及び請求の範囲において、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ンスの値であり、 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。

本発明に従い、導電性液体媒質を用いて、優れた衝撃波の再現性が得られる。特 に塩水を用いた場合に、平均偏差が５％以下である。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、先に 述べたような予期されなかった技術的利点をもたらし、その結果、上述した問題 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つの電極間にアークを発生させることにより衝撃波を発生 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手段を使用す ることを特徴とする装置も含んでいる。特に、この衝撃波発生装置は、先に記載 のように導電性液体媒質を瀾だしたりサーバを備えた切頭楕円形レフレクタと、 リザーバを取り囲んでレフレクタを満たす別の液体カップリング媒質を有するこ とを特徴としている。特に適用される例は、体外からの砕石術である。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成５年６月２８日−

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも２個の放電を行う電極間の水のような液体媒質中で発生する放電 の状態の再現性を特に改良する方法において、電極を囲む本質的に閉じられたリ ザーバ（３０）に入れた導電性液体媒質を少なくとも電極の間に介在させ、少な くとも電極間における放電経路に対する抵抗を大幅に減少させて臨界抵抗に近い 値まで下げることを特徴とする方法。
2. ２．上記導電性液体媒質の抵抗が、基準として使用する通常のイオン化水の抵抗 値の少なくとも１／１０、好ましくは少なくとも１／１００である請求項１に記 載の方法。
3. ３．上記導電性液体媒質の電気抵抗が、祇抗率で示した数値で約１５Ωｃｍ未満 である請求項２に記載の方法。
4. ４．導電性液体媒質が水性または非水性の電解液、好ましくは塩水よりなる請求 項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ５．少なくとも２個の放電を行う電極間にある水のような液体媒質中で発生する 放電の状態を特に改良する装置において、少なくとも電極間における放電経路の 抵抗を大幅に減少させて臨界抵抗に近い値まで引下げる手段を有し、当該手段は 、電極を囲み且つ導電性液体媒質（３２）で満たされた本質的に閉じられたリザ ーバ（３０）を備えることを特徴とする装置。
6. ６．電極がリザーバ（３０）を支持し、且つ取り外し可能で、したがって、その 組立体が使用でき且つ使い捨て可能である請求項５に記載の装置。
7. ７．上記導電性液体媒質が、基準として使用する通常のイオン化水の抵抗値の少 なくとも１／１０、好ましくは少なくとも１／１００の、抵抗率で測定した抵抗 値を有する請求項５または６に記載の装置。
8. ８．上記導電性液体媒質が水性または非水性の電解液よりなる請求項７に記載の 装置。
9. ９．上記導電性液体媒質が、純粋な水にイオン化化合物、特にハロゲン化塩、硫 酸塩または硝酸塩などを添加したもので構成されることを特徴とする請求項７ま たは８に記載の装置。
10. １０．上記導電性液体媒質の抵抗率で表現した抵抗値が約１５Ωｃｍ未満であり 、この媒質が例えば１００ｇ／ｌまたは２００ｇ／ｌの濃度の塩水であることを 特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. １１．上記導電性液体媒質（３２）が、約１０重量％の塩化ナトリウムと０．５ 〜２重量％の硫酸塩、特に硫酸二ナトリウムを純粋な水に添加して得られる水性 電解液よりなることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. １２．２個の電極間に電気アークを発生させる、特に生体外で使用するタイプの 衝撃波発生装置であって、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の装置を備える か、あるいは請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を使用することを特徴と する装置。
13. １３．上記に定義したような導電性液体（３２）を満たしたリザーバ（３０）を 備えた切頭楕円形レフレクタ（１０）を有し、さらに上記リザーバ（３０）を囲 んでレフレクタ（１０）を満たす別の液体カップリング媒質を有し、上記導電性 液体（３０）が請求項７〜１１のいずれか一項に規定されることを特徴とする請 求項１２に記載の衝撃波発生装置。
14. １４．生体外からの砕石装置である請求項１２または１３に記載の衝撃波発生装 置。