衝擊波源的製作方法

2023-09-18 11:29:20

專利名稱：衝擊波源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種衝擊波源，它包括一個線圈架、一個線圈以及一個與線圈絕緣地分開用於產生衝擊波的薄膜。
背景技術：
前言所述類型的電磁式衝擊波源，例如在醫學上用於病人體內結石非入侵式破碎，例如破碎腎結石。藉助這種衝擊波源產生衝擊波按這樣的方式進行，即，在裝在線圈架上的線圈上加一短時高壓脈衝。由於線圈與相對於它絕緣地分開的金屬薄膜之間電磁的相互作用，薄膜被線圈推斥到一個處於衝擊波源與病人之間的水巷道(Wasserstrecke)內，因此，經阻尼的正弦波在發射到衝擊波源與病人間作為載體介質的水巷道內。最後，由於在載體介質水中的非線性效應產生衝擊波。經阻尼的正弦振蕩的基本頻率約150至200KHz，它由衝擊波源的電特性決定。這些正弦波處於人的可聽範圍之外。
當藉助例如在H.Reichenberger、G.Naser的文章「ElektromagneticAcoustic Source for the Extracorporeal Generation of Shock Wave inLithotripsie」(Siemens Forschungs-und Entwicklungsberichte，15，1986，Nr.4，187-194頁)中所介紹的包括其結構和功能的電磁式衝擊波源產生衝擊波時，同時也產生聲波。也就是說，在發射正弦波到水巷道內的同時，這些波沿反方向進入通常用陶瓷製的線圈架內，這些起先沿軸向傳播的波可改變為徑向波或平波(Plattenwellen)。這些徑向波和平波激發線圈架按這樣的方式振動，即產生人可聽範圍內的低頻聲波，亦即在20KHz以下的聲波。由於線圈架高度對稱的幾何形狀，亦即線圈架通常有一個被其縱軸線垂直地貫穿的圓形橫截面，因而通過在線圈架邊緣上的反射，引起同相疊加徑向波和平波，從而形成具有對病人和醫務人員而言很不舒服的聲平的聲波。

發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是對前言所述類型的衝擊波源進行改造設計，使得在產生衝擊波時減弱可聽聲波的發生。
為達到上述目的採用一種衝擊波源，它包括一個有縱軸線的線圈架、一個線圈和一個與線圈絕緣地分開的用於產生衝擊波的薄膜，按照本發明，該線圈架被設計成，使線圈架的一個垂直於其縱軸線的橫截面有一個非圓的輪廓。
按照本發明對線圈架的這種改造設計意味著背棄線圈架的高度對稱性，這種高度對稱性帶來的缺點是，在產生衝擊波的過程中形成的徑向波或平波，通過在線圈架邊緣上反射同相疊加，從而激發線圈架強烈振動，並因而產生有較高聲平的聲波。通過背棄這種高度對稱性，至少減少了尤其徑向波和平波的同相疊加，因此也減弱了具有高聲平的聲波的發生。
本發明的方案規定，線圈架的橫截面可有一種帶角的輪廓、一種不規則變化的可包括角和倒圓的輪廓、或一種規則變化的可包括角和倒圓的非圓輪廓，因此如已提及的那樣，防止或至少明顯減少徑向波或平波同相的疊加。
按照本發明，上述目的還可通過另一種衝擊波源實現，該衝擊波源包括一個線圈架、一個線圈和一個與線圈絕緣地分開用於產生衝擊波的薄膜，它的線圈架有一外表面、一個面朝線圈的第一覆蓋面以及一個背對線圈的第二覆蓋面，其中第二覆蓋面設計為表面凹凸不平。通過第二覆蓋面的這種設計，可明顯減少沿軸向傳播的波轉變為徑向波或平波。此外可減少徑向波或平波的同相疊加，所以減少了導致線圈架振動的激勵，並因此顯著減弱了聲波的發生。
按本發明的方案，第二覆蓋面有凹陷和/或隆凸，它們可含有圓的或稜角的形狀並優選地是不規則的。
按本發明的一項實施形式，線圈架附加地用一種抑制波的形成和/或傳播的材料製成。與例如在DE 3502770A1或DE 3505855A1中所說明的那樣用一種陶瓷材料制的線圈架不同，採用由一種抑制波的形成和/或傳播的材料制的線圈架，附加地減少了在產生衝擊波的同時發生聲波，因為不僅抑制了主頻率在約100與300KHz之間的高頻波沿線圈架的方向的軸向傳播，而且也顯著減少了它們轉變為低頻的徑向波或平波，亦即顯著減少形成會激發線圈架振動的徑向波或平波，以及顯著減少了它們的傳播。因此線圈架較弱地被激發振動，並因而在產生衝擊波時發生的聲波也明顯較弱。
本發明的一個方案規定，抑制波的形成和/或傳播的線圈架材料的機械振動品質因子(Schwingguete)低於100，優選地低於50。在這裡，機械振動品質因子是材料振動特性的一種度量。與之相比，迄今用作線圈架的陶瓷材料其振動品質因子約1000。
本發明的一實施形式規定，用於線圈架的材料有橡膠或合成樹脂。線圈架也可以完全用橡膠或合成樹脂製成。按本發明的方案，所述材料亦即例如橡膠或合成樹脂，在這裡優選地摻有不導電的顆粒，以便獲得一種不均勻的材料，與均勻的材料相比，這種不均勻的材料通常能更好地抑制波的形成和/或傳播。按本發明的另一個方案，顆粒用一種有比抑制波的形成和/或傳播的材料更高硬度的材料製成。以此方式使線圈架獲得更高的強度並因而更高的尺寸穩定性。
本發明的另一種實施形式規定，抑制波的形成和/或傳播的材料是一種發泡的塑料。一種恰當的發泡塑料例如是Pur牌硬泡沫塑料，如由已在德國斯圖加特登記註冊的IVPU Industrieverband，Polyurethen Hartschaum公司所銷售的那種。
按本發明的另一個方案，抑制波形成和/或傳播的材料有一種蜂窩結構，在這種情況下按本發明的一種方案材料是塑料或硬紙。在這裡，蜂窩結構可有規則和/或不規則的多角形。一種適用的有蜂窩結構由塑料或硬紙構成的材料例如由盧森堡的Untemehmensgruppe Euro-Composites，Zone Industrielle公司所經銷。用這種有蜂窩結構的材料制的線圈架同樣能顯著減少形成低頻波，以及顯著抵制低頻和高頻波的傳播，因此在產生衝擊波的同時明顯減弱聲波的發生。


下面藉助附圖所示實施方式對本發明予以詳細說明，附圖中圖1和2表示具有一個線圈架的電磁式衝擊波源的結構示意圖；以及圖3至8分別表示圖1和圖2中衝擊波源線圈架按本發明的不同實施形式。
具體實施例方式
圖1中以大大簡化的方式表示一種已公知的電磁式衝擊波源1的結構。此衝擊波源1有一個在本實施方式的情況下圓盤狀的線圈架2、一個扁平線圈3和一塊金屬薄膜4。為了清楚地表明衝擊波源1的結構，在圖1中線圈架2、扁平線圈3和薄膜4彼此分開地表示。在如圖2表示的衝擊波源1作好工作準備的狀態下，扁平線圈3放在線圈架2上，並通過圖1中沒有表示的絕緣膜5與金屬的薄膜4絕緣地隔開。在產生衝擊波時，在裝在線圈架2的扁平線圈3上加上一短時的高壓脈衝。由於扁平線圈3和與它絕緣地分開的薄膜4之間電磁的相互作用，薄膜在一種圖1和2中沒有表示的聲傳播介質內被推斥，通常這種傳播介質是水。以此方式產生衝擊波，它可通過傳播介質水傳入病人的體內。
如已經在前言中提及的那樣，在藉助這種電磁式衝擊波源產生衝擊波的同時也產生有令人不舒服的聲平的聲波，所以按本發明建議，改變線圈架的幾何形狀，使得激發線圈架振動的徑向波或平波沒有或只有微小的同相疊加。
圖3和4表示了線圈架21和22按本發明的設計。線圈架21和22的特點在於，在它們的設計中背棄了線圈架的高度對稱性。觀察圖1所示的線圈架2，可見它有一條縱軸線20。線圈架2相對於此縱軸線20有高度對稱性。線圈架2任意一個被此縱軸線垂直貫穿的橫截面都有一個圓的輪廓，也就是說有一種高度對稱的輪廓。因此在橫截面或線圈架繞縱軸線20旋轉時，在線圈架上方的俯視圖中得到的是其沒有任何變化的外輪廓。這有助於在產生衝擊波時形成的徑向波或平波的同相疊加，並因而可能產生有高聲平的低頻聲波。
因此按本發明建議將線圈架設計為，使線圈架垂直於其縱軸線20的橫截面有非圓的輪廓，因此，通過橫截面或線圈架繞縱軸線20任意旋轉，其最終輪廓通常都與起始的輪廓不一致，這一點通過在橫截面或線圈架上方對其的俯視中可以看出。
在圖3中表示的線圈架21設計為，任意一個與縱軸線20垂直的橫截面都有非圓的輪廓，在本實施方式中為帶角的輪廓。以此方式在形成徑向波或平波的情況下，這些徑向波或平波不會以導致這些波同相疊加的方式在線圈架21邊緣上反射，而這種同相疊加會增強這些波並因而發生更強的聲波。線圈架21設計為，只有在繞縱軸線20旋轉360°時，最終輪廓才與起始輪廓一致。
圖4表示了一種線圈架22，它的垂直於縱軸線20的橫截面具有規則的八角形輪廓。雖然此輪廓是規則的，但由於背棄了圓的輪廓仍能減少平波或徑向波的疊加。不過，在圖3中表示的那種不規則變化的輪廓，在避免這種波的疊加方面比圖4所示的線圈架更高效。
此外，所述垂直於縱軸線20的橫截面的輪廓不必只有角，而是也可以有倒圓。
按本發明另一種的線圈架設計，圓盤狀線圈架背對扁平線圈3的覆蓋面設計為凹凸不平。圖5表示了本發明線圈架23沿縱軸線20方向的剖面。由圖5可以看出，面朝扁平線圈3的上面裝有扁平線圈3的覆蓋面30設計為平的。與之相反，線圈架23背對扁平線圈3的第二覆蓋面40是凹凸不平的，在本實施方式中制有明顯的凹陷和隆凸。這些凹陷和/或隆凸優選地是不規則的。凹陷和/或隆凸優選地沿整個覆蓋面延伸。以此方式達到在產生衝擊波時，軸向沿縱軸線20方向在線圈架23內傳播的波至少以被減弱的程度轉變成平波或徑向波。此外還實現了不發生或只少量發生沿軸向傳播經同相疊加會置線圈架于振動的波。以此方式還在產生衝擊波的同時明顯減弱低頻聲波的發生。
為了在產生衝擊波時進一步減少發生可聽聲波，還建議線圈架用一種抑制低頻波的形成和/或高頻及低頻波傳播的材料製造，使線圈架不被激發或至少以顯著降低的程度被激發振動，並因而在產生衝擊波時不形成或至少明顯減弱地形成聲波。在這裡，材料的機械振動品質因子應低於100，優選地低於50。
在圖6至圖8中表示線圈架24至26，它們用這種抑制聲波的形成和/或傳播的材料製成以及其振動品質因子低於50。在圖6中表示的線圈架24用橡膠或合成樹脂製造並摻入不導電的硬顆粒10。在本實施方式的情況下這些顆粒用氧化鎢或陶瓷製成，它們有比橡膠或合成樹脂高的硬度。這些顆粒一方面用於提高線圈架24的強度和保持其尺寸穩定性，另一方面為了構成一種不均勻的材料，這種材料通常比橡膠或合成樹脂本身能更有效地抑制聲波的形成和傳播。
圖7表示用發泡塑料制的線圈架25。在本實施形式的情況下發泡塑料是Pur牌硬泡沫塑料，它原本用作隔熱材料。但Pur牌硬泡沫塑料也適合用作線圈架的材料，因為它在產生衝擊波時抑制在線圈架25內聲波的形成和傳播，所以在產生衝擊波的同時發生的聲波與用陶瓷製的線圈架相比明顯減弱。
圖8表示第三種按本發明的線圈架實施形式，它用一種有蜂窩結構的材料製成。在這裡這種有蜂窩結構的材料可以是塑料、硬紙或其他材料。這種有蜂窩結構的材料例如由盧森堡的Untemehmensgruppe Euro-Composites公司經銷。採用由這種材料制的線圈架26也能抑制波的形成和傳播，所以在通過帶有這種線圈架26的衝擊波源產生衝擊波時，僅以大大減輕的程度發生可聽的聲波。此外，蜂窩結構可有規則的多角形，亦即三角形、四角形或如在本實施方式的情況下為六角形，和/或有不規則的多角形，這種多角形指的是有不規則的稜邊變化。
以上在圖3至8中彼此獨立地表示和說明了電磁式衝擊波源的線圈架按本發明的新穎設計。但線圈架的這些不同的設計也可以按任意方式互相組合。例如，線圈架可用Pur牌硬泡沫塑料製造，在俯視圖中有帶角的不規則外輪廓，以及它的背對扁平線圈的第二覆蓋面上有凹陷和隆凸。按同樣的方式也可很容易地將圖3與圖8中分別說明的本發明線圈架的設計結構組合起來。
此外，線圈架並不一定必須設計成圓盤狀。同樣，線圈也不一定非是扁平線圈不可。
權利要求
1.一種衝擊波源，它包括一個帶有一縱軸線(20)的線圈架(2、21至26)、一個線圈(3)和一個與線圈(3)絕緣地分開的用於產生衝擊波的薄膜(4)，其中，所述線圈架(21、22)被設計成這樣，即，該線圈架(21、22)的一個垂直於縱軸線(20)的橫截面有一個非圓的輪廓。
2.按照權利要求1所述的衝擊波源，其中，所述線圈架(21、22)的橫截面有一個帶角的輪廓。
3.按照權利要求1或2所述的衝擊波源，其中，所述線圈架(21、22)的橫截面有不規則變化的輪廓或規則變化的非圓輪廓。
4.一種衝擊波源，它包括一個線圈架(2、21至26)、一個線圈(3)和一個與線圈(3)絕緣地分開的用於產生衝擊波的薄膜(4)，它的線圈架(23)有一個外表面、一個面朝線圈(3)的第一覆面(30)以及一個背對線圈(3)的第二覆蓋面(40)，其中，第二覆蓋面(40)設計為凹凸不平。
5.按照權利要求4所述的衝擊波源，其中，它的第二覆蓋面(40)上有凹陷和/或隆凸。
6.按照權利要求5所述的衝擊波源，其中，所述第二覆蓋面(40)的凹陷和/或隆凸是不規則的。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的衝擊波源，其中，它的線圈架(21至26)用一種抑制波的形成和/或傳播的材料製成。
8.按照權利要求7所述的衝擊波源，其中，它的抑制波的形成和/或傳播的材料的機械振動品質因子低於100。
9.按照權利要求7或8所述的衝擊波源，其中，所述材料有橡膠或合成樹脂。
10.按照權利要求7至9之一所述的衝擊波源，其中，所述材料中摻入顆粒(10)。
11.按照權利要求10所述的衝擊波源，其中，所述顆粒(10)用這樣一種材料製成，即，它有比抑制波的形成和/或傳播的材料更高的硬度。
12.按照權利要求7所述的衝擊波源，其中，所述材料是發泡的塑料。
13.按照權利要求7所述的衝擊波源，其中，所述材料具有一種蜂窩結構。
14.按照權利要求13所述的衝擊波源，其中，所述蜂窩結構具有規則和/或不規則的多角形。
15.按照權利要求13或14所述的衝擊波源，其中，具有一種蜂窩結構的所述材料是塑料或硬紙。
全文摘要
本發明涉及一種衝擊波源(1)，它包括一個具有一縱軸線(20)的線圈架(2、21至26)、一個線圈(3)和一個與線圈(3)絕緣地分開的用於產生衝擊波的薄膜(4)。所述線圈架(2、21至26)具有一外表面、一個面朝線圈(3)的第一覆蓋面(30)和一個背對線圈(3)的第二覆蓋面(40)。為了在產生衝擊波時減弱低頻聲波的發生，將線圈架(21、22)設計為，使線圈架(24、25)的一個垂直於縱軸線(20)的橫截面有一個非圓的輪廓。若線圈架(23)的第二覆蓋面(40)設計為凹凸不平，也可達到在產生衝擊波時減弱發生可聽聲波的目的。
文檔編號B06B1/04GK1406557SQ0213158
公開日2003年4月2日 申請日期2002年9月10日 優先權日2001年9月10日
發明者馬裡奧·貝克託爾德, 詹斯·費爾, 伯恩德·格蘭茲, 馬賽厄斯·馬勒 申請人:西門子公司