专利名称：用于冲击波治疗仪的冲击波头和破碎待检对象内部待破碎对象及监测这一破碎过程的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冲击波治疗仪的冲击波头，其中，所述沖击波头具 有至少一个用于发射冲击波的第一冲击波源和一用于使所述沖击波聚焦在 待检对象的待治疗区上的聚焦装置。此外，本发明还涉及一种用冲击波破碎 待检对象内部待破碎对象以及对这一破碎过程进行监测的方法，其中，借助 布置在冲击波头上或冲击波头内部的第一冲击波源发射至少一个沖击波，借 助一聚焦装置使所述沖击波聚焦在所述待破碎对象上，并将其射入所述待检 对象中。
背景技术：
在过去的几年和几十年中，医疗技术领域开始了对冲击波及其使用方法 和发生装置的研究。用于产生冲击波的冲击波头通常是冲击波治疗仪的组成 部分，冲击波治疗仪应用于(例如)整形外科或碎石术，即用于破碎胆结石、 输尿管结石和肾结石等结石。冲击波治疗的另 一应用领域是疼痛疗法。
所用的冲击波是受介质限制的纵波，其通常具有超声波的频率范围。使
用较多的是体外冲击波疗法(ESWT)或体外冲击波碎石术(ESWL)。其中， 借助位于冲击波头内的可采取不同实施方式的沖击波源产生冲击波，随后将 其射入同样位于冲击波头内的储水器中，再借助连接波紋管将沖击波导入待 检对象中。在沖击波头的储水器中，事先借助一聚焦装置使冲击波会聚在一 个聚焦区上，这个聚焦区的位置与待检对象中的待治疗区或结石的位置基本 相符。
根据需要在待检对象上实施的具体治疗措施，借助冲击波在每单位时间内在待检对象中射入不同的能量。碎石术是通过将高能量或大幅值冲击波射 入待检对象中来破碎聚焦区内的结构，例如输尿管结石或肾结石。举例而言， 肩钩化性肌腱炎是沖击波在整形外科中的 一个适用领域，其中所用的冲击波 能量介于碎石术与疼痛疗法之间。其目的是去除肩关节内的石灰性沉积物， 以保持肩部的灵活性。疼痛疗法使用的能量较低。其目的是借助沖击波对疼 痛组织施加压力负荷和拉伸负荷，以便刺激这些地方的新陈代谢，减轻疼痛。
通常由超声成像设备或X射线设备定位待检对象上有待用冲击波进行治 疗的待治疗区。随后对从沖击波源出发、进入待枱，对象的待治疗区的冲击波 的聚焦区进行调节，使其位于待治疗区内。借此使发射的冲击波会聚在待治 疗区内，从而达到石皮碎结石的目的。
目前临床所用的冲击波头通常只修改冲击波的幅值，这个幅值与进入待 检对象的能量直接相关。在只修改沖击波幅值的情况下，冲击波头所发出的 所有冲击波都具有相同的相对能量分布或相同的相对沖击波形。这样就无法 对沖击波的能量分布或沖击波形与当前的治疗情况进行个别匹配。
超声波法和冲击波法在技术上较为相似。这两种方法都使用受介质限制 的纵波来取得检查及治疗成效。但超声波法所用的纵波与冲击波法所用的纵 波之间存在区别。首先，超声波法所用纵波的压力幅值明显小于冲击波法所
用纵波的压力幅值；其次，超声波法所用的纵波大多具有多个具有有限频率
带宽及持续时间的周期振动。而冲击波通常由单个压力脉沖构成，这种压力 脉冲由几千赫至几兆赫的频率组成。此外，这种压力脉冲的压力分量和拉力 分量之间也存在极大偏差。 一般情况下，冲击波的压力分量远大于拉力分量， 而超声波或超声波列的压力分量和拉力分量则近乎相同分布。
冲击波所产生的最大正压或者说组织的压力负荷取决于所用的冲击波
源，其数量级约为50兆帕斯卡至100兆帕斯卡，可筒写为50MPa至100MPa 或500巴至1000巴。沖击波所产生的最大负压或者说压力脉沖所引起的组 织拉伸负荷约为压力脉沖的最大压力负荷的十分之一，因而在所述示例中约为5 MPa至lOMPa。用于将压力从正压最大值修改至负压最大值所需的时间 大约为几微秒的范围。而采用超声波法时，组织的拉伸负荷或压力负荷通常 低于l MPa,以免组织受到机械损伤或热损伤。
目前已知有多种通过冲击波来石皮碎待石皮石年对象(例如结石)的机制。其 一是冲击波诱发动态破碎，这种机制的特征在于，其会使待破碎对象中存在 的微裂紋成核、变大和粘连，从而达到破碎结石的目的。这种机制基本上可 归因于压力脉沖的正压分量，这种正压分量会在待检对象内部的聚焦区内引 起压力负荷。
其次可提及的是对待破碎对象的气蚀，这种机制归因于压力脉冲所引起 的组织拉伸负荷。压力脉冲所产生的拉伸负荷会在聚焦区引起水的气穴作 用，即形成水蒸气形式的气泡。待破碎对象附近的空泡的萎陷会使待破碎对 象的表面受到剧烈侵蚀，从而起到破碎待破碎对象的作用。
通过下述方法可对基于气穴作用的效应(即一方面为待破碎对象的破 碎，另一方面为待破碎对象周围组织的受损)进行影响，即以较短的时间间 隔在第一沖击波之后发射第二沖击波，这被称为串联脉冲。通过在第一沖击 波后发射的第二冲击波可根据第 一和/或第二沖击波的冲击波参数对待破碎 对象附近的由第一冲击波引起的空泡的萎陷能量进行调节。其中，相关冲击 波参数主要指两个冲击波在待治疗区的时间间隔、两个冲击波形或相应聚焦 区彼此间的空间偏移、第一和第二冲击波的幅值等等。
WO 2005/018469 Al中公开过一种冲击波石争石才几，其包括一个带有一聚 焦装置的第一沖击波源、多个压电元件和一个用于对第一和第二冲击波之间 的时间跨度进行调节的延迟装置。这种设备的缺点在于，其他类型的检查(例 如成像检查)只有通过至少一个附加设备才能进行。这样就无法将碎石机与 其他设备紧凑且节省空间地布置在一起，这不但会限制医护人员的行动及活 动自由度，还会给待检对象和所用设备带来额外的风险
发明内容
本发明的目的是提供一种开篇所述类型的冲击波头，所述冲击波头结构 紧凑，可提供多种检查选项和/或治疗选项。此外，本发明的另一目的是提 供一种开篇所述类型的方法，借助所述方法可对破碎过程或冲击波治疗过程 进行更好的监测。
就开篇所述类型的沖击波头而言，本发明上述目的的解决方案是所述 冲击波头具有至少一个孔口，所述孔口内可布置至少一个用于对待;险对象进 行治疗和/或检查的可更换的模块装置。
通过以可更换的方式布置至少一个用于对待检对象进行治疗和/或检查 的模块装置，可以低成本的方式多方面扩展沖击波头的功能。举例而言，可 设置具有不同功能和功能参数的治疗模块装置或检查模块装置，这些模块装 置可以可更换的方式布置在所述孔口内，并且可在其中进行工作。相应才莫块 装置的运行通过至少一个用于数据交换和/或供电的接口而实现，所述接口 可设置在沖击波头的孔口的边界。作为替代方案，布置在冲击波头孔口内的 模块装置的运行也可以不依赖于与沖击波头的数据连接和电源连接。举例而 言，模块装置具有自有电源和/或自有控制装置。
沖击波头的孔口的形状基本上可任意设计。沖击波头的孔口通常布置在 冲击波头的远离连接波紋管的一侧，即布置在沖击波头的背面。当然也可将 孔口布置在冲击波头的正面，即将其嵌入连接波紋管。但这种实施方式的结 构明显更为复杂，还会在聚焦的冲击波发生散射时带来其他缺点。孔口有利 地相对于冲击波头的中轴线呈旋转对称布置。孔口内可设置多个分配给特定 模块装置的工作空间，从而在必要时使接口与相应模块装置的要求相匹配。
模块装置可以通过固定装置(特别是插接连接、卡扣连接、夹紧连接等) 可更换地固定在冲击波头的孔口中。用于固定模块装置的连接构件优选同时 又是用于与控制装置进行数据通信和必要时用于为模块装置供电的接口 。
本发明的冲击波头具有至少一个冲击波源，所述冲击波源布置在冲击波 头上或沖击波头内部，且其布置方式使得沖击波可朝连接波紋管的耦合面方向传播。根据沖击波源的建构方式，可用不同的聚焦装置使冲击波源所发射 的沖击波聚焦。特定而言可设置这样一种聚焦装置，其可以使多个由不同冲 击波源发出的冲击波叠加在相应的聚焦区内。其中，使至少一个冲击波聚焦 或集中在待治疗区(例如结石)或结石的分区上。
沖击波可以(例如)电液方式产生。为此须在储水器内进行高压放电。
的冲击波源具有很多缺点，如高磨损、沖击波幅值的可调性较差、冲击波产
转椭圆形聚焦装置的作用下达到良好的聚焦效果，其中，冲击波源位于椭圆 体的第一焦点上，待治疗区位于椭圓体的第二焦点上。
可以有利地以压电方式产生沖击波。其中，将(例如)多个压电元件布 置在球冠或球面元件上。在施加好几千伏电压的情况下，布置在球冠上的压 电元件会同时发生偏转，从而产生在储水器和待检对象中传播的会聚球面 波。在由球冠限定的球心区域或聚焦区(位于待治疗区内)内，沖击波的能 量密度增大至可以破碎结石的程度。在此情况下，聚焦装置与沖击波源一起 构成一个调节单元。通过选择球面元件的半径、大小和双压电层，可改变聚 焦区内的能量密度。
另 一种产生冲击波的方法是电磁法。此处利用磁感来在储水器内？I起膜 运动，其中，对线圈和至少一个膜的布置方式进行优化，以达到产生剧烈而 短暂的偏转运动这一效果。其中可对两种布置方式加以区分， 一种是通过声 透镜实现聚焦的扁平线圈布置，另一种是带有抛物面反射器的圆柱形线圈。
根据本发明的一种有利实施方式，至少一个模块装置可借助驱动装置进 行相对于第一冲击波源的移动和/或旋转。在此情况下，无论模块装置采取 何种建构方式，其均可进行相对于第一冲击波源或冲击波头的运动，借此可 进行多种调节。通过这种方式可实现不同的作用效杲和检查效果。
根据另 一有利实施方式，至少 一个才莫块装置具有至少 一个对待4企对象进行治疗的功能和/或至少 一个对待检对象进行检查的功能。模块装置可包括 多个从属装置，这些从属装置分别具有(例如)治疗作用和/或在待检对象 上实施诊断方法的作用。借此可减少待更换模块装置的数量。模块装置的从 属装置既可独立工作，也可同时工作。模块装置可具有支架，从属装置优选 同样以可更换的方式布置在支架上，其中，支架可具有用于数据通信和/或 用于为不同的从属装置供电的节点。这种组合式模块装置可简化模块装置在 冲击波头上的更换工作(即安装和移除)，某些情况下也能简化模块装置的 工作，因为可为组合式模块装置共同实施数据接口和/或电源接口，而无需 为每个仅具有一个从属装置功能的模块装置单独实施上述接口。
根据本发明的另 一有利实施方式，第 一模块装置和第二模块装置同心布 置，且至少部分布置在所述孔口中。通过这种布置方式可将多个模块装置相 对于冲击波所具有的沖击波形的对称轴旋转对称布置。为此，这些模块装置 可有利地建构成圆柱形或空心圆柱形。
根据一种有利实施方案，至少一个模块装置建构为至少一个第二冲击波
源。借此可提供至少一个可用于治疗结石的第二冲击波源。可利用第二冲击
波源相对于第一冲击波源可旋转和/或可移动的安装方式来实现第二沖击波
源相对于第一沖击波源的空间位移。借此可使在待治疗区发生作用的冲击波 形与治疗要求相匹配。特定而言可从来自于不同冲击波源的冲击波的多个沖
击波形的总和中产生一个与具体治疗相匹配的总冲击波形。
此外，需要时可将具有某些冲击波参数(例如焦深)的第二冲击波源更 换成具有其他冲击波参数的其他冲击波源。可以有利地使用布置在球面元件 或抛物面元件上的压电元件来实现建构为冲击波源的模块装置。必要时可在 冲击波头的孔口中同时运行多个建构为冲击波头的^^莫块装置，这些模块装置 具有不同的冲击波参数，例如聚焦区的位置。借此可在待治疗区内实现沖击 波的空间分布，从而改善待破碎对象(例如结石)的破碎效果。
另一种冲击波聚焦方法可借助建构为相控阵的压电元件而实现。超声信
11号由压电阵列发出，其中，相应压电元件所发出的信号彼此间具有固定的相 位差。通过改变压电元件所发出的信号间的固定相位差，可对任意方向(特 别是朝待治疗区方向)上的冲击波最大能量进行调节。
根据本发明的 一种有利建构方案，至少 一个模块装置建构为超声波装 置。借此可在待破碎对象的破碎过程中对破碎成效或破碎过程进行观测。必 要时可以在对破碎过程进行超声监测的基础上设置至少 一个建构为沖击波 源的其他模块装置来改善待破碎对象的破碎效果。借助超声波装置获取待治 疗区或待破碎对象的图像，其中，用于显示待检对象的超声波与射向待治疗 区的沖击波穿过的是同 一个组织。必要时可设置多个建构为超声波装置的模 块装置，借此可根据所获得的超声数据测定待检对象(尤其是待治疗区)的 三维显示。
所述超声波装置优选相对于第 一 冲击波源所发出的沖击波的冲击波形 的对称轴呈旋转对称布置，其中，冲击波形的对称轴与超声波装置的对称轴 重合。其中，可相对于这个对称轴同心布置至少一个其他沖击波源。多个冲莫
块装置的这种布置方式允许在借助多个来自于不同冲击波源的冲击波破碎 待破碎对象的同时进行同轴超声检查。
根据本发明的一种有利实施方案，至少一个模块装置建构为，其可以用 作超声波装置和冲击波源。模块装置的超声波装置及沖击波源工作模式可以 通过模块装置的从属装置而实现。既然超声波和沖击波的产生方式彼此相 似，当然也可以设计这样一个模块装置，即借助同一个装置既可产生沖击波 又可产生超声波。其中，这个冲击波源或超声波源还可用作用于接收被待检
置采用这种建构方式，可节省成本和沖击波头孔口内的空间，这样就可在沖 击波头上设置其他模块装置，使冲击波头的功能得到进一步改善。
根据本发明的一种优选建构方案，设置有用于对至少一个模块装置和/ 或至少一个第一冲击波源的工作进行控制的控制装置。控制装置有利地对至少一个第一冲击波源和/或至少一个模块装置进行控制。其中，模块装置的 控制装置还包括对模块装置位置和/或取向(即在驱动装置的作用下，模块 装置相对于第一冲击波源的移动和/或旋转或倾斜度)的调节和对模块装置 功能的控制。通过控制装置可在第 一冲击波与建构为第二冲击波源的模块装 置所发出的第二冲击波之间设置特定的时间间隔，进而对待破碎对象破-争过 程中的气蚀强度和气蚀诱发组织损伤的大小进行调节。
此外，通过借助控制装置对第二冲击波源相对于第一冲击波源的位置和 /或取向进行调节，还可对第一沖击波的沖击波形相对于第二沖击波的沖击 波形的空间偏移进行控制。此外还可像传统冲击波头那样，通过控制装置对 (例如)幅值和至少一个沖击波源的聚焦区进行调节，以便对待破碎对象的 冲击波诱发动态破碎过程进行控制。
根据本发明的另 一有利实施方案，通过对至少一个第 一冲击波源所发出 的至少 一个到达待治疗区的第 一冲击波与至少 一个第二冲击波源所发出的 至少 一个到达待治疗区的第二沖击波之间的空间距离进行调节，可对第 一 冲 击波与第二沖击波之间的时间间隔进行调节。通过至少一个第一冲击波与至 少一个第二沖击波之间的空间距离对二者之间的时间间隔进行调节，这建立
在第一冲击波与第二冲击波之间由于其空间间距而产生的传播时间差这一 基础上。由于第一冲击波和第二沖击波基本上具有相同的传播路径，由此产 生的传播时间差通常无需加以考虑。第一冲击波与第二冲击波之间的空间距 离可以简单地借助为此而设置的构件加以调节。
对两个冲击波之间的特定时间间隔进行调节的另 一种方法是设置对至 少第 一沖击波源和至少第二冲击波源进行控制的控制装置，该控制装置设计 为可以对到达待治疗区的第一冲击波与到达待治疗区的至少一个第二冲击 波之间的时间间隔进行调节。通过输入/输出装置可将为冲击波设置的时间 间隔传输给控制装置，控制装置随后至少对第一冲击波源和第二冲击波源的 沖击波产生进行控制，使得相应冲击波源所产生的冲击波相对于另 一 沖击波以预期的时间间隔到达待治疗区或待破碎对象。在待石皮石争对象为已知的情况 下，医护人员必要时可通过输入/输出装置将破碎率或冲击波形传输给控制 装置，控制装置随后为第一和第二冲击波测定相应的时间间隔，并对冲击波 源进行控制，从而实现预设破碎率或产生预设冲击波形。对控制装置的利用 不仅可使待检对象的治疗方式与当前的待破碎对象匹配，还可使其得到改 善。
才艮据本发明的另一有利实施方式，一x射线源可以至少部分布置在冲击 波头的孔口中，以确定待4企对象的待治疗区。也就是说，x射线源具有允许
将X射线源布置到冲击波头孔口中的空间维度。所述X射线源优选可相对于
第 一沖击波源所发射的冲击波的冲击波形呈旋转对称布置。借此可在待4企对 象上实施同轴x射线检查，所述同轴x射线检查穿过被射入到待检对象中的 冲击波的路径，借助所述同轴x射线检查可对待治疗区进行定位。通过在冲 击波头内插入x射线源，可增大成像区，这是因为可以实现更大的x射线张 角。所述x射线源可建构为模块装置的形式。
才艮据本发明的另 一有利建构方案，所述x射线源可借助一驱动装置进行
相对于冲击波头的移动和/或旋转。因此如果有必要的话，也可对X射线源
进行灵活调节，使其与检查或治疗要求相匹配。借助驱动装置对x射线源位 置和/或取向的调节优选通过控制装置而实现，这个控制装置与用于控制模 块装置的控制装置可以是同一个控制装置。借此可对x射线源的位置和/或
取向进行精确、快速、可重复及可靠的调节。
就开篇所述类型的方法而言，本发明上述目的的解决方案是在至少一 个沖击波与待破石卒对象相互作用的过程中，借助以可更换方式布置在沖击波 头上的模块装置对待破碎对象的破碎过程进行监测。其中，例如借助待破碎 对象的一系列图像显示对待破碎对象的破碎过程进行监测。特定而言可以监 测的是，是否需要通过修改调焦结果或对冲击波幅值进行匹配来改善破碎过 程，待破碎对象是否具有抵抗力特大的区域，是否可对气蚀进行改善。除基于图像的破碎监测外，也可采用其他方法。也就是说，通过本发明的方法可 对通常在待检对象内部实施的待破碎对象的破碎过程进行观测。
在借助至少一个以可更换方式布置在沖击波头上的模块装置进行监测 的情况下， 一方面可以通过更换模块装置来对使用不同的监测方法。另一方 面可在模块装置发生故障的情况下，迅速用其他模块装置替换故障模块装 置。此外还可为模块装置采用同轴布置方式，这样就总是能检测到至少冲击 波传播方向上的待破碎对象投影。就这一方面举例而言，可根据待破碎对象 的具体破碎情况对聚焦区进行修改，例如使其扩大或缩小，从而使沖击波聚 焦在待破碎对象的特定区域上。也可以以避免待破^"对象周围组织受损为目 的，根据破碎过程的进度进行聚焦区调节。
根据本发明的 一种有利实施方式，借助建构为超声波装置的模块装置通 过超声波法来对破碎过程进行监测。超声波法由超声波装置实施。超声波装 置成本较低，对组织没有损伤性影响(例如具有电离作用的射线)，也易于 操作。因此可有利地将超声波法用于对待破碎对象的破碎过程进行监测。可 行的超声波法并不使用自身产生的超声波来监测破碎过程，而是检测来自沖 击波头方向冲击波的被反射的冲击波的分量。这样就可在无需使待检对象承 受额外负荷的情况下借助超声波对待破碎对象的破碎过程进行监测。其中， 将冲击波射入待检对象中以及对冲击波在待破碎对象上的反射分量进行冲全 测，这二者可以交替进行。
作为替代方案，超声波装置发射超声波，并对被待检对象的结构反射的 超声波进行检测。特别在超声波装置和至少一个冲击波源同时工作的情况 下，合理的做法是设置超声波滤波器，这个超声波滤波器允许在将超声波进 一步处理成图像数据集时只对那些主要具有超声波装置所发射的超声波的 频率和幅值的超声波加以考虑。
根据本发明的另 一有利建构方案，通过至少 一个第 一模块装置对待破碎 对象的破碎过程进行监测，并在监测过程中发射至少 一个由至少 一个建构为
15冲击波源的第二模块装置产生的第二冲击波，使其聚焦，并将其射入待检对 象中，其中，至少使第一冲击波和第二沖击波叠加在待破碎对象的区域内， 且其叠加方式使得第 一 冲击波和第二沖击波对待破碎对象共同发生相互作 用。借助建构为冲击波源的第二模块装置可使用于破碎待破碎对象的方法得 到改善，其实现方式例如是，利用超声图像对第一冲击波与第二冲击波之间 的时间间隔进行调节，使气穴作用得到改善。改善的结果可以是(例如)待 破碎对象的破碎率提高或气蚀对待破碎对象周围组织的损伤减轻。
特定而言可借助以较短的时间间隔在第 一 沖击波之后发射的第二冲击 波对气穴作用进行调节。同样有利的是，可对第一冲击波的聚焦区和第二冲 击波的聚焦区进行调节，使得第 一 冲击波的聚焦区的空间位置不与第二冲击 波的焦点的空间位置重合。借此可在待治疗区或待破碎对象中实现冲击波的 可变能量分布，这可以改善待破碎对象的破碎效果。通过使冲击波源彼此间 进行相对移动和/或转动，可改变第一和第二冲击波的聚焦区的位置。除第 一和第二沖击波源外，还可设置其他沖击波源，这些沖击波源所发射的沖击 波可在时间和空间上与其他冲击波源的沖击波叠加在待治疗区内。通过这种 方式也能高效破碎更大的待破碎对象。
根据本发明的另 一有利实施方案，以与第 一沖击波之间存在空间偏移和 /或时间间隔的方式将第二冲击波射入待检对象中。通过为来自于不同冲击 波源的冲击波采用不同的射入位置，可在取得相同作用效果的情况下减小能 量密度(即每体积单位的冲击波能量)。在疗效相同的情况下，借此可减轻 接受冲击波治疗的待检对象的负荷，这是因为在聚焦区内发生作用的能量被 射入待检对象上更大的面积中。这样就能使患者在治疗过程中感到舒适。
根据本发明的一种优选实施方式，借助至少一个第二冲击波源对待治疗 区进行定位和/或对待破碎对象的破碎过程进行监测。借此可省去专门建构 为超声波装置的模块装置。借助第二沖击波源对被待破碎对象反射的沖击波 进行检测。为此，第二沖击波源具有超声波接收装置。某些情况下，例如涉及的是电磁超声波源或压电元件时，超声波接收装置与沖击波源可以为同一 个装置。冲击波的到达膜上的反射分量使膜发生偏转。可对这种偏转进行检 测，并将其转换成电信号。其中，有利的做法是对此前射入待破碎对象的冲 击波的到达反射分量的时间特性进行检测。
根据本发明的一种有利建构方案，在对待破碎对象的破碎过程进行监测 的过程中，对至少一个冲击波源的至少一个沖击波参数进行调节。其中，可 立即对冲击波参数有所变化的冲击波在待破碎对象上的作用进行监测或观 测。在此情况下，医护人员可对破碎过程的变化进行评估。这可以使治疗过 程中的沖击波参数调节得到改善，进而缩短治疗时间，或者为待检对象实现 更为舒适的治疗方式。
下面借助附图所示的实施例对本发明的其他优点进行说明，其中 图1为本发明的冲击波头的侧面剖视图2为在待检对象上工作的冲击波头，所述冲击波头为冲击波治疗仪的 组成部分；
图3为冲击波头的侧面剖视图，所述冲击波头具有两个同心布置的模块 装置；以及
图4为实施本发明的方法的流程图。
具体实施例方式
图1显示的是具有一第一沖击波源11的冲击波头10,其中，第一冲击 波源11建构为电磁沖击波源。因此，第一沖击波源11具有一振动膜l2和 一线圈架13。此处涉及的是扁平线圈布置。当电流/人线圈架13中流过时， 电流所产生的磁场会在膜12中引起感应电流，其结果是产生一个能使膜l2 偏转的反作用力。膜12布置在储水器16中，因此，膜12的偏转作为沖击 波在储水器16中传播。随后借助建构为声透镜的聚焦装置14使所产生的冲 击波聚焦。声透镜14同样布置在储水器16中。位于第一冲击波源11和聚焦装置
14之间以及聚焦装置14和连接波紋管15之间的储水器16 —^:情况下均呈 封闭状态。储水器16的容积可加以调节。储水器16被弹性连接波紋管15 包围，弹性连接波紋管15用于将冲击波射入图1未作图示的待检对象中。 进行治疗或检查时，连接波紋管15被紧压在待检对象上，其中，连接波紋 管15和待检对象之间还可设置附图未作图示的其他耦合介质，例如凝胶垫。 也就是说，待检对象和冲击波头IO在检查过程中彼此之间存在物理接触。
在借助第 一 冲击波源产生沖击波这一方面，也可采用不同于该实施例所 述方案的冲击波产生方案。根据具体采用的冲击波产生方案，也可设置不同 于上述聚焦装置、但适用于相应冲击波源的聚焦装置。
此外，冲击波头IO还具有管件17，管件17相对于冲击波头10的中轴 线A旋转对称，且至少部分布置在冲击波头10的内部。管件17基本呈空心 圆柱形结构，为冲击波头10提供本发明的孔口，所述孔口内可以可更换的 方式布置模块装置。管件17被聚焦装置14、第一沖击波源11和储水器16 包围。为避免管件17的内腔进水而致使其中所布置的模块装置受损，管件 17具有水密型透声管件盖帽18。管件17可在沖击波头10的内部借助管件 驱动装置19进行相对于第一沖击波源11的移动和旋转。
为能使管件17进行带有垂直于冲击波头10的中轴线A的垂直分量的绕 轴旋转，设置有多个密封元件20，这些密封元件可使管件l7进行带有垂直 于中轴线A的垂直分量的绕轴旋转，并在这一过程中始终避免储水器16中 的水外流。必要时可借助控制装置根据管件17的位置和/或取向对密封元件 20的伸展进行控制，以便确保沖击波头10的储水器16相对于周围环境总是 处于最佳封闭状态。除密封功能外，密封元件20还可在聚焦装置14及沖击 波源11与管件17之间起到运动阻尼和压力阻尼的作用。作为替代方案，在 无需使管件17进行带有垂直于冲击波头10的中轴线A的垂直分量的绕轴旋 转的情况下，也可设置传统密封件。
18管件17内部为空心，必要时可配备固定装置、数据线接口和电源接口， 从而可将图1未图示的模块装置插入管件17,将其固定在其中，模块装置可
在管件17内工作，而无需在模块装置上设置其他的数据线接口或电源接口。
作为替代方案，每个模块装置可具有自有数据线，必要时也可具有电源线。
图2显示的是在待检对象U上工作的沖击波头10，冲击波头IO为沖击 波治疗仪的组成部分。冲击波头IO通常安置在附图未作图示的活动支臂上， 活动支臂则可动地布置在同样未作图示的支架单元或设备车上。待检对象U 具有需要用冲击波破碎的结石K。其中，沖击波头10的连接波紋管15紧压 在待检对象U上，借此可将第一冲击波源11所产生并经聚焦装置14聚焦的 冲击波射入待检对象U中。其中，聚焦装置14的聚焦区选定为，所述聚焦 区的位置与待检对象U中的结石K的位置基本相同。冲击波的不同沖击波单 元经过聚焦装置14后的传播方向用13'表示。沖击波全部会聚在聚焦区内， 从而在聚焦区内达到每一沖击波的沖击波能量密度的最大值。
图2所示的冲击波头IO还具有插在管件17内的模块装置30。模块装置 30借助一定数量的卡扣连接33可拆卸地固定在管件17的内部。此外，模块 装置30具有采取可旋转安装方式的模块头31，模块头31可在模块头驱动装 置32的驱动下进行旋转。模块头31可建构为(例如)超声波发射-超声波 接收装置，也可建构为第二冲击波源35 (参见图3)。在第二冲击波源可借 助模块头驱动装置32进行旋转的情况下，可使第一冲击波源11和第二冲击 波源35 (参见图3)的冲击波形叠加(带空间偏移)在聚焦区内，借此可对 待治疗区内的总冲击波形进行调节。
模块装置30可在管件17的内部采取离轴布置方式，即管件17的中轴 线并不与模块装置30的中轴线重合。此外还可为内部带有模块装置30的整 个管件17采取相对于冲击波头10的中轴线的离轴布置方式，也就是说管件 17的纵向中轴线或旋转对称轴并不与冲击波头10的中轴线重合。借此可以 简单的方式，例如通过使带有离轴布置的模块装置(未作图示)的管件17绕其旋转对称轴进行旋转，来对第二沖击波源35 (参见图3)所发射的第二 冲击波的空间有效区相对于第一冲击波源11所发射的第一冲击波的有效区 的叠加进行修改。借此还可对射入冲击波的位置进行修改，进而也可对射入 冲击波时的能量密度进行调节。
图2此外还显示了一个X射线装置40，其可以采取这样的定位方式，即 在模块装置30被移除的情况下，可以通过管件17进行X射线成像。X射线 装置40具有一个X射线源，其中，X射线装置40的X射线源可插入所述管 件，必要时可将其固定。
借助管件驱动装置19可在冲击波头10的内部将所述X射线源置于靠近 待检对象U的位置上，其中，还可以大致在冲击波的传播方向上进行X射线 检查。其中，所述X射线装置的X射线源所发出的X射线的中轴线通常与管 件17的中轴线基本重合。通过以上述方式进行的X射线成像可对结石K进 行定位，还可在待;险对象U中识别到通往聚焦区的路径上的冲击波障碍物。 X射线装置40或X射线装置40的包含有X射线源的部件可建构为模块装置， 这个模块装置可以可更换的方式布置在冲击波头的孔口内，并且可在其中进 行工作。
作为替代方案，可采用传统的同轴X射线装置，例如C型臂X射线装置。 其中，C型臂X射线装置采取这样的定位方式，即布置在C型臂X射线装置
冲击波传播方向上的X射线图像。
模块装置30有利地建构为超声波装置的形式，这样就可对待检对象U 的待治疗区进行定位，而无需使用具有电离作用的射线束。
模块装置30的另一种有利建构方案是一用于检测超声波的第二沖击波 源。在此情况下，所述第二冲击波源具有双功能，即一方面可借助沖击波破 碎待破碎对象，另一方面检测在待检对象U的结构上发生反射及散射的冲击 波。借此可在某些情况下省去超声波装置。建构为超声波装置形式的模块装置30在此与可编程控制装置50相连， 可编程控制装置50还对冲击波治疗仪的其他功能进行控制。这样就无需为 模块装置单独设置控制装置，从而节省了成本。控制装置50对超声波装置 的功能以及对超声波装置所接收到的超声信号的处理进行控制。控制装置5 0 此外还与数据处理装置60相连，数据处理装置60根据超声波装置所接收到 的超声信号测定图像数据集。随后将这个图像数据集输出到输入/输出装置 70。通过这种方式，医护人员可获得有关待治疗区和待检对象的位于待治疗 区与冲击波源之间的结构的认识。
此外，医护人员还可通过输入/输出装置70调节冲击波参数。所输入的 冲击波参数被传输给控制装置50，控制装置50随后对待控制冲击波源11 或35 (参见图3)进行控制，并根据医护人员的输入对待控制沖击波参数进 4亍匹配。
图3显示的是冲击波头10的侧面剖视图，沖击波头IO具有一管件17， 管件17内插有一个带一超声波装置34和一第二冲击波源35的模块装置30。 此处涉及的是组合式模块装置30,其中，超声波装置34和第二冲击波源35 布置在一共用的支架36上。在超声波装置34和第二冲击波源35通过支架 36彼此相连、因而可一起更换的情况下，第一模块装置(此处为超声波装置 34)和第二模块装置(此处为第二沖击波源35)的更换工作可以得到简化， 这一点尤指这两个模块装置采取同心布置方式的情况而言。
此外，图3还显示了如图l和图2所示的具有膜12和线圈架13的第一 冲击波源11，其中，冲击波源11所发射的冲击波被聚焦装置14聚焦在聚焦 区上，这个聚焦区的位置优选与待检对象U中的需要破碎的结石K的位置基 本相同。通过储水器16和紧压在待4企对象U上的连接波紋管15将第一冲击 波源11的沖击波射入待检对象U中。
第一沖击波源11与第二沖击波源35之间的间距为d,通过使管件17 进行相对于第一冲击波源11的移动，可对这个间距进行修改。举例而言，这一点可以用来对同时发射的至少一个第一冲击波和至少一个第二冲击波 之间的时间间隔进行控制。为此须借助(例如)控制装置通过路径长度差(即 第一沖击波源11到第二沖击波源35的距离d)来调节第一冲击波和第二冲 击波的传播时间差。提供到达待治疗区的第一冲击波与到达待治疗区的第二
冲击波之间的某个时间差所需的路径长度差例如可在沖击波在待检对象u中 的传播速度的基础上加以测定。
借助于既具有超声波装置34又具有第二冲击波源35的模块装置30，可 在第一冲击波源11所发射的第一冲击波和第二冲击波源35所发射的第二冲 击波的共同作用下"R高结石K或待石皮碎对象的石皮碎率，或减小对组织的非期 望副作用。其结果是缩短治疗时间。图3对第一冲击波源11所发射的第一 聚焦冲击波和第二冲击波源35所发射的第二聚焦冲击波所具有的传播方向 13'和15'进行了示范性图示。
此外还可进行所谓的同轴超声检查，这种超声检查可在沖击波的传播方 向上对破碎过程进行监测，并使沖击波源11和35的沖击波参数与结石K在 已经实施过的破碎过程中发生改变的形状相匹配。为此须使超声波装置34 和至少一个冲击波源ll或35同时工作。
作为替代方案，也可对超声波装置34和第二冲击波源35进行单独使用， 即并非使其同时工作。例如在定位待治疗区或结石K时，不运行沖击波源是 合理的，因为此时还无法为沖击波确定聚焦区，如果此时施加冲击波，就会 使待检对象U承受不必要的冲击波负荷。
下面联系图3所示的装置和图2所示的控制装置、数据处理装置和输入 /输出装置对图4所示的处理步骤进行说明，其中，装置组件的附图标记引 用图2和图3。说明所述方法时，假定如图2和图3所示的用于实施所述方 法的装置已定位在待检对象U上，并对准位于待检对象内部的结石。
在第一处理步骤101中，借助第一沖击波源11产生第一冲击波，所述 第一冲击波在储水器16中传播，并到达聚焦装置l4。在处理步骤102中借助聚焦装置14使第一沖击波源11所发射的冲击波聚焦在聚焦装置14的聚
焦区，其中，该聚焦区的位置与结石K的位置基本相符。随后借助储水器16 和连接波紋管将第一冲击波源11的聚焦冲击波射入待检对象u中。
控制装置50对第二冲击波源35进行控制，使第二冲击波源35在第一
冲击波源ii发射第一冲击波之后的一个时间跨度后在处理步骤ior中发
射第二冲击波。第二冲击波源35优选建构为一定数量的具有可调聚焦区的 压电元件，其中，这些压电元件所采取的布置方式可使所发射的冲击波聚焦。 也就是说，无需为第二沖击波源35所发射的冲击波的聚焦设置单独的聚焦 装置。因此，处理步骤102'所涉及的第二冲击波源35的沖击波的聚焦通常 与处理步骤ior所涉及的这个冲击波的发射同时发生。在此之后，由第二 沖击波源35发射的沖击波在储水器16中传播，其中，这个冲击波会先经过 透声管件盖帽18。在随后的处理步骤103'中，将第二冲击波源35所发射 的第二冲击波也射入待检对象U中。
使用如图3所示的沖击波头10时，借助超声波对结石K进行定位。因 此，在第一冲击波源ll发射第一冲击波的时间点和第二冲击波源35发射第 二冲击波的时间点上就实施超声成像法，这在图4中表示为处理步骤104。
作为替代方案，对结石K进行基于图像的超声监测的处理步骤104也可 从第一或第二沖击波的发射时间点开始算起。合理做法是在某个时间点上开 始实施一种监测方法(特别是超声成像法)，使得第一冲击波与结石K的相 互作用、第二沖击波与结石K的相互作用或第一和第二冲击波与结石K的共 同相互作用可以被检测或监测到。借此可对待治疗区内的破碎过程和气穴作
在使用沖击波来破碎结石K的同时又使用超声波装置34的情况下，当 监测并非通过对在结石上发生反射的冲击波进行检测来实现时，合理做法是 设置一个滤波装置，这个滤波装置会从超声信号中滤出冲击波的频率，从而 使超声成像检查的图像质量得到提高。必要时可在沖击波源所发射的冲击波的频率范围与超声波装置所检测到的超声波的频率范围之间进行频率比较。 在这一比较的J^出上可从检测到的超声信号中去除预期频率范围，并借助剩 余信号进行图像测定。
超声图像测定后，可在处理步骤105中判定，是否需要对待治疗区进行 进一步显示。借助超声波对待治疗区进行的进一步监测优选可持续至(例如) 医护人员有意识地决定结束检查过程(例如通过对输入/输出单元进行操作、
关闭模块装置30或从冲击波头10中移除模块装置30)这一时间点为止。
通过借助超声波而获得的图像，医护人员可获得有关结石K的破碎过程 的认识。因此，处理步骤106是对冲击波参数(例如所用冲击波的幅值、第 一冲击波源11所发射的第一冲击波与第二冲击波源35所发射的第二沖击波 之间的时间间隔、在聚焦区内发生作用的冲击波形的空间分布等等)的设置 进行检验，经医护人员所修改过的值是否适用于通过输入/输出单元70传输 给控制装置的沖击波参数。
开始时还可进行图4未作图示的沖击波参数自动修改，这种自动修改例 如包括逐级提高沖击波的强度或必要时将破碎率逐级提高至可预设的极限 值。
其中，对处理步骤106的询问优选不需要医护人员进行定期操作。控制 装置50会在处理步骤106中检验，医护人员是否已在处理步骤107中通过 输入/输出装置70对沖击波参数进行过修改，或者说控制装置50是否准备 对沖击波参数进行存储式修改。只有在医护人员通过输入/输出装置70对冲 击波参数进行修改或者在控制装置50中存储有与检查时间相关的沖击波参 数修改的情况下，下一次实施所述方法时，才会针对可修改的沖击波参数对 医护人员或控制装置50所预设的值进行匹配。医护人员对沖击波参数的修 改通常由对一定数量的超声图像的评估触发。
借助冲击波对待检对象U实施的治疗通常持续到结石K完全破碎或医护 人员结束治疗为止。超声成像检查可在待4企对象U的沖击波治疗结束后用于对疗效进行更为精确的检验。无需为此设置其他装置，而只需借助输入/输 出装置使冲击波头IO停止产生冲击波，借助布置在沖击波头10内部的超声
波装置34继续实施超声波法。
必要时可将冲击波参数的调节自动化，其方法是借助超声成像或x射线
成像针对所设定的冲击波参数测定破碎率，随后通过控制装置对冲击波参数
进行修改，使所述破碎率得到提高。其中须对待检对象u (主要是患者)在
治疗过程中的舒适度加以考虑。其实现方法是，患者可借助相应的操作元件 在一定范围内对冲击波能量的强度进行自行调节。
原则上可借助多项措施对破碎过程进行监测。特定而言可通过X射线成 像进行监测，其中，第二冲击波源35优选呈空心圆柱形，由第二冲击波源 35所构成的空腔内并不布置其他模块装置30。这样就可在至少一个冲击波 与待破碎对象相互作用时实现同轴X射线成像。其优点是，监测信号(即穿 过待检对象的X射线)不会像超声波装置用作沖击波治疗仪的监测装置那样 与沖击波发生干扰性叠加。
这个实施例说明本发明时所用的冲击波源数量可任意扩展。特别是在将 压电元件用作冲击波源的情况下，位置固定的冲击波源的数量和相对于位置 固定沖击波源而言的活动冲击波源的数量均可远大于实施例中所用的数量。 此外，所有沖击波源彼此间均可进行相对移动和/或旋转。
权利要求
1. 一种用于冲击波治疗仪的冲击波头(10)，其中，所述冲击波头(10)具有至少一个用于发射冲击波的第一冲击波源(11)和一用于使所述冲击波聚焦在待检对象(U)的待治疗区(K)上的聚焦装置(14)，其特征在于，所述冲击波头(10)具有至少一个孔口(17)，所述孔口内可布置至少一个用于对待检对象(U)进行治疗和/或检查的可更换的模块装置(30，34，35)。
2. 才艮据权利要求1所述的冲击波头，其特征在于， 至少一个模块装置(30， 34, 35 )可借助驱动装置(19, 32)进行相对于所述第一冲击波源(11)的移动和/或旋转。
3. 根据权利要求1或2所述的冲击波头，其特征在于， 至少一个模块装置(30, 34, 35 )具有至少一个对待检对象(U)进行治疗的功能和/或至少一个对待检对象(U)进行检查的功能。
4. 根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的冲击波头，其特征在于，第一模块装置(34)和第二模块装置(35)同心布置，且至少部分布置 在所述孔口 (17)中。
5. 根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的沖击波头，其特征在于，至少一个模块装置(30， 34, 35 )建构为至少一个第二冲击波源(35)。
6. 根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的冲击波头，其特征在于，至少一个模块装置(30, 34, 35 )建构为超声波装置(34)。
7. 根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的冲击波头，其特征在于，至少一个模块装置(30, 34， 35)建构为，其可以用作超声波装置和沖 击波源。
8. 根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的沖击波头，其特征在于，设置有用于对至少一个模块装置(30, 34, 35 )和/或至少一个第一冲 击波源(11)的工作进行控制的控制装置(50)。
9. 根据权利要求5至8中任一项权利要求所述的沖击波头，其特征在于，通过调节从至少一个第一冲击波源(11)发出并到达所述待治疗区(K) 的至少一个第一沖击波与从至少一个第二沖击波源(35 )发出并到达所述待 治疗区(K)的至少一个第二沖击波之间的空间距离(d)，可对所述第一冲 击波与所述第二沖击波之间的时间间隔进行调节。
10. 根据权利要求5至9中任一项权利要求所述的冲击波头，其特征在于，设置有至少对所述第一冲击波源(11 )和所述第二冲击波源(35 )进行 控制的控制装置(50)，并且所述控制装置设计为可以对到达所述待治疗区 (K)的第一冲击波与到达所述待治疗区(K)的至少一个第二冲击波之间的 时间间隔进行调节。
11. 才艮据权利要求9或IO所述的冲击波头，其特征在于， 借助所述控制装置(50)至少可对所述第一冲击波源(11)与所述第二冲击波源(35)之间的空间距离(d)进行调节。
12. 根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的冲击波头，其特征 在于，一X射线源(40)可以至少部分布置在所述沖击波头(10)的孔口 ( n) 中，以确定所述待检对象(U)的待治疗区(K)。
13. 根据权利要求1至12中任一项权利要求所述的冲击波头，其特征在于，所述X射线源(40)可借助一驱动装置(19)进行相对于所述沖击波头 (10)的移动和/或旋转。
14. 一种用冲击波破碎待检对象(U)内部的待破碎对象(K)以及对这 一石皮碎过程进行监测的方法，其中，借助布置在沖击波头(10)上或冲击波 头UO )内部的第一冲击波源发射至少一个冲击波(101 )，借助聚焦装置(14 ) 使所述冲击波聚焦在所述待破碎对象(K)上(102)，并将其射入所述待检 对象(U)中(103)，其特征在于，在所述至少一个冲击波与所述待破碎对象(K)相互作用的过程中，借 助以可更换的方式布置在所述冲击波头(10)上的模块装置(30， 34， 35) 对所述待破碎对象(K)的破碎过程进行监测(104)。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，借助一建构为超声波装置(34)的模块装置(30， 34， 35)通过超声波 法对所述破碎过程进行监测。
16. 一艮据权利要求14或15所述的方法，其特征在于， 通过至少一个第一模块装置(30， 34， 35)对所述待破碎对象(K)的破碎过程进行监测(104)，并在所述监测(104)的过程中发射至少一个由 至少一个建构为冲击波源(35)的第二模块装置(30， 34， 35)产生的第二 沖击波(101'),使所述第二冲击波聚焦(102')，并射入所述待检对象(U) 中(103'),其中，至少使所述第一沖击波和所述第二沖击波叠加在所述待 破碎对象(K)的区域内，且其叠加方式使得所述第一沖击波和所述第二沖 击波对所述待破碎对象(K)共同发生相互作用。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，对所述第一冲击波的聚焦区和所述第二冲击波的聚焦区进行调节，使得 所述第 一冲击波的聚焦区的空间位置不与所述第二冲击波的焦点的空间位置重合。
18. 根据权利要求15或17所述的方法，其特征在于，以与所述第 一冲击波之间存在空间偏移和/或时间间隔的方式，将所述 第二冲击波射入所述待检对象(U)中。
19. 根据权利要求16至18中任一项权利要求所述的方法，其特征在于， 借助至少一个第二冲击波源(35)，对所述待治疗区进行定位、和/或对所述待破碎对象(K)的破碎过程进行监测(104)。
20. 根据权利要求14至19中任一项权利要求所述的方法，其特征在于， 在对待破碎对象(K)的破碎过程进行监测(104)的过程中，对至少一个冲击波源(11, 35)的至少一个沖击波参数进行调节(107)。
全文摘要
本发明涉及一种用于冲击波治疗仪的冲击波头(10)，其中，所述冲击波头(10)具有至少一个用于发射冲击波的第一冲击波源(11)和一个用于使所述冲击波聚焦在待检对象(U)待治疗区(K)上的聚焦装置(14)。所述冲击波头(10)具有至少一个孔口(17)，所述孔口内可布置至少一个用于对待检对象(U)进行治疗和/或检查的可更换的模块装置(30，34，35)，借此可提供一种冲击波头，这种冲击波头结构紧凑，可提供多种检查可能性和/或治疗可能性。此外，本发明还涉及一种用冲击波破碎待检对象(U)内部的待破碎对象(K)以及对这一破碎过程进行监测的方法，其中，借助布置在冲击波头(10)上或冲击波头(10)内部的第一冲击波源发射至少一个冲击波(101)，借助聚焦装置(14)使所述冲击波聚焦在所述待破碎对象(K)上(102)，并将其射入所述待检对象(U)中(103)。在所述至少一个冲击波与所述待破碎对象(K)相互作用的过程中，借助以可更换方式布置在所述冲击波头(10)上的模块装置(30，34，35)对所述待破碎对象(K)的破碎过程进行监测(104)，借此可提供一种方法，通过这种方法可对破碎过程或冲击波治疗过程进行更好的监测。
文档编号A61B17/22GK101437459SQ200780016017
公开日2009年5月20日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年5月5日
发明者拉尔夫·南克, 詹斯·费雷 申请人:西门子公司