專利名稱：用于沖擊波發(fā)生器的透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于沖擊波發(fā)生器的透鏡系統(tǒng)，其包括至少二個(gè)透鏡元件。
背景技術(shù)：
沖擊波發(fā)生器應(yīng)用于例如診治結(jié)石病(碎石術(shù))、腫瘤病和骨科病(骨修復(fù))的治療裝置中。為了震碎如腎結(jié)石，需要由一個(gè)沖擊波源產(chǎn)生沖擊波序列，并使之聚焦于體內(nèi)的結(jié)石上。在目前可供使用的儀器中，沖擊波源和聚焦元件的構(gòu)造和幾何形狀尺寸確定了沖擊波的幾何形狀和隨時(shí)間的變化曲線。
設(shè)計(jì)沖擊源時(shí)一個(gè)重要的要求在于一方面要改善震碎的效果，而另一方面要減小由結(jié)石未吸收的聲學(xué)能量而引起的副作用。對電液沖擊源(電級源)的實(shí)驗(yàn)研究業(yè)已表明所產(chǎn)生的沖擊波涉及作用效果與副作用效果比例關(guān)系可按如下方法來改善使沖擊波前的一部分相對于主波時(shí)間上有延遲，從而通過將延遲波中的正成分進(jìn)行迭加來減小在聚焦點(diǎn)及其周圍所出現(xiàn)的拉伸成分，并因而減小了產(chǎn)生副作用的空化傾向。發(fā)明人對沖擊波路徑中的延遲部分所作的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明可以通過延遲沖擊波前的幾個(gè)部分來降低聚焦軸線上的峰值壓力。此時(shí)，治療聚焦點(diǎn)就可以大大減小聲能的產(chǎn)生量，而并不減小單個(gè)脈沖的震碎作用效果。
經(jīng)常使用的電液方法通過外聚焦點(diǎn)的火花跳躍產(chǎn)生了聚焦點(diǎn)輪廓的一種時(shí)間上的延伸和一種側(cè)面的調(diào)平。尤其在大型儀器設(shè)備中電磁源產(chǎn)生了幾何形狀和時(shí)間上都是精確的脈沖，這些脈沖基于非線性效應(yīng)產(chǎn)生了銳聚焦。銳聚焦與非銳化聚焦導(dǎo)致各種不同的破碎機(jī)制，根據(jù)結(jié)石的大小、結(jié)石的成分和震碎的進(jìn)展按各種不同的方式適當(dāng)使用。
專利EP 0 254 104披露了一種沖擊波發(fā)生器，其具有一個(gè)帶有多個(gè)透鏡的聚焦裝置。此時(shí)將一個(gè)或多個(gè)透鏡或者置入光路或沖擊波路程內(nèi)或者從其中取出。通過透鏡的這種置入和取出就可以使聚焦區(qū)寬度發(fā)生改變。
該背景技術(shù)的第一個(gè)缺點(diǎn)在于其僅可以改變聚焦區(qū)的幾何形狀尺寸，而不能改變脈沖曲線。此外，這種置入和取出透鏡的方法要求容量相對大的沖擊波發(fā)生器。
專利EP 0 448 291公開了一種超聲探頭，其中除了一個(gè)壓電元件外還布置了一個(gè)用于使一個(gè)或二個(gè)衍射部分旋轉(zhuǎn)的軸，以便將衍射部分的各個(gè)不同的部段置入光路里。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種透鏡系統(tǒng)，其可以使沖擊波的聚焦點(diǎn)幾何形狀尺寸和脈沖曲線發(fā)生改變，并且還可以緊湊的結(jié)構(gòu)形式制成。
本發(fā)明提供了一種用于沖擊波發(fā)生器的透鏡系統(tǒng)，它至少包括二個(gè)透鏡元件，其中至少一個(gè)透鏡元件可以圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線在光路之內(nèi)旋轉(zhuǎn)，且至少二個(gè)透鏡元件相對于旋轉(zhuǎn)軸線具有非旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性。本發(fā)明的目的是通過上述具有至少二個(gè)透鏡元件用于聲波的透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。
透鏡元件在此處和下文是指可透光元件，其適合于改變聲學(xué)輻射。這種改變例如可以是聚焦或者是相位移。衍射特性的概念不必須指相應(yīng)的透鏡元件使射束聚焦，射束的擴(kuò)展也是可能的。透鏡元件也只能引起一部分或者全部射束的相位移而并不使之聚焦。在這種情況下可以設(shè)置另外一個(gè)透鏡元件，它只用于聚焦。除了至少二個(gè)透鏡元件之外還設(shè)置了一個(gè)透鏡元件，它具有旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性。
非旋轉(zhuǎn)對稱的相位移特性可以是連續(xù)或者不連續(xù)的構(gòu)成。
至少二個(gè)透鏡元件不一定必須具有相同的衍射特性和/或相位移特性。正如下面要詳細(xì)討論的那樣，如果它們具有不同的衍射特性和/或相位移特性的話，則往往是有利的。
至少二個(gè)透鏡元件的非旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性允許聚焦區(qū)和脈沖變化曲線發(fā)生改變和實(shí)現(xiàn)適配，這是通過使至少一個(gè)透鏡元件圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的。由于旋轉(zhuǎn)軸線位于光路或者說聲波路徑之內(nèi)，因而保證了透鏡系統(tǒng)的緊湊的外形尺寸。透鏡不必如上面所述的背景技術(shù)那樣每次置入在光路里。
值得注意的是，本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)中至少一個(gè)透鏡元件不一定要設(shè)計(jì)為使其在一個(gè)光路內(nèi)檢測到整個(gè)波的橫截面(例如一個(gè)沖擊波的)。透鏡元件也不必完全圍住旋轉(zhuǎn)軸線，而且/或者不必須以任意一種方式制成對稱于旋轉(zhuǎn)軸線的。
根據(jù)一種有利的改進(jìn)方案，可以同軸地布置至少二個(gè)透鏡并且其共同軸線可以是旋轉(zhuǎn)軸線。
同軸的布置中的每個(gè)透鏡元件，至少是指其在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面里的周邊輪廓，相對于旋轉(zhuǎn)軸線是對稱的。例如一個(gè)透鏡元件可以具有一種圓形的周邊。由于采用同軸布置可使其結(jié)構(gòu)簡單而緊湊。此外，還可以使透鏡位置的調(diào)整或者適配簡便。
為了調(diào)整一定的聚焦區(qū)或脈沖輪廓，可以使至少二個(gè)透鏡元件各自置入一個(gè)給定的相對的位置上。通過使其中一個(gè)透鏡元件固定住，而使另一個(gè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。但也可以使所有透鏡元件都是可旋轉(zhuǎn)的。在二個(gè)以上透鏡元件的情況下，另一種可選方案也可以是使一些透鏡元件可以活動(dòng)，而另一些則固定布置。
在一種有利的改進(jìn)方案中，至少二個(gè)透鏡元件的衍射特性和/或相位移特性可以這樣設(shè)計(jì)，即可使得至少二個(gè)透鏡元件的衍射特性和/或相位移特性在至少二個(gè)透鏡元件的第一種給定的相對布置中是最大的，而在第二種給定的相對布置中則是最小的。
在至少二個(gè)透鏡元件的第一種給定的相對布置中透鏡元件的衍射特性和/或相位移特性大體上可能加強(qiáng)，而在第二種給定的相對布置中它們則大體上至少部分地得以補(bǔ)償。
在一種有利的改進(jìn)方案中，至少第二個(gè)透鏡元件可以具有這種衍射特性和/或相位移特性，從而使至少一個(gè)透鏡元件和第二個(gè)透鏡元件的組合在透鏡元件的一種給定的相對布置中具有旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性。按照這種方式，就可以用至少第二個(gè)透鏡元件的一種給定的相對位置來補(bǔ)償至少一個(gè)透鏡元件的非旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性，從而使一個(gè)透鏡元件和第二個(gè)透鏡元件的整體特性是旋轉(zhuǎn)對稱的。
根據(jù)一種有利的改進(jìn)方案，第二個(gè)透鏡元件可以具有與至少一個(gè)透鏡元件相同的衍射特性和/或相位移特性。因而如果二個(gè)透鏡元件相對于旋轉(zhuǎn)軸線處于相同的位置上，那么它們的衍射作用和/或相位移作用就最大地被加強(qiáng)。這種改進(jìn)方案也可以簡化透鏡的制造。
根據(jù)另外一種有利的可選方案，第二個(gè)透鏡可以具有一種與至少一個(gè)透鏡元件的特性相反的衍射特性和/或相位移特性。按照這種方式，在二個(gè)透鏡元件的一種給定的相對布置中可以實(shí)現(xiàn)對至少一個(gè)透鏡元件的非旋轉(zhuǎn)對稱的衍射作用和/或相位移作用的補(bǔ)償。舉例來說，如果至少一個(gè)透鏡元件在一個(gè)部位里具有凸起，那么第二個(gè)透鏡元件可以在一個(gè)對應(yīng)部位里具有一個(gè)凹槽。因而可以在透鏡元件的第一種相對布置中使衍射作用和/或相位移作用達(dá)到最大；在另一種相對布置中可以實(shí)現(xiàn)該作用的補(bǔ)償。至少一個(gè)以及第二個(gè)透鏡元件的優(yōu)選的設(shè)計(jì)是通過以最大作用效果的位置相對轉(zhuǎn)動(dòng)約90°以形成二個(gè)透鏡元件的具有最小作用效果的相對布置。
在前述的透鏡系統(tǒng)的一種有利的改進(jìn)方案中，至少一個(gè)透鏡元件可以具有非旋轉(zhuǎn)對稱的厚度分布。厚度分布優(yōu)選的可是不連續(xù)的。這就可以準(zhǔn)確地調(diào)整已定義的聚焦區(qū)和/或脈沖曲線。
如前所述，一個(gè)透鏡元件不必包含整個(gè)波的橫截面。至少一個(gè)透鏡元件優(yōu)選地可以設(shè)計(jì)成環(huán)形。這樣就使一部分射線不受影響。
在一種有利的改進(jìn)方案中，至少一個(gè)透鏡可以采用至少二種材料。通過合適地選擇具有特定聲速的材料，可以制成具有所希望特性的透鏡元件。
至少一個(gè)透鏡元件可以優(yōu)選地采用一種形狀穩(wěn)定的材料，特別是聚苯乙烯。
本發(fā)明還涉及一種具有一個(gè)前述類型的透鏡系統(tǒng)的沖擊波發(fā)生器。應(yīng)用該沖擊波發(fā)生器可使沖擊波在治療時(shí)能適應(yīng)不同的病人，并且在保持相同的治療效果情況下降低了副作用。


圖1為沖擊波發(fā)生器中根據(jù)本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的第一實(shí)施例示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的第二實(shí)施例示意圖，該透鏡系統(tǒng)在沖擊波發(fā)生器中，具有第一種相對布置的透鏡元件；圖3a圖示圖2的透鏡裝置聚焦區(qū)變化曲線；圖3b圖示圖2所示透鏡裝置的脈沖變化曲線；圖4具有二個(gè)透鏡的另一種布置的第二種實(shí)施例；圖5a圖示圖4所示透鏡元件布置的聚焦點(diǎn)變化曲線；圖5b圖示圖4所示透鏡元件布置的脈沖變化曲線。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)附圖對本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。
圖1表示了一種根據(jù)本發(fā)明的沖擊波發(fā)生器的一個(gè)實(shí)施例。沖擊波發(fā)生器包括一個(gè)沖擊源1，其例如可是一平面(如圖中所示)或者可是一圓柱形的電磁源，一個(gè)平面或球缺形的壓電源。在沖擊波的光路里布置了一個(gè)凸透鏡2，它用于使沖擊波聚焦。在透鏡2的背向沖擊源的一側(cè)設(shè)有凹槽3。
透鏡2由一種聲速與周圍介質(zhì)(例如水)的聲速不同的材料組成，由于凹槽3，使得穿過透鏡2上凹槽3部位的部分沖擊波相對于穿過透鏡2上其它表面部位其它部分沖擊波產(chǎn)生了相位移。該實(shí)施例中，凹槽3設(shè)計(jì)成階梯狀，因此透鏡元件具有非連續(xù)的厚度分布。
在沿透鏡元件2的輻射方向上布置另外一個(gè)透鏡元件4，其僅用于相位移，而不用于聚焦。透鏡元件4上設(shè)有凸起5。凸起5的高度對應(yīng)于凹槽3的深度。二個(gè)透鏡元件2和4相對于軸線6同軸布置，其中透鏡元件4可以圍繞軸線6旋轉(zhuǎn)，如箭頭所指。
圖1所示的透鏡2和4相互的相對應(yīng)位置中，由于凹槽3和凸起5而實(shí)現(xiàn)的相位移相互補(bǔ)償。由于在透鏡元件2和4中相互對應(yīng)的延遲距離或加速距離這二個(gè)透鏡元件相互具有相反的相位移特性。所得出的沖擊波前用標(biāo)號為9的線標(biāo)明。
如果使透鏡元件4圍繞軸線6旋轉(zhuǎn)，使臺階3和5位置不再上下相互對應(yīng)，那么沖擊波根據(jù)透鏡元件2和4的部位不同而經(jīng)過透鏡不同的距離。因而根據(jù)所選材料的不同，一部分沖擊波相對于另一部分沖擊波產(chǎn)生了加速或者延遲。
如果不采用圖1所示的結(jié)構(gòu)，凹槽3和凸起5也可以一直延伸到透鏡的中心。除了所示的具有某特定高度或深度的階梯之外，也可以采用其它具有不同的高度或深度的階梯。所示的階梯也可以具不同的外形尺寸，這既適用于透鏡元件內(nèi)的階梯，也適用于不同透鏡元件的階梯。
透鏡元件可由一種具有比周圍傳播介質(zhì)(如水)更高聲速的材料(例如聚苯乙烯(polistyrol))或者具有更低聲速的材料(例如硅橡膠)制成。出于形狀穩(wěn)定性的考慮，透鏡元件可以由一種形狀穩(wěn)定的材料(例如聚苯乙烯)制成。
透鏡元件4的旋轉(zhuǎn)可以用手通過的一個(gè)控制桿以外面進(jìn)行或者例如用帶有一個(gè)伺服電機(jī)的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。其它的透鏡元件也可以是可活動(dòng)的。
圖2表示了一種根據(jù)本發(fā)明的沖擊波發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)例中，朝向電磁源1是一個(gè)凸透鏡2，其僅用于使沖擊波聚焦。透鏡2后面是二個(gè)透鏡元件7和8，它們分別具有相同的相位移特性。在所示的布置中透鏡元件的厚度以中心起向左和向右都是增加的。
在圖2中透鏡元件7和8相互布置的形式可使兩個(gè)透鏡元件的相位最大地加強(qiáng)，這是因?yàn)橄辔谎舆t的部位(在應(yīng)用一種具有比周圍介質(zhì)較低聲速的材料時(shí))上下相互重合。
所得出的沖擊波前用線9表示。正如人們所知，波前左邊和右邊的邊緣部位與一個(gè)沒有延遲的沖擊波前10相比略有落后。所示的等壓線得出了聚焦區(qū)11的相應(yīng)的壓力分布。
圖3a再次示出了壓力p的位置相關(guān)性。從中可以看出沖擊波前的空間散焦作用。圖3b示出了脈沖變化曲線。沖擊波前隨時(shí)間的散焦作用因而也是最大的。
圖4示出了圖2中的透鏡系統(tǒng)的實(shí)施例，其中此處的透鏡元件7和8相對圖2所示的布置來說相互旋轉(zhuǎn)了大約90°。因此補(bǔ)償了相位移。沖擊波的每個(gè)部分都透過具有與周圍介質(zhì)聲速不同的的同樣的材料厚度，從而使整個(gè)沖擊波前產(chǎn)生相同的加速或者延遲。所產(chǎn)生的沖擊波前10因此對應(yīng)于一個(gè)沒有透鏡元件7和8的沖擊波發(fā)生器。
所產(chǎn)生的壓力分布或者產(chǎn)生的脈沖變化曲線如圖5a和5b所示。從中可以看出沖擊波既隨空間(圖5a)也隨時(shí)間(圖5b)最大地聚焦。
實(shí)施例中所示的透鏡元件只是對根據(jù)本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的說明。顯然，例如透鏡7和/或8也可以布置在凸透鏡2前面。而且，也可以考慮采用尤其是具有其他厚度分布或者由不同材料組成的透鏡元件的組合方案。
在這些實(shí)施例中示出了平面電磁沖擊源。用于其它沖擊源(例如圓柱形或者球缺形源)的透鏡元件可以以類比方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改，變化，和等同物由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
權(quán)利要求
1.具有至少二個(gè)透鏡元件(2，4，7，8)的用于聲波的透鏡系統(tǒng)，其中至少一個(gè)透鏡元件可以圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線在光路之內(nèi)旋轉(zhuǎn)，且所述至少二個(gè)透鏡元件相對于旋轉(zhuǎn)軸線不具有旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述至少二個(gè)透鏡元件同軸地布置，且共同軸線是旋轉(zhuǎn)軸線(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述至少二個(gè)透鏡元件的衍射特性和/或相位移特性的設(shè)計(jì)應(yīng)使所述至少二個(gè)透鏡元件的衍射作用和/或相位移作用在所述至少二個(gè)透鏡元件的第一種給定的相對布置中為最大，而在第二種給定的相對布置中為最小。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的透鏡系統(tǒng)，其中至少第二個(gè)透鏡元件具有這樣一種衍射特性和/或相位移特性，可使至少一個(gè)和第二個(gè)所述透鏡元件的組合在所述透鏡元件的一種給定的相對布置中具有一種旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡系統(tǒng)，其中第二個(gè)所述透鏡元件具有與至少一個(gè)所述透鏡元件相同的衍射特性和/或相位移特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡系統(tǒng)，其中第二個(gè)所述透鏡元件具有與至少一個(gè)所述透鏡元件的特性相反的衍射特性和/或相位移特性。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的透鏡系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述透鏡元件具有非旋轉(zhuǎn)對稱的厚度分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述厚度分布是不連續(xù)的。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)透鏡元件設(shè)計(jì)成環(huán)狀。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的透鏡系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)透鏡元件采用了至少二種材料。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求任一所述的透鏡系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述透鏡元件采用了一種形狀穩(wěn)定的材料，特別是聚苯乙烯。
12.具有根據(jù)上述權(quán)利要求任一所述的帶有透鏡系統(tǒng)的沖擊波發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于聲波的透鏡系統(tǒng)，包括至少二個(gè)透鏡元件，其中，至少一個(gè)透鏡元件可以圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線在光路之內(nèi)旋轉(zhuǎn)，至少二個(gè)透鏡元件相對于旋轉(zhuǎn)軸線具有非旋轉(zhuǎn)對稱的衍射特性和/或相位移特性。
文檔編號G10K11/30GK1541624SQ20041000310
公開日2004年11月3日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月4日
發(fā)明者沃爾夫?qū)ず谄? 沃爾夫?qū)?黑普 申請人:多尼爾醫(yī)療技術(shù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司