體外沖擊波碎石機及用于體外沖擊波碎石機的充放電電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種體外沖擊波碎石機及用于體外沖擊波碎石機的充放電電路。其中體外沖擊波碎石機，包括沖擊波發生裝置，該沖擊波發生裝置包括充電電路和放電電路，充電電路由電阻和電容組成，放電電路由該電容、高壓開關以及沖擊波波源裝置組成。其中電容的電容值為1.5μF～2.5μF,經該電容向沖擊波波源裝置放電產生的沖擊波的焦點壓力峰值為6MPa～30MPa，底部脈寬為3μs～4μs。通過本發明的體外沖擊波碎石機，產生的沖擊波底部脈寬較寬，壓力較平緩，且沖擊波的焦點壓力峰值小，通過應力集中使結石碎裂，同時降低了對人體的副作用。
【專利說明】體外沖擊波碎石機及用于體外沖擊波碎石機的充放電電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械領域，尤其涉及一種體外沖擊波碎石機及用于體外沖擊波碎石機的充放電電路。
【背景技術】
[0002]隨著醫療技術的發展，體外沖擊波碎石機越來越多的被應用。為了將體內的結石擊碎的更加徹底，沖擊波的焦點壓力被設計遵越來越高。然而，與此帶來的是沖擊波的壓力超過了人體軟組織的承受極限，造成了人體軟組織的損傷。因此，如何提供一種對人體損傷較小或無損傷的體外沖擊波碎石機是目前急需解決的問題。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種體外沖擊波碎石機，在粉碎人體結石的同時，降低或避免對人體軟組織的傷害。
[0004]基于上述目的，本發明提供了一種體外沖擊波碎石機，包括沖擊波發生裝置，所述沖擊波發生裝置包括充電電路和放電電路，所述充電電路由電阻和電容組成，所述放電電路由所述電容、高壓開關以及沖擊波波源裝置依次串聯組成，所述電容的電容值為1.5μ F~2.5μ F，經所述電容向所述沖擊波波源裝置放電產生的沖擊波的焦點壓力峰值為6MPa~30MPa，所述沖擊波的底部脈寬為3 μ s~4 μ S。
[0005]優選的，所述充電電路的充電電壓為5000V~11000V。
[0006]優選的，所述電容值為1.6μ F~2.4 μ F。
[0007]優選的，所述沖擊波波源裝置為電磁式波源、液電式波源和壓電式波源中的任一種。
[0008]優選的，所述沖擊波波源裝置為電磁式波源，所述電磁式波源包括一端與所述電容相連且另一端與所述高壓開關相連的線圈、與所述線圈相對設置的金屬膜片、充滿水的皮囊及設置在所述線圈與金屬膜片之間的絕緣層，所述線圈和所述金屬膜片設置在所述皮囊的內腔體中。
[0009]優選的，所述線圈為單層螺旋球形線圈，所述線圈的匝數為15~30，所述線圈的直徑為65_~130_，所述線圈由銅線繞制而成，所述金屬膜片為銅膜，所述銅膜的厚度為
0.1mm ~0.3mm ；
其中，所述銅線的橫截面為圓形，所述圓形的直徑為0.5mm~2.5mm ;或所述銅線的橫截面為矩形，所述矩形的面積為0.5 mmX 0.5 mm~2.5 mmX 1.5 mm。
[0010]優選的，所述沖擊波具有正壓段和負壓段，所述正壓段引起的結石的碎裂方向和所述負壓段引起的結石的碎裂方向垂直。
[0011]本發明還提供了一種充放電電路，應用在如上述任一種體外沖擊波碎石機中，所述充放電電路的充電電路由電阻和電容組成，所述充放電電路的放電電路由所述電容、高壓開關以及沖擊波波源裝置組成，所述電容的電容值為1.5 μ F~2.5 μ F。[0012]優選的，所述電容值為L6yF~2.4yF。
[0013]優選的，所述充電電路的充電電壓為5000V~11000V。
[0014]本發明的有益效果是:
本發明選用1.5yF~2.5yF的電容，并使產生的沖擊波的焦點壓力峰值在6 MPa~30MPa，底部脈寬在3μ s~4μ S。因為沖擊波的壓力小，曲線頭部較緩和，大部分穿透進入結石中，引起應力集中，且脈寬長即沖擊波的持續時間長，造成了累積損傷，從而實現了結石的碎裂。而且沖擊波的壓力小，大部分透進了結石，所以反射產生的壓力少，因此大大降低了對人體軟組織的損傷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明中的沖擊波發生裝置結構圖；
圖2為本發明中的自聚焦電磁式沖擊波發生裝置結構圖；
圖3為本發明中的充放電電路結構圖；
圖4為本發明中的體外沖擊波碎石機產生的沖擊波的波形圖；
圖5為本發明中的體外沖擊波碎石機產生的沖擊波與結石相遇的不意圖；
圖6為現有技術中的體外沖擊波碎石機產生的沖擊波的波形圖；
圖7為現有技術的體外沖擊波碎石機產生的沖擊波與結石相遇的不意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0017]體外沖擊波碎石機都需要一個沖擊波發生裝置。該沖擊波發生裝置包括一個充放電電路。圖1示出了該充放電電路。其具體包括充電電路I和放電電路2，其中充電電路I由電阻11和電容12組成，放電電路由電容12、高壓開關13和沖擊波波源裝置14依次串聯組成。首先對電容12進行充電，充電完成后導通高壓開關13，電容12便向沖擊波波源裝置14瞬時放電而產生沖擊波。其中，放電有兩種模式，一種為手動放電，就是按一次開關13,放一次電。另一種就是連續放電，即按給定的頻率放電。該放電的頻率可根據需要設定。如每分鐘30次。
[0018]目前常用的沖擊波波源裝置14有電磁式波源、液電式波源和壓電式波源三種。為使本發明更加清楚，以下以自聚焦電磁式沖擊波發生裝置為例，對本發明進行詳細的介紹。
[0019]圖2為采用自聚焦電磁式沖擊波發生裝置治療人體腎臟36內的結石37的示意圖。自聚焦電磁式沖擊波發生裝置具體包括充電電路和放電電路，其中充電電路由電阻31和電容32組成，放電電路由電容32、高壓開關33和電磁式沖擊波波源裝置34依次串聯組成。其中電磁式沖擊波波源裝置34包括一端與電容32相連且另一端與高壓開關33相連的線圈341、與線圈341相對設置的金屬膜片342、充滿水的皮囊343以及襯底344。其中線圈341和金屬膜片342設置在皮囊343的內腔體中，線圈341和金屬膜片342之間設有絕緣層(圖中未示出)。電容32經電線連接至線圈341，皮囊343緊貼人體的皮膚35。其中線圈341優選為單層螺旋球形線圈，可由銅線繞制而成，金屬膜片342可以選用銅膜。
[0020]在圖3中，以電容C、電阻R、高壓開關G和電感L組成的電路的等效電路圖的方式示出自聚焦電磁式波源的充放電電路。其中電感L本質上由線圈342等效得到。本發明中的充電電壓可由交流電壓經高壓變壓器變壓繼而經整流器整流后獲的。
[0021]該自聚焦電磁式波源的工作原理為給電容C充電到給定電壓，通過高壓開關G，電容C完成一次放電，在線圈中產生強脈沖電流，該強脈沖電流流過線圈341時，在金屬膜片342中產生感應電流，兩個電流形成的磁場相互排斥，使金屬膜片342產生一短促而快速的運動，從而在水中驅動出一強壓力脈沖并傳播，形成沖擊波。
[0022]現有的體外沖擊波碎石機對人體的傷害較大。這一傷害主要源于現有碎石機產生的沖擊波的焦點壓力峰值大，且頻率高造成。為減小對人體的傷害，需要降低該沖擊波的壓力和頻率。在體外沖擊波碎石機中，沖擊波的焦點壓力峰值由電容值、充電電壓值以及沖擊波波源裝置對電能的轉換能力決定，而沖擊波的頻率主要由電容值決定。基于此， 申請人:進行了多次試驗，最終得到了一種既能很好的完成體外碎石，同時副作用又特別小的體外沖擊波碎石機，如下:該體外沖擊波碎石機米用的電容C的電容值為1.5 μ F~2.5 μ F。最為優選的,該電容值為1.6yF~2.4yF。經由上述電容放電產生一沖擊波，本發明的碎石機產生的沖擊波的焦點壓力峰值為6MPa~30MPa，底部脈寬為3μ s~4μ S。其波形具體如圖4所示。
[0023]根據公式W=1ACU2可知，電容放電的能量由電容值和充電電壓共同決定，而最終電能轉換成機械能還取決于沖擊波產生裝置對電能的轉換能力。因此，本領域的技術人員可以根據不同沖擊波產生裝置對電能的轉換能力來選取合適的充電電壓。本發明的具體實施例中，充電電壓的范圍可在5000V~11000V之間。
[0024]當采用上述自聚焦電磁式波源時，考慮到使用壽命和效果，其線圈341的匝數優選為15~30,直徑為65mm~130mm,線圈341由銅線繞制而成。當選用橫截面為圓形的銅線時，其直徑范圍為0.5mm~2.5mm。當選用橫截面為矩形的銅線時，該矩形的橫截面面積為0.5 mmX 0.5 mm~2.5 mmX 1.5 mm。金屬膜片342為銅膜，其厚度為0.1mm~0.3mm。
[0025]我們知道，現有的體外沖擊波碎石機都是依靠高壓力瞬時擊碎人體內的碎石，焦點壓力峰值一般都在60MPa以上。而本發明中的體外沖擊波碎石機產生的沖擊波的焦點壓力峰值在6 MPa~30MPa，雖遠小于現有的體外沖擊波碎石機所產生的沖擊波的焦點壓力峰值，但經過實驗發現對同一實驗用結石，其同樣能夠實現理想的碎石效果。以電容在
1.5 μ F~2.5 μ F之間，焦點壓力峰值為16MPa的體外沖擊波碎石機為例，其經過644次左右的放電即可完成碎石。以現有技術中的電容為I μ F，焦點壓力峰值為60MPa的體外沖擊波碎石機為例，其需要經過676次左右完成碎石。以下對現有的體外沖擊波碎石機依靠高壓力碎石和本發明中的體外沖擊波碎石機依靠低壓力碎石的機理及效果進行對比說明。
[0026]圖4示出了本發明中的體外沖擊波碎石機產生的沖擊波的一個具體波形，焦點壓力峰值約為1610^，底部脈寬為3 4 8。圖5示出了圖4中所示沖擊波和結石相遇時的情形。圖6示出了現有的體外沖擊波碎石機(電容為I μ F)產生的沖擊波的一個具體波形，焦點壓力峰值約為60MPa，底部脈寬為2μ S。圖7示出了圖6中所示沖擊波和結石相遇時的情形。圖4和 圖6的縱軸表示的是沖擊波的壓力值，單位為MPa，橫軸為時間，單位為μ S。
[0027]對于圖4所示的沖擊波，由于它的焦點壓力峰值小，底部脈寬較寬，頭部比較緩和，即頻率低，所以當它遇到結石時，大部分能量透進了結石(如圖4所示)，遇到了原先存在于結石內部的雜質、小缺陷或微裂縫，就引起了高度應力集中，這就是誘導應力，造成了原有的雜質或微裂縫在該應力的作用下不斷擴大，成為累積損傷。而且由于本發明中的沖擊波的底部脈寬較寬即增加了時間跨度，因此使得累積損傷更加明顯。隨著放電一次次的重復，微裂縫逐步擴大，積累到一定程度，結石便碎裂崩潰。這是一種不同的碎石機理，我們稱之為誘導應力效應。誘導應力始終為張應力，垂直或平行于沖擊波運動方向。
[0028]圖4中所示的沖擊波由正壓段I和負壓段II組成，圖5分別示出了正壓段I和負壓段II結石的碎裂情況。其中正壓段I的沖擊波方向與所引起的結石的碎裂方向平行，負壓段II的沖擊波方向與所引起的結石的碎裂方向垂直。即正壓段I的沖擊波所引起的結石的碎裂方向與負壓段II的沖擊波所引起的結石的碎裂方向垂直。結石的斷裂面必然產生在最先全面達到結石的誘導應力大于結石的破壞應力的剖面上，從而引起結石的斷裂。
[0029]對于圖6所示的沖擊波，自左至右首先經過的部分是正壓，以
I時段表示(見圖7)。由于焦點壓力峰值處曲線的變化率大，壓力陡峭，沖擊波與結石相遇時大部分壓力反射掉了。因為它的焦點 壓力峰值大，再加上反射壓力，就直接把結石打碎成小坑。在結石的坑里面，滿是結石的粉末，等到進入了丨丨時段(見圖7)，也就是負壓段起作用，把留在坑里的粉末揚起來，做了廢功。
[0030]上述圖6所示的沖擊波的焦點壓力峰值比圖4所示的沖擊波的焦點壓力峰值大了 3.75倍，再加上圖6所示沖擊波，在結石的周邊，壓力又因反射而增加，所以此時結石的周邊壓力變得很大，對附近的軟組織造成很嚴重的損傷。而且上述壓力驟變很大，產生的空化效應強烈，因而造成的損害也很大。而圖4所示的沖擊波的壓力本身較小，且在遇到結石時，大部分透進了結石，因反射而增加的壓力微乎其微，所以此時結石的周邊壓力很小，而且產生的空化效應也很小，因而對附近的軟組織幾乎沒有任何的副作用。
[0031 ] 與上述體外沖擊波碎石機相對應的，本發明還提供了一種應用于該體外沖擊波碎石機中的充放電電路，應用在如上述任一種體外沖擊波碎石機中，該充放電電路的充電電路由電阻和電容組成，該充放電電路的放電電路由所述電容、高壓開關以及沖擊波波源裝置組成，其中電容的電容值為1.5yF~2.5yF。
[0032]最為優選的，該電容值為1.6uF-2.4uF。根據公式W=1ACU2可知，電容放電的能量由電容值和充電電壓共同決定，而最終電能轉換成機械能還取決于沖擊波產生裝置對電能的轉換能力。因此，本領域的技術人員可以根據不同沖擊波產生裝置對電能的轉換能力來選取合適的充電電壓。本發明的具體實施例中，充電電壓的范圍可在5000V-11000V之間。
[0033]以上的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應注意的是，以上僅為本發明的一個具體實施例而已，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種體外沖擊波碎石機,包括沖擊波發生裝置，其特征在于，所述沖擊波發生裝置包括充電電路和放電電路，所述充電電路由電阻和電容組成，所述放電電路由所述電容、高壓開關以及沖擊波波源裝置依次串聯組成，所述電容的電容值為1.5 μ F~2.5 μ F，經所述電容向所述沖擊波波源裝置放電產生的沖擊波的焦點壓力峰值為6MPa~30MPa，所述沖擊波的底部脈寬為3μ s~4μ S。
2.如權利要求1所述的體外沖擊波碎石機，其特征在于，所述充電電路的充電電壓為5000V ~11000V。
3.如權利要求1所述的體外沖擊波碎石機，其特征在于，所述電容值為1.6yF~2.4 μ F。
4.如權利要求1所述的體外沖擊波碎石機，其特征在于，所述沖擊波波源裝置為電磁式波源、液電式波源和壓電式波源中的任一種。
5.如權利要求1所述的體外沖擊波碎石機，其特征在于，所述沖擊波波源裝置為電磁式波源，所述電磁式波源包括一端與所述電容相連且另一端與所述高壓開關相連的線圈、與所述線圈相對設置的金屬膜片、充滿水的皮囊及設置在所述線圈與金屬膜片之間的絕緣層，所述線圈和所述金屬膜片設置在所述皮囊的內腔體中。
6.如權利要求5所述的體外沖擊波碎石機，其特征在于，所述線圈為單層螺旋球形線圈，所述線圈的阻數為15~30,所述線圈的直徑為65mm~130mm,所述線圈由銅線繞制而成，所述金屬膜片為銅膜，所述銅膜的厚度為0.1mm~0.3mm ； 其中，所述銅線的橫截面為圓形，所述圓形的直徑為0.5mm~2.5mm ;或所述銅線的橫截面為矩形，所述矩形的面積為0.5 mmX 0.5 mm~2.5 mmX 1.5 mm。
7.如權利要求1所述的體外沖擊波碎石機，其特征在于，所述沖擊波具有正壓段和負壓段，所述正壓段引起的結石的碎裂方向和所述負壓段引起的結石的碎裂方向垂直。
8.一種充放電電路，應用在如所述權利要求1-7的任一項中的體外沖擊波碎石機中，其特征在于，所述充放電電路的充電電路由電阻和電容組成，所述充放電電路的放電電路由所述電容、高壓開關以及沖擊波波源裝置組成，所述電容的電容值為1.5 μ F~2.5 μ F。
9.如權利要求8所述的充放電電路，其特征在于，所述電容值為1.6yF~2.4yF。
10.如權利要求8所述的充放電電路，其特征在于，所述充電電路的充電電壓為5000V ~11000V。
【文檔編號】A61B17/225GK103536339SQ201310534492
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】杜錫鑫 申請人:杜錫鑫