Brevet FR2582929A1 — publié le 19861212

L'invention concerne un instrument pour la li- throtripsie ultrasonique, constitué par une sonde devant être appliquée contre un calcul devant être broyé et qui peut être mise en vibrations par un transducteur piézoélec- trique le transducteur constitué par des disques en céramique étant mis en vibrations par un géné- rateur électrique et que les vibrations du transducteur sont transmises à la sonde par l'intermédiaire d'un élé- ment distalde l'embout du transducteur. IO0 Dans les instruments connus de ce type (brevets allemand n 2- 020 345 et 2 053 982), qui sont.utilisés en particulier pour le broyage de cystolithes et de calculs rénaux au moyen d'ondes ultrasoniques, le transducteur ul- trasonique est actionné par un signal continu. Dans la pra- tique il s'est avéré que ce mode de fonctionnement, requiert un très long intervalle de temps pour le traitement-des cal- culs devant être détruits, ce qui est- imputable surtout au déplacement relativement faible de la sonde. Par ailleurs les systèmes de transducteurs trans- mettent essentiellement uniquement des ondes longitudina- les et transversales à la sonde ou à l'électrode ultraso- nique, auquel cas il s'établit, au bout d'un bref interval- le de temps, un état permanent qui conduit la plupart du temps seulement à une perforation et non pas à un écla- tement du calcul traité ou de parties du calcul. La présente invention a pour but de créer un ins- trument utilisable pour la lithotripsie ultrasonique, qui soit optimisé du point de vue de la puissance des systèmes du transducteur et du générateur par- -rapport aux instru- ments connus jusqu'alors et permette une destruction nette- ment plus rapide de calculs dans le corps humain.; Pour résoudre ce problème, on part d'un instru- ment -du type indiqué plus haut, -qui est agencé conformé- ment à l'invention grâce au fait que le transducteur peut être excité par impulsions brusques au moyen d'un fonctionnement impulsionnel du générateur et ne possède aucune résonance propre définie dans la plage prédéterminée des fréquences de travail. Par suite de l'excitation par chocs ou impul- sionnelle du transducteur et par conséquent en raison du fonctionnement qui s'effectue également par chocs, de la sonde il est possible-de faire fonctionner le transducteur avec une puis- sance élevée sans risque d'une surcharge et d'obtenir par conséquent des vibrations d'amplitude élevée à l'extrémité de la-sonde. En outre grâce.à-ce mode de fonctionnement in- -10 -termittent au début et à la fin de chaque impulsion élec- - trique envoyée au-transducteur,-il apparaît, au niveau-de la sonde, des phénomènes mécaniques au débutdes vibrations et a l'arrt desvibrations, qui conduisent à -ce que la sonde ne réalise pas généralement une perforation du calcul, mais provoque essentiellement un éclatement du calcul- par suite de déplacements transversaux d'amplitude variable. Par rapport à une lithotripsie électro-hydrauli- que à ondes de choc, lors de laquelle on peut éventuelle- ment appliquer également des impulsions hydrauliques indi- viduelles au calcul qui est distant de l'extrémité distale de la sonde, 1a lithotripsie ultrasonique est la plupart du temps d'une application moins dangereuse et plus simple et est - également-plus efficace dans de nombreux cas, lors de l'utilisation de l'instrument conforme à l'invention. - La structure formée de disques céramiques du transducteur est ensexrée par un élément proximal- de l'embout et par un élément-distal -de l'embout du trans- -ducteur._Le transducteur peut être terminé sans réflexions, sur -le côté proximal-, au moins essentiellement par l'impé- dance de ses disques -céramiques, et dans-ce cas, la masse. de l'élément distal7 de l'embout du transducteur doit être inférieure à la -masse de l'élément- proximal de l'em- bout 'de ce- dernier. Par ailleurs en vue d'obtenir embout sans réflexions, -il convient que la -sur- 3. face d'extrémité libre de l'élément proximal de l'em- bout du transducteur possède un profil irrégulier -et forme par conséquent une extrémité diffuse pour l'onde acous- tique délivrée par le transducteur. Cependantl'extrémité proximale du transducteur peut être également conformée et dimensionnée de manière à réfléchir de façon optimale les ondes acoustiques, et dans ce cas la surface d'extrémité libre de l'élément proximale de l'embout du transducteur devrait être plane o10 et parallèle au plan des disques céramiques-du transduc- teur. Par ailleurs le générateur, qui alimente le trans- ducteur par des impulsions électriques d'excitation, com- porte au moins un condensateur pouvant être chargé par un courant continu et qui peut être -déchargé de façon impulsionnelle par l'intermédiaire du transducteur, à l'aide d'au moins un éclateur à étincelles déclen- ché. A cet effet deux éclateurs à étincelles déclenchés et deux condensateurs forment des circuits séparés de telle sorte que les condensateurs peuvent -être raccordés succes- sivement au transducteur par l'amorçage de l'éclateur à étincelles associé, tandis que lors de la décharge d'un con- densateur, l'autre condensteur est à nouveau chargé si bien que l'on peut obtenir une suite continue d'impulsions. Une autre possibilité de réalisation du généra- teur consiste en ce que quatre éclateurs à-é-tincelles et deux générateurs de déclenchement peuvent 'être branchés de telle sorte que deux éclateurs à étincelles sont respective-_ ment coenandésl'un à la suite de l'autre par un des générateurs de déclenchement et que de ce fait des impulsions -positives et négatives sont envoyées en alternance au transducteur. Enfin le transducteur mu-ni de ses disques cérami- ques, son élément distal d'embout -portant la: sonde et son élément proximal d'embout peuvent être réunis de façon détachable à un organe de serrage, auquel cas l'en- semble de la structure ou le transducteur devrait être agen- cé de telle sorte que, dans la plage prédéterminée des fré- quences de travail, il n'apparaisse aucune résonance pro- pre définie et que le transducteur suive rapidement la ten- sion électrique appliquée. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 à 4 représentent des vues en élé- vation latérale de coupes longitudinales partielles de dif férents instruments conformes à l'invention; et - les figures 5 à 8 représentent plusieurs cir- cuits possibles pour le générateur électrique. Les formes de réalisation représentées sur les figures 1 à 4 possèdent essentiellement la même constitu- tion de base de sorte que, pour simplifier, on a utilisé respectivement les mêmes chiffres de référence pour dési- gner des composants identiques ou ayant une fonction analo- gue ou semblable. Les instruments constituent en une sonde 1 qui est fixée rigidement à un élément distal d!un embout 2 du transducteur. Entre l'élément distal d'embout et l'élément proximal d'un embout 3 du transducteur se trouve enserré le transducteur piézoélectrique 4 consistant au moins en un couple de disques céramiques, et ce sur les - figures 1 à 3 par au moins un boulon 5 qui est logé dans des -trous centraux de l'élément d'embout 3 du trans- -ducteur et le transducteur 4 et est vissé dans l'élément d'embout 2 du transducteur. - Le boulon 5 est-entouré, dans la zone du trans- - 30 ducteur 4, -par un manchon- élastique 6 en-matériau isolant afin que les couples de disques céramiques ne soient pas court-circuités du- point de vue électrique. La même fonc- tion-est - assurée, de façon appropriée-, par le manchon 6 dans le cas de l'instrument de la figure 4, dans lequel ce- pendant on utilise, à la place d'un bouion, un organe de serrage 7 réalisé à la manière d'un écrou à chapeau, qui loge l'élément proximal d'embout 2 du transducteur 4 et les disques céramiques de ce dernier et réalise un ser- rage de ces éléments par vissage sur l'élément proximal d'embout 3 du transducteur. - - Le transducteur piézoélectrique est connu du point de vue de sa constitution et de son fonctionnement et n'a par conséquent pas besoin d'être décrit de façon détaillée. Par ailleurs le transducteur 4 est alimenté de. façon impulsionnelle, par l'intermédiaire des bornes 8, par un courant délivré par le générateur électrique décrit plus loin, auquel cas, lorsqu'on utilise plusieurs couples- de disques céramiques (figure 3), ces derniers sont parallè- les aux bornes 8. Dans le cas de l'instrument de la figure 1, le transducteur 4 est fermé, sans réflexions, par ou-au moins essentiellement par l'impédance du couple de disques céra- miques constituant le transducteur. Par conséquent la mas- se de l'élément distal d'embout 2 du transducteur est inférieure à la masse de l'élément proximal d'embout du transducteur, ce qui entraîne la production dé- réso- nances propres différentes sur l'élément distal d'em- bout et sur l'élément proximal d'embout du trans- ducteur. Afin d'obtenir un embout sans réflexions. Il. faut également que les matériaux et les dimensions longitudinales des deux éléments d'embout du transducteur soient choi- sis de façon correspondante, tandis qu'en outre la surfa- ce d'extrémité libre 3a de l'élément proximal 'd'em- bouts3 du transducteur possède un profil irrégulier confor- mément. à ce qui est représenté et que l'on obtient par con- séquent une réflexion diffuse. Dans le cas de cette forme de réalisation, aucune partie d'ondes acoustiques du'si- gnal d'excitation délivré-par le transducteur 4 n'est ré- fléchie sur la surface d'extrémité.3a ou bien au maximum une partie très faible de telies ondes est réfléchie sur cette surface d'extrémité, si bien que la sonde sera exci- tée en principe uniquement de manière à fournir une impul- sion positive. Une autre possibilité correspondant à la figure 2 consiste à ne pas réaliser un embout sans réfle- xions du transducteur ultrasonique 4, mais à le faire fonc- tionner avec un élément d'embout 3 réfléchissant, ce qui a pour effet que des impulsions positives d'ondes acous- tiques sont réfléchies.-surla -surface d'extrémitA libre - 3b moyennant une-'inversion -de -leur' -phase- et - cue de ce fait desimpulsions-de dépression possédant des flancs de.montée très raides apparaissent à l'extrémité de la son- de.1. Au niveau du calcul traité, il apparaît alors des bul- les de cavitatiQn' possédant un niveau d'énergie élevé, qui accroissent en outre.l'action d'éclatement appliquée au calcul. Par ailleurs,' -dans- ce cas, la surface d'extré- mité plane 3b de l'élément d'embout 3 devrait être parallèle au plan des disques céramiques du transducteur 4, de manière à fournir une action optimale de réflexion. 20. Le transducteur- 4 peut être. également constitué par plus d'un couple de disques céramiques. La figure 3 re- présente un transducteur comportant trois couples de- dis- ques et qui peut fournir une puissance nettement plus éle- vée que les transducteurs des figures 1, 2 et 4. Lorsqu'en outre il faut obtenir de'brefs temps de montée du signal- ultrasonique et par conséquent un déplacement ou une va- riation de longueur-rapide de la sonde 1, comme cela se con- çoit il faut-choisie des masses.aussi-faibles que possible pour les deux éléments de terminaison 2, 3 du, transducteur. ' - Les figures 5 à 8 représentent 'des générateurs électriques qui sont' particulièrement appropriés pour fai- re fonctionner les transducteurs des instruments décrits précédemment. Ces générateurs possèdent au moins un conden- sateur chargé -par un courant continu -et qui:est déchargé de façon impulsionnelle par l'intermédiaire du transduc- teur, à l'aide d'au moins un éclateur à étin- celles déclenché, et est ensuite & nouveau chargé automa- tiquement par une source de courant continu. Lu UâlIÈratour de 1a fjuuro 5 mnt une fo1itio de réalisation simple du point de vue de la technique des cir- cuits, dans laquelle la source de courant continu ou la bat- terie 9 charge le condensateur précité 11 par l'intermé- diaire d'une résistance en série 10. Un générateur de déclenchement 12 amorce en cas de besoin l'éclateur a étin- celles 13 de sorte que l'énergie de charge du condensateur est délivrée de façon impulsionnelle au transducteur acous- tique 4. Afin de pouvoir délivrer en un bref intervalle de temps successivement deux impulsions de tension au trans- ducteur acoustique, au moyen du générateur, le schéma du circuit représentésur la figure 5 doit être seulement pré- vu en double de sorte que l'on obtient le circuit, en soi évident, représenté sur la figure 6. Ici par conséquent deux éclateurs à étincelles déclenchés et deux condensa- teurs forment des circuits séparés, les condensateurs pou- vant être raccordés successivement au transducteur par amor- çage des éclateurs à étincelles. Contrairement aux deux exemples de circuits dé- crits précédemment, conformément & la figure 7 on utilise le transducteur 4 lui-même en tant que condensateur. Par conséquent, dans ce cas, la batterie 9 charge le transduc- teur 4 par l'intermédiaire de la résistance 10. Le généra- teur de déclenchement 12 peut être amorcé par l'intermé- diaire de l'éclateur à étincelles 13, ce qui a pour effet que le transducteur est court-circuité et se décharge brus- quement, auquel cas une impulsion négative apparaît au ni- veau de la sonde. Enfin la figure 8 représente un générateur, dans lequel quatre éclateurs à étincelles et deux générateurs de déclenchement sont branchés de telle sorte que deux écla- teurs à étincelles 13a, 13b peuvent être commandés par un générateur de déclenchement 12a et que les deux autres écla- teurs à étincelles 13c, 13d peuvent être commandés par l'au- tre générateur de déclenchement 12b. Le transducteur 4 peut par conséquent être alimenté par des impulsions de courant individuelles positives ou négatives ou même, en alternan- ce, par des impulsions de courant négatives et positives, ce qui suppose naturellement une capacité de réglage et une commande correspondantes des deux générateurs de déclen- chement. La sonde 1 peut consister de façon connue en soi en un tube ou un fil flexible mince. Par ail- leurs la sonde peut consister en plusieurs fils d'acier torsadés et recouverts d'une matière plastique, le revêtement devant empêcher une perte acoustiaue entre les fils. REVENDICATIONS 1. Instrument pour la lithotripsie ultrasonique, consistant en une sonde (1) devant être appliquée contre un catcul devant être broyé et qui peut être mise en vibra- tions par un transducteur piézoélectrique (4) -le trans-- ducteur constitué par des di-squés en céramique étant mis en vibrations par un générateur électrique (9- 13) et que les vibrations du transducteur étant transmises à la sonde (1) par l'intermédiaire d'un-élément distal d'un embout (2) du transducteur, caractérisé en ce que-le transducteur (4) peut être excité au moyen d'un fonction- nement impulsionnel du générateur (9-13) et ne possède au- cune résonance propre définie dans la plage prédéterminée -des fréquences de--travail. - 2. Instrument selon la revendication 1,- dans le- quel l'ensemble des disques céramiques du transducteur est enserré entre un élément proximal d'un embout (3) et un élément distal de terminaison (2) du transducteur, carac- térisé en ce que le transducteur (4) est fermé sans réfle- xions, sur le côté proximal, au moins essentiellement par l'impédance de ses disques céramiques, la masse de l'élé- ment distal de terminaison (2) du transducteur étant -infé- rieure à la masse de l'élément proximal de l'embout (3) de ce dernier. 3. Instrument selon la revendication 2, caracté-- risé en ce que la surface d'extrémité libre (3a) de l'élé- ment proximal de - l'embout (3) -du transducteur possède un profil irrégulier, réalisant une réflexion- diffuse. 4. Instrument selon la revendication 1, dans là- quel les disques céramiques du transducteur (4) sont en- - serrés entre un élément proximal de l'embout (3) et - un élément distal d'embout- (2) du transducteur, carac- - térisé en ce que l'élément proximal de l'embout (3) du-- transducteur forme une extrémité réfléchissant de-façon - 35 optimale les ondes acoustiques, et que la surface plane li- 258292-9 bre d'extrémité (3b) de cet embout est parallèle au plan des disques céramiques du transducteur (4).- 5. Instrument selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur élec- trique (9-13) comporte au moins un condensateur (11) pou- -vant être chargé par un courant continu et qui peut être -- déchargé de façon impulsionnelle par l'intermédiaire du transducteur (4), par au moins un éclateur à étincelles dé- clenché (13). -. - -- - 10 6. Instrument selon la revendication 5, carac-.. térisé en ce qu'au moins deux éclateurs à étincelles dé- clenches (13)- et au moins deux condensateurs-(11) forment des circuits séparés et que les condensateurs peuvent être raccordés successivement au transducteur (4) par amorçage des éclateurs à étincelles associés.- 7. Instrument selon la revendication 5, carac-- térisé en ce qu'au moins deux éclateurs à étincelles (13a- 13d) et deux générateurs de déclenchement (12a, 12b) sont branchés de telle sorte qu'un ou deux éclateurs à étin- celles ou couples d'éclateurs à étincelles (13a, 13b, 13c, 13d) peuvent être respectivement caiaxcdés l'un à la suite de l'autre par les gênérateurs de déclenchement et que-les ixpulsions po- sitives et négatives peuvent être envoyées en alternance au transducteur (4). 8. Instrument selon l'une quelconque des reven- -dications 1 à 7, caractérisé en ce que le transducteur (4) -est utilisé en tant que -condensateur-et est déchargé par l'intermédiaire d'un éclateur à étincelies. À.: ' -