FR2671239A1 - METHOD AND DEVICE INTERPOSING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE LIQUID BETWEEN ELECTRODES AND SHOCK WAVE APPARATUS INCLUDING APPLICATION. - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne essentiellement un procédé et un dispositif pour améliorer notamment la reproductibiLité du régime de décharge électrique produit entre deux électrodes, par interposition d'un liquide électriquement conducteur au moins entre les électrodes, contenu dans un réservoir entourant les électrodes, et appareil de génération d'ondes de choc utilisant un tel procédé ou dispositif, notamment pour la lithotritie extracorporelle. The invention essentially relates to a method and a device for improving in particular the reproducibility of the electric discharge regime produced between two electrodes, by interposing an electrically conductive liquid at least between the electrodes, contained in a reservoir surrounding the electrodes, and apparatus for generation of shock waves using such a method or device, in particular for extracorporeal lithotripsy.
IL est connu par le document RIEBER US-A-2 559 227 un appareil de génération d'ondes de choc de fréquence élevée, comprenant un réflecteur ellipsoïdal tronqué 80 dans lequel sont générées des ondes de choc par décharge ou arc éLectrique entre deux électrodes concourantes au premier foyer de l'ellipsoide, de manière à détruire une cible disposée au deuxième foyer de l'ellipsoSde, se trouvant à L'extérieur du réflecteur tronqué 80 (voir figure 3 et colonne 7, ligne 51, colonne 9, ligne 30). It is known from document RIEBER US-A-2,559,227 an apparatus for generating shock waves of high frequency, comprising a truncated ellipsoidal reflector 80 in which shock waves are generated by discharge or electric arc between two concurrent electrodes at the first focal point of the ellipsoid, so as to destroy a target placed at the second focal point of the ellipsoSde, located outside the truncated reflector 80 (see FIG. 3 and column 7, line 51, column 9, line 30) .
Des électrodes 12 et 13 sont réalisées en matériau hautement conducteur tel que du cuivre ou du laiton et sont montées sur un isolateur 26 qui est supporté de manière pivotante à L'aide d'un dispositif lia, llb, de manière à régler l'espacement entre cellesci (voir colonne 4, lignes 42 à 53 et colonne 8, lignes 40 à 47). Electrodes 12 and 13 are made of highly conductive material such as copper or brass and are mounted on an insulator 26 which is pivotally supported by means of a device 11a, 11b, so as to adjust the spacing between them (see column 4, lines 42 to 53 and column 8, lines 40 to 47).
Lors de l'emploi de l'appareil RIEBER ou appareil similaire, on produit la décharge ou arc électrique entre Les électrodes et grâce à la brusque décharge d'un condensateur 11, par la fermeture d'un interrupteur haute tension (voir figure 2b). Selon l'appareil RIEBER, le circuit entre tes électrodes, comprend un condensateur, ainsi qu'une self-inductance associée. On a pu observer que la décharge du condensateur est de type oscillatoire amorti. Autrement dit, le condensateur va se décharger puis se recharger en sens inverse à une tension plus basse que La tension initiale, qui est très élevée et de L'ordre de 15 000 à 20 000 V, puis de nouveau se recharger en sens direct jusqu a épuisement des charges contenues dans Le condensateur. When using the RIEBER device or similar device, the discharge or electric arc is produced between the electrodes and, by the sudden discharge of a capacitor 11, by the closing of a high voltage switch (see FIG. 2b) . According to the RIEBER device, the circuit between your electrodes, includes a capacitor, as well as an associated self-inductance. It has been observed that the discharge of the capacitor is of the damped oscillatory type. In other words, the capacitor will discharge and then recharge in the opposite direction at a voltage lower than the initial voltage, which is very high and of the order of 15,000 to 20,000 V, then again recharge in the direct direction until has exhausted the charges contained in the capacitor.
Simultanément, il s'établit un arc éLectrique entre les deux électrodes dont le courant sera aussi, par voie de conséquence, de type oscillatoire amorti comme cela se conçoit bien en référence à la figure la, lb et 1c Ainsi, la figure la représente le chronogramme des tensions, tandis que la figure lb représente le chronogramme des courants s'établissant dans le circuit de décharge du type RIEBER. On constate qu'à la fermeture du circuit au temps t1 La tension aux bornes des électrodes monte brusquement à la valeur de La tension aux bornes du condensateur (voir figure la). Simultaneously, an electric arc is established between the two electrodes, the current of which will also, as a consequence, be of the damped oscillatory type, as is well conceived with reference to FIG. 1a, 1b and 1c. Thus, the figure represents the chronogram of the voltages, while FIG. 1b represents the chronogram of the currents established in the RIEBER type discharge circuit. It is noted that at the closing of the circuit at time t1 The voltage across the electrodes rises sharply to the value of The voltage across the capacitor (see figure la).
Un faible courant s'installe entre les deux électrodes (figure lb) car d'une part, le liquide dans lequel baignent les électrodes, habituellement de L'eau, est toujours Légèrement électriquement conducteur, et d'autre part, pour des raisons de sécurité et d'amorçage de L'arc, une résistance élevée est disposée en parallèle au condensateur d'alimentation des électrodes
Au bout d'un certain temps, c'est-à-dire au temps t2, qui est appelé temps de Latence, L'arc s'établit entre les électrodes
A cet instant, le courant croit brusquement de plusieurs KA comme cela est clairement visible à la figure lb. On sait que L'arc est constitué par un plasma dont la résistance est extrêmement faible (de L'ordre du 1/100 ou 1/1000 d'ohm) et c'est la faible valeur de cette résistance qui explique l'importance des oscillations de courant (figure lb) et de tension (figure la) lors de ta décharge d'un condensateur dans un circuit de type RL.A weak current settles between the two electrodes (figure lb) because on the one hand, the liquid in which the electrodes bathe, usually Water, is always Slightly electrically conductive, and on the other hand, for reasons of safety and ignition of the arc, a high resistance is arranged in parallel to the electrode supply capacitor
At the end of a certain time, that is to say at time t2, which is called latency time, the arc is established between the electrodes
At this instant, the current suddenly increases by several KA as is clearly visible in FIG. 1b. We know that the arc consists of a plasma whose resistance is extremely low (of the order of 1/100 or 1/1000 ohm) and it is the low value of this resistance which explains the importance of current (Figure 1b) and voltage (Figure 1a) oscillations when discharging a capacitor in an RL type circuit.
L'énergie contenue et dissipée par L'arc contribue à la vaporisation du liquide dans lequel baignent les électrodes, habituellement de L'eau, à la création d'une bulle de vapeur et par conséquent à la formation de l'onde de choc. Plus cette énergie sera dissipée rapidement, plus l'onde de choc sera efficace. The energy contained and dissipated by the arc contributes to the vaporization of the liquid in which the electrodes bathe, usually water, to the creation of a bubble of vapor and consequently to the formation of the shock wave. The more quickly this energy is dissipated, the more effective the shock wave will be.
On constate ainsi que, du fait du caractère oscillatoire du courant, comme représenté figure lb, L'énergie fournie au milieu extérieur se fait progressivement comme cela est clairement illustré à la figure lc. It can thus be seen that, due to the oscillatory nature of the current, as shown in FIG. 1b, the energy supplied to the external medium takes place gradually as is clearly illustrated in FIG. 1c.
On comprend ainsi que plus la vaporisation du liquide, en particulier de L'eau, sera rapide, plus l'onde de pression sera forte et plus son temps de montée sera bref. It will thus be understood that the faster the vaporization of the liquid, in particular of the water, the stronger the pressure wave and the shorter its rise time.
Ainsi, pour qu'une quantité importante de liquide, en particulier d'eau, soit vaporisée, il sera nécessaire de délivrer soudainement une énergie importante. Thus, for a large quantity of liquid, in particular water, to be vaporized, it will be necessary to suddenly deliver a large amount of energy.
Or, pratiquement la totalité des dispositifs actuellement connus aboutissent à des décharges qui sont toutes de type oscillatoire amorti, comme représenté aux figures la et lb, aboutissant à une dissipation progressive de L'énergie au cours du temps (figure tic). However, practically all of the devices currently known result in discharges which are all of the damped oscillatory type, as shown in FIGS. 1a and 1b, resulting in a progressive dissipation of energy over time (FIG. Tic).
Dans le document EP-A-O 296 912 antérieur des déposants, on a proposé une première solution pour délivrer soudainement ou en un temps relativement bref la plus grande partie de L'énergie emmagasinée par la charge du condensateur du circuit de décharge entre deux électrodes. Pour se faire, on a proposé d'augmenter la résistance électrique au passage de L'arc électrique au moins entre les électrodes par interposition d'un élément isolant (32) à résistance élevée, entre les électrodes 12, 14 génératrices de L'arc. Cette solution donne entièrement satisfaction pour générer des ondes de choc dont l'onde de pression initiale est sensiblement sphérique. In the prior document EP-A-O 296 912 of the applicants, a first solution has been proposed for delivering suddenly or in a relatively short time most of the energy stored by the charge of the capacitor of the discharge circuit between two electrodes. To do this, it has been proposed to increase the electrical resistance to the passage of the electric arc at least between the electrodes by interposing an insulating element (32) with high resistance, between the electrodes 12, 14 generating the arc. . This solution is entirely satisfactory for generating shock waves whose initial pressure wave is substantially spherical.
Cependant, cette solution antérieure est difficilement réalisable mécaniquement à cause de la faible dimension des électrodes et de la résistance mécanique aux ondes de choc. En outre, le problème du temps de latence n'est pas résolu étant donné qu'elle ne vise qu a améliorer le régime de décharge une fois que L'arc électrique est établi ce qui n'améliore pas la reproductibilité de la décharge et donc de l'onde de choc. However, this prior solution is difficult to achieve mechanically due to the small size of the electrodes and the mechanical resistance to shock waves. In addition, the latency problem is not resolved since it only aims to improve the discharge regime once the electric arc is established which does not improve the reproducibility of the discharge and therefore of the shock wave.
Ainsi, la présente invention a pour but principal de résoudre le nouveau problème technique consistant en la fourniture d'une solution permettant de délivrer soudainement en un temps relativement bref la plus grande partie de L'énergie emmagasinée par la charge du condensateur du circuit de décharge entre deux électrodes, en éliminant compLètement ou sensiblement complètement le temps de latence habituellement nécessaire pour générer une décharge électrique entre les électrodes. Thus, the main object of the present invention is to solve the new technical problem consisting in providing a solution allowing the sudden delivery in a relatively short time of most of the energy stored by the charge of the capacitor of the discharge circuit. between two electrodes, eliminating completely or substantially completely the latency time usually required to generate an electrical discharge between the electrodes.
La présente invention a encore pour but de résoudre le nouveau problème technique consistant en la fourniture d'une solution permettant de supprimer complètement ou sensiblement complètement le temps de latence de génération d'une décharge éLectrique entre deux électrodes tout en améliorant de manière considérable la reproductibilité de l'onde de choc grâce à une amélioration importante de la localisation de la génération de la décharge électrique. The present invention also aims to solve the new technical problem consisting in providing a solution making it possible to completely or substantially completely eliminate the latency time of generation of an electric discharge between two electrodes while considerably improving the reproducibility shock wave thanks to a significant improvement in the location of the generation of electric shock.
La présente invention a encore pour but de résoudre le nouveau problème technique consistant en la fourniture d'une solution permettant de supprimer complètement ou sensiblement complètement le temps de latence de génération de la décharge électrique entre les électrodes, tout en réalisant une décharge électrique de type amorti critique aboutissant à une délivrance soudaine ou en un temps relativement bref de la plus grande partie de L'énergie emmagasinée par la charge du condensateur de circuit de décharge entre les électrodes. The present invention also aims to solve the new technical problem consisting in providing a solution making it possible to completely or substantially completely eliminate the latency time of generation of the electric discharge between the electrodes, while carrying out an electric discharge of the type critical damping resulting in sudden or relatively short delivery of most of the energy stored by the charge of the discharge circuit capacitor between the electrodes.
La présente invention a encore pour but de résoudre les nouveaux problèmes techniques précités tout en fournissant une solution permettant de réduire L'usure des électrodes, et en limi- tant l'importance des modifications à réaliser sur les appareils antérieurement existants. The present invention also aims to solve the aforementioned new technical problems while providing a solution making it possible to reduce the wear of the electrodes, and by limiting the importance of the modifications to be carried out on previously existing devices.
La présente invention a encore pour but de résoudre les nouveaux problèmes techniques énoncés ci-dessus d'une manière extrêmement simple, utilisable à l'échelle industrielle, notamment dans le cadre de la lithotritie extracorporelle. The present invention also aims to solve the new technical problems stated above in an extremely simple manner, usable on an industrial scale, in particular in the context of extracorporeal lithotripsy.
Tous ces nouveaux problèmes techniques sont résolus pour la première fois par la présente invention de manière satisfaisante, peu coûteuse, utilisable à l'échelle industrielle, notamment dans le cadre de la Lithotritie extracorporelle. All these new technical problems are solved for the first time by the present invention in a satisfactory, inexpensive manner, usable on an industrial scale, in particular in the context of extracorporeal lithotripsy.
Ainsi, selon la présente invention, on fournit, selon un premier aspect, un procédé pour améliorer le régime de décharge électrique produit dans un milieu liquide tel que L'eau, entre au moins deux électrodes génératrices d'une telle décharge, caractérisé en ce qu'on réduit considérablement la résistance au passage de la décharge électrique au moins entre les électrodes pour
L'amener à une valeur de résistance voisine de la résistance critique en interposant au moins entre les électrodes un milieu liquide électriquement conducteur contenu dans un réservoir essentiellement fermé entourant les électrodes.Thus, according to the present invention, there is provided, according to a first aspect, a method for improving the electrical discharge regime produced in a liquid medium such as water, between at least two electrodes generating such a discharge, characterized in that that the resistance to the passage of the electrical discharge is considerably reduced at least between the electrodes to
Bring it to a resistance value close to the critical resistance by interposing at least between the electrodes an electrically conductive liquid medium contained in a substantially closed reservoir surrounding the electrodes.
Ce réservoir est réalisé en un matériau ne perturbant pas sensiblement la propagation des ondes de choc. Des exemples d'un tel matériau sont un latex, un silicone, ou un feuillard métallique, ce qui est bien connu à L'homme de l'art. This reservoir is made of a material which does not substantially disturb the propagation of the shock waves. Examples of such a material are a latex, a silicone, or a metallic strip, which is well known to those skilled in the art.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, les électrodes supportent le réservoir, et sont amovibles. Elles peuvent donc être fournies avec Le réservoir, l'ensemble étant donc consommable et jetable, ce qui réduit les coûts de maintenance par rapport aux solutions antérieures. According to another advantageous embodiment, the electrodes support the reservoir, and are removable. They can therefore be supplied with the tank, the assembly therefore being consumable and disposable, which reduces maintenance costs compared to previous solutions.
Selon un mode de réaLisation particulièrement avantageux, on utilise un milieu Liquide électriquement conducteur dont la résistance électrique est au moins le 1/10, de préférence au moins le 1/100, de la valeur de résistance électrique de L'eau normalement ionisée servant de référence. Encore de préférence, la résistance électrique du milieu électriquement conducteur selon
L'invention, exprimée en conductivité linéaire, est inférieure à environ 15 Ohm.cm. Des milieux liquides électriquement conducteurs peuvent être constitués par un électrolyte aqueux ou non aqueux.According to a particularly advantageous embodiment, an electrically conductive liquid medium is used, the electrical resistance of which is at least 1/10, preferably at least 1/100, of the electrical resistance value of normally ionized water serving as reference. More preferably, the electrical resistance of the electrically conductive medium according to
The invention, expressed in linear conductivity, is less than about 15 Ohm.cm. Electrically conductive liquid media can consist of an aqueous or non-aqueous electrolyte.
Comme électrolyte aqueux, on peut citer de L'eau chargée de composés ionisables notamment des sels,telsque des sels d'halogénures par exemple NaCl, NH4Cl, des sulfates ou des nitrates avec des métaux alcalins ou alcalino-terreux ou des métaux de transition tels que le cuivre. Un milieu liquide aqueux électriquement conducteur actuellement préféré est constitué par de L'eau salée à 100 ou 200 g/l ayant respectivement une valeur de conductivité linéaire de 10 et 5 Ohm.cm.As aqueous electrolyte, there may be mentioned water charged with ionizable compounds, in particular salts, such as halide salts, for example NaCl, NH4Cl, sulfates or nitrates with alkali or alkaline-earth metals or transition metals such than copper. A currently preferred electrically conductive aqueous liquid medium consists of salt water at 100 or 200 g / l having a linear conductivity value of 10 and 5 Ohm.cm respectively.
Un milieu liquide aqueux électriquement conducteur davantage préféré comprend environ 10 % en poids en NaCl (environ 100 g/l) et entre 0,5 et 2 % en poids de sel de phosphate, en par ticulier de phosphate disodique (Na2HPO4,12H20). La conductivité linéaire d'un tel milieu électriquement conducteur est environ 8 Ohm.cm. Il peut avantageusement être ajouté un colorant, par exemple du bleu de méthylène, à une proportion de 2 mg/l, afin de permettre de reconnaître une fuite éventuelle du réservoir. A more preferred electrically conductive aqueous liquid medium comprises about 10% by weight of NaCl (about 100 g / l) and between 0.5 and 2% by weight of phosphate salt, in particular of disodium phosphate (Na2HPO4,12H20). The linear conductivity of such an electrically conductive medium is approximately 8 Ohm.cm. A dye, for example methylene blue, may advantageously be added in a proportion of 2 mg / l, in order to make it possible to recognize a possible leak from the reservoir.
Comme milieu Liquide conducteur non aqueux, on peut citer des huiles conductrices, rendues conductrices par addition de particules conductrices, telles que des particules métalliques, qui sont bien connues à L'homme de l'art. As a non-aqueous conductive liquid medium, mention may be made of conductive oils, made conductive by the addition of conductive particles, such as metallic particles, which are well known to those skilled in the art.
Selon un deuxième aspect, la présente invention fournit également un dispositif pour améliorer le régime de décharge électrique produit dans un milieu liquide tel que L'eau, entre au moins deux électrodes génératrices d'une telle décharge, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour diminuer la résistance au passage d'une décharge électrique au moins entre les électrodes pour L'amener à une valeur de résistance voisine de la résistance critique comprenant un réservoir essentiellement fermé entourant
Les électrodes remplies d'un milieu liquide électriquement conducteur. Le matériau de ce réservoir est prévu pour ne pas perturber sensiblement la propagation des ondes de choc. En particulier, ce réservoir peut être réalisé en latex, en silicone, ou en un feuillard métallique. Il peut présenter la forme d'une membrane entourant les électrodes.According to a second aspect, the present invention also provides a device for improving the electrical discharge regime produced in a liquid medium such as water, between at least two electrodes generating such a discharge, characterized in that it comprises means for reducing the resistance to the passage of an electrical discharge at least between the electrodes to bring it to a resistance value close to the critical resistance comprising an essentially closed reservoir surrounding
The electrodes filled with an electrically conductive liquid medium. The material of this reservoir is designed not to significantly disturb the propagation of shock waves. In particular, this reservoir can be made of latex, silicone, or a metal strip. It may have the form of a membrane surrounding the electrodes.
Selon un troisième aspect, la présente invention concerne également un appareil de génération d'ondes de choc par décharge électrique entre au moins deux électrodes immergées dans un milieu liquide de décharge, en particulier de type extracorporel, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour améliorer le régime de décharge tel que précédemment défini. Selon un mode de réalisation avantageux, cet appareil comprend un réflecteur ellipsoidal tronqué comprenant un foyer interne où sont générées les ondes de choc par décharge électrique entre au moins deux électrodes et un foyer externe au réflecteur où sont focalisées
Les ondes de choc, ledit réflecteur ellipsoidal tronqué étant rempli d'un milieu liquide de couplage.Dans ce cas, il est prévu le réservoir précité essentiellement fermé entourant les électrodes et donc le foyer interne, rempli de milieu liquide électriquement conducteur, tandis qu'à L'extérieur de ce réservoir, à l'intérieur du réflecteur ellipsoidal tronqué, un autre milieu liquide est utilisé, en particulier de L'eau. According to a third aspect, the present invention also relates to an apparatus for generating shock waves by electrical discharge between at least two electrodes immersed in a liquid discharge medium, in particular of the extracorporeal type, characterized in that it comprises a device to improve the discharge regime as defined above. According to an advantageous embodiment, this device comprises a truncated ellipsoidal reflector comprising an internal focus where the shock waves are generated by electrical discharge between at least two electrodes and a focal point external to the reflector where are focused
The shock waves, said truncated ellipsoidal reflector being filled with a liquid coupling medium. In this case, the above-mentioned essentially closed reservoir is provided surrounding the electrodes and therefore the internal hearth, filled with electrically conductive liquid medium, while outside this tank, inside the truncated ellipsoidal reflector, another liquid medium is used, in particular water.
D'autres caractérisques du milieu électriquement conducteur selon L'invention ont été décrites en relation avec le procédé et sont évidemment applicables au dispositif. Other characteristics of the electrically conductive medium according to the invention have been described in relation to the method and are obviously applicable to the device.
Grâce à L'invention, la décharge se fait à travers un milieu électriquement conducteur ce qui supprime complètement ou sensiblement complètement le temps de latence. On aboutit également à une augmentation considérable de la reproductibilité de l'onde de choc générée entre Les électrodes. Ceci est principalement dû au fait que dans le cas classique, L'arc s'amorce de façon aléatoire dans le temps et dans L'espace, induisant une bulle de vapeur non parfaitement localisée, ce qui n'est pas le cas selon La présente invention. Egalement, selon L'invention, on supprime la présence d'un courant oscillant, de sorte que la décharge est de type amorti critique, ce qui apparaîtra clairement à partir de la description faite en référence aux dessins annexés. Thanks to the invention, the discharge takes place through an electrically conductive medium which completely or substantially completely eliminates the latency time. This also results in a considerable increase in the reproducibility of the shock wave generated between the electrodes. This is mainly due to the fact that in the classic case, the arc begins randomly in time and in space, inducing a vapor bubble not perfectly localized, which is not the case according to the present invention. Also, according to the invention, the presence of an oscillating current is eliminated, so that the discharge is of the critical damped type, which will appear clearly from the description made with reference to the attached drawings.
Egalement, grâce à la présence du réservoir rempli de liquide électriquement conducteur, on limite grandement la quantité de liquide électriquement conducteur utilisé, celui n'étant pas en contact avec Le patient. En outre, la décharge électrique a lieu dans un domaine confiné, ce qui limite les risques électriques. Also, thanks to the presence of the reservoir filled with electrically conductive liquid, the quantity of electrically conductive liquid used is greatly limited, that being not in contact with the patient. In addition, the electric discharge takes place in a confined area, which limits the electrical risks.
On comprend ainsi que selon L'invention, on obtient tous les avantages techniques inattendus, non évidents pour un homme de l'art, précédemment énoncés. It will thus be understood that according to the invention, all the unexpected technical advantages, not obvious to a person skilled in the art, which have been stated above, are obtained.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront également à L'homme de l'art au vu de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, en particulier représentant un mode de réalisation actuellement préféré de L'invention, donné simplement à titre d'illustration et qui ne saurait donc en aucune façon limiter la portée de L'invention.Dans les dessins - les figures la, lb et lc représentent respectivement les courbes de tension, de courant et d'énergie lors de la décharge
classique d'un arc électrique généré entre deux électrodes selon un circuit de décharge type RIEBER du brevet US-A-2 559 227 ; - la figure 2 représente schématiquement, en coupe partielle, un appareil de génération d'ondes de choc, notamment pour
La lithotritie extracorporelle, comportant un dispositif de décharge électrique selon la présente invention, qui comprend un
réservoir sensiblement fermé rempli d'un milieu liquide électriquement conducteur dans lequel est générée la décharge électrique entre deux électrodes ; et Les figures 3a, 3b, 3c représentent respectivement comme
les figures la, lb, lc les courbes de tension, de courant et d'énergie obtenues selon la présente invention avec utilisation d'un milieu liquide électriquement conducteur interposé au moins entre les électrodes, conforme à la figure 2.Other objects, characteristics and advantages of the invention will also appear to those skilled in the art in view of the explanatory description which will follow made with reference to the appended drawings, in particular representing a currently preferred embodiment of The invention, given simply by way of illustration and which therefore cannot in any way limit the scope of the invention. In the drawings - FIGS. 1a, 1b and 1c respectively represent the curves of voltage, current and energy during discharge
classic of an electric arc generated between two electrodes according to a RIEBER type discharge circuit of US-A-2,559,227; - Figure 2 shows schematically, in partial section, an apparatus for generating shock waves, in particular for
Extracorporeal lithotripsy, comprising an electrical discharge device according to the present invention, which comprises a
substantially closed reservoir filled with an electrically conductive liquid medium in which the electric discharge is generated between two electrodes; and Figures 3a, 3b, 3c respectively represent as
FIGS. 1a, 1b, 1c the voltage, current and energy curves obtained according to the present invention with the use of an electrically conductive liquid medium interposed at least between the electrodes, in accordance with FIG. 2.
En référence à la figure 2, on a représenté schématiquement un appareil de génération d'ondes de choc, par exemple pour la
lithotritie extracorporelle, comprenant un réflecteur ellipsoidal tronqué référencé de manière générale 10, qui est du type de celui décrit dans le brevet US RIEBER 2 559 227. Ce réflecteur 10 est pourvu de deux électrodes de décharge 12, 14 disposées en regard L'une de L'autre, ici selon une structure en cage comme cela est connu par le document DE-A-26 35 635. Ces deux électrodes de décharge 12, 14 sont concourantes au foyer interne symbolisé par la référence F.Referring to Figure 2, there is shown schematically an apparatus for generating shock waves, for example for the
extracorporeal lithotripsy, comprising a truncated ellipsoidal reflector generally referenced 10, which is of the type described in US Patent RIEBER 2,559,227. This reflector 10 is provided with two discharge electrodes 12, 14 arranged facing one of The other, here in a cage structure as is known from document DE-A-26 35 635. These two discharge electrodes 12, 14 are concurrent with the internal focus symbolized by the reference F.
Le deuxième foyer de l'ellipsoide est disposé à l'exte- rieur du réflecteur ellipsoidal tronqué 10 et c'est à ce second foyer que l'on fera coincider une cible qui est à détruire, comme cela est longuement décrit dans le brevet US RIEBER. Evidemment, cette cible peut également être constituée par une concrétion. The second focal point of the ellipsoid is placed outside the truncated ellipsoidal reflector 10 and it is at this second focal point that a target which is to be destroyed is made to coincide, as described at length in the US patent. RIEBER. Obviously, this target can also be constituted by a concretion.
L'électrode 12 est par exemple reliée à la terre ou la masse comme représenté à la figure 2 et à un côté d'un condensateur C. L'autre électrode 14 est reliée au condensateur C par L'intermédiaire d'un dispositif interrupteur I, par exemple un éclateur à gaz, qui est fermé par intermittence par une commande référencée 20 symboliquement. En parallèle au condensateur C, est disposée une résistance R de valeur élevée ou une self. Le condensateur est mis sous tension élevée de L'ordre de 10 000 à 20 000 V par une source de puissance comme cela est par exemple décrit à la figure 1 du document EP-A-O 296 912 des déposants, ce circuit n'étant pas représenté ici.The electrode 12 is for example connected to earth or ground as shown in FIG. 2 and to one side of a capacitor C. The other electrode 14 is connected to the capacitor C by means of a switch device I , for example a gas spark gap, which is intermittently closed by a command referenced 20 symbolically. In parallel with the capacitor C, a resistance R of high value or a choke is arranged. The capacitor is put under high voltage of the order of 10,000 to 20,000 V by a power source as is for example described in FIG. 1 of document EP-AO 296 912 of the applicants, this circuit not being represented. here.
Selon l'art antérieur, le réflecteur ellipsoldal 10 est rempli d'un Liquide de transmission d'ondes de choc habituellement constitué par de L'eau, dont la résistance au passage d'un courant électrique n'est pas négligeable. Cette valeur de résistance électrique, de L'eau normalement ionisée, exprimée en valeur de conductance linéaire, en moyenne, est de l'ordre de 1 500 Ohm.cm. According to the prior art, the ellipsoldal reflector 10 is filled with a shock wave transmission liquid usually consisting of water, the resistance of which to the passage of an electric current is not negligible. This value of electrical resistance, of normally ionized water, expressed in linear conductance value, on average, is of the order of 1500 Ohm.cm.
Dans le cas d'huiles, qui sont très isolantes, comme dans le cas du brevet US RIEBER 2 559 227, la valeur de conductivité linéaire est de L'ordre de 3 à 5 M.Ohm.cm.In the case of oils, which are very insulating, as in the case of US Patent RIEBER 2,559,227, the value of linear conductivity is of the order of 3 to 5 M.Ohm.cm.
Si l'on réalise une décharge électrique dans un tel circuit antérieur, où le milieu liquide entre les électrodes 12, 14 est constitué par de L'eau normalement ionisée, on obtient un chronogramme de décharge tel que représenté aux figures la, lb et lc pour lequel il existe un temps de latence non négligeable tandis que le régime de décharge est du type oscillatoire, ce qui délivre progressivement L'énergie au milieu extérieur. If an electric discharge is carried out in such an anterior circuit, where the liquid medium between the electrodes 12, 14 consists of normally ionized water, a discharge timing diagram is obtained as shown in FIGS. 1a, 1b and 1c for which there is a significant latency time while the discharge regime is of the oscillatory type, which gradually delivers energy to the outside environment.
Selon présente invention, on utilise un réservoir 30 essentiellement fermé, rempli d'un liquide électriquement conducteur 32, ce qui permet d'amener la résistance au passage de la décharge électrique entre les électrodes 12, 14 au voisinage ou avantageusement en dessous de la résistance critique, ce qui constitue une solution qui va à L'encontre de celle qui a été préconisée dans le document EP-A-O 296 912 des déposants, qui préconisait au contraire d'augmenter considérablement la résistance électrique entre les électrodes en interposant un élément isolant entre les électrodes. According to the present invention, a substantially closed reservoir 30 is used, filled with an electrically conductive liquid 32, which makes it possible to bring the resistance to the passage of the electric discharge between the electrodes 12, 14 in the vicinity or advantageously below the resistance critical, which constitutes a solution which goes against that which was recommended in document EP-AO 296 912 of the depositors, which on the contrary recommended considerably increasing the electrical resistance between the electrodes by interposing an insulating element between the electrodes.
Ce réservoir 30 est lui-même entouré par un milieu
liquide de couplage 34 remplissant le réflecteur ellipsoidal tronqué 10, en particulier de L'eau, ce qui permet de mettre en contact la peau d'un patient qu'avec de L'eau ordinaire.This reservoir 30 is itself surrounded by a medium
coupling liquid 34 filling the truncated ellipsoidal reflector 10, in particular with water, which makes it possible to bring the skin of a patient into contact only with ordinary water.
Ce réservoir est réalisé en un matériau qui ne perturbe sensiblement pas les ondes de choc générées par la décharge élec trique entre les électrodes 12, 14. De tels matériaux sont bien connus à L'homme de l'art. En particulier, on peut citer un latex, du siLicone, un feuillard métallique. Des réalisations pratiques sont une membrane fixée de manière appropriée par exemple sur L'éLément porte électrode externe 12a électriquement conducteur comme cela est bien compréhensible à L'homme de l'art. This reservoir is made of a material which does not substantially disturb the shock waves generated by the electric discharge between the electrodes 12, 14. Such materials are well known to those skilled in the art. In particular, there may be mentioned a latex, silicon, a metallic strip. Practical embodiments are a membrane suitably attached, for example to the electrically conductive external electrode holder element 12a, as is well understood by those skilled in the art.
On prévoit avantageusement que les électrodes supportent le réservoir, et sont amovibles, comme représenté à la figure 2. Advantageously, the electrodes support the reservoir and are removable, as shown in FIG. 2.
Elles peuvent donc être fournies avec le réservoir 30, l'ensemble des électrodes et du réservoir étant donc consommable et jetable, ce qui réduit les coûts de maintenance par rapport aux solutions antérieures.They can therefore be supplied with the reservoir 30, all the electrodes and the reservoir therefore being consumable and disposable, which reduces the maintenance costs compared to the previous solutions.
Selon un mode de réalisation avantageux de L'invention, le milieu liquide électriquement conducteur 32, contenu dans le réservoir 30, présente une résistance électrique qui est au moins 1/10 et de préférence au moins 1/100, la valeur de résistance électrique de L'eau normalement ionisée, servant de référence et qui est habituellement de l'ordre, exprimée en conductivité linéaire, de 1 500 Ohm.cm. De préférence, la résistance électrique du milieu électriquement conducteur selon L'invention, exprimée en conductance linéaire, est inférieure à environ 15 Ohm.cm. According to an advantageous embodiment of the invention, the electrically conductive liquid medium 32, contained in the reservoir 30, has an electrical resistance which is at least 1/10 and preferably at least 1/100, the electrical resistance value of Normally ionized water, used as a reference and which is usually of the order, expressed in linear conductivity, of 1500 Ohm.cm. Preferably, the electrical resistance of the electrically conductive medium according to the invention, expressed in linear conductance, is less than about 15 Ohm.cm.
Comme milieu liquide électriquement conducteur selon
L'invention, on peut utiliser tout liquide électriquement conducteur aqueux ou non aqueux. Comme liquide électriquement conducteur aqueux, on peut utiliser un électrolyte aqueux constitué à partir de L'eau pure auquel on ajoute des composés solubles ionisables comme des sels tels que les halogénures, en particulier les chlorures, les sulfates, les nitrates. Un électrolyte aqueux particulièrement préféré est de L'eau à laquelle on a ajouté du NaCL ou du NH CI. Un milieu préféré est de L'eau salée à 100 ou 200 g/l dont la conductivité Linéaire respective est de 10 et 5 Ohm. cm. As electrically conductive liquid medium according to
The invention, any aqueous or non-aqueous electrically conductive liquid can be used. As the aqueous electrically conductive liquid, an aqueous electrolyte can be used, made from pure water, to which soluble ionizable compounds are added, such as salts such as halides, in particular chlorides, sulphates, nitrates. A particularly preferred aqueous electrolyte is water to which NaCL or NH CI has been added. A preferred medium is salt water at 100 or 200 g / l, the respective linear conductivity of 10 and 5 Ohm. cm.
Un milieu aqueux électriquement conducteur davantage préféré comprend environ 10 % en poids de NaCl et de 0,5 à 2 % en poids de phosphate disodique (Na2HP04 12H20) qui présente une con ductivité linéaire de L'ordre de 8 Ohm.cm à 250C. La proportion
NaCl/phosphate n'est pas critique et permet d'ajuster la résistivité jusqu'à 10 Ohm.cm. Il est préféré de maintenir au moins 0,5 % en poids de phosphate. On peut ajouter également un colorant dans le milieu électriquement conducteur ce qui permet d'observer toute fuite d'étanchéité du réservoir 30.A more preferred electrically conductive aqueous medium comprises about 10% by weight of NaCl and from 0.5 to 2% by weight of disodium phosphate (Na2HPO4 12H20) which has a linear conductivity of the order of 8 Ohm.cm at 250C. The proportion
NaCl / phosphate is not critical and allows to adjust the resistivity up to 10 Ohm.cm. It is preferred to maintain at least 0.5% by weight of phosphate. A dye can also be added to the electrically conductive medium, which makes it possible to observe any leakage in the sealing of the reservoir 30.
Comme électrolyte non aqueux, on peut citer des hui les électriquement conductrices, c'est-à-dire qui ont été rendues conductrices par L'ajout de particules électriquement conductrices, telles que des particules métalliques. As non-aqueous electrolyte, there may be mentioned hui the electrically conductive, that is to say which have been made conductive by the addition of electrically conductive particles, such as metallic particles.
Avec L'invention, utilisant un milieu liquide électriquement conducteur, on obtient un chronogramme de décharge tel que représenté aux figures 3a, 3b, 3c. On constate que, dès la mise sous tension au temps t1 des électrodes, la génération de L'arc est quasi-instantanée. En outre, cette décharge est du type amorti critique, et n'est plus du type oscillatoire. L'énergie est également délivrée au milieu extérieur pendant un temps beaucoup plus court que dans le cas d'un régime oscillant, ou dans le cas des régimes antérieurs avec temps de latence. With the invention, using an electrically conductive liquid medium, a discharge timing diagram is obtained as shown in FIGS. 3a, 3b, 3c. It can be seen that, as soon as the electrodes are switched on at time t1, the generation of the arc is almost instantaneous. In addition, this discharge is of the critical damped type, and is no longer of the oscillatory type. Energy is also delivered to the outside environment for a much shorter time than in the case of an oscillating regime, or in the case of previous regimes with lag time.
On aboutit à une augmentation considérable de la repro ductibilite de l'onde de choc grâce au fait que L'arc ne s'amorce plus de façon aléatoire dans le temps et dans l'espace, mais au contraire au temps t1 et induit une bulle de vapeur parfaitement localisée. Le chronogramme de la figure 3 a été obtenu avec l'uti- lisation d'une eau salée à 200 g/l comme milieu liquide électriquement conducteur baignant les électrodes 12, 14, en utilisant un condensateur ayant une capacitance de 100 nF, un écartement des électrodes de 0,4 mm, le circuit de décharge de la figure 2 ayant au total une self interne L de 80 nH. This leads to a considerable increase in the reproducibility of the shock wave thanks to the fact that the arc no longer starts randomly in time and in space, but on the contrary at time t1 and induces a bubble perfectly localized vapor. The timing diagram of FIG. 3 was obtained with the use of salt water at 200 g / l as an electrically conductive liquid medium bathing the electrodes 12, 14, using a capacitor having a capacitance of 100 nF, a spacing 0.4 mm electrodes, the discharge circuit of FIG. 2 having a total internal choke L of 80 nH.
Dans la description et les revendications, on rappellera que la résistance critique est la valeur de la résistance interélectrodes pour laquelle la relation:
est sensiblement satisfaite.In the description and the claims, it will be recalled that the critical resistance is the value of the interelectrode resistance for which the relation:
is appreciably satisfied.
formule dans laquelle L est la valeur de self interne du circuit de décharge du condensateur C, et C est la valeur de capacitance du condensateur.formula in which L is the internal self value of the discharge circuit of the capacitor C, and C is the capacitance value of the capacitor.
On observera qu'avec L'invention, utilisant un milieu liquide électriquement conducteur, on obtient une excellente reproductibilité des ondes de choc, le coéfficient de dispersion étant inférieur à 5%, en particulier dans le cas de l'utilisation d'eau salée, tandis que cet écart type est de L'ordre de 30% dans le cas d'utilisation d'eau normalement ionisée. L'invention permet donc d'aboutir à tous les avantages techniques innatendus, non évidents précédemment énoncés et permet donc bien de résoudre les problèmes techniques précédemment énoncés. L'invention permet également de mettre oeuvre le procédé précédemment énoncé. It will be observed that with the invention, using an electrically conductive liquid medium, excellent shock wave reproducibility is obtained, the dispersion coefficient being less than 5%, in particular in the case of the use of salt water, while this standard deviation is around 30% in the case of the use of normally ionized water. The invention therefore makes it possible to achieve all the unexpected, non-obvious technical advantages previously stated and therefore makes it possible to resolve the technical problems previously stated. The invention also makes it possible to implement the method previously stated.
Enfin, la présente invention couvre également un appareil de génération d'ondes de choc par génération d'un arc éLectrique entre deux électrodes, caractérisé en ce qu'il utilise un procédé ou un dispositif d'amélioration du régime de décharge tel que pré- cédemment décrit. En particulier, cet appareil de génération d'ondes de choc est caractérisé en ce qu'il comprend un réflecteur ellipsoidal tronqué comprenant un réservoir rempli d'un liquide électriquement conducteur, tel que précédemment défini, ainsi qu'un autre milieu liquide de couplage entourant le réservoir et remplissant le réflecteur. Une application particulière concerne la lithotritie extracorporelle. Finally, the present invention also covers an apparatus for generating shock waves by generating an electric arc between two electrodes, characterized in that it uses a method or a device for improving the discharge regime such as pre- previously described. In particular, this shock wave generating apparatus is characterized in that it comprises a truncated ellipsoidal reflector comprising a reservoir filled with an electrically conductive liquid, as defined above, as well as another surrounding coupling liquid medium. the tank and filling the reflector. A particular application relates to extracorporeal lithotripsy.
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1990
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1991
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- 1991-12-22 IL IL100463A patent/IL100463A0/en unknown
Patent Citations (4)
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