Vortrag zur Masterarbeit von Tong Jin zum Thema Fokussierte Stoßwellentherapie
In der Medizin ist die Stoßwellentherapie derzeit breit einsetzbar. Sie dient zur Behandlung verschiedener Krankheitsbilder und findet v. a. in der Orthopädie, aber auch in der Urologie häufig Verwendung. Es existieren zum einen Geräte, die fokussierte Stoßwellen abgeben können, um gezielt tiefer liegende Bereiche im menschlichen Körper zu behandeln. Zum anderen werden Geräte eingesetzt, die radiale Stoßwellen in den Körper abstrahlen und damit besser für großflächige sowie oberflächennahe Behandlungen geeignet sind. Zwar ist es schon gelungen, aus den meist aufwändigen Prinzipien fokussierte Stoßwellen (z. B. piezoelektrisch) oder radiale Stoßwellen (z. B. pneumatisch-ballistisch) zu generieren, aber es gibt noch keine Geräte, die mit einem relativ einfachen Funktionsprinzip imstande sind, sowohl radiale als auch fokussierte Stoßwellen zu generieren. Die Vorteile eines solchen Prinzips wären, dass ein pneumatisch-ballistisches System wesentlich kostengünstiger zu realisieren ist und somit eine fokussierte, zielgerichtete Behandlung einer größeren Anzahl an Patienten zugänglich gemacht werden kann. Außerdem sind solche Geräte sicherer, da nicht mit einer extrem hohen Spannung im Handstück gearbeitet werden muss, wie es bei den bisherigen fokussierten Geräten notwendig ist. In dieser Thesis wird ein Gerät mit einem pneumatisch-ballistischen System entwickelt, das eine fokussierte Stoßwelle erzeugen kann. Hierbei wird eine generierte radiale Stoßwelle durch einen elliptischen Reflektor und einen Kollimator konzentriert. Die Eigenschaften der erzeugten radialen Stoßwellen werden in einen Prüfstand im Wasser über einen Drucksensor gemessen. Um die Stoßwellen zu bündeln, lassen sich u. a. zwei Methoden einsetzen: ein Kollimator mit einem Durchmesser von jeweils 40 mm bzw. 50 mm und ein elliptischer Reflektor mit einem Durchmesser von jeweils 40 mm bzw. 56 mm. Zur Erforschung der Form dieses elliptischen Reflektors wird die Schallausbreitung von Stoßwellen mithilfe der FEM-Simulation erörtert. Das Resultat ist, dass die aus einem schrägen Applikator gestreuten Stoßwellen mithilfe des Kollimators mit einem Durchmesser von 40 mm in einem Fokusbereich von 26 mm bis 39 mm gebündelt werden. Dies ist für großflächige und oberflächennahe Behandlungen geeignet. Demgegenüber lassen sich mithilfe des elliptischen Reflektors mit einem Durchmesser von 56 mm die aus Applikator S abgestrahlten Stoßwellen in einem Fokuspunkt von 40 mm konzentrieren. Somit kann bei Bedarf die Brennweite des Ellipsoids verändert werden, um den Behandlungspunkt perfekt zu erreichen. Die mit der oben genannten Methode erfassten Stoßwellen entspricht jedoch aufgrund der sehr geringen Energieflussdichte nicht den Eigenschaften der fokussierten Stoßwellen. Daher muss in nächster Forschung die Leistung der Stoßwellen verbessert werden.
Vortragssprache: Deutsch
Lecture to the master thesis from Tong Jin on the Topic Focused shock wave therapy
Shock wave therapy is currently widely used in the medical field. They are used to treat a wide variety of disease symptoms. They are frequently used in orthopedics in particular, but also in urology. There are, on the one hand, devices that can emit focused shock waves to specifically treat deeper lying areas in the human body. On the other hand, there are devices that emit radial shock waves into the body and are thus better suited for treatments over large areas and close to the surface. Although it is possible to generate focused shock waves (e.g. piezoelectric) or radial shock waves (e.g. pneumatic-ballistic) from the mostly complex principles, there are still no devices capable of generating both radial shock waves and focused shock waves with a relatively simple operating principle. The advantages of such a principle would be that this type of pneumatic-ballistic system is much more cost-effective to realize and consequently, a focused and targeted treatment can be accessible to a greater number of patients. In addition, this type of device is safer because it does not require an extremely high voltage in the hand piece, as is the case with previous focused devices. In this thesis, a device is developed that generates a focused shock wave by means of a pneumatic-ballistic system. In this case, a generated radial shock wave is concentrated by an elliptical reflector. The generated radial shock waves are measured in a test rig in water via a pressure sensor. In order to concentrate the shock waves, two methods are used, one by collimator with diameters of 40 mm and 50 mm respectively and the other by an elliptical reflector with diameters of 40 mm and 56 mm respectively. To investigate the geometry of this elliptical reflector, the sound propagation of shock waves is simulated with the help of FEM. The result provides us that the shock waves scattered from oblique applicator are focused with the help of collimator with diameters of 40 mm in a focal range from 26 mm to 39 mm. This is suitable for large-area and near-surface treatments. In contrast, the elliptical reflector with diameters of 56 mm can be used to concentrate the shock waves emitted from applicator S in a focal point of 40 mm. Thus, the focal length of the ellipsoid can be changed, if necessary, to perfectly target the treatment point. However, the shock waves detected by the above method does not correspond to the characteristics of the focused shock waves due to the very low energy flux density. Therefore, in next research, the power of shock wave needs to be improved.
Lecture language: German