Патент на изобретение №2352274

(54) УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОДНОИМПУЛЬСНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в урологической хирургии для дробления камней в мочеточных путях. Устройство генерирования одноимпульсной механической ударной волны содержит ударное средство, на высокой скорости наносящее удары по средству генерирования ударной волны. Волна передается средствами передачи ударной волны на предназначенный для дробления объект, с которым упомянутые средства находятся в непосредственном или косвенном контакте. Ударное средство приводится в движение под действием силы расширения сжатого газа. Газ подают перед производством каждого импульса ударной волны в средство аккумулирования, которое запитывают газом высокого давления от автономных средств хранения посредством средств расширения газа и средств питания и герметизации. Газ высвобождается путем ручного приведения в действие средств управления. В результате создано устройство генерирования ударной волны большой амплитуды, передаваемой через кожу или через естественные пути при помощи эндоскопа, позволяющего осуществлять управляемое дробление мочевого камня для его фрагментации на небольшое число кусков размером, необходимым и достаточным для их извлечения вручную при помощи щипцов через эндоскоп, вводимый для фрагментации камней, для визуального контроля за ними, их захвата и извлечения. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству генерирования одноимпульсной ударной волны и способа его применения.

Предшествующий уровень техники

Устройства для генерирования ударных волн используются, в частности, в урологической хирургии для дробления камней в мочеточных путях. Существует два основных типа устройств для генерирования ударных волн: к первому типу относятся наружные устройства генерирования ударных волн, а ко второму типу – чрезкожные устройства для генерирования ударных волн.

В устройствах дробления первого типа используют электрический или пьезоэлектрический генератор ударных волн, в котором волновод выполняют в виде мешка, содержащего жидкость, который контактирует с телом пациента и взаимодействует с эллипсоидным отражателем, который на первом этапе принимает ударную волну, распространяющуюся в широком секторе, а затем фокусирует ее в очень открытом конусе, вершина которого находится внутри мочевого камня, предназначенного для раздробления, таким образом, чтобы амплитуда ударной волны была незначительной при ее прохождении через живые ткани, чтобы свести к минимуму их повреждение, и максимальной, когда волна концентрируется в вершине конуса.

В устройствах дробления второго типа используют, например, эндоскопы, адаптированные в соответствии с характером предполагаемого вмешательства и в зависимости от размера и положения удаляемого мочевого камня. Когда камень находится в почке, эндоскоп вводят через кожу непосредственно в почку, а когда камень находится в мочеточнике, предпочтительно вводить эндоскоп естественными путями через мочевой пузырь до мочеточника. Ударная волна передается волноводом, выполненным в виде металлического стержня круглого сечения диаметром от десяти до двадцати тысячных миллиметра, обладающего свойством упругой деформации. Волновод содержит первый конец, где генерируется ударная волна, и второй конец, соприкасающийся с камнем.

Устройства дробления первого типа не позволяют создавать ударные волны большой амплитуды из-за опасности повреждения живых тканей при прохождении волны. Следовательно, для дробления камня требуется множество ударов, превращающих камень в мелкие фрагменты, удаляемые через мочевые пути.

В известных устройствах дробления второго типа, в частности в устройстве, описанном в патенте ЕР 0317507, используют волновые пакеты малой амплитуды, которые также дробят камень на мелкие фрагменты, которые можно удалять путем всасывания, промывки или через естественные пути.

Удаление фрагментов раздробленных камней через естественные пути сопровождается очень болезненными ощущениями, что вынуждает прибегать к удалению промывкой, если оно возможно в результате введения эндоскопа. Недостатком такого способа удаления камней является то, что после него все равно остаются неудаленные осколки камней, которые могут стать основой для образования новых камней.

В средствах герметизации по отношению к газам подвижных относительно друг друга деталей, как правило, используют кольцеобразные прокладки, уплотнения которых обеспечивают посредством либо взаимодействия между верхними и нижними уплотнительными кругами кольцеобразных прокладок, зажатых между плоскими поверхностями, либо взаимодействия между внутренним боковым уплотнительным кругом и наружным боковым уплотнительным кругом кольцеобразной прокладки, зажатой между круглым отверстием и круглым цилиндром. Эти средства герметизации можно классифицировать, например, по трем типам устройств: уплотнительное устройство первого типа выполнено в виде кольцеобразной прокладки, которую устанавливают в кольцевом гнезде, выполненном в отверстии, и уплотнение которой обеспечивают при помощи взаимодействия между внутренним боковым уплотнительным кругом и наружным боковым уплотнительным кругом. Уплотнительное устройство второго типа выполняют в виде кольцеобразной прокладки, устанавливаемой в гнезде, выполненном в круглом цилиндре. Уплотнительное устройство третьего типа представляет собой кольцеобразную прокладку, установленную в кольцевом гнезде, выполненном в плоской поверхности.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства генерирования ударной волны большой амплитуды, передаваемой через кожу или через естественные пути при помощи эндоскопа, позволяющего осуществлять управляемое дробление мочевого камня для его фрагментации на небольшое число кусков размером, необходимым и достаточным для их извлечения вручную при помощи щипцов через эндоскоп, вводимый для фрагментации камней, для визуального контроля за ними, их захвата и извлечения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1А изображает вид спереди устройства генерирования одноимпульсной ударной волны согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения;

фиг.1В – осевой разрез устройства согласно изобретению;

фиг.1С – вид в разрезе устройства, показанного на фиг.1А, после включения рабочего цикла согласно изобретению;

фиг.1D – вид части устройства, показанного на фиг.1А, в момент формирования ударной волны согласно изобретению;

фиг.2А-2D – элементы устройства, показанного на фиг.1В, в разобранном виде представляют собой устройство, показанное на фиг.1В.

Описание предпочтительных вариантов

воплощения изобретения

Устройство 1 генерирования механических одноимпульсных волн (фиг.1А и 1В) содержит ударные средства 2, на высокой скорости наносящие удары по средствам 3 генерирования ударной волны, которая передается средствами 4 передачи ударной волны на предназначенный для раздробления объект, причем упомянутые средства находятся в непосредственном или косвенном контакте с объектом. Ударные средства 2 приводятся в движение при помощи расширения сжатого газа, подаваемого перед каждым импульсом ударной волны в средства 5 аккумулирования, питаемые сжатым газом от автономных средств 6 хранения газа под сверхвысоким давлением, при помощи средств 7 расширения газа и средств питания и герметизации. Газ, находящийся в средствах 5 аккумулирования, высвобождается путем ручного приведения в действие средств 8 управления, причем на первом этапе сообщение между автономными средствами 6 хранения и средствами 7 расширения, с одной стороны, и со средствами 5 аккумулирования, с другой стороны, становится газонепроницаемым, а затем на втором этапе устанавливается сообщение между средствами 5 аккумулирования и ударными средствами 2. Возврат ударных средств 2 в исходное положение осуществляется за счет высвобождения накопленной энергии механическими средствами, при этом во время цикла формирования ударной волны возврат средств 8 управления в исходное положение осуществляется за счет действия высокого давления газов, остающихся на уровне средств 7 расширения и соответствующих средств питания.

Используемый газ аналогичен идеальному газу при рабочей температуре, которая примерно равна 20°С в камере аккумулирования, являющейся средством аккумулирования, и под рабочим давлением, которое является высоким давлением в пределах от 15 до 30 бар, химически совместим с местом его использования. Таким газом может быть, например, воздух или азот, подаваемый из баллона для сжатого газа, находящегося под высоким давлением примерно двести бар и являющегося автономным средством хранения емкостью от полулитра до нескольких литров. Баллон для сжатого газа соединен с устройством 1 генерирования механической одноимпульсной ударной волны при помощи гибкого трубопровода через редуктор, образующий средство расширения. Редуктор жестко закреплен на газовом баллоне и понижает сверхвысокое давление порядка двухсот бар до высокого давления от 15 до 30 бар.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения используемым газом является углекислый газ, выпускаемый в одноразовом газовом баллончике 9 (фиг.2А), являющемся средством хранения газа, емкостью порядка двухсот сантилитров под давлением около 70 бар, при котором газ находится в сжиженном виде, что позволяет хранить большой объем углекислого газа в небольшом объеме емкости. Однако могут использоваться и другие газы.

Газовый баллончик 9 имеет цилиндрический корпус 10 с наружным диаметром около 18 миллиметров, задний конец 11 которого закрыт полусферической стенкой, а передний конец 12 продолжен заплечиком, горлышком 13, по существу цилиндрическим, и закрыт запорным колпачком 14. В совокупности заплечик и горлышко 13 имеют длину порядка тринадцати миллиметров, а общая длина всего комплекса составляет около 80 миллиметров. Газовый баллончик 9 интегрирован в устройство 1 генерирования одноимпульсной механической ударной волны, его устанавливают в люльку 15, состоящую из двух половин. Передняя половина 16 содержит круглое цилиндрическое отверстие с первой осью 17 симметрии и диаметром, слегка превышающим диаметр корпуса газового баллончика 9, и имеет дно, снабженное калиброванным гнездом 18 для установки горлышка 13 газового баллончика 9. Боковая часть снабжена первым уплотнительным устройством 19 первого типа по отношению к боковой части горлышка 13, тогда как центральная часть калиброванного гнезда 18 содержит устройство 20 перфорации запорного колпачка 14. Задняя половина 21 люльки образует устройство 22 удержания полусферического дна газового баллончика 9 с центром на первой оси 17 симметрии, выполненное с возможностью скольжения параллельно этой оси благодаря наличию направляющей скобы 24 и зажимного устройства 23, опирающегося на переднюю половину 16 люльки. Направляющая скоба содержит широкие боковые отверстия, позволяющие переднему концу 12 газового баллончика 9 скользить в калиброванном гнезде 18 передней половины 16 люльки, когда задняя половина 21 люльки находится в откинутом положении. Достаточно привести в движение путем скольжения устройство 22 удержания, которое в конце движения опирается в полусферическое дно 11, и произвести затягивание, толкая газовый баллончик (микроконтейнер) 9 к устройству 20 перфорации до момента перфорации запорного колпачка 14, чтобы газ начал выходить из баллончика. Устройство 20 перфорации содержит средство передачи газа, причем устройство 20 перфорации выполнено аналогично устройствам, используемым на одноразовых баллончиках для бутана, а средство передачи газа выполнено в виде центрального цилиндрического отверстия 25, обеспечивающего прохождение газа, поступающего из баллончика 9. Устройство 20 перфорации сообщается через первый канал 26 с устройством 27 расширения, встроенным в устройство 1 генерирования одноимпульсной механической ударной волны и образующим средство 7 расширения газа (фиг.1А и фиг.1В). Средство 7 расширения газа содержит, например, первую круглую цилиндрическую камеру 28 (фиг.2А) в задней части, из которой выходит первый канал 26, а передняя часть содержит первое круглое отверстие, вокруг которого установлено второе уплотнительное устройство 29 первого типа. Первое круглое отверстие продолжено вторым каналом 30, в котором свободно скользит, способствуя прохождению газа, стержень 31 впускного клапана, содержащего головку 32 клапана, которая находится в первой камере 28 и нижняя часть которой содержит кольцевую уплотнительную поверхность, окружающую стержень 31 клапана. На верхнюю часть головки 32 клапана толкающим усилием действует первая калиброванная пружина 33, прижимая кольцевую уплотнительную поверхность головки 32 клапана ко второму уплотнительному устройству 29 первого типа. Свободный конец стержня 31 клапана скользит в первом отверстии 34 определенной глубины, которое служит ему направляющей, выполненной в головке первого цилиндрического поршня 35, при этом дно первого отверстия 34 служит толкателем стержня 31 клапана. Первый поршень 35 скользит во второй круглой цилиндрической камере 36, которую он делит на первое и на второе пространство переменного объема, герметизированные относительно друг друга при помощи первого уплотнительного устройства второго типа, жестко закрепленного на первом поршне 35. Второй канал 30 выходит в заднюю часть 38 второй камеры 36, частично ограничивая первое пространство второй камеры 36 вторым круглым отверстием, обеспечивающим свободное прохождение стержня 31 клапана и сообщение второй камеры 36 с газовым контуром. Задняя часть 38 второй камеры 36 служит упором для головки первого поршня 35. Второе пространство, частично ограниченное передней частью 39 второй камеры 36, содержит поршневой упор 40, коаксиальный с пространством второй камеры 36, ограничивающим ход первого поршня и служащим направляющей для второй калиброванной пружины 41.

Совокупность первой и второй камер 28 и 36, впускного клапана, первого поршня 35, первой и второй калиброванных пружин 33, 41, составляет средство 7 расширения газа (фиг.1А и фиг.1В), позволяющее получать во втором газовом канале 30 (фиг.2А), окружающем стержень 31 клапана, строго определенное номинальное давление, находящееся в пределах от 15 до 30 бар.

Третий канал 42 (фиг.2В), начинающийся от второго канала 30, выходит в боковую стенку третьей круглой цилиндрической камеры 43, которая содержит заднюю часть 44, в которой скользит второй поршень 45, содержащий второе уплотнительное устройство 46 второго типа, заднюю сторону 47 и переднюю сторону 48. Дно задней части 44 третьей камеры 43 содержит круглое отверстие, в которое свободно входит первый цилиндрический толкатель 49, жестко соединенный с задней стороной 47 второго поршня 45 и предпочтительно установленный коаксиально со второй осью 50 симметрии вращения третьей камеры 43, который управляется ручными приводными средствами средств управления 8 (фиг.1А и фиг.1В). Ручные приводные средства 49 приведения в действие первого толкателя 49 предпочтительно предназначены для перемещения второго поршня 45 в третью камеру 43. Ручное приводное средство, например, выполнено в виде рычага 51, шарнирно установленного вокруг оси 52 вращения, перпендикулярного и смещенного относительно оси 50 симметрии вращения третьей камеры 43 и содержащего плоскость симметрии, имеющую ось 50 симметрии вращения и перпендикулярную оси 52 вращения. Движения шарнирного рычага 51 ограничены упором 53. Передняя сторона 48 второго поршня 45 содержит круглый цилиндрический приводной стержень 54, содержащий несвободный конец, закрепленный на передней стороне 48 второго поршня 45, и свободный конец 55, свободно проходящий через четвертый канал 56, имеющий цилиндрическую форму вращения и коаксиальный с осью 50 симметрии вращения третьей камеры 43. Четвертый канал 56, начинающийся от дна передней части 57 третьей камеры 43, имеет коаксиальную поверхность в виде усеченного конуса вращения, служащей направляющей для третьего уплотнительного устройства 58 второго типа, которое нейтрализуется, пропуская газ в четвертый канал 56, когда второй поршень 45 опирается на дно задней части 44 третьей камеры 43, но которое проходит в четвертый канал 56 и обеспечивает газонепроницаемость передней части 57 третьей камеры 43, когда первый толкатель 49 приводится в движение шарнирным рычагом 51, приводной стержень 54 удлиняется и его свободный конец 55 проходит во второе отверстие 59, выполненное в корпусе третьей камеры 43. Свободный конец 55 приводного стержня 54, заходящий во второе отверстие 59, содержит четвертое уплотнительное устройство 60 второго типа. Ход второго поршня 45 ограничивается в заднем положении упором его задней стороны 47 в дно задней части 44 третьей камеры 43 и ограничивается в переднем положении упором свободного конца 55 приводного стержня 54 в дно 61 второго отверстия 59. В переднем положении второго поршня 45 третье уплотнительное устройство 58 второго типа перекрывает четвертый канал 56.

Пятый канал 62 (фиг.2В) содержит впускное отверстие, выходящее в четвертый канал 56 после четвертого уплотнительного устройства 58 второго типа, и выпускное отверстие, выходящее в заднюю часть четвертой камеры 64, которая является средством аккумулирования газов под высоким давлением и предпочтительно имеет цилиндрическую форму, образованную вращением вокруг оси симметрии, совпадающей с осью второго отверстия 59. Четвертая камера содержит разгрузочный клапан 65, содержащий корпус 66 клапана, трубчатый цилиндрический и коаксиальный с осью четвертой камеры 64, имеющий наружный диаметр около одной трети диаметра четвертой камеры 64, головку 67 клапана, содержащую плоскую заднюю сторону и коническую переднюю сторону 122, диаметром, по существу вдвое превышающим диаметр корпуса клапана, с которым она соединяется. Корпус 66 имеет основание 68, скользящее в третьем отверстии 69, диаметром такой же величины, что и диаметр корпуса 66 клапана, и содержит третье уплотнительное устройство 70 первого типа, взаимодействующее с основанием 68 корпуса клапана. При этом третье отверстие 69 выполнено в дне передней части 71 четвертой камеры 64 и выходит в пятую камеру 72, которая является камерой расширения. Задняя сторона головки 67 клапана удерживается прижатой к дну задней части 63 четвертой камеры 64 при помощи первой геликоидальной пружины 73, опирающейся на дно передней части 71 четвертой камеры 64. Задняя сторона головки 67 клапана, выполненная круглой, содержит по краю кольцевую уплотнительную зону, взаимодействующую с первым уплотнительным устройством 74 третьего типа, жестко соединенным с дном задней части 63 четвертой камеры 64. Внутреннее пространство трубчатого корпуса 66 клапана образует шестой канал 75, впускное отверстие которого на уровне задней стороны головки 67 клапана выполнено расширенным и по существу коническим. Центральная часть головки 67 клапана содержит второй цилиндрический толкатель 76, коаксиальный со вторым отверстием 59, содержащий свободный конец 77 и несвободный конец, соединенный с задней стороной головки 67 клапана посредством распорок 78, выполненных в расширенном отверстии шестого канала 75, и скользящий в четвертом круглом отверстии 79, устанавливая сообщение между дном задней части 63 четвертой камеры 64 и дном второго отверстия 59. Четвертое уплотнительное устройство 80 первого типа, жестко соединенное с четвертым отверстием 79, обеспечивает герметичность между вторым отверстием 59 и шестым каналом 75. Второй толкатель 76 диаметром, по существу меньшим диаметра второго отверстия 59, и длиной, при которой, когда головка 67 клапана взаимодействует с первым уплотнительным устройством 74 третьего типа для изоляции шестого канала 75 от четвертой камеры 64, свободный конец 77 второго толкателя 76 заходит в дно второго отверстия 59. Когда второй поршень 45 находится в переднем положении, свободный конец 55 приводного стержня 54 опирается на свободный конец 77 второго толкателя 76 и толкает головку 67 клапана, отводя ее от дна задней части 63 четвертой камеры 64, сжимая первую геликоидальную пружину 73, освобождая отверстие шестого канала 75. При этом четвертая камера 64 начинает сообщаться через шестой канал 75 с пятой камерой 72. Пятая камера 72 имеет цилиндрическую форму вращения с задней частью 81, в которую выходит шестой канал 75, и передней частью 82, от которой начинается пятое круглое цилиндрическое отверстие 83, предпочтительно коаксиальное с осью симметрии пятой камеры 72. Пятая камера 72 имеет диаметр, немного превышающий диаметр основания 68 корпуса клапана, и по существу меньшую длину. Пятое отверстие 83 (фиг.2С) выходит в шестую камеру 84, имеющую цилиндрическую форму вращения и коаксиальную с пятым отверстием 83, диаметром, по существу равным диаметру основания 68 корпуса клапана, и длиной порядка двойной длины четвертой камеры 64. Пятое отверстие 83 содержит выходящую в шестую камеру 84 декомпрессионную зону 85 немного большего диаметра и длиной, по существу соответствующей трети длины пятого отверстия 83. Шестая камера 84 содержит заднюю часть 86, в которую выходит пятое отверстие 83 и от которой начинается по меньшей мере седьмой канал 87, сообщающийся с атмосферой либо непосредственно, либо через обратный клапан 88. Шестая камера 84 содержит переднюю часть 89, в дно которой выходит седьмая камера 90 (фиг.2С и фиг.2D), имеющая цилиндрическую форму вращения, коаксиальная с шестой камерой и сообщающаяся с шестой камерой 84 через шестое круглое цилиндрическое отверстие 91 диаметром, по существу превышающим диаметр шестой камеры 90. Пятое отверстие 83 (фиг.2С) выполняет функцию устройства направления и выбрасывания ударного молотка 92, образующего ударное средство. Ударный молоток 92 содержит корпус 93 молотка небольшой толщины и диаметром, немного меньшим диаметра шестой камеры, в которой он находится. Ударный молоток 92 содержит заднюю сторону, обращенную к задней части 86 шестой камеры 84, и переднюю сторону, обращенную к передней части 89 шестой камеры 84. При этом третий поршень 94, имеющий цилиндрическую форму вращения и коаксиальный с пятым отверстием 83, жестко соединен с задней стороной корпуса 93 молотка и скользит в пятом отверстии 83. Третий поршень 94 имеет диаметр, немного меньший диаметра пятого отверстия 83, для достижения герметичности, достаточной для обеспечения продвижения под действием газов. Ударная головка 95, имеющая цилиндрическую форму вращения и коаксиальная с третьим поршнем 94, закреплена на передней части корпуса 93 молотка. Ударная головка 95 имеет диаметр, по существу больший диаметра третьего поршня 94, и длину порядка четверти длины третьего поршня 94. Вторая геликоидальная пружина 96, опирающаяся на переднюю часть 89 шестой камеры 84 и на корпус 93 молотка, прижимает его к дну задней части 86 шестой камеры 84, удерживая третий поршень 94 в пятом отверстии 83.

Седьмая камера 90 (фиг.2D) содержит заднюю часть 97, сообщающуюся с шестой камерой 84 через шестое отверстие 91, и переднюю часть 98, дно которой содержит седьмое отверстие 99, имеющее цилиндрическую форму вращения, коаксиальное с седьмой камерой 90 и имеющее диаметр, по существу равный диаметру пятого отверстия 83, что позволяет седьмой камере 90 сообщаться с задней частью 100 восьмой камеры 101. Седьмая камера 90 содержит промежуточное устройство 102 генерирования ударной волны, содержащее корпус 103 промежуточного устройства, выполненный цилиндрическим с возможностью скольжения в седьмой камере 90 и содержащий пятое уплотнительное устройство 104 второго типа, изолирующее переднюю часть 98 от задней части 97 седьмой камеры 90. Корпус 103 промежуточного устройства содержит заднюю сторону, обращенную к задней части 97 седьмой камеры 90, и переднюю часть, обращенную к передней части 98 седьмой камеры 90. Задняя сторона корпуса 103 промежуточного устройства содержит ударную наковальню 105 с таким же диаметром, что и ударная головка 95, длина которой в совокупности с длиной корпуса 103 промежуточного устройства по существу равна длине ударной головки 95 в совокупности с длиной корпуса 93 молотка. Длину шестого отверстия 91 определяют таким образом, чтобы свободный конец 106 ударной наковальни 105 выходил за пределы дна передней части 89 шестой камеры 84 и чтобы расстояние 108 (фиг.2С), отделяющее свободный конец 106 ударной наковальни 105 от свободного конца 107 ударной головки 95, было равно примерно длине третьего поршня 94 за вычетом длины, достаточной, чтобы обеспечить в пятом отверстии 83 правильное направление третьего поршня 94 в конце его хода. Передняя сторона корпуса 103 промежуточного устройства содержит первое устройство 109 передачи ударной волны, имеющее цилиндрическую форму вращения и коаксиальное с седьмой камерой 90, диаметром, по существу равным диаметру третьего поршня, и длиной, по существу равной длине ударной наковальни 105. Длина седьмого отверстия 99 должна быть достаточной, чтобы обеспечить правильное направление промежуточного устройства 102 генерирования ударной волны, но должна позволять первому устройству 109 передачи ударной волны выходить в дно задней части 100 восьмой камеры 101. Третья геликоидальная пружина 110, опирающаяся с одной стороны на дно задней части 97 седьмой камеры 90, а с другой стороны – на заднюю сторону корпуса 103 промежуточного устройства, прижимает последний к первому кольцеобразному амортизирующему устройству 111, опирающемуся с одной стороны на край передней части корпуса 103 промежуточного устройства и окружающему первое устройство 109 передачи ударной волны, а с другой стороны – на дно передней части 98 седьмой камеры 90. Передняя часть 112 восьмой камеры 101 содержит восьмое отверстие 113, имеющее цилиндрическую форму вращения и коаксиальное с восьмой камерой 101, имеющее небольшой диаметр порядка половины диаметра третьего поршня 94 и сообщающееся с наружным пространством. Восьмая камера 101 содержит головку 115 волновода второго устройства 114 направления ударной волны, имеющую цилиндрическую форму вращения и диаметр, немного меньший диаметра восьмой камеры 101, задняя сторона 116 которой выполнена плоской, а передняя сторона 117 является по существу плоской и содержит прикрепленный перпендикулярно к ее центру стержень-волновод 118, заходящий в восьмое отверстие 113, которое служит направляющей для головки 115 волновода второго устройства 114 направления ударной волны. Когда устройство 1 генерирования механической одноимпульсной ударной волны (фиг.1А и фиг.1В) находится в рабочем положении, задняя часть 116 головки 115 волновода контактирует со свободным концом 119 первого устройства 109 передачи ударной волны, а передняя часть 117 головки 115 волновода опирается на второе кольцеобразное амортизирующее устройство 120, окружающее основание стержня-волновода 118 и опирающееся с одной стороны на дно передней части 112 восьмой камеры 101, а с другой стороны – на переднюю часть 117 головки 115 волновода. Величину выхода первого устройства 109 передачи ударной волны и длину восьмой камеры 101 определяют, в частности, в зависимости от этих требований. Когда свободный конец 119 первого устройства 109 передачи ударной волны приходит в положение опоры на второе устройство 114 передачи ударной волны, установленное в восьмой камере 101, промежуточное устройство 102 немного выталкивается к задней части 97 седьмой камеры 90, и третья геликоидальная пружина 110 слегка сжимается. Длина и диаметр стержня-волновода 118, как правило, диктуются условиями применения. Максимальная отдача ударной волны достигается, когда вес ударного молотка 92 (фиг.2С) равен весу второго устройства 114 передачи ударной волны. Регулирование волнового сопротивления можно осуществлять, либо влияя на диаметр головки 115 волновода (фиг.2D), либо влияя по мере возможности на длину третьего поршня 94 с учетом требований, предъявляемых к его работе.

Когда давление газа во втором канале 30 (фиг.1В) ниже номинального давления, вторая калиброванная пружина 41 толкает первый поршень 35 к задней части 38 второй камеры 36. Стержень 31 клапана заходит в первое отверстие 34 головки первого поршня 35 до момента, когда стержень 31 клапана входит в соприкосновение с дном. При этом головка 32 впускного клапана перемещается, сжимая первую калиброванную пружину 33 и освобождая проход для газа, поступающего из газового баллончика 9. Когда давление газа во втором канале 30 (фиг.1С) поднимается, первый поршень 35 перемещается, сжимая вторую геликоидальную пружину 41 до момента, когда, при возврате головки 32 клапана в положение опоры на второе уплотнительное устройство 20 второго типа под действием первой калиброванной пружины 33, стержень 31 клапана теряет контакт с дном первого отверстия 34. Необходимо отметить, что, поскольку расширение газа является адиабатическим, расширенный газ является более холодным, чем окружающая атмосфера, и его нагрев приводит к повышению давления, ограничиваемому дополнительным отходом первого поршня 35, сжимающего вторую калиброванную пружину 41 до момента, когда она может войти в контакт с упором 40 поршня. Нагнетаемый во второй канал 30 (фиг.1В и фиг.2А) газ проходит в третий канал 42 и из этого канала – в третью камеру 43 и толкает второй поршень 45 в положение упора в заднюю часть 44 третьей камеры 43, если только он там уже не находится. Третье уплотнительное устройство 58 второго типа оказывается внутри третьей камеры 43, что позволяет газу пройти в четвертый канал 56, затем в пятый канал 62 и достигает четвертой камеры 64, которая заполняется сжатым газом под давлением, например, находящимся в пределах от 15 до 30 бар. Головка 67 клапана удерживается прижатой к первому уплотнительному устройству 74 третьего типа посредством первой геликоидальной пружины 73, а также высоким давлением газа. Когда давление в четвертой камере 64 достигает номинального значения, устройство генерирования ударной волны готово к работе.

Генерирование ударной волны начинается при воздействии на шарнирный рычаг 51 (фиг.1С и фиг.2В), который перемещает первый толкатель 49, толкающий второй поршень 45 в третью камеру 43, и приводной стержень 54 перемещается поступательным движением в третью камеру до момента, когда третье уплотнительное устройство 58 второго типа заходит в четвертый канал 56 и перекрывает его, изолируя четвертую камеру 64 от источника питания. После этого, поскольку перемещение первого толкателя 49 продолжается, свободный конец 55 приводного стержня 54 заходит во второе отверстие 59 и толкает свободный конец 77 второго толкателя 76, что приводит к отходу головки 67 клапана от первого уплотнительного устройства 74 третьего типа и к сжатию первой геликоидальной пружины 73. Газ попадает в шестой канал 75, заходит в пятую камеру 72 и с силой толкает третий поршень 94 (фиг.1С и фиг.2С), который первоначально находился внутри пятого отверстия 83, благодаря действию второй геликоидальной пружины 96. Ударный молоток 92 с большой скоростью выбрасывается в шестую камеру 84, сжимая вторую геликоидальную пружину 96, а ударная головка 95 ударяет по ударной наковальне 105 (фиг.1D и фиг.2D) промежуточного устройства 102, которое генерирует ударную волну, последовательно распространяющуюся в корпусе промежуточного устройства 103, затем в первом устройстве 109 передачи ударной волны, а затем передается на заднюю часть 116 головки 115 волновода и распространяется после этого по стержню-волноводу 118, достигая предназначенного для раздробления объекта.

В конце хода третьего поршня 94 в пятом отверстии 83 декомпрессионная зона 85 постепенно открывается, и газ начинает выходить в заднюю часть 86 шестой камеры 84 и далее наружу, возможно, через обратный клапан 88 и через седьмой канал 87. Давление на выходе третьего уплотнительного устройства 58 второго типа становится по существу равным атмосферному давлению. Вторая геликоидальная пружина 96 толкает ударный молоток 92 и третий поршень 94 в пятое отверстие 83. Первая геликоидальная пружина 73 толкает разгрузочный клапан 65 в направлении дна задней части 63 (фиг.1В и фиг.2В) четвертой камеры 64 и восстанавливает первоначальную герметичность при помощи первого уплотнительного устройства 74 третьего типа, когда второй толкатель 76 может занять свое исходное положение с прекращением воздействия на шарнирный рычаг 51, что позволяет второму поршню 45 переместиться к задней части 44 третьей камеры 43 под действием сжатого газа третьей камеры 43. Перемещение второго поршня 45 приводит к перемещению приводного стержня 54 до момента, когда третье уплотнительное устройство 58 второго типа выйдет из четвертого канала 56, что способствует питанию газом четвертой камеры 64. Снижение давления в третьей камере 43 приводит к снижению давления в третьем и втором каналах 43 и 30, что и запускает описанный выше цикл питания.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения третья камера 43 (фиг.2В) соединена с наружным пространством через второй калиброванный разгрузочный клапан 121, позволяющий избежать возможного скачка давления, связанного с нагреванием газа после расширения или с утечкой на уровне головки 32 клапана (фиг.1А) и первого уплотнительного устройства 19 первого типа.

Например, устройство 1 генерирования одноимпульсной механической ударной волны, предназначенное для дробления мочевых камней, содержит четвертую камеру 64, объем которой предпочтительно находится в пределах от одного до трех кубических сантиметров, и ударный молоток весом порядка десяти грамм.

В еще одном варианте настоящего изобретения для другого применения, отличающегося от дробления мочевых камней, необходимо осуществить генерирование последовательных волновых пакетов. Для этого между шарнирным рычагом 51 и первым толкателем 49 устанавливают устройство формирования последовательных ударных волн, которое приводится в действие при помощи рычага 51 и одну за другой генерирует последовательные ударные волны, например, в заранее определенном количестве и заранее определенной частоты посредством первого толкателя 49, при этом можно не отпускать шарнирный рычаг 51.

Формула изобретения

1. Устройство для генерирования механических одноимпульсных ударных волн, содержащее ударное средство, приводимое в движение газами и на скорости наносящие удары по средству генерирования ударной волны, которая передается средствам передачи ударной волны, находящимся в непосредственном или косвенном контакте с предназначенным для дробления объектом, отличающееся тем, что приведение в движение ударных средств осуществлено посредством расширения сжатого газа под давлением в пределах от 15 до 30 бар, подаваемого перед генерированием каждого импульса ударной волны в средства аккумулирования, запитываемые газом под давлением от 70 до 200 бар от автономных средств хранения газа, при помощи средств расширения газа и средств питания и герметизации, при этом газ, находящийся в средствах аккумулирования, высвобождается путем ручного приведения в действие средств управления, в результате которого на первом этапе не допускается сообщение между автономными средствами хранения и средствами расширения, с одной стороны, и со средствами аккумулирования, с другой стороны, а затем на втором этапе устанавливается сообщение между средствами аккумулирования и ударными средствами, при этом возврат ударных средств в исходное положение осуществлен за счет высвобождения энергии, накопленной механическими средствами накопления энергии, а во время цикла формирования ударной волны возврат средств управления в исходное положение осуществлен за счет действия давления газов, оставшихся в средствах расширения и соответствующих средствах питания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что используемый газ при температуре и давлении использования химически совместимым с областью использования и размещен в баллоне сжатого газа, который является автономным средством хранения и соединен с устройством генерирования одноимпульсной механической ударной волны по трубопроводу, при этом устройство содержит редуктор, служащий средством расширения и обеспечивающий снижение сверхвысокого давления указанного газа к значению рабочего давления.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный газ размещен в газовом баллончике (микроконтейнере), служащем автономным средством хранения газа, которое встроено в устройство генерирования одноимпульсной механической ударной волны при помощи люльки, состоящей из двух половин, при этом передняя половина содержит дно с калиброванным гнездом, содержащим устройство перфорации, а задняя половина содержит перемещающееся посредством скольжения устройство удержания, при этом устройство перфорации сообщено через первый канал с встроенным устройством расширения, образующим средство расширения газа.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство расширения образовано первой камерой, сообщающейся с первым каналом, от которой начинается второй канал, в котором свободно перемещается путем скольжения стержень клапана, на головку которого, расположенную в первой камере, воздействует толкающее усилие первой калиброванной пружины, а свободный конец стержня клапана взаимодействует с первым цилиндрическим поршнем, служащим толкателем стержня, при этом первый поршень перемещается путем скольжения во второй камере, служащей направляющей для второй калиброванной пружины, служащей толкателем поршня.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство управления образовано третьей камерой, сообщающейся с третьим каналом, начинающимся от второго канала, в которой перемещается путем скольжения второй поршень, содержащий первый толкатель, обеспечивающий прохождение второго поршня в третью камеру посредством шарнирного рычага, при этом второй поршень содержит приводной стержень, имеющий свободный конец и свободно проходящий через четвертый канал, содержащий третье уплотнительное устройство второго типа, перекрывающее четвертый канал на входе пятого канала, выходящего в четвертый канал, когда второй поршень заходит в третью камеру, при этом свободный конец, взаимодействующий со вторым отверстием, упирается в дно указанного отверстия.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство аккумулирования образовано четвертой камерой, в которую выходит пятый канал, содержащий разгрузочный клапан, состоящий из трубчатого корпуса клапана, образующего шестой канал, полой головки клапана и основания корпуса клапана, перемещающегося путем скольжения в третьем отверстии, выходящем в пятую камеру, при этом головка клапана обеспечивает герметичность посредством первой геликоидальной пружины, служащей механическим средством аккумулирования энергии, при этом головка клапана содержит второй толкатель, свободный конец которого перемещается путем скольжения в четвертом отверстии и проходит через дно второго отверстия, а свободный конец второго толкателя толкающим усилием взаимодействует со свободным концом приводного стержня, когда он упирается в дно, при этом второй толкатель при выталкивании головки клапана обеспечивает сжатие первой геликоидальной пружины, открытие отверстия шестого канала и соединение четвертой камеры с пятой камерой.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что ударное средство образовано пятой камерой, сообщающейся с шестым каналом и с пятым отверстием, выходящим в шестую камеру, содержащую декомпрессионную зону, сообщающуюся с шестой камерой, от которой начинается, по меньшей мере частично, седьмой канал, сообщающийся с атмосферой либо непосредственно, либо через обратный клапан, при этом пятое отверстие служит устройством направления и выбрасывания для ударного молотка, состоящего из корпуса молотка, третьего поршня, перемещающегося путем скольжения в пятом отверстии, ударной головки, имеющей свободный конец, при этом имеется вторая геликоидальная пружина, служащая механическим средством аккумулирования энергии, опирающаяся на корпус молотка для удержания третьего поршня в пятом отверстии.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средство генерирования ударной волны содержит промежуточное устройство генерирования ударной волны, содержащее корпус, перемещающийся путем скольжения в седьмой камере, сообщающейся с шестой камерой через шестое отверстие, при этом корпус промежуточного устройства содержит ударную наковальню, проходящую через шестое отверстие и имеющую свободный конец, расположенный в шестой камере, и первое устройство передачи ударной волны, имеющее свободный конец, проходящий через седьмое отверстие, соединяющее седьмую камеру с восьмой камерой, внутри которой размещен свободный конец первого устройства передачи ударной волны, удерживаемый в контакте с задней стороной головки волновода посредством третьей геликоидальной пружины.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство передачи ударной волны содержит второе устройство направления ударной волны, содержащее головку волновода, размещенную в восьмой камере, продолженную стержнем-волноводом, расположенным в восьмом отверстии, служащим направляющей для головки волновода и сообщающимся с наружным пространством.

10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что используемый газ является углекислым газом под давлением от 70 до 200 бар, при этом высокое давление в четвертой камере находится в пределах от 15 до 30 бар, объем четвертой камеры составляет от 1 до 3 см³ и вес ударного молотка составляет около 10 г.

РИСУНКИ