專利名稱：具有變頻驅(qū)動(dòng)的超聲醫(yī)療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及一種用于具有變頻驅(qū)動(dòng)的用以消融(ablate)生物材料的超聲醫(yī)療設(shè)備的裝置和方法。
背景技術(shù)：
人體的運(yùn)輸系統(tǒng)是脈管系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，脈管系統(tǒng)包括動(dòng)脈、靜脈、導(dǎo)管(vessel)、毛細(xì)管、腸、管道(duct)以及其它的人體管腔(lumen)，但不限于此。血液在人體內(nèi)沿著超過七萬五千英里長(zhǎng)的脈管系統(tǒng)內(nèi)周游。當(dāng)脈管系統(tǒng)首尾相連伸展時(shí)，脈管系統(tǒng)的長(zhǎng)度近似等于環(huán)繞地球三周。人體的脈管系統(tǒng)從肺運(yùn)輸氧氣，從細(xì)胞去除二氧化碳，而且將營(yíng)養(yǎng)、激素以及水運(yùn)載到人體各個(gè)部分。
全身的脈管系統(tǒng)彎曲以執(zhí)行它們所起的各種功能。例如，人體內(nèi)的循環(huán)是脈管系統(tǒng)的閉環(huán)，該閉環(huán)形成以心臟為中心的近似連續(xù)的8字。作為一個(gè)例子，心臟是雙循環(huán)系統(tǒng)，通過彎曲圍繞人體內(nèi)的各種器官，肺動(dòng)脈和肺靜脈從該雙循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)出。肺動(dòng)脈將血液從心臟帶入肺，而肺靜脈將血液從肺帶入心臟。
在許多醫(yī)療過程中，醫(yī)療設(shè)備插入脈管系統(tǒng)并導(dǎo)航到治療位置。所述脈管系統(tǒng)的彎曲使難于將醫(yī)療設(shè)備操縱到所述治療位置。另外，所述脈管系統(tǒng)的彎曲能影響醫(yī)療設(shè)備工作部分的功能，因此需要對(duì)醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行特別設(shè)計(jì)。
Puskas等人的美國(guó)專利No.5,895,997披露了一種調(diào)頻超聲發(fā)生器，該調(diào)頻發(fā)生器用以驅(qū)動(dòng)供超聲清洗使用的超聲換能器(ultrasonic transducer)。當(dāng)發(fā)生器的輸出頻率為關(guān)于寬帶寬調(diào)制的方波頻率時(shí)，Puskas等人的發(fā)生器能夠?qū)ω?fù)載保持充分恒定的實(shí)際輸出。由于Puskas等人的上述裝置限于在兩種不同的頻率之間工作，所以Puskas等人的上述裝置的超聲效果是有限的。Puskas等人的上述裝置在有限的范圍內(nèi)操作，并且不包括任何用于發(fā)現(xiàn)特殊共振以及避免其它共振的機(jī)構(gòu)。
Jones等人的美國(guó)專利No.5,452,611披露了一種具有雙頻操作的超聲水平儀。Jones等人的裝置包括激勵(lì)電路，該激勵(lì)電路通過由一接收晶體探測(cè)的振動(dòng)，在發(fā)射壓電晶體內(nèi)同時(shí)引起第一頻率振動(dòng)和第二頻率振動(dòng)。Jones等人的所述裝置利用了在若干頻率下同時(shí)以脈沖和共振進(jìn)行操作的完全共振壓電晶體。
現(xiàn)有技術(shù)沒有提出這樣一種解決方案，即為超聲醫(yī)療設(shè)備提供均勻的功率輸出以補(bǔ)償當(dāng)超聲醫(yī)療設(shè)備彎曲通過脈管系統(tǒng)的曲折路徑時(shí)導(dǎo)致的功率損失?，F(xiàn)有技術(shù)的儀器未提供這樣一種解決方案，即在可變頻率范圍驅(qū)動(dòng)超聲醫(yī)療設(shè)備，以使超聲能量沿著(about)超聲醫(yī)療設(shè)備的彎曲進(jìn)行傳播的解決辦法。因此，當(dāng)超聲醫(yī)療設(shè)備處于彎曲結(jié)構(gòu)中時(shí)，本領(lǐng)域依然需要這樣的用于消融生物材料的裝置和方法，即所述裝置和方法是有效的、安全的、可靠的并提供均勻的功率輸出以消融生物材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了這樣一種裝置和方法，該裝置和方法用于利用超聲醫(yī)療設(shè)備在可變頻率范圍內(nèi)使超聲能量沿著該超聲醫(yī)療設(shè)備的彎曲進(jìn)行傳播，以消融生物材料。所述超聲醫(yī)療設(shè)備的超聲探針插入脈管系統(tǒng)的插入點(diǎn)內(nèi)，并沿著該脈管系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)彎曲被導(dǎo)航，且設(shè)置成與生物材料連通。所述超聲醫(yī)療設(shè)備的換能器可以在寬頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以激勵(lì)該超聲探針的橫向共振，并使該超聲探針的生物材料破壞效果最大化。通過改變本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的操作頻率，增加了生物材料消融的有效區(qū)域。
一種具有變頻驅(qū)動(dòng)的用于消融生物材料的超聲醫(yī)療設(shè)備，包括超聲探針，其具有近端、遠(yuǎn)端和在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；換能器，其在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿著該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠(yuǎn)端；以及超聲能量源，其接合到該換能器，該超聲能量源產(chǎn)生超聲能量；其中，在可變頻率范圍內(nèi)對(duì)該超聲探針的驅(qū)動(dòng)使得該超聲能量沿著該超聲探針的彎曲傳播，以消融與該超聲探針連通的生物材料。
一種用于消融生物材料的超聲醫(yī)療設(shè)備，包括超聲探針，其具有近端、終結(jié)于探針針尖的遠(yuǎn)端及在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；換能器，其將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以沿著該超聲探針的縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠(yuǎn)端；其中，該超聲探針在可變頻率范圍內(nèi)以近似均勻的功率輸出被驅(qū)動(dòng)以消融該生物材料。
一種沿超聲醫(yī)療設(shè)備的彎曲傳播超聲能量以消融生物材料的方法包括下列步驟設(shè)置超聲醫(yī)療設(shè)備，該超聲醫(yī)療設(shè)備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、遠(yuǎn)端及在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；將該超聲探針插入到人體的脈管系統(tǒng)中；使該超聲探針沿所述脈管系統(tǒng)中的彎曲而撓曲；將該超聲探針移動(dòng)到接近于該生物材料；致動(dòng)接合于該超聲探針的超聲能量源，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；以及在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以使該超聲能量沿該超聲探針的彎曲傳播以消融該生物材料。
一種消融人體脈管系統(tǒng)內(nèi)接近彎曲處的生物材料的方法，包括下列步驟提供超聲醫(yī)療設(shè)備，該超聲醫(yī)療設(shè)備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、終結(jié)于探針針尖的遠(yuǎn)端及在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；將該超聲探針插入該脈管系統(tǒng)的插入點(diǎn)；使該超聲探針沿該脈管系統(tǒng)中的彎曲移動(dòng)；將該超聲探針放置成與該生物材料連通；致動(dòng)接合于該超聲探針的超聲能量源以產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)驅(qū)動(dòng)該超聲醫(yī)療設(shè)備的換能器以產(chǎn)生該超聲探針的橫向超聲振動(dòng)；在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿該超聲探針的彎曲保持生物材料的破壞效果。
本發(fā)明提供了一種用于消融生物材料的具有變頻驅(qū)動(dòng)的超聲醫(yī)療設(shè)備的裝置和方法。本發(fā)明提供了一種變頻驅(qū)動(dòng)的超聲醫(yī)療設(shè)備，該超聲醫(yī)療設(shè)備簡(jiǎn)單、用戶友好、節(jié)省時(shí)間、可靠以及節(jié)約成本。


參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋，其中，所有的附圖中相似的結(jié)構(gòu)以相似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。由于重點(diǎn)一般放在闡明本發(fā)明的原理，所以所示附圖無需按比例繪制。
圖1是沿著人體脈管系統(tǒng)的彎曲而撓曲的本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的側(cè)視圖
圖2是具有從超聲探針的近端到超聲探針的遠(yuǎn)端的過渡段的本發(fā)明的超聲探針的側(cè)視圖；圖3是具有從超聲探針的近端到超聲探針的遠(yuǎn)端近似均勻直徑的本發(fā)明的超聲探針的側(cè)視圖；圖4是示出了呈現(xiàn)出沿著超聲探針的部分縱軸的多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)的本發(fā)明的超聲探針的側(cè)視圖；圖5是，示出了當(dāng)與人體脈管系統(tǒng)內(nèi)的生物材料連通時(shí)，呈現(xiàn)出多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)的本發(fā)明的超聲探針的示意圖；圖6是使用相位分析反饋的本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的框圖；圖7是使用波譜分析反饋的本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的框圖；圖8A和圖8B示出了在多個(gè)位置彎曲超聲探針與在兩種不同頻率下激勵(lì)超聲探針的效果；圖8A是示出了當(dāng)在21kHz頻率下激勵(lì)探針時(shí)在不同位置彎曲探針的效果的示意圖；圖8B是示出了當(dāng)在23kHz頻率下激勵(lì)探針時(shí)在不同位置彎曲探針的效果的示意圖；當(dāng)以上標(biāo)識(shí)的圖闡明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，如在討論中所注意到的，也仔細(xì)考慮了本發(fā)明的其它實(shí)施例。這些公開以代表性的且非限制性的方式介紹了本發(fā)明的示范性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出無數(shù)的落入本發(fā)明原理的范圍和精神之內(nèi)的其它改型和實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了這樣一種裝置和方法，該裝置和方法用于利用超聲醫(yī)療設(shè)備在可變頻率范圍內(nèi)使超聲能量沿著(about)該超聲醫(yī)療設(shè)備的彎曲進(jìn)行傳播，以消融生物材料。所述超聲醫(yī)療設(shè)備的超聲探針插入脈管系統(tǒng)的插入點(diǎn)內(nèi)，并沿著該脈管系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)彎曲被導(dǎo)航，且設(shè)置成與生物材料連通。所述超聲醫(yī)療設(shè)備的換能器可以在寬頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以激勵(lì)該超聲探針的橫向共振，并使該超聲探針的生物材料破壞效果最大化。通過改變本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的操作頻率，增加了生物材料消融的有效區(qū)域。
這里用到了下述名詞和定義
這里用到的“消融(ablate)”指移除、清除、破壞或帶走生物材料。這里用到的“消融(ablation)”指生物材料的移除、清除、破壞或帶走。
這里用到的“反節(jié)點(diǎn)(anti-node)”指位于或接近超聲探針的縱軸上的特定位置處超聲探針發(fā)射的最大能量帶。
這里用到的“節(jié)點(diǎn)(node)”指位于或接近超聲探針的縱軸上的特定位置處超聲探針發(fā)射的最小能量帶。
這里用到的“探針(probe)”指這樣一種裝置，該裝置能夠?qū)⒊暷芰吭窗l(fā)射的能量沿著探針縱軸傳播并以特定共振將能量分解成有效的成洞能量(cavitational energy)(由沿著探針“工作段(active section)”的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)反節(jié)點(diǎn)定義)。
這里用到的“生物材料(Biological Material)”指物質(zhì)的集合，包括類似細(xì)胞組(a group of similar cells)、脈管內(nèi)的血凝塊、梗塞物、沉積物、纖維蛋白、鈣化斑塊(calcified plaque)、鈣沉積物、梗塞物沉積、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊(atherosclerotic plaque)、脂肪沉積、脂肪組織、動(dòng)脈粥樣硬化膽固醇堆積、血栓、纖維狀材料堆積、動(dòng)脈狹窄(arterial stenoses)、礦物、高含水率組織、血小板、細(xì)胞碎片(cellular debris)、廢物和其它梗塞材料，但不限于此。
這里用到的“橫向(transvers)”指探針的振動(dòng)不平行于探針縱軸。這里用到的“橫波(transverse wave)”是沿探針傳播的一種波，其中介質(zhì)的多個(gè)點(diǎn)處的擾動(dòng)方向與波矢量不平行。
這里用到的“脈管(vasculature)”指整個(gè)供血循環(huán)系統(tǒng)，包括靜脈系統(tǒng)、動(dòng)脈系統(tǒng)和相關(guān)的導(dǎo)管、動(dòng)脈、靜脈、毛細(xì)管、血液以及心臟。動(dòng)脈系統(tǒng)是將攜有氧氣和養(yǎng)分的血液傳輸給組織的機(jī)構(gòu)。靜脈系統(tǒng)是將攜有二氧化碳和新陳代謝副產(chǎn)物的血液傳輸以排泄的機(jī)構(gòu)。
如圖1的附圖標(biāo)記所示，變頻驅(qū)動(dòng)的超聲醫(yī)療設(shè)備11的超聲探針大體在脈管系統(tǒng)中沿著彎曲54撓曲。超聲醫(yī)療設(shè)備11包括超聲探針15，該超聲探針15連接于用于產(chǎn)生超聲能量的超聲能量源或發(fā)生器99。手柄88包括近端87和遠(yuǎn)端86，一換能器(transducer)被包圍在該手柄88內(nèi)。
圖2示出了本發(fā)明的超聲探針15的優(yōu)選實(shí)施例，其中超聲探針的直徑沿著超聲探針15的縱軸從第一定義間隔段26經(jīng)由過渡段82到第二定義間隔段28而減小。超聲探針15包括近端31、結(jié)束于針尖9的遠(yuǎn)端24、以及近端31和遠(yuǎn)端24之間的縱軸?？傮w示于圖2的連接器33將探針15的近端31與手柄88內(nèi)的所述換能器接合起來。在本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，所述連接器是快速裝拆系統(tǒng)。在受讓人的美國(guó)專利NO.6,695,782和受讓人的尚待批準(zhǔn)(co-pending)的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/268,487和美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/268,843的專利申請(qǐng)中，描述了一種具有快速裝拆卸系統(tǒng)的超聲醫(yī)療設(shè)備，上述文獻(xiàn)還描述了所述快速裝拆系統(tǒng)，而且由此所有這些專利和專利申請(qǐng)通過援引在此合并。
所述換能器具有與超聲能量源99接合的近端以及接合于超聲探針15的近端31的遠(yuǎn)端，所述換能器將超聲能量傳遞給超聲探針15。所述換能器一般也稱為驅(qū)動(dòng)器。連接件93及連接線98將超聲能量源99接合到所述換能器上。
圖3示出了本發(fā)明的超聲探針15的替換實(shí)施例。在圖3所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，超聲探針15的直徑從超聲探針15的近端31到超聲探針15的遠(yuǎn)端24大體均勻。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15是線纜(wire)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，超聲探針15是細(xì)長(zhǎng)的。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，超聲探針15的直徑以比兩個(gè)定義的間隔段更大的方式變化。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，超聲探針15的過渡段82為漸細(xì)的，以沿著超聲探針15的縱軸從近端31到遠(yuǎn)端24逐漸改變直徑。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲探針15的過渡段82呈階梯式的，以沿著超聲探針15的縱軸從近端31到遠(yuǎn)端24改變直徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以有任意個(gè)定義的間隔段和過渡段，而且過渡段可以具有本領(lǐng)域已知的任意形狀。這些間隔段和過渡段均涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述直徑從近端31到遠(yuǎn)端24的逐漸改變發(fā)生在至少一個(gè)過渡段82處，同時(shí)每個(gè)過渡段82具有近似相等的長(zhǎng)度。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述直徑從近端31到遠(yuǎn)端24的逐漸改變發(fā)生在多個(gè)過渡段82處，且每個(gè)過渡段82具有不同的長(zhǎng)度。過渡段82指的是直徑從第一直徑變化到第二直徑的段。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15具有小的直徑。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15的橫截面近似圓形。在另一實(shí)施例中，超聲探針15的至少部分橫截面不是圓形。包括遠(yuǎn)端具有非圓截面的線纜的超聲探針15可以導(dǎo)航穿過脈管系統(tǒng)。包括扁平線纜的超聲探針15易于在脈管系統(tǒng)中進(jìn)行操縱。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲探針15的橫截面形狀包括矩形、梯形、橢圓形、三角形、具有扁平部分(flat spot)的圓形以及類似的橫截面，但不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域已知的其它橫截面幾何形狀將涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，超聲探針15的遠(yuǎn)端24的直徑約是0.004英寸。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲探針15的遠(yuǎn)端24的直徑約是0.015英寸。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，超聲探針15的遠(yuǎn)端24的直徑在約0.003英寸和約0.025英寸之間變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，超聲探針15的遠(yuǎn)端24的直徑可以比所述約0.003英寸小，可以比所述約0.025英寸大，可以在所述約0.003英寸和所述約0.025英寸之間，且涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，超聲探針15的近端31的直徑約是0.012英寸。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲探針15的近端31的直徑約是0.025英寸。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，超聲探針15的近端31的直徑在約0.003英寸和約0.025英寸之間變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，超聲探針15可的近端31的直徑可以比所述約0.003英寸小，可以比所述約0.025英寸大，可以在所述約0.003英寸和所述約0.025英寸之間，且涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
針尖9可以是任意形狀，包括圓形的、彎曲的、球形的或更大的形狀，但不限于此。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，針尖9是平滑的，以防止損傷人體的脈管系統(tǒng)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，超聲能量源99是超聲醫(yī)療設(shè)備11的機(jī)械部分(physical part)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲能量源99不是超聲醫(yī)療設(shè)備11整體所需要的部分。超聲探針15用來消融生物材料且在使用后可以被處理掉。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15供一個(gè)病人一次性使用。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15是一次性的。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15可以多次使用。
超聲探針15由在橫向模式下操作但不對(duì)橫向超聲振動(dòng)產(chǎn)生阻尼以由此在撓曲時(shí)支持橫向振動(dòng)的材料來設(shè)計(jì)、構(gòu)造以及形成。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15含有鈦或鈦合金。鈦是一種堅(jiān)固的、柔性的、低密度、低射線不透性和易加工的、用作結(jié)構(gòu)材料的金屬。鈦及其合金具有在許多環(huán)境下的優(yōu)異抗腐蝕性并具有好的高溫性能。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，超聲探針15含有鈦合金Ti-6Al-4V。構(gòu)成Ti-6Al-4V的元素和Ti-6Al-4V的代表元素的重量百分比是鈦(約90％)、鋁(約6％)、釩(約4％)、鐵(最多約0.25％)和氧(最多約0.2％)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲探針15含有不銹鋼。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，超聲探針15含有不銹鋼合金。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，超聲探針15含有鋁。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，超聲探針15含有鋁合金。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，超聲探針15含有鈦和不銹鋼的組合。
在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，超聲探針15包含超彈性合金。即使在彎曲或拉伸時(shí)，當(dāng)去除受力后，超彈性合金將回復(fù)原狀。超聲探針15可以包含本領(lǐng)域已知的超彈性合金，該超彈性合金包括鎳-鈦超彈性合金和鎳鈦諾(Nitinol)，但不限于此。鎳鈦諾屬于金屬間材料族，其包含幾乎相等的鎳和鈦的混合物。所述材料的性質(zhì)可以通過添加其它元素來調(diào)整或調(diào)節(jié)。鎳鈦諾沒有鈦硬，并且易于在脈管系統(tǒng)中操縱。鎳鈦諾具有形狀記憶和超彈特性。形狀記憶效果描述的是塑性變形試樣通過加熱恢復(fù)原狀的過程。這是稱為熱彈性馬氏體轉(zhuǎn)變的結(jié)晶相變的結(jié)果。在轉(zhuǎn)變溫度以下，鎳鈦諾是馬氏體。鎳鈦諾優(yōu)異的抗腐蝕性、生物適應(yīng)性和獨(dú)特的力學(xué)特性使得其很適用于醫(yī)療設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，超聲探針可以包含本領(lǐng)域已知的許多其它金屬，且涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
超聲探針15的物理特性(即，長(zhǎng)度、橫截面形狀、尺寸等)和材料特性(即，屈服強(qiáng)度、模量等)選擇成用于在橫向模式下操作超聲探針15。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，超聲探針15的長(zhǎng)度在約30厘米到約300厘米之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，超聲探針的長(zhǎng)度可以比所述約30厘米小，可以比所述約300厘米大，可以在約30厘米和約300厘米之間，且涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
手柄88包圍位于超聲探針15的近端31和連接器93之間的所述換能器。所述換能器可以包括電極臂(horn)、電極、絕緣子(insulator)、背緊螺母(backnut)、墊圈、壓電麥克風(fēng)和壓電驅(qū)動(dòng)器，但不限于此。所述換能器將超聲能量源99提供的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。所述換能器能夠能以充分的約束在近端31處與超聲探針15接合，以形成能將超聲能量源99提供的超聲能量傳播的聲物質(zhì)(acoustical mass)。超聲能量源99給位于手柄88內(nèi)的所述換能器提供電信號(hào)。
醫(yī)療專家通過脈管系統(tǒng)44上的插入點(diǎn)進(jìn)入脈管系統(tǒng)44中。包括(但不限于)脈管導(dǎo)引器的一裝置(device)可以用于在脈管系統(tǒng)44上產(chǎn)生插入點(diǎn)以進(jìn)入脈管系統(tǒng)44。受讓人的尚待批準(zhǔn)的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/080,787描述了與超聲探針一起使用的脈管導(dǎo)引器，且整個(gè)該申請(qǐng)通過援引而在此合并。
超聲探針15通過脈管系統(tǒng)上的插入點(diǎn)進(jìn)入脈管系統(tǒng)44，超聲探針15移動(dòng)到接近于脈管系統(tǒng)44中的生物材料16。在超聲探針15移動(dòng)到接近于脈管系統(tǒng)44中的生物材料16時(shí)，超聲探針15彎曲穿過脈管系統(tǒng)44的彎曲路徑(tortuous paths)。超聲探針15具有的剛度賦予了超聲探針15柔性以使超聲探針15偏轉(zhuǎn)、撓曲、彎曲通過人體的脈管系統(tǒng)44的彎曲路徑。超聲探針15可以彎曲、撓曲和偏轉(zhuǎn)以抵達(dá)別的方式難于抵達(dá)的人體的脈管系統(tǒng)44中的生物材料16。通過沿著生物材料16移動(dòng)、掃掠、彎曲、扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)超聲探針15，將超聲探針15放置成與生物材料16連通。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，移動(dòng)超聲探針以與生物材料連通的許多方法涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
取決于超聲能量源99和所述驅(qū)動(dòng)器，彎曲超聲探針15將影響超聲探針15的功能和性能。取決于特殊的彎曲位置和操作頻率，超聲能量可能不能沿著彎曲傳播，以允許沿著超聲探針15的工作段消融生物材料16。然而，為了使超聲能量沿著彎曲傳播以消融生物材料16，所述操作頻率需要變化。
例如，當(dāng)超聲探針彎曲穿過脈管系統(tǒng)內(nèi)的彎曲路徑時(shí)，利用共振驅(qū)動(dòng)器和以縱向振動(dòng)模式操作的現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)在消融人體內(nèi)的生物材料時(shí)受限。所述利用共振驅(qū)動(dòng)器和以縱向振動(dòng)模式操作的現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)不能將足夠的超聲能量傳遞到生物材料的目標(biāo)區(qū)域。彎曲超聲探針會(huì)在最大曲率位置處產(chǎn)生反射，如果所述驅(qū)動(dòng)器是共振裝置，則該反射與所述驅(qū)動(dòng)器發(fā)生干涉。彎曲超聲探針能導(dǎo)致縱向振動(dòng)模式或橫向振動(dòng)模式的激勵(lì)。如果超聲探針彎曲成使反射以正相關(guān)系(right phase relationship)返回，則所述反射能與所述驅(qū)動(dòng)器的縱向共振干涉或者能結(jié)構(gòu)性(constructively)地添加到所述驅(qū)動(dòng)器的所述縱向共振上，這便產(chǎn)生以縱向模式操作的超聲醫(yī)療設(shè)備。當(dāng)沿著人體脈管系統(tǒng)中的彎曲移動(dòng)超聲探針15時(shí)，超聲探針15將在任意位置彎曲。通過在所述任意位置彎曲超聲探針15，將存在一個(gè)頻率，通過該頻率在超聲探針15上產(chǎn)生理想的駐波(standing wave)。共振條件是以在超聲探針15上產(chǎn)生駐波為特征。
現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)是包括壓電驅(qū)動(dòng)器的共振系統(tǒng)，其中在壓電驅(qū)動(dòng)器的共振頻率下產(chǎn)生操作。通過壓電驅(qū)動(dòng)器，由于在其它頻率不能產(chǎn)生足夠的物理能量，所以在其它頻率下不會(huì)產(chǎn)生操作。現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)還利用了共振頻率的諧波(例如二次諧波、三次諧波)。然而，操作仍然處于共振頻率下，由此僅允許在或接近于所述壓電驅(qū)動(dòng)器的共振頻率下要產(chǎn)生的能量。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11包括變頻驅(qū)動(dòng)以及橫向振動(dòng)模式的操作。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11包括換能器，該換能器具有在寬頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)超聲探針15的能力，由此產(chǎn)生在寬頻率范圍內(nèi)的功率。如上所討論的，現(xiàn)有技術(shù)機(jī)構(gòu)利用在共振頻率下操作的壓電驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)超聲醫(yī)療設(shè)備。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11包括各種不在超聲探針15內(nèi)的共振頻率處的頻率下操作的寬帶換能器。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11在避免超聲探針15的縱向共振的同時(shí)激發(fā)超聲探針15的橫向共振。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11允許在多個(gè)頻率范圍下進(jìn)行變頻驅(qū)動(dòng)操作，因此反射可以控制成不與驅(qū)動(dòng)器同相或異相。于是，沒有與所述驅(qū)動(dòng)器干涉。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備允許將頻率改變以避免超聲探針15的縱向共振，并僅僅激發(fā)超聲探針15的橫向共振。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11允許改變操作頻率以使功率沿著彎曲傳播來最大化超聲探針15對(duì)生物材料的消融效果。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11允許使操作頻率變化以提供足夠的超聲能量的傳遞來消融生物材料。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11的變頻驅(qū)動(dòng)操作進(jìn)行成避免少量(sparsepopulation)的縱向振動(dòng)模式和優(yōu)先激發(fā)大量(large population)的橫向振動(dòng)模式以使生物材料消融的效果最大化。由于有很多橫向振動(dòng)模式，所以通過改變頻率改變了超聲探針15上的波形，由此為激發(fā)橫向振動(dòng)模式創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11包括避免所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)的共振頻率的寬帶換能器。與現(xiàn)有技術(shù)換能器相反，本發(fā)明的寬帶換能器沒有鎖定于共振頻率并在共振頻率下驅(qū)動(dòng)的共振。具有共振的換能器在寬頻率范圍內(nèi)給出不均勻的功率輸出。本發(fā)明的寬帶換能器允許在超聲醫(yī)療設(shè)備11操作的頻率范圍內(nèi)的均勻動(dòng)力輸出。在本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例中，所述換能器是磁致伸縮(magnetostrictive)機(jī)構(gòu)。對(duì)于相同給定的的功率輸入量，所述磁致伸縮機(jī)構(gòu)允許更大的位移，可以供無共振換能器之用。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述換能器是類似于在傳統(tǒng)音頻揚(yáng)聲器中使用的音圈(voicecoil)機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述換能器是氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所述換能器可以是本領(lǐng)域已知的在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)可進(jìn)行變頻驅(qū)動(dòng)操作同時(shí)避免任何共振的許多機(jī)構(gòu)，這涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
所述驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械設(shè)計(jì)避免所述驅(qū)動(dòng)器中的銳共振(sharp resonance)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械參數(shù)(例如，相關(guān)的長(zhǎng)度和直徑以及預(yù)應(yīng)力的大小)選擇成使在所關(guān)心的頻率下的共振相對(duì)平而寬。在另一實(shí)施例中，所述機(jī)械驅(qū)動(dòng)器小到或硬到足以使聲音的共振高于驅(qū)動(dòng)頻率。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11的超聲能量源99是寬帶超聲能量源。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的所述超聲能量源是對(duì)所述驅(qū)動(dòng)器的電刺激源，而且超聲能量源本身不共振。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的所述超聲能量源能夠處理電動(dòng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)器的寬的帶寬。所述帶寬指的是在共振最大功率的一半處的共振寬度。例如，如果所述以共振頻率驅(qū)動(dòng)超聲醫(yī)療設(shè)備而且驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)整為獲得峰值功率的一半，那么這就稱為半帶寬及這就是半帶寬是如何定義的。
圖5示出了本發(fā)明的超聲探針15，所述超聲探針15與人體脈管系統(tǒng)內(nèi)的生物材料連通，同時(shí)顯現(xiàn)了多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)40和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)42。在圖5中，超聲探針15隨著脈管系統(tǒng)的彎曲路徑并將超聲能量沿著脈管系統(tǒng)的彎曲傳遞。在脈管系統(tǒng)內(nèi)的所述彎曲之前、沿著脈管系統(tǒng)內(nèi)的所述彎曲以及在脈管系統(tǒng)內(nèi)的所述彎曲之后，多個(gè)反節(jié)點(diǎn)42沿著超聲探針15的縱軸定位。本發(fā)明的變頻驅(qū)動(dòng)改變驅(qū)動(dòng)頻率以保證超聲能量沿著探針的包括彎曲之后部分的長(zhǎng)度傳遞，以消融生物材料16。如之前所討論的，脈管系統(tǒng)的彎曲路徑帶給共振超聲系統(tǒng)多個(gè)問題，其中，超聲探針不能將足夠的超聲能量傳遞到生物材料。
圖8A和圖8B示出了在改變超聲探針15的操作頻率的情況下，提供充足的超聲能量傳輸以消融生物材料16。在許多情況下，不可能將超聲探針15移動(dòng)到更有利的位置。圖8A和圖8B示出了在多個(gè)位置彎曲超聲探針15相對(duì)于以兩種不同頻率激勵(lì)超聲探針15的效果。
圖8A和圖8B示出了隨著彎曲位置從近端31到遠(yuǎn)端24變化，當(dāng)探針放置在脈管系統(tǒng)內(nèi)的彎曲內(nèi)時(shí)，沿著超聲探針15的工作段的功率分布。工作段的功率從代表最大能量的波峰104到代表最小能量的波谷107。注意，彎曲形狀的功率的波峰104和波谷107不同于橫向節(jié)點(diǎn)40和橫向反節(jié)點(diǎn)42。示出的彎曲位置106給出了改變超聲探針15的操作頻率的效果。波峰104代表沿著超聲探針15的縱軸的區(qū)域，在這些區(qū)域中，超聲探針15可以顯著地彎曲并且仍產(chǎn)生顯著的功率。波谷107代表如果超聲探針15顯著地彎曲則功率顯著地下降的區(qū)域。如圖8A所示，對(duì)在示例頻率21kHz下操作超聲探針15來說，彎曲位置106與波谷107處的最小功率相吻合。通過將操作頻率改變到另外的示例頻率23kHz，相同的彎曲位置106與圖8B中所示的最大功率大體相吻合。改變所述頻率也就改變了相鄰波谷107之間的距離或相鄰波峰104之間的距離。例如，在圖8A中，示例頻率21kHz使得相鄰波谷107之間的距離或相鄰波峰104之間的距離約為12厘米。在圖8B中，示例頻率23kHz使得相鄰波谷107之間的距離或相鄰波峰104之間的距離約為11厘米。
超聲探針15放置成與生物材料16連通，然后激發(fā)超聲能量源99。通過超聲探針15的非線性動(dòng)態(tài)彎曲，所述電極臂產(chǎn)生了沿著至少超聲探針15的部分縱軸的橫向波。隨著橫向波沿著超聲探針15的縱軸傳播，沿著超聲探針15的縱軸產(chǎn)生了橫向超聲振動(dòng)。超聲探針15以橫向振動(dòng)模式振動(dòng)。超聲探針15的所述橫向振動(dòng)模式與現(xiàn)有技術(shù)中所披露的軸向(或縱向)振動(dòng)模式不同。沿著超聲探針15的縱軸的所述橫向超聲振動(dòng)產(chǎn)生了沿著超聲探針15的部分縱軸的多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)。
圖4示出了沿著超聲探針15的部分縱軸具有多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)40和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)42的本發(fā)明的超聲探針15。橫向節(jié)點(diǎn)40是最小能量和最小振動(dòng)區(qū)域。橫向反節(jié)點(diǎn)42，即最大能量和最大振動(dòng)區(qū)域，發(fā)生在沿著超聲探針15的所述部分縱軸的重復(fù)間隔處。超聲探針15的橫向節(jié)點(diǎn)40和橫向反節(jié)點(diǎn)42的數(shù)量、以及所述橫向節(jié)點(diǎn)40和所述橫向反節(jié)點(diǎn)42的間距依賴于由超聲能量源99產(chǎn)生的能量的頻率。橫向節(jié)點(diǎn)40和橫向反節(jié)點(diǎn)42的間隔(separation)是頻率的函數(shù)，而且可以通過調(diào)節(jié)(tune)超聲探針15來影響所述間隔。在適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)超聲探針15時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)橫向反節(jié)點(diǎn)42位于所述橫向節(jié)點(diǎn)40之間的距離的一半處，所述橫向節(jié)點(diǎn)40鄰接于所述橫向反節(jié)點(diǎn)42的每一側(cè)。
所述橫向波沿著超聲探針15的縱軸傳播，且超聲探針15的表面與超聲探針15周圍的介質(zhì)之間的相互作用在所述周圍介質(zhì)中產(chǎn)生聲波。隨著所述橫向波沿著超聲探針15的縱軸傳播，超聲探針15橫向地振動(dòng)。超聲探針15的所述橫向運(yùn)動(dòng)在超聲探針15周圍的介質(zhì)中產(chǎn)生孔洞(cavitation)以消融生物材料16。成洞是一種過程，其中通過超聲探針15的快速運(yùn)動(dòng)而在周圍介質(zhì)中形成小的孔洞，且所述孔洞接著被迫壓縮。所述孔洞的壓縮產(chǎn)生聲能波，所述聲能波溶解(dissolve)釘扎(bind)生物材料16的基質(zhì)(matrix)，同時(shí)對(duì)健康組織無損傷作用。
生物材料16分解為具有尺寸相當(dāng)于紅血細(xì)胞(直徑大約為5微米)的粒子。所述粒子的尺寸使得粒子容易地通過傳統(tǒng)方法從人體內(nèi)排出或簡(jiǎn)單地溶解進(jìn)入血流中。從人體內(nèi)排出所述粒子的傳統(tǒng)方法包括將所述粒子通過所述血流傳送到腎，在此所述粒子作為人體的廢物被排泄。
超聲探針15的所述橫向超聲振動(dòng)導(dǎo)致超聲探針15的部分縱軸沿著不平行于超聲探針15縱軸的方向振動(dòng)。所述橫向振動(dòng)導(dǎo)致超聲探針15的縱軸在大體與超聲探針15的縱軸相垂直的方向上運(yùn)動(dòng)。在受讓人的美國(guó)專利No.6,551,337、No.6,652,547、No.6,660,013、No.6,695,781中描述了用于生物材料消融的橫向振動(dòng)的超聲探針，所述專利還描述了用于這種超聲探針的設(shè)計(jì)參數(shù)和超聲探針在用于消融的超聲裝置中的應(yīng)用，由此所有所述專利通過援引用而在此合并。
作為超聲探針15的所述橫向超聲振動(dòng)的結(jié)果，超聲醫(yī)療設(shè)備11的生物材料16的破壞效果不限于超聲探針15可以與生物材料16接觸的那些區(qū)域。更確切地，當(dāng)超聲探針15的部分縱軸定位于接近生物材料16時(shí)，在所有與多個(gè)有力的(energetic)橫向節(jié)點(diǎn)40和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)42相鄰的區(qū)域內(nèi)生物材料16被去除，其中所述多個(gè)有力的橫向節(jié)點(diǎn)40和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)42沿著超聲探針15的縱軸的部分長(zhǎng)度產(chǎn)生，典型地在具有繞著超聲探針15的大到約6mm半徑的區(qū)域中產(chǎn)生。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是利用與現(xiàn)有技術(shù)探針相比具有極小直徑的超聲探針15的能力，由于生物材料的破碎過程不依賴于針尖9的區(qū)域，所以沒有效率損失。因此，高度柔韌的超聲探針15可以設(shè)計(jì)成易于插入到生物材料區(qū)域中或包含生物材料的極窄空隙(interstice)內(nèi)。本發(fā)明所具備的另一優(yōu)點(diǎn)是使生物材料16快速地移動(dòng)離開柱形或管狀表面內(nèi)的較大區(qū)域。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11的變頻驅(qū)動(dòng)操作成每次以一種頻率驅(qū)動(dòng)超聲醫(yī)療設(shè)備11。隨著驅(qū)動(dòng)頻率的改變，超聲探針15的消融效果也得以變化。本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的所述超聲探針包括許多橫向振動(dòng)模式。例如，對(duì)于具有長(zhǎng)度大約135厘米、直徑約0.018英寸的超聲探針而言，每大約1500Hz發(fā)生超聲探針15的縱向共振。大約每200Hz到140Hz，發(fā)生超聲探針15的橫向共振。因此，由于變化了所述驅(qū)動(dòng)頻率，所以改變頻率以發(fā)現(xiàn)橫向共振要比發(fā)現(xiàn)縱向共振容易。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的所述變頻驅(qū)動(dòng)是開環(huán)驅(qū)動(dòng)(openloop drive)，所述開環(huán)驅(qū)動(dòng)允許所述換能器上的頻率連續(xù)變化，而不需要知道從超聲探針15上返回什么。在所述開環(huán)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，頻率在已知的有用范圍內(nèi)變化，且不需要反饋。所述操作頻率范圍通過制造公差和規(guī)格來預(yù)定，從而每個(gè)換能器將在同樣范圍下操作。超聲能量源99能針對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)程序化，而不需要任何反饋。在本實(shí)施例中，所述探針在生物材料發(fā)生消融的頻率之間操作，但在其它時(shí)候，所述探針在生物材料不發(fā)生消融的頻率之間操作。在本實(shí)施例中，超聲能量源99不執(zhí)行預(yù)操作掃描。
通過類似于圖8A和圖8B所示的示例，可最好地來在結(jié)構(gòu)上理解超聲醫(yī)療設(shè)備11的變頻操作的所述開環(huán)驅(qū)動(dòng)構(gòu)造的功能特點(diǎn)。假設(shè)21kHz驅(qū)動(dòng)在超聲探針15上產(chǎn)生大約10.5個(gè)周期的干涉圖形(也就是，橫向節(jié)點(diǎn)和橫向反節(jié)點(diǎn)圖形以大約10.5厘米分開)、23kHz驅(qū)動(dòng)在超聲探針15上產(chǎn)生大約11.5個(gè)周期的干涉圖形、以及25kHz的驅(qū)動(dòng)在超聲探針15上產(chǎn)生大約12.5個(gè)周期的干涉圖形，則超聲探針15的特殊彎曲形狀將影響超聲探針15的橫向超聲振動(dòng)和生物材料的消融效果。例如，在某一應(yīng)用情景下，可以推測(cè)超聲探針15以特殊的方式彎曲以使超聲探針15在所述21kHz操作頻率下不產(chǎn)生用于消融生物材料的、且沿著該彎曲傳播超聲能量的橫向超聲振動(dòng)。然而，在所述23kHz和25kHz操作頻率下，超聲探針15產(chǎn)生用于消融生物材料的、且沿著該彎曲傳播超聲能量的橫向超聲振動(dòng)。在該結(jié)構(gòu)的超聲醫(yī)療設(shè)備11的變頻驅(qū)動(dòng)的所述開環(huán)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，所述操作頻率在約20kHz到約26kHz之間的范圍內(nèi)緩慢地被調(diào)制，由此三分之二的時(shí)間產(chǎn)生所述超聲探針的所述橫向超聲振動(dòng)以及生物材料消融效果。相反，現(xiàn)有技術(shù)共振系統(tǒng)僅在一個(gè)頻率下操作，且不產(chǎn)生所述超聲探針的生物材料破壞效果。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，為了將頻率改變到發(fā)生生物材料消融的頻率下，本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11的變頻驅(qū)動(dòng)在獲得來自超聲探針15的實(shí)時(shí)反饋的閉環(huán)下操作。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，環(huán)路是閉合的，且搜索了各種參數(shù)，這些參數(shù)包括(但不限于)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于反饋信號(hào)的相對(duì)相位、該相位關(guān)系的變化相對(duì)于驅(qū)動(dòng)頻率變化的比率，所述各種參數(shù)有助于超聲能量源99決定在哪個(gè)頻率下進(jìn)行掃描(sweep)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11通過搜索返回信號(hào)的相位角來搜索生物材料16消融發(fā)生的頻率。不管驅(qū)動(dòng)是否為共振，超聲探針15和超聲醫(yī)療設(shè)備11的其余部分的確具有共振，所述共振是基于來自所述驅(qū)動(dòng)器的電流電壓的反饋或者來自超聲醫(yī)療設(shè)備11的獨(dú)立麥克風(fēng)元件的反饋來檢測(cè)的。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備11通過基于產(chǎn)生的寬帶不規(guī)則噪聲檢測(cè)孔洞來搜索生物材料16消融發(fā)生的頻率。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，包括麥克風(fēng)的另外的換能器用于拾取超聲探針15的反射波。當(dāng)成洞發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)以有助于識(shí)別生物材料16發(fā)生消融的頻率。當(dāng)以橫向振動(dòng)模式發(fā)生操作時(shí)，還有許多同時(shí)激勵(lì)出來的不同頻率。以橫向振動(dòng)模式的操作產(chǎn)生了通過麥克風(fēng)拾取的特殊噪音。
本發(fā)明的超聲醫(yī)療設(shè)備的所述變頻驅(qū)動(dòng)操作成在與所述縱軸垂直的方向上振動(dòng)超聲探針15。當(dāng)沿著彎曲使超聲探針15撓曲時(shí)，由于所述變頻驅(qū)動(dòng)使操作能在一定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行，所以所述變頻驅(qū)動(dòng)提高了超聲探針15的消融效果。由于在給定的頻率范圍中橫向振動(dòng)模式多于縱向振動(dòng)模式，因此增加了在橫向操作模式下操作超聲探針15的可能性。
圖6是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的框圖，其中超聲醫(yī)療設(shè)備11的系統(tǒng)111使用相位分析反饋。系統(tǒng)111由交流(AC)電源(圖中未示出)來供電。中央處理器(CPU)124預(yù)編程以產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)基于從系統(tǒng)111的其它功能塊中得到的反饋設(shè)定超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和幅值。數(shù)-模換能器(DAC)130在CPU 124的控制下產(chǎn)生模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)設(shè)定電壓控制振蕩器(VCO)128的輸出頻率和由功率放大器138產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)在送入換能器組件以產(chǎn)生超聲聲音能量之前，通過隔離屏障146電性隔離，其中所述換能器組件包含功率換能器140和感應(yīng)換能器(sensetransducer)142和超聲探針15。感應(yīng)換能器142用于為所述系統(tǒng)提供反饋。來自感應(yīng)換能器142的輸出信號(hào)在被所述系統(tǒng)使用之前必須通過隔離屏障146隔離。
根據(jù)下面的公式，相位探測(cè)器134用于比較功率放大器138的輸出電壓的相位和感應(yīng)換能器142的輸出電壓的相位Fin＝|Fin|(cos(ωot+φ1))Fout＝|Fout|(cos(ωot+φ2))φ=φ1-φ2=arccos(Fin|Fin|)-arccos(Fout|Fout|)]]>其中Fin是輸入函數(shù)(也就是，電壓驅(qū)動(dòng))；Fout是輸出函數(shù)(也就是，感應(yīng)換能器電壓)；t是獨(dú)立的變化時(shí)間；φ是測(cè)得的相位；ωo是驅(qū)動(dòng)頻率。
相位探測(cè)器134的輸出通過模-數(shù)換能器(ADC)126數(shù)字化并且送入CPU 124。反饋路徑用于判定在超聲探針15(換能器組件140的部分)上發(fā)生各種想要的和不想要的共振的頻率。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和從感應(yīng)換能器元件返回的電壓信號(hào)之間的相位差可以用于定位超聲探針15能執(zhí)行有用工作的操作頻率。隨著所述操作頻率在允許的頻率帶內(nèi)掃描，將會(huì)在超聲探針15上將會(huì)引起各種機(jī)械共振。
根據(jù)下面的公式，縱向共振發(fā)生在超聲探針15上。
Δf=c2L]]>其中
Δf是縱向共振之間的頻率間隔；c是在介質(zhì)中的縱向波速；L是超聲探針的長(zhǎng)度。
對(duì)于長(zhǎng)135厘米、由鈦構(gòu)成的超聲探針15來說，這等于約每1800Hz的縱向共振。
根據(jù)下面的公式，橫向共振發(fā)生于超聲探針15上fn=πKc(2n-1)38L2]]>其中fn是第n個(gè)橫向模式的頻率；K是橫截面的回轉(zhuǎn)半徑(對(duì)圓橫截面來說是d/4，其中d是超聲探針的直徑)；c是在介質(zhì)中的縱向波速；L是超聲探針的長(zhǎng)度；任何頻率周圍的頻率間隔可以通過取兩個(gè)連續(xù)模式之間的差從而由上述公式來判定。對(duì)于長(zhǎng)135厘米、由鈦構(gòu)成的超聲探針15來說，這等于在10kHz下每140Hz的橫向共振。因?yàn)檫@些縱向共振和橫向共振的存在，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和所述返回信號(hào)(驅(qū)動(dòng)電流或麥克風(fēng)元件電壓)之間的相位關(guān)系受到干擾。縱向共振在所述相位中引起大的干擾，橫向振動(dòng)在所述相位中引起小的干擾。下面的公式描述了決策規(guī)則∂φ∂ω>M,]]>縱向模式∂φ∂ω<N,]]>橫向模式其中，M是經(jīng)驗(yàn)判定的縱向模式的最慢變化速率，以及N是經(jīng)驗(yàn)判定的橫向模式的最快變化速率。
當(dāng)頻率掃描時(shí)，通過將相位相對(duì)于頻率進(jìn)行映射，可能執(zhí)行有用工作的頻率可以被確定并在移動(dòng)到不同的頻率之前被激勵(lì)一段給定的時(shí)間。還有，超聲醫(yī)療設(shè)備11在給定的驅(qū)動(dòng)頻率下的功效可以通過量化在從感應(yīng)換能器142返回的信號(hào)中出現(xiàn)的相位跳動(dòng)(jitter)來確定。即使當(dāng)超聲探針15以單一頻率來被激勵(lì)時(shí)，所導(dǎo)致的超聲探針15的運(yùn)動(dòng)將會(huì)引起多種其它的頻率，并因此引起將出現(xiàn)于從感應(yīng)換能器142返回的信號(hào)中的相位跳動(dòng)。在產(chǎn)品研發(fā)中，操作探針的相位跳動(dòng)在各種情況下被量化(例如傳給目標(biāo)區(qū)域的各種功率效率)。這種信息編入到CPU存儲(chǔ)器中。在操作時(shí)，將功率傳遞的頻率調(diào)整為在允許的頻率帶內(nèi)的各種頻率。在每個(gè)操作頻率下，分析從所述感測(cè)換能器元件返回的信號(hào)，量化所述信號(hào)的跳動(dòng)?；诒容^的結(jié)果，對(duì)于使用的特殊頻率，可以作出判定。下面公式描述了判定原則∂φ∂t>ED]]>其中ED是經(jīng)驗(yàn)判定的最小相位跳動(dòng)，該最小相位跳動(dòng)與指定的驅(qū)動(dòng)電壓D下的有效功率傳遞相關(guān)。
如果判定這個(gè)頻率執(zhí)行有用的工作，則在這個(gè)功率移動(dòng)到不同的頻率之前，這個(gè)頻率可以用于在給定時(shí)間段內(nèi)將有用的能量傳遞給超聲探針15。如果判定這個(gè)頻率不能執(zhí)行有用的工作，則所述系統(tǒng)能立即移動(dòng)到不同頻率下并在所述不同頻率下進(jìn)行測(cè)試操作。
圖7是本發(fā)明的又一實(shí)施例的框圖，其中所述超聲醫(yī)療設(shè)備的系統(tǒng)191使用波譜分析反饋。所述系統(tǒng)由交流(AC)電源(圖中未示出)供電。中央處理單元(CPU)154預(yù)編程以產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)基于從所述系統(tǒng)的其它功能塊中所得到的反饋設(shè)定超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和幅值。數(shù)-模換能器(DAC)160在CPU154的控制下產(chǎn)生模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)設(shè)定電壓控制振蕩器158的輸出頻率和由功率放大器(VCO)168產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅值。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)在被送入到換能器組件以產(chǎn)生超聲聲音能量之前通過隔離屏障176電性隔離，該換能器組件包含功率換能器170和讀出換能器172和超聲探針15。感應(yīng)換能器172用于為所述系統(tǒng)提供反饋。來自感應(yīng)換能器172的輸出信號(hào)由所述系統(tǒng)使用之前必須通過隔離屏障176隔離。所述信號(hào)通過模-數(shù)換能器(ADC)178數(shù)字化并傳到波譜分析器180。波譜分析器180將關(guān)于感應(yīng)換能器的輸出信號(hào)的頻率波譜的信息提供給CPU 154，該信息使CPU 154判定所述系統(tǒng)在當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率下的功效。基于這個(gè)反饋，CPU154將會(huì)以當(dāng)前的頻率驅(qū)動(dòng)所述換能器組件，或者移動(dòng)到不同的頻率下并判定所述系統(tǒng)在新頻率下的功效。在所述設(shè)備內(nèi)的感應(yīng)換能器172產(chǎn)生包含涉及超聲探針15性能的信息在內(nèi)的輸出信號(hào)。即使當(dāng)超聲探針15以單一頻率來被激勵(lì)時(shí)，所導(dǎo)致的超聲探針15的運(yùn)動(dòng)也會(huì)引起將出現(xiàn)在超聲探針15內(nèi)的各種其它頻率。在產(chǎn)品研發(fā)中，收集了在多種情況下操作探針的波譜(例如，各種傳遞給目標(biāo)區(qū)域的功率的效率)。與最優(yōu)性能相關(guān)聯(lián)的波譜(或波譜的重要特征)存儲(chǔ)在CPU 154的存儲(chǔ)器里。在操作中，將功率傳遞的頻率調(diào)整到在允許的頻率帶內(nèi)的各種頻率。在每種操作頻率下，分析從感應(yīng)換能器元件172返回的信號(hào)，并將該信號(hào)的波譜(或波譜的重要特征)與前面收集的探針波譜進(jìn)行對(duì)比?；趯?duì)比的結(jié)果，對(duì)于使用的特殊頻率可以作出判定。如果判定這個(gè)頻率執(zhí)行有用的工作，則在這個(gè)頻率移動(dòng)到不同的頻率之前，這個(gè)頻率可以用于在給定時(shí)間段內(nèi)將有用的能量傳遞給超聲探針15。如果判定這個(gè)頻率不能執(zhí)行有用的工作，則所述系統(tǒng)能立即移動(dòng)到不同頻率下并在所述不同頻率下進(jìn)行測(cè)試操作。
為了通過模-數(shù)換能器(ADC)126、156將反饋提供給CPU 124、154，在所述系統(tǒng)中還可以有功率表36、66。從功率表36、66得到的所述反饋可以用于避免在那些所述換能器不能給超聲探針提供能量的頻率下花費(fèi)驅(qū)動(dòng)所述系統(tǒng)的操作時(shí)間。為了更精確地控制功率傳遞，所述反饋還可以允許調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值。功率表36、66根據(jù)下面的公式進(jìn)行操作平均功率，P=∫T0T0+2πωoωo2πV×Idt]]>其中T0是任意固定的時(shí)間；驅(qū)動(dòng)電壓，V＝Acos(ωot+φ)；驅(qū)動(dòng)電流，I＝Bcos(ωot+φ)。
功率表36、66不會(huì)有助于頻率的精密調(diào)整，所述功率表僅僅是作為所傳遞的功率的粗測(cè)。所述功率表不能在有用功率和不做有用工作的功率之間進(jìn)行辨別。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述系統(tǒng)使用了相位分析反饋源。所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓與電流之間的相位差148，而不是所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓與從所述感應(yīng)換能器元件返回的電壓信號(hào)之間的相位差，可以用于定位柔性探針可以執(zhí)行有用工作的操作頻率。
閉環(huán)操作可以是掃描閉環(huán)(scan closed loop)/運(yùn)行開環(huán)(run open loop)或運(yùn)行閉環(huán)(run closed loop)。這兩種類型的閉環(huán)操作是相似的。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，閉環(huán)操作模式是掃描閉環(huán)/運(yùn)行開環(huán)，其中有兩種不同的操作情況掃描和傳遞能量。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，閉環(huán)操作模式是運(yùn)行閉環(huán)，其中有用的能量傳遞到柔性探針，并同時(shí)進(jìn)行頻率分析。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域已知的其它閉環(huán)操作也涵蓋于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述開環(huán)操作模式具有在允許的頻率帶內(nèi)緩慢變化(調(diào)制)的驅(qū)動(dòng)頻率。所述頻率調(diào)制是時(shí)間的規(guī)定函數(shù)(也就是，正弦的)，且調(diào)制信號(hào)帶限于比大約100Hz小。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，存在多種頻率下的同時(shí)激勵(lì)為了使到給目標(biāo)區(qū)域傳遞的能量最大化，若干VCO可以用于同時(shí)地在若干頻率下驅(qū)動(dòng)所述功率換能器。
在本發(fā)明的一可替換實(shí)施例中，超聲探針15以扭轉(zhuǎn)模式被振動(dòng)。在所述振動(dòng)的扭轉(zhuǎn)模式下，超聲探針15的縱向軸的部分由徑向不對(duì)稱的橫截面構(gòu)成，且超聲探針15的長(zhǎng)度選擇成在扭轉(zhuǎn)模式下共振。在所述振動(dòng)的扭轉(zhuǎn)模式下，換能器將從超聲能量源99上接收的超聲能量傳給超聲探針15，從而引起超聲探針15扭轉(zhuǎn)地振動(dòng)。超聲能量源99產(chǎn)生電能，該電能用于沿著超聲探針15的縱軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是扭轉(zhuǎn)振蕩(torsionaloscillation)。由此，沿著超聲探針15的包括探針尖9的、縱軸的等距點(diǎn)在相對(duì)于超聲探針15縱軸的短弧內(nèi)來回振動(dòng)。與多個(gè)扭轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)(torsional node)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接近的部分和與多個(gè)扭轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離的部分異相振動(dòng)，同時(shí)所述接近的部分順時(shí)針振動(dòng)，而所述遠(yuǎn)離的部分逆時(shí)針振動(dòng)，反之亦然。所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)導(dǎo)致以最小超聲能量損失給生物材料傳遞超聲能量，其中所述超聲能量的損失能限制超聲醫(yī)療設(shè)備11的效率。所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)產(chǎn)生循著超聲探針15的縱軸的旋轉(zhuǎn)和反旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)和反旋轉(zhuǎn)沿著超聲探針15的部分縱軸產(chǎn)生多個(gè)扭轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)扭轉(zhuǎn)反節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)和反節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致沿著超聲探針15的部分縱軸的孔洞，超聲探針15包括消融生物材料的位于圍繞超聲探針15的介質(zhì)中的徑向不對(duì)稱橫截面。用于以扭轉(zhuǎn)模式操作的超聲醫(yī)療設(shè)備的裝置和方法描述于受讓人的尚待批準(zhǔn)的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/774,985，因此整個(gè)該申請(qǐng)通過援引在此合并。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，超聲探針15以扭轉(zhuǎn)模式和橫向模式振動(dòng)。換能器將來自超聲能量源99的超聲能量傳遞給超聲探針15，以使超聲探針15產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)包括沿超聲探針工作段的橫向振動(dòng)，所述橫向振動(dòng)沿著所述工作段產(chǎn)生多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)反節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)和所述多個(gè)反節(jié)點(diǎn)在圍繞超聲探針的介質(zhì)中產(chǎn)生孔洞。超聲探針15的所述工作段既經(jīng)歷所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)又經(jīng)歷所述橫向振動(dòng)。
依賴于超聲探針15的物理特性(也就是，長(zhǎng)度、直徑等)和材料特性(也就是，屈服強(qiáng)度、模量等)，通過所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)激勵(lì)所述橫向振動(dòng)。由于共同的彈性力的剪切分量，所以所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和所述橫向振動(dòng)的耦合是可能的。當(dāng)所述換能器的頻率接近超聲探針15的橫向共振頻率時(shí)，所述橫向振動(dòng)就被引入。對(duì)每種扭轉(zhuǎn)模式來說，因?yàn)橛卸喾N接近的橫向振動(dòng)模式，所以所述扭轉(zhuǎn)模式振動(dòng)和所述橫向模式振動(dòng)的結(jié)合是可能的。通過對(duì)超聲探針15施加張力，例如通過彎曲超聲探針15，所述橫向振動(dòng)就調(diào)整為與所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一致。由于張力的改變，彎曲將引起頻率的漂移(shift)。在所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模式和所述橫向振動(dòng)模式下，超聲探針15的所述工作段沿與超聲探針15的縱軸不平行的方向振動(dòng)，同時(shí)沿超聲探針15縱軸的等距點(diǎn)在相對(duì)于超聲探針15縱軸的短弧內(nèi)來回振動(dòng)。在橫向模式和扭轉(zhuǎn)模式下操作的超聲醫(yī)療設(shè)備的裝置和方法描述于受讓人的尚待批準(zhǔn)的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/774,898，因此整個(gè)該申請(qǐng)通過援引在此合并。
這里引用的所有專利、專利申請(qǐng)和出版的文獻(xiàn)通過援引在此整個(gè)合并。盡管本發(fā)明已通過參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特別地示出和描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求書所界定的范圍內(nèi)，可在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種變型。
權(quán)利要求
1.一種用于消融生物材料的超聲醫(yī)療設(shè)備，包括超聲探針，其具有近端、遠(yuǎn)端和在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；換能器，其在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿著該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠(yuǎn)端；以及超聲能量源，其結(jié)合到該換能器，該能量源產(chǎn)生超聲能量；其中，在該可變頻率范圍內(nèi)對(duì)該超聲探針的驅(qū)動(dòng)使得該超聲能量沿著該超聲探針的彎曲傳播，以消融與該超聲探針連通的生物材料。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針包含允許該超聲探針彎曲、偏轉(zhuǎn)和撓曲的材料。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器獲得寬帶信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該超聲探針并且產(chǎn)生在寬范圍頻率內(nèi)的功率。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器不在該超聲探針的共振頻率的頻率下操作。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針被激勵(lì)產(chǎn)生多個(gè)橫向共振。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針被防止產(chǎn)生縱向共振。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器允許在該可變頻率范圍內(nèi)輸出均勻的功率。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器是磁致伸縮機(jī)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器是音圈機(jī)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器是氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲能量源是寬帶超聲能量源。
12.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該橫向超聲振動(dòng)沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)；所述橫向節(jié)點(diǎn)和所述橫向反節(jié)點(diǎn)在圍繞該超聲探針的介質(zhì)中產(chǎn)生孔洞以消融該生物材料。
13.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針在所述可變頻率范圍內(nèi)以開環(huán)形式被驅(qū)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針在所述可變頻率范圍內(nèi)以閉環(huán)形式被驅(qū)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器在所述可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生縱向超聲振動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器在所述可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)。
17.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針是一次性的。
18.如權(quán)利要求1所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
19.一種用于消融生物材料的超聲醫(yī)療設(shè)備，包括超聲探針，其具有近端、終結(jié)于探針針尖的遠(yuǎn)端及在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；換能器，其將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以沿著該超聲探針的縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠(yuǎn)端；其中，該超聲探針在可變頻率范圍內(nèi)以近似均勻的功率輸出被驅(qū)動(dòng)以消融該生物材料。
20.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲醫(yī)療設(shè)備允許超生能量沿著該超聲探針的彎曲傳播。
21.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該橫向超聲振動(dòng)沿該超聲探針的部分所述縱軸產(chǎn)生多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)。
22.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該橫向超聲振動(dòng)在圍繞該超聲探針的介質(zhì)中產(chǎn)生孔洞。
23.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器獲得寬帶信號(hào)以驅(qū)動(dòng)該超聲探針并產(chǎn)生寬頻率范圍的功率。
24.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，還包括接合于該換能器的、產(chǎn)生超聲能量的超聲能量源。
25.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針被激勵(lì)產(chǎn)生多個(gè)橫向共振。
26.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中該超聲探針被防止產(chǎn)生縱向共振。
27.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針在所述可變頻率范圍內(nèi)以開環(huán)形式被驅(qū)動(dòng)。
28.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針在所述可變頻率范圍內(nèi)以閉環(huán)形式被驅(qū)動(dòng)。
29.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器在所述可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生縱向超聲振動(dòng)。
30.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該換能器在所述可變頻率范圍驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)。
31.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
32.如權(quán)利要求19所述的超聲醫(yī)療設(shè)備，其中，該超聲探針供一個(gè)病人一次性使用。
33.一種沿超聲醫(yī)療設(shè)備的彎曲傳播超聲能量以消融生物材料的方法，包括下列步驟提供超聲醫(yī)療設(shè)備，該超聲醫(yī)療設(shè)備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、遠(yuǎn)端及在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；將該超聲探針插入到人體的脈管系統(tǒng)中；使該超聲探針沿所述脈管系統(tǒng)的彎曲而撓曲；將該超聲探針移動(dòng)到接近于該生物材料；致動(dòng)接合于該超聲探針的超聲能量源，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；以及在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以使該超聲能量沿該超聲探針的彎曲傳播以消融該生物材料。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括沿該超聲探針的部分所述縱軸產(chǎn)生多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)；
35.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括在所述可變頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻的功率輸出；
36.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括通過該超聲探針的所述橫向超聲振動(dòng)在圍繞該超聲探針的介質(zhì)中產(chǎn)生聲能。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括設(shè)置該超聲醫(yī)療設(shè)備的換能器，該換能器在所述可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括激勵(lì)該超聲探針產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)橫向共振。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括防止該超聲探針產(chǎn)生縱向共振。
40.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括提供一換能器，該換能器是磁致伸縮機(jī)構(gòu)。
41.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括提供一換能器，該換能器是聲圈機(jī)構(gòu)。
42.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括提供一換能器，該換能器是氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。
43.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括在所述可變頻率范圍內(nèi)以開環(huán)形式驅(qū)動(dòng)該超聲探針。
44.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括在所述可變頻率范圍內(nèi)以閉環(huán)形式驅(qū)動(dòng)該超聲探針。
45.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括沿該超聲探針的至少部分所述縱軸傳播縱向超聲振動(dòng)。
46.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括沿該超聲探針的至少部分所述縱軸傳播扭轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)。
47.如權(quán)利要求33所述的方法，還包括；使該超聲探針具有柔性以使該超聲探針偏轉(zhuǎn)和關(guān)節(jié)式結(jié)合。
48.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
49.一種消融接近人體脈管系統(tǒng)中彎曲處的生物材料的方法，包括下列步驟提供超聲醫(yī)療設(shè)備，該超聲醫(yī)療設(shè)備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、終結(jié)于探針針尖的遠(yuǎn)端及在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；將該超聲探針插入該脈管系統(tǒng)的插入點(diǎn)；使該超聲探針沿該脈管系統(tǒng)中的彎曲移動(dòng)；將該超聲探針放置成與該生物材料連通；致動(dòng)接合于該超聲探針的超聲能量源以產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)驅(qū)動(dòng)該超聲醫(yī)療設(shè)備的換能器以產(chǎn)生該超聲探針的橫向超聲振動(dòng)；在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針，以沿該超聲探針的彎曲保持生物材料的破壞效果。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括沿該超聲探針的部分所述縱軸產(chǎn)生多個(gè)橫向節(jié)點(diǎn)和多個(gè)橫向反節(jié)點(diǎn)。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括激勵(lì)該超聲探針產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)橫向共振。
52.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括在可變頻率范圍內(nèi)以開環(huán)形式驅(qū)動(dòng)該超聲探針。
53.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括在可變頻率范圍內(nèi)以閉環(huán)形式驅(qū)動(dòng)該超聲探針。
54.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括給該超聲醫(yī)療設(shè)備設(shè)置一換能器，該換能器在所述可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針。
55.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括沿該超聲探針的至少部分所述縱軸傳播縱向超聲振動(dòng)。
56.如權(quán)利要求49所述的方法，還包括沿該超聲探針的至少部分所述縱軸傳播扭轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)。
57.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
全文摘要
一種具有變頻驅(qū)動(dòng)的用以消融生物材料(16)的超聲醫(yī)療設(shè)備(11)的裝置和方法，該超聲醫(yī)療設(shè)備(11)包括超聲探針(15)，其具有近端(31)、遠(yuǎn)端(24)和在該近端和該遠(yuǎn)端之間的縱軸；換能器，其在可變頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)該超聲探針(15)以沿著該超聲探針(15)的至少部分所述縱軸產(chǎn)生橫向超聲振動(dòng)；連接器(33)，其將該超聲探針(15)的該近端(31)接合到該換能器的遠(yuǎn)端(86)；以及超聲能量源(99)，其連接到該換能器，該能量源產(chǎn)生超聲能量；其中，在可變頻率范圍內(nèi)對(duì)該超聲探針(15)的驅(qū)動(dòng)使得該超聲能量沿著該超聲探針(15)的彎曲傳播，以消融與該超聲探針(15)連通的生物材料(16)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101065066SQ200480044431
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者布拉德利·A.·黑爾, 凱爾·K.·亞爾格, 查爾斯·J.·小瓦達(dá)拉, 安東尼·W.·歐利里, 托馬斯·A.·墨菲, 羅伊·M.·羅伯遜 申請(qǐng)人:全音速醫(yī)學(xué)技術(shù)有限公司