具有變頻驅動的超聲醫療設備的製作方法

2023-09-18 15:47:30

專利名稱：具有變頻驅動的超聲醫療設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備，尤其涉及一種用於具有變頻驅動的用以消融(ablate)生物材料的超聲醫療設備的裝置和方法。
背景技術：
人體的運輸系統是脈管系統的複雜網絡，脈管系統包括動脈、靜脈、導管(vessel)、毛細管、腸、管道(duct)以及其它的人體管腔(lumen)，但不限於此。血液在人體內沿著超過七萬五千英裡長的脈管系統內週遊。當脈管系統首尾相連伸展時，脈管系統的長度近似等於環繞地球三周。人體的脈管系統從肺運輸氧氣，從細胞去除二氧化碳，而且將營養、激素以及水運載到人體各個部分。
全身的脈管系統彎曲以執行它們所起的各種功能。例如，人體內的循環是脈管系統的閉環，該閉環形成以心臟為中心的近似連續的8字。作為一個例子，心臟是雙循環系統，通過彎曲圍繞人體內的各種器官，肺動脈和肺靜脈從該雙循環系統進出。肺動脈將血液從心臟帶入肺，而肺靜脈將血液從肺帶入心臟。
在許多醫療過程中，醫療設備插入脈管系統並導航到治療位置。所述脈管系統的彎曲使難於將醫療設備操縱到所述治療位置。另外，所述脈管系統的彎曲能影響醫療設備工作部分的功能，因此需要對醫療設備進行特別設計。
Puskas等人的美國專利No.5,895,997披露了一種調頻超聲發生器，該調頻發生器用以驅動供超聲清洗使用的超聲換能器(ultrasonic transducer)。當發生器的輸出頻率為關於寬帶寬調製的方波頻率時，Puskas等人的發生器能夠對負載保持充分恆定的實際輸出。由於Puskas等人的上述裝置限於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範圍內操作，並且不包括任何用於發現特殊共振以及避免其它共振的機構。
Jones等人的美國專利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電路，該激勵電路通過由一接收晶體探測的振動，在發射壓電晶體內同時引起第一頻率振動和第二頻率振動。Jones等人的所述裝置利用了在若干頻率下同時以脈衝和共振進行操作的完全共振壓電晶體。
現有技術沒有提出這樣一種解決方案，即為超聲醫療設備提供均勻的功率輸出以補償當超聲醫療設備彎曲通過脈管系統的曲折路徑時導致的功率損失。現有技術的儀器未提供這樣一種解決方案，即在可變頻率範圍驅動超聲醫療設備，以使超聲能量沿著(about)超聲醫療設備的彎曲進行傳播的解決辦法。因此，當超聲醫療設備處於彎曲結構中時，本領域依然需要這樣的用於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、可靠的並提供均勻的功率輸出以消融生物材料。

發明內容
本發明提供了這樣一種裝置和方法，該裝置和方法用於利用超聲醫療設備在可變頻率範圍內使超聲能量沿著該超聲醫療設備的彎曲進行傳播，以消融生物材料。所述超聲醫療設備的超聲探針插入脈管系統的插入點內，並沿著該脈管系統的一個或多個彎曲被導航，且設置成與生物材料連通。所述超聲醫療設備的換能器可以在寬頻率範圍內驅動該超聲探針，以激勵該超聲探針的橫向共振，並使該超聲探針的生物材料破壞效果最大化。通過改變本發明的超聲醫療設備的操作頻率，增加了生物材料消融的有效區域。
一種具有變頻驅動的用於消融生物材料的超聲醫療設備，包括超聲探針，其具有近端、遠端和在該近端和該遠端之間的縱軸；換能器，其在可變頻率範圍內驅動該超聲探針，以沿著該超聲探針的至少部分所述縱軸產生橫向超聲振動；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠端；以及超聲能量源，其接合到該換能器，該超聲能量源產生超聲能量；其中，在可變頻率範圍內對該超聲探針的驅動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。
一種用於消融生物材料的超聲醫療設備，包括超聲探針，其具有近端、終結於探針針尖的遠端及在該近端和該遠端之間的縱軸；換能器，其將電能轉換為機械能，以沿著該超聲探針的縱軸產生橫向超聲振動；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠端；其中，該超聲探針在可變頻率範圍內以近似均勻的功率輸出被驅動以消融該生物材料。
一種沿超聲醫療設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置超聲醫療設備，該超聲醫療設備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、遠端及在該近端和該遠端之間的縱軸；將該超聲探針插入到人體的脈管系統中；使該超聲探針沿所述脈管系統中的彎曲而撓曲；將該超聲探針移動到接近於該生物材料；致動接合於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生橫向超聲振動；以及在可變頻率範圍內驅動該超聲探針，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內接近彎曲處的生物材料的方法，包括下列步驟提供超聲醫療設備，該超聲醫療設備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、終結於探針針尖的遠端及在該近端和該遠端之間的縱軸；將該超聲探針插入該脈管系統的插入點；使該超聲探針沿該脈管系統中的彎曲移動；將該超聲探針放置成與該生物材料連通；致動接合於該超聲探針的超聲能量源以產生電信號，該電信號驅動該超聲醫療設備的換能器以產生該超聲探針的橫向超聲振動；在可變頻率範圍內驅動該超聲探針，以沿該超聲探針的彎曲保持生物材料的破壞效果。
本發明提供了一種用於消融生物材料的具有變頻驅動的超聲醫療設備的裝置和方法。本發明提供了一種變頻驅動的超聲醫療設備，該超聲醫療設備簡單、用戶友好、節省時間、可靠以及節約成本。


參照附圖對本發明進一步解釋，其中，所有的附圖中相似的結構以相似的附圖標記標識。由於重點一般放在闡明本發明的原理，所以所示附圖無需按比例繪製。
圖1是沿著人體脈管系統的彎曲而撓曲的本發明的超聲醫療設備的側視圖
圖2是具有從超聲探針的近端到超聲探針的遠端的過渡段的本發明的超聲探針的側視圖；圖3是具有從超聲探針的近端到超聲探針的遠端近似均勻直徑的本發明的超聲探針的側視圖；圖4是示出了呈現出沿著超聲探針的部分縱軸的多個橫向節點和多個橫向反節點的本發明的超聲探針的側視圖；圖5是，示出了當與人體脈管系統內的生物材料連通時，呈現出多個橫向節點和多個橫向反節點的本發明的超聲探針的示意圖；圖6是使用相位分析反饋的本發明的超聲醫療設備的系統的優選實施例的框圖；圖7是使用波譜分析反饋的本發明的超聲醫療設備的系統的另一實施例的框圖；圖8A和圖8B示出了在多個位置彎曲超聲探針與在兩種不同頻率下激勵超聲探針的效果；圖8A是示出了當在21kHz頻率下激勵探針時在不同位置彎曲探針的效果的示意圖；圖8B是示出了當在23kHz頻率下激勵探針時在不同位置彎曲探針的效果的示意圖；當以上標識的圖闡明本發明的優選實施例時，如在討論中所注意到的，也仔細考慮了本發明的其它實施例。這些公開以代表性的且非限制性的方式介紹了本發明的示範性實施例。本領域技術人員可以設計出無數的落入本發明原理的範圍和精神之內的其它改型和實施例。
具體實施例方式
本發明提供了這樣一種裝置和方法，該裝置和方法用於利用超聲醫療設備在可變頻率範圍內使超聲能量沿著(about)該超聲醫療設備的彎曲進行傳播，以消融生物材料。所述超聲醫療設備的超聲探針插入脈管系統的插入點內，並沿著該脈管系統的一個或多個彎曲被導航，且設置成與生物材料連通。所述超聲醫療設備的換能器可以在寬頻率範圍內驅動該超聲探針，以激勵該超聲探針的橫向共振，並使該超聲探針的生物材料破壞效果最大化。通過改變本發明的超聲醫療設備的操作頻率，增加了生物材料消融的有效區域。
這裡用到了下述名詞和定義
這裡用到的「消融(ablate)」指移除、清除、破壞或帶走生物材料。這裡用到的「消融(ablation)」指生物材料的移除、清除、破壞或帶走。
這裡用到的「反節點(anti-node)」指位於或接近超聲探針的縱軸上的特定位置處超聲探針發射的最大能量帶。
這裡用到的「節點(node)」指位於或接近超聲探針的縱軸上的特定位置處超聲探針發射的最小能量帶。
這裡用到的「探針(probe)」指這樣一種裝置，該裝置能夠將超聲能量源發射的能量沿著探針縱軸傳播並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)」的多個節點和多個反節點定義)。
這裡用到的「生物材料(Biological Material)」指物質的集合，包括類似細胞組(a group of similar cells)、脈管內的血凝塊、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、動脈粥樣硬化斑塊(atherosclerotic plaque)、脂肪沉積、脂肪組織、動脈粥樣硬化膽固醇堆積、血栓、纖維狀材料堆積、動脈狹窄(arterial stenoses)、礦物、高含水率組織、血小板、細胞碎片(cellular debris)、廢物和其它梗塞材料，但不限於此。
這裡用到的「橫向(transvers)」指探針的振動不平行於探針縱軸。這裡用到的「橫波(transverse wave)」是沿探針傳播的一種波，其中介質的多個點處的擾動方向與波矢量不平行。
這裡用到的「脈管(vasculature)」指整個供血循環系統，包括靜脈系統、動脈系統和相關的導管、動脈、靜脈、毛細管、血液以及心臟。動脈系統是將攜有氧氣和養分的血液傳輸給組織的機構。靜脈系統是將攜有二氧化碳和新陳代謝副產物的血液傳輸以排洩的機構。
如圖1的附圖標記所示，變頻驅動的超聲醫療設備11的超聲探針大體在脈管系統中沿著彎曲54撓曲。超聲醫療設備11包括超聲探針15，該超聲探針15連接於用於產生超聲能量的超聲能量源或發生器99。手柄88包括近端87和遠端86，一換能器(transducer)被包圍在該手柄88內。
圖2示出了本發明的超聲探針15的優選實施例，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、結束於針尖9的遠端24、以及近端31和遠端24之間的縱軸。總體示於圖2的連接器33將探針15的近端31與手柄88內的所述換能器接合起來。在本發明一優選實施例中，所述連接器是快速裝拆系統。在受讓人的美國專利NO.6,695,782和受讓人的尚待批准(co-pending)的美國專利申請No.10/268,487和美國專利申請No.10/268,843的專利申請中，描述了一種具有快速裝拆卸系統的超聲醫療設備，上述文獻還描述了所述快速裝拆系統，而且由此所有這些專利和專利申請通過援引在此合併。
所述換能器具有與超聲能量源99接合的近端以及接合於超聲探針15的近端31的遠端，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動器。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示出了本發明的超聲探針15的替換實施例。在圖3所示的本發明的實施例中，超聲探針15的直徑從超聲探針15的近端31到超聲探針15的遠端24大體均勻。
在本發明的一優選實施例中，超聲探針15是線纜(wire)。在本發明的實施例中，超聲探針15是細長的。在本發明的一實施例中，超聲探針15的直徑以比兩個定義的間隔段更大的方式變化。在本發明的一實施例中，超聲探針15的過渡段82為漸細的，以沿著超聲探針15的縱軸從近端31到遠端24逐漸改變直徑。在本發明的另一實施例中，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到遠端24改變直徑。本領域技術人員將會認識到，可以有任意個定義的間隔段和過渡段，而且過渡段可以具有本領域已知的任意形狀。這些間隔段和過渡段均涵蓋於本發明的精神和範圍內。
在本發明的一實施例中，所述直徑從近端31到遠端24的逐漸改變發生在至少一個過渡段82處，同時每個過渡段82具有近似相等的長度。在本發明的另一實施例中，所述直徑從近端31到遠端24的逐漸改變發生在多個過渡段82處，且每個過渡段82具有不同的長度。過渡段82指的是直徑從第一直徑變化到第二直徑的段。
在本發明的一優選實施例中，超聲探針15具有小的直徑。在本發明的一優選實施例中，超聲探針15的橫截面近似圓形。在另一實施例中，超聲探針15的至少部分橫截面不是圓形。包括遠端具有非圓截面的線纜的超聲探針15可以導航穿過脈管系統。包括扁平線纜的超聲探針15易於在脈管系統中進行操縱。在本發明的另一實施例中，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，但不限於此。本領域技術人員將會認識到，本領域已知的其它橫截面幾何形狀將涵蓋於本發明的精神和範圍內。
在本發明的一實施例中，超聲探針15的遠端24的直徑約是0.004英寸。在本發明的另一實施例中，超聲探針15的遠端24的直徑約是0.015英寸。在本發明的又一實施例中，超聲探針15的遠端24的直徑在約0.003英寸和約0.025英寸之間變化。本領域技術人員將會認識到，超聲探針15的遠端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，且涵蓋於本發明的精神和範圍內。
在本發明的實施例中，超聲探針15的近端31的直徑約是0.012英寸。在本發明的另一實施例中，超聲探針15的近端31的直徑約是0.025英寸。在本發明的又一實施例中，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。本領域技術人員將認識到，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，且涵蓋於本發明的精神和範圍內。
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，但不限於此。在本發明的一優選實施例中，針尖9是平滑的，以防止損傷人體的脈管系統。在本發明的一實施例中，超聲能量源99是超聲醫療設備11的機械部分(physical part)。在本發明的另一實施例中，超聲能量源99不是超聲醫療設備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後可以被處理掉。在本發明的一優選實施例中，超聲探針15供一個病人一次性使用。在本發明的一優選實施例中，超聲探針15是一次性的。在本發明的一優選實施例中，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橫向超聲振動產生阻尼以由此在撓曲時支持橫向振動的材料來設計、構造以及形成。在本發明的一優選實施例中，超聲探針15含有鈦或鈦合金。鈦是一種堅固的、柔性的、低密度、低射線不透性和易加工的、用作結構材料的金屬。鈦及其合金具有在許多環境下的優異抗腐蝕性並具有好的高溫性能。在本發明的一優選實施例中，超聲探針15含有鈦合金Ti-6Al-4V。構成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％)。在本發明的另一實施例中，超聲探針15含有不鏽鋼。在本發明的又一實施例中，超聲探針15含有不鏽鋼合金。在本發明的又一實施例中，超聲探針15含有鋁。在本發明的又一實施例中，超聲探針15含有鋁合金。在本發明的又一實施例中，超聲探針15含有鈦和不鏽鋼的組合。
在本發明的再一實施例中，超聲探針15包含超彈性合金。即使在彎曲或拉伸時，當去除受力後，超彈性合金將回復原狀。超聲探針15可以包含本領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)，但不限於此。鎳鈦諾屬於金屬間材料族，其包含幾乎相等的鎳和鈦的混合物。所述材料的性質可以通過添加其它元素來調整或調節。鎳鈦諾沒有鈦硬，並且易於在脈管系統中操縱。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原狀的過程。這是稱為熱彈性馬氏體轉變的結晶相變的結果。在轉變溫度以下，鎳鈦諾是馬氏體。鎳鈦諾優異的抗腐蝕性、生物適應性和獨特的力學特性使得其很適用於醫療設備。本領域技術人員將會認識到，超聲探針可以包含本領域已知的許多其它金屬，且涵蓋於本發明的精神和範圍內。
超聲探針15的物理特性(即，長度、橫截面形狀、尺寸等)和材料特性(即，屈服強度、模量等)選擇成用於在橫向模式下操作超聲探針15。在本發明的一實施例中，超聲探針15的長度在約30釐米到約300釐米之間。本領域技術人員將認識到，超聲探針的長度可以比所述約30釐米小，可以比所述約300釐米大，可以在約30釐米和約300釐米之間，且涵蓋於本發明的精神和範圍內。
手柄88包圍位於超聲探針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、壓電麥克風和壓電驅動器，但不限於此。所述換能器將超聲能量源99提供的電能轉換成機械能。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(acoustical mass)。超聲能量源99給位於手柄88內的所述換能器提供電信號。
醫療專家通過脈管系統44上的插入點進入脈管系統44中。包括(但不限於)脈管導引器的一裝置(device)可以用於在脈管系統44上產生插入點以進入脈管系統44。受讓人的尚待批准的美國專利申請No.10/080,787描述了與超聲探針一起使用的脈管導引器，且整個該申請通過援引而在此合併。
超聲探針15通過脈管系統上的插入點進入脈管系統44，超聲探針15移動到接近於脈管系統44中的生物材料16。在超聲探針15移動到接近於脈管系統44中的生物材料16時，超聲探針15彎曲穿過脈管系統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、撓曲、彎曲通過人體的脈管系統44的彎曲路徑。超聲探針15可以彎曲、撓曲和偏轉以抵達別的方式難於抵達的人體的脈管系統44中的生物材料16。通過沿著生物材料16移動、掃掠、彎曲、扭轉或旋轉超聲探針15，將超聲探針15放置成與生物材料16連通。本領域技術人員將會認識到，移動超聲探針以與生物材料連通的許多方法涵蓋於本發明的精神和範圍內。
取決於超聲能量源99和所述驅動器，彎曲超聲探針15將影響超聲探針15的功能和性能。取決於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，當超聲探針彎曲穿過脈管系統內的彎曲路徑時，利用共振驅動器和以縱向振動模式操作的現有技術機構在消融人體內的生物材料時受限。所述利用共振驅動器和以縱向振動模式操作的現有技術機構不能將足夠的超聲能量傳遞到生物材料的目標區域。彎曲超聲探針會在最大曲率位置處產生反射，如果所述驅動器是共振裝置，則該反射與所述驅動器發生幹涉。彎曲超聲探針能導致縱向振動模式或橫向振動模式的激勵。如果超聲探針彎曲成使反射以正相關係(right phase relationship)返回，則所述反射能與所述驅動器的縱向共振幹涉或者能結構性(constructively)地添加到所述驅動器的所述縱向共振上，這便產生以縱向模式操作的超聲醫療設備。當沿著人體脈管系統中的彎曲移動超聲探針15時，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，將存在一個頻率，通過該頻率在超聲探針15上產生理想的駐波(standing wave)。共振條件是以在超聲探針15上產生駐波為特徵。
現有技術機構是包括壓電驅動器的共振系統，其中在壓電驅動器的共振頻率下產生操作。通過壓電驅動器，由於在其它頻率不能產生足夠的物理能量，所以在其它頻率下不會產生操作。現有技術機構還利用了共振頻率的諧波(例如二次諧波、三次諧波)。然而，操作仍然處於共振頻率下，由此僅允許在或接近於所述壓電驅動器的共振頻率下要產生的能量。
本發明的超聲醫療設備11包括變頻驅動以及橫向振動模式的操作。本發明的超聲醫療設備11包括換能器，該換能器具有在寬頻率範圍內驅動超聲探針15的能力，由此產生在寬頻率範圍內的功率。如上所討論的，現有技術機構利用在共振頻率下操作的壓電驅動器來驅動超聲醫療設備。本發明的超聲醫療設備11包括各種不在超聲探針15內的共振頻率處的頻率下操作的寬帶換能器。本發明的超聲醫療設備11在避免超聲探針15的縱向共振的同時激發超聲探針15的橫向共振。
本發明的超聲醫療設備11允許在多個頻率範圍下進行變頻驅動操作，因此反射可以控制成不與驅動器同相或異相。於是，沒有與所述驅動器幹涉。本發明的超聲醫療設備允許將頻率改變以避免超聲探針15的縱向共振，並僅僅激發超聲探針15的橫向共振。本發明的超聲醫療設備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對生物材料的消融效果。本發明的超聲醫療設備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。
本發明的超聲醫療設備11的變頻驅動操作進行成避免少量(sparsepopulation)的縱向振動模式和優先激發大量(large population)的橫向振動模式以使生物材料消融的效果最大化。由於有很多橫向振動模式，所以通過改變頻率改變了超聲探針15上的波形，由此為激發橫向振動模式創造了機會。
本發明的超聲醫療設備11包括避免所關心的頻率範圍內的共振頻率的寬帶換能器。與現有技術換能器相反，本發明的寬帶換能器沒有鎖定於共振頻率並在共振頻率下驅動的共振。具有共振的換能器在寬頻率範圍內給出不均勻的功率輸出。本發明的寬帶換能器允許在超聲醫療設備11操作的頻率範圍內的均勻動力輸出。在本發明的優先實施例中，所述換能器是磁致伸縮(magnetostrictive)機構。對於相同給定的的功率輸入量，所述磁致伸縮機構允許更大的位移，可以供無共振換能器之用。在本發明的另一實施例中，所述換能器是類似於在傳統音頻揚聲器中使用的音圈(voicecoil)機構。在本發明的又一實施例中，所述換能器是氣動機構。本領域技術人員將認識到，所述換能器可以是本領域已知的在所關心的頻率範圍內可進行變頻驅動操作同時避免任何共振的許多機構，這涵蓋於本發明的精神和範圍內。
所述驅動器的機械設計避免所述驅動器中的銳共振(sharp resonance)。在本發明的一個實施例中，機械參數(例如，相關的長度和直徑以及預應力的大小)選擇成使在所關心的頻率下的共振相對平而寬。在另一實施例中，所述機械驅動器小到或硬到足以使聲音的共振高於驅動頻率。
本發明的超聲醫療設備11的超聲能量源99是寬帶超聲能量源。本發明的超聲醫療設備的所述超聲能量源是對所述驅動器的電刺激源，而且超聲能量源本身不共振。本發明的超聲醫療設備的所述超聲能量源能夠處理電動機械驅動器的寬的帶寬。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動超聲醫療設備而且驅動頻率調整為獲得峰值功率的一半，那麼這就稱為半帶寬及這就是半帶寬是如何定義的。
圖5示出了本發明的超聲探針15，所述超聲探針15與人體脈管系統內的生物材料連通，同時顯現了多個橫向節點40和多個橫向反節點42。在圖5中，超聲探針15隨著脈管系統的彎曲路徑並將超聲能量沿著脈管系統的彎曲傳遞。在脈管系統內的所述彎曲之前、沿著脈管系統內的所述彎曲以及在脈管系統內的所述彎曲之後，多個反節點42沿著超聲探針15的縱軸定位。本發明的變頻驅動改變驅動頻率以保證超聲能量沿著探針的包括彎曲之後部分的長度傳遞，以消融生物材料16。如之前所討論的，脈管系統的彎曲路徑帶給共振超聲系統多個問題，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移動到更有利的位置。圖8A和圖8B示出了在多個位置彎曲超聲探針15相對於以兩種不同頻率激勵超聲探針15的效果。
圖8A和圖8B示出了隨著彎曲位置從近端31到遠端24變化，當探針放置在脈管系統內的彎曲內時，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不同於橫向節點40和橫向反節點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的縱軸的區域，在這些區域中，超聲探針15可以顯著地彎曲並且仍產生顯著的功率。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域。如圖8A所示，對在示例頻率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釐米。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釐米。
超聲探針15放置成與生物材料16連通，然後激發超聲能量源99。通過超聲探針15的非線性動態彎曲，所述電極臂產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的縱軸產生了橫向超聲振動。超聲探針15以橫向振動模式振動。超聲探針15的所述橫向振動模式與現有技術中所披露的軸向(或縱向)振動模式不同。沿著超聲探針15的縱軸的所述橫向超聲振動產生了沿著超聲探針15的部分縱軸的多個橫向節點和多個橫向反節點。
圖4示出了沿著超聲探針15的部分縱軸具有多個橫向節點40和多個橫向反節點42的本發明的超聲探針15。橫向節點40是最小能量和最小振動區域。橫向反節點42，即最大能量和最大振動區域，發生在沿著超聲探針15的所述部分縱軸的重複間隔處。超聲探針15的橫向節點40和橫向反節點42的數量、以及所述橫向節點40和所述橫向反節點42的間距依賴於由超聲能量源99產生的能量的頻率。橫向節點40和橫向反節點42的間隔(separation)是頻率的函數，而且可以通過調節(tune)超聲探針15來影響所述間隔。在適當地調節超聲探針15時，會發現橫向反節點42位於所述橫向節點40之間的距離的一半處，所述橫向節點40鄰接於所述橫向反節點42的每一側。
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周圍的介質之間的相互作用在所述周圍介質中產生聲波。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。超聲探針15的所述橫向運動在超聲探針15周圍的介質中產生孔洞(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的快速運動而在周圍介質中形成小的孔洞，且所述孔洞接著被迫壓縮。所述孔洞的壓縮產生聲能波，所述聲能波溶解(dissolve)釘扎(bind)生物材料16的基質(matrix)，同時對健康組織無損傷作用。
生物材料16分解為具有尺寸相當於紅血細胞(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方法從人體內排出或簡單地溶解進入血流中。從人體內排出所述粒子的傳統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洩。
超聲探針15的所述橫向超聲振動導致超聲探針15的部分縱軸沿著不平行於超聲探針15縱軸的方向振動。所述橫向振動導致超聲探針15的縱軸在大體與超聲探針15的縱軸相垂直的方向上運動。在受讓人的美國專利No.6,551,337、No.6,652,547、No.6,660,013、No.6,695,781中描述了用於生物材料消融的橫向振動的超聲探針，所述專利還描述了用於這種超聲探針的設計參數和超聲探針在用於消融的超聲裝置中的應用，由此所有所述專利通過援引用而在此合併。
作為超聲探針15的所述橫向超聲振動的結果，超聲醫療設備11的生物材料16的破壞效果不限於超聲探針15可以與生物材料16接觸的那些區域。更確切地，當超聲探針15的部分縱軸定位於接近生物材料16時，在所有與多個有力的(energetic)橫向節點40和多個橫向反節點42相鄰的區域內生物材料16被去除，其中所述多個有力的橫向節點40和多個橫向反節點42沿著超聲探針15的縱軸的部分長度產生，典型地在具有繞著超聲探針15的大到約6mm半徑的區域中產生。
本發明的創新點是利用與現有技術探針相比具有極小直徑的超聲探針15的能力，由於生物材料的破碎過程不依賴於針尖9的區域，所以沒有效率損失。因此，高度柔韌的超聲探針15可以設計成易於插入到生物材料區域中或包含生物材料的極窄空隙(interstice)內。本發明所具備的另一優點是使生物材料16快速地移動離開柱形或管狀表面內的較大區域。
本發明的超聲醫療設備11的變頻驅動操作成每次以一種頻率驅動超聲醫療設備11。隨著驅動頻率的改變，超聲探針15的消融效果也得以變化。本發明的超聲醫療設備的所述超聲探針包括許多橫向振動模式。例如，對於具有長度大約135釐米、直徑約0.018英寸的超聲探針而言，每大約1500Hz發生超聲探針15的縱向共振。大約每200Hz到140Hz，發生超聲探針15的橫向共振。因此，由於變化了所述驅動頻率，所以改變頻率以發現橫向共振要比發現縱向共振容易。
在本發明的一個實施例中，本發明的所述變頻驅動是開環驅動(openloop drive)，所述開環驅動允許所述換能器上的頻率連續變化，而不需要知道從超聲探針15上返回什麼。在所述開環驅動結構中，頻率在已知的有用範圍內變化，且不需要反饋。所述操作頻率範圍通過製造公差和規格來預定，從而每個換能器將在同樣範圍下操作。超聲能量源99能針對變頻驅動程序化，而不需要任何反饋。在本實施例中，所述探針在生物材料發生消融的頻率之間操作，但在其它時候，所述探針在生物材料不發生消融的頻率之間操作。在本實施例中，超聲能量源99不執行預操作掃描。
通過類似於圖8A和圖8B所示的示例，可最好地來在結構上理解超聲醫療設備11的變頻操作的所述開環驅動構造的功能特點。假設21kHz驅動在超聲探針15上產生大約10.5個周期的幹涉圖形(也就是，橫向節點和橫向反節點圖形以大約10.5釐米分開)、23kHz驅動在超聲探針15上產生大約11.5個周期的幹涉圖形、以及25kHz的驅動在超聲探針15上產生大約12.5個周期的幹涉圖形，則超聲探針15的特殊彎曲形狀將影響超聲探針15的橫向超聲振動和生物材料的消融效果。例如，在某一應用情景下，可以推測超聲探針15以特殊的方式彎曲以使超聲探針15在所述21kHz操作頻率下不產生用於消融生物材料的、且沿著該彎曲傳播超聲能量的橫向超聲振動。然而，在所述23kHz和25kHz操作頻率下，超聲探針15產生用於消融生物材料的、且沿著該彎曲傳播超聲能量的橫向超聲振動。在該結構的超聲醫療設備11的變頻驅動的所述開環驅動結構中，所述操作頻率在約20kHz到約26kHz之間的範圍內緩慢地被調製，由此三分之二的時間產生所述超聲探針的所述橫向超聲振動以及生物材料消融效果。相反，現有技術共振系統僅在一個頻率下操作，且不產生所述超聲探針的生物材料破壞效果。
在本發明的另一實施例中，為了將頻率改變到發生生物材料消融的頻率下，本發明的超聲醫療設備11的變頻驅動在獲得來自超聲探針15的實時反饋的閉環下操作。在本發明的這個實施例中，環路是閉合的，且搜索了各種參數，這些參數包括(但不限於)驅動信號相對於反饋信號的相對相位、該相位關係的變化相對於驅動頻率變化的比率，所述各種參數有助於超聲能量源99決定在哪個頻率下進行掃描(sweep)。
在本發明的一個實施例中，本發明的超聲醫療設備11通過搜索返回信號的相位角來搜索生物材料16消融發生的頻率。不管驅動是否為共振，超聲探針15和超聲醫療設備11的其餘部分的確具有共振，所述共振是基於來自所述驅動器的電流電壓的反饋或者來自超聲醫療設備11的獨立麥克風元件的反饋來檢測的。
在本發明的又一實施例中，本發明的超聲醫療設備11通過基於產生的寬帶不規則噪聲檢測孔洞來搜索生物材料16消融發生的頻率。在本發明的這個實施例中，包括麥克風的另外的換能器用於拾取超聲探針15的反射波。當成洞發生時，產生隨機信號以有助於識別生物材料16發生消融的頻率。當以橫向振動模式發生操作時，還有許多同時激勵出來的不同頻率。以橫向振動模式的操作產生了通過麥克風拾取的特殊噪音。
本發明的超聲醫療設備的所述變頻驅動操作成在與所述縱軸垂直的方向上振動超聲探針15。當沿著彎曲使超聲探針15撓曲時，由於所述變頻驅動使操作能在一定頻率範圍內進行，所以所述變頻驅動提高了超聲探針15的消融效果。由於在給定的頻率範圍中橫向振動模式多於縱向振動模式，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是本發明的優選實施例的框圖，其中超聲醫療設備11的系統111使用相位分析反饋。系統111由交流(AC)電源(圖中未示出)來供電。中央處理器(CPU)124預編程以產生信號，所述信號基於從系統111的其它功能塊中得到的反饋設定超聲驅動信號的頻率和幅值。數-模換能器(DAC)130在CPU 124的控制下產生模擬信號，該模擬信號設定電壓控制振蕩器(VCO)128的輸出頻率和由功率放大器138產生的驅動信號的幅值。所述驅動信號在送入換能器組件以產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和感應換能器(sensetransducer)142和超聲探針15。感應換能器142用於為所述系統提供反饋。來自感應換能器142的輸出信號在被所述系統使用之前必須通過隔離屏障146隔離。
根據下面的公式，相位探測器134用於比較功率放大器138的輸出電壓的相位和感應換能器142的輸出電壓的相位Fin＝|Fin|(cos(ωot+φ1))Fout＝|Fout|(cos(ωot+φ2))=1-2=arccos(Fin|Fin|)-arccos(Fout|Fout|)]]>其中Fin是輸入函數(也就是，電壓驅動)；Fout是輸出函數(也就是，感應換能器電壓)；t是獨立的變化時間；φ是測得的相位；ωo是驅動頻率。
相位探測器134的輸出通過模-數換能器(ADC)126數位化並且送入CPU 124。反饋路徑用於判定在超聲探針15(換能器組件140的部分)上發生各種想要的和不想要的共振的頻率。驅動信號的電壓和從感應換能器元件返回的電壓信號之間的相位差可以用於定位超聲探針15能執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掃描，將會在超聲探針15上將會引起各種機械共振。
根據下面的公式，縱向共振發生在超聲探針15上。
f=c2L]]>其中
Δf是縱向共振之間的頻率間隔；c是在介質中的縱向波速；L是超聲探針的長度。
對於長135釐米、由鈦構成的超聲探針15來說，這等於約每1800Hz的縱向共振。
根據下面的公式，橫向共振發生於超聲探針15上fn=Kc(2n-1)38L2]]>其中fn是第n個橫向模式的頻率；K是橫截面的迴轉半徑(對圓橫截面來說是d/4，其中d是超聲探針的直徑)；c是在介質中的縱向波速；L是超聲探針的長度；任何頻率周圍的頻率間隔可以通過取兩個連續模式之間的差從而由上述公式來判定。對於長135釐米、由鈦構成的超聲探針15來說，這等於在10kHz下每140Hz的橫向共振。因為這些縱向共振和橫向共振的存在，所述驅動信號和所述返回信號(驅動電流或麥克風元件電壓)之間的相位關係受到幹擾。縱向共振在所述相位中引起大的幹擾，橫向振動在所述相位中引起小的幹擾。下面的公式描述了決策規則>M,]]>縱向模式N,]]>橫向模式其中，M是經驗判定的縱向模式的最慢變化速率，以及N是經驗判定的橫向模式的最快變化速率。
當頻率掃描時，通過將相位相對於頻率進行映射，可能執行有用工作的頻率可以被確定並在移動到不同的頻率之前被激勵一段給定的時間。還有，超聲醫療設備11在給定的驅動頻率下的功效可以通過量化在從感應換能器142返回的信號中出現的相位跳動(jitter)來確定。即使當超聲探針15以單一頻率來被激勵時，所導致的超聲探針15的運動將會引起多種其它的頻率，並因此引起將出現於從感應換能器142返回的信號中的相位跳動。在產品研發中，操作探針的相位跳動在各種情況下被量化(例如傳給目標區域的各種功率效率)。這種信息編入到CPU存儲器中。在操作時，將功率傳遞的頻率調整為在允許的頻率帶內的各種頻率。在每個操作頻率下，分析從所述感測換能器元件返回的信號，量化所述信號的跳動。基於比較的結果，對於使用的特殊頻率，可以作出判定。下面公式描述了判定原則t>ED]]>其中ED是經驗判定的最小相位跳動，該最小相位跳動與指定的驅動電壓D下的有效功率傳遞相關。
如果判定這個頻率執行有用的工作，則在這個功率移動到不同的頻率之前，這個頻率可以用於在給定時間段內將有用的能量傳遞給超聲探針15。如果判定這個頻率不能執行有用的工作，則所述系統能立即移動到不同頻率下並在所述不同頻率下進行測試操作。
圖7是本發明的又一實施例的框圖，其中所述超聲醫療設備的系統191使用波譜分析反饋。所述系統由交流(AC)電源(圖中未示出)供電。中央處理單元(CPU)154預編程以產生信號，所述信號基於從所述系統的其它功能塊中所得到的反饋設定超聲驅動信號的頻率和幅值。數-模換能器(DAC)160在CPU154的控制下產生模擬信號，該模擬信號設定電壓控制振蕩器158的輸出頻率和由功率放大器(VCO)168產生的驅動信號幅值。所述驅動信號在被送入到換能器組件以產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。感應換能器172用於為所述系統提供反饋。來自感應換能器172的輸出信號由所述系統使用之前必須通過隔離屏障176隔離。所述信號通過模-數換能器(ADC)178數位化並傳到波譜分析器180。波譜分析器180將關於感應換能器的輸出信號的頻率波譜的信息提供給CPU 154，該信息使CPU 154判定所述系統在當前的驅動信號頻率下的功效。基於這個反饋，CPU154將會以當前的頻率驅動所述換能器組件，或者移動到不同的頻率下並判定所述系統在新頻率下的功效。在所述設備內的感應換能器172產生包含涉及超聲探針15性能的信息在內的輸出信號。即使當超聲探針15以單一頻率來被激勵時，所導致的超聲探針15的運動也會引起將出現在超聲探針15內的各種其它頻率。在產品研發中，收集了在多種情況下操作探針的波譜(例如，各種傳遞給目標區域的功率的效率)。與最優性能相關聯的波譜(或波譜的重要特徵)存儲在CPU 154的存儲器裡。在操作中，將功率傳遞的頻率調整到在允許的頻率帶內的各種頻率。在每種操作頻率下，分析從感應換能器元件172返回的信號，並將該信號的波譜(或波譜的重要特徵)與前面收集的探針波譜進行對比。基於對比的結果，對於使用的特殊頻率可以作出判定。如果判定這個頻率執行有用的工作，則在這個頻率移動到不同的頻率之前，這個頻率可以用於在給定時間段內將有用的能量傳遞給超聲探針15。如果判定這個頻率不能執行有用的工作，則所述系統能立即移動到不同頻率下並在所述不同頻率下進行測試操作。
為了通過模-數換能器(ADC)126、156將反饋提供給CPU 124、154，在所述系統中還可以有功率表36、66。從功率表36、66得到的所述反饋可以用於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驅動所述系統的操作時間。為了更精確地控制功率傳遞，所述反饋還可以允許調整所述驅動信號的幅值。功率表36、66根據下面的公式進行操作平均功率，P=T0T0+2oo2VIdt]]>其中T0是任意固定的時間；驅動電壓，V＝Acos(ωot+φ)；驅動電流，I＝Bcos(ωot+φ)。
功率表36、66不會有助於頻率的精密調整，所述功率表僅僅是作為所傳遞的功率的粗測。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行辨別。
在本發明的一實施例中，所述系統使用了相位分析反饋源。所述驅動信號的電壓與電流之間的相位差148，而不是所述驅動信號的電壓與從所述感應換能器元件返回的電壓信號之間的相位差，可以用於定位柔性探針可以執行有用工作的操作頻率。
閉環操作可以是掃描閉環(scan closed loop)/運行開環(run open loop)或運行閉環(run closed loop)。這兩種類型的閉環操作是相似的。在本發明的一實施例中，閉環操作模式是掃描閉環/運行開環，其中有兩種不同的操作情況掃描和傳遞能量。在本發明的另一實施例中，閉環操作模式是運行閉環，其中有用的能量傳遞到柔性探針，並同時進行頻率分析。本領域技術人員將認識到，本領域已知的其它閉環操作也涵蓋於本發明的精神和範圍內。
在本發明的一實施例中，所述開環操作模式具有在允許的頻率帶內緩慢變化(調製)的驅動頻率。所述頻率調製是時間的規定函數(也就是，正弦的)，且調製信號帶限於比大約100Hz小。
在本發明的一實施例中，存在多種頻率下的同時激勵為了使到給目標區域傳遞的能量最大化，若干VCO可以用於同時地在若干頻率下驅動所述功率換能器。
在本發明的一可替換實施例中，超聲探針15以扭轉模式被振動。在所述振動的扭轉模式下，超聲探針15的縱向軸的部分由徑向不對稱的橫截面構成，且超聲探針15的長度選擇成在扭轉模式下共振。在所述振動的扭轉模式下，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扭轉地振動。超聲能量源99產生電能，該電能用於沿著超聲探針15的縱軸產生扭轉振動。所述扭轉振動是扭轉振蕩(torsionaloscillation)。由此，沿著超聲探針15的包括探針尖9的、縱軸的等距點在相對於超聲探針15縱軸的短弧內來回振動。與多個扭轉節點(torsional node)的每一個節點接近的部分和與多個扭轉節點的每一個節點遠離的部分異相振動，同時所述接近的部分順時針振動，而所述遠離的部分逆時針振動，反之亦然。所述扭轉振動導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療設備11的效率。所述扭轉振動產生循著超聲探針15的縱軸的旋轉和反旋轉，所述旋轉和反旋轉沿著超聲探針15的部分縱軸產生多個扭轉節點和多個扭轉反節點，所述節點和反節點導致沿著超聲探針15的部分縱軸的孔洞，超聲探針15包括消融生物材料的位於圍繞超聲探針15的介質中的徑向不對稱橫截面。用於以扭轉模式操作的超聲醫療設備的裝置和方法描述於受讓人的尚待批准的美國專利申請No.10/774,985，因此整個該申請通過援引在此合併。
在本發明的另一實施例中，超聲探針15以扭轉模式和橫向模式振動。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產生扭轉振動。所述扭轉振動包括沿超聲探針工作段的橫向振動，所述橫向振動沿著所述工作段產生多個節點和多個反節點，所述多個節點和所述多個反節點在圍繞超聲探針的介質中產生孔洞。超聲探針15的所述工作段既經歷所述扭轉振動又經歷所述橫向振動。
依賴於超聲探針15的物理特性(也就是，長度、直徑等)和材料特性(也就是，屈服強度、模量等)，通過所述扭轉振動激勵所述橫向振動。由於共同的彈性力的剪切分量，所以所述扭轉振動和所述橫向振動的耦合是可能的。當所述換能器的頻率接近超聲探針15的橫向共振頻率時，所述橫向振動就被引入。對每種扭轉模式來說，因為有多種接近的橫向振動模式，所以所述扭轉模式振動和所述橫向模式振動的結合是可能的。通過對超聲探針15施加張力，例如通過彎曲超聲探針15，所述橫向振動就調整為與所述扭轉振動一致。由於張力的改變，彎曲將引起頻率的漂移(shift)。在所述扭轉振動模式和所述橫向振動模式下，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，同時沿超聲探針15縱軸的等距點在相對於超聲探針15縱軸的短弧內來回振動。在橫向模式和扭轉模式下操作的超聲醫療設備的裝置和方法描述於受讓人的尚待批准的美國專利申請No.10/774,898，因此整個該申請通過援引在此合併。
這裡引用的所有專利、專利申請和出版的文獻通過援引在此整個合併。儘管本發明已通過參考優選實施例對本發明特別地示出和描述，但是本領域技術人員可以理解的是，在不脫離本發明所附的權利要求書所界定的範圍內，可在形式和細節上進行各種變型。
權利要求
1.一種用於消融生物材料的超聲醫療設備，包括超聲探針，其具有近端、遠端和在該近端和該遠端之間的縱軸；換能器，其在可變頻率範圍內驅動該超聲探針，以沿著該超聲探針的至少部分所述縱軸產生橫向超聲振動；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠端；以及超聲能量源，其結合到該換能器，該能量源產生超聲能量；其中，在該可變頻率範圍內對該超聲探針的驅動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.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針包含允許該超聲探針彎曲、偏轉和撓曲的材料。
3.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器獲得寬帶信號以驅動該超聲探針並且產生在寬範圍頻率內的功率。
4.如權利要求1所述的超聲醫療設備，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.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針被激勵產生多個橫向共振。
6.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針被防止產生縱向共振。
7.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器允許在該可變頻率範圍內輸出均勻的功率。
8.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器是磁致伸縮機構。
9.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器是音圈機構。
10.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器是氣動機構。
11.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲能量源是寬帶超聲能量源。
12.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該橫向超聲振動沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產生多個橫向節點和多個橫向反節點；所述橫向節點和所述橫向反節點在圍繞該超聲探針的介質中產生孔洞以消融該生物材料。
13.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針在所述可變頻率範圍內以開環形式被驅動。
14.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針在所述可變頻率範圍內以閉環形式被驅動。
15.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器在所述可變頻率範圍內驅動該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產生縱向超聲振動。
16.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該換能器在所述可變頻率範圍內驅動該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產生扭轉超聲振動。
17.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針是一次性的。
18.如權利要求1所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
19.一種用於消融生物材料的超聲醫療設備，包括超聲探針，其具有近端、終結於探針針尖的遠端及在該近端和該遠端之間的縱軸；換能器，其將電能轉換為機械能，以沿著該超聲探針的縱軸產生橫向超聲振動；連接器，其將該超聲探針的該近端接合到該換能器的遠端；其中，該超聲探針在可變頻率範圍內以近似均勻的功率輸出被驅動以消融該生物材料。
20.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該超聲醫療設備允許超生能量沿著該超聲探針的彎曲傳播。
21.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該橫向超聲振動沿該超聲探針的部分所述縱軸產生多個橫向節點和多個橫向反節點。
22.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該橫向超聲振動在圍繞該超聲探針的介質中產生孔洞。
23.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該換能器獲得寬帶信號以驅動該超聲探針並產生寬頻率範圍的功率。
24.如權利要求19所述的超聲醫療設備，還包括接合於該換能器的、產生超聲能量的超聲能量源。
25.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針被激勵產生多個橫向共振。
26.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中該超聲探針被防止產生縱向共振。
27.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針在所述可變頻率範圍內以開環形式被驅動。
28.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針在所述可變頻率範圍內以閉環形式被驅動。
29.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該換能器在所述可變頻率範圍內驅動該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產生縱向超聲振動。
30.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該換能器在所述可變頻率範圍驅動該超聲探針，以沿該超聲探針的至少部分所述縱軸產生扭轉超聲振動。
31.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
32.如權利要求19所述的超聲醫療設備，其中，該超聲探針供一個病人一次性使用。
33.一種沿超聲醫療設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療設備，該超聲醫療設備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、遠端及在該近端和該遠端之間的縱軸；將該超聲探針插入到人體的脈管系統中；使該超聲探針沿所述脈管系統的彎曲而撓曲；將該超聲探針移動到接近於該生物材料；致動接合於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生橫向超聲振動；以及在可變頻率範圍內驅動該超聲探針，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生多個橫向節點和多個橫向反節點；
35.如權利要求33所述的方法，還包括在所述可變頻率範圍內產生均勻的功率輸出；
36.如權利要求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在圍繞該超聲探針的介質中產生聲能。
37.如權利要求33所述的方法，還包括設置該超聲醫療設備的換能器，該換能器在所述可變頻率範圍內驅動該超聲探針。
38.如權利要求33所述的方法，還包括激勵該超聲探針產生一個或多個橫向共振。
39.如權利要求33所述的方法，還包括防止該超聲探針產生縱向共振。
40.如權利要求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構。
41.如權利要求33所述的方法，還包括提供一換能器，該換能器是聲圈機構。
42.如權利要求33所述的方法，還包括提供一換能器，該換能器是氣動機構。
43.如權利要求33所述的方法，還包括在所述可變頻率範圍內以開環形式驅動該超聲探針。
44.如權利要求33所述的方法，還包括在所述可變頻率範圍內以閉環形式驅動該超聲探針。
45.如權利要求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。
46.如權利要求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超聲振動。
47.如權利要求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和關節式結合。
48.如權利要求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中彎曲處的生物材料的方法，包括下列步驟提供超聲醫療設備，該超聲醫療設備包括超聲探針，該超聲探針具有近端、終結於探針針尖的遠端及在該近端和該遠端之間的縱軸；將該超聲探針插入該脈管系統的插入點；使該超聲探針沿該脈管系統中的彎曲移動；將該超聲探針放置成與該生物材料連通；致動接合於該超聲探針的超聲能量源以產生電信號，該電信號驅動該超聲醫療設備的換能器以產生該超聲探針的橫向超聲振動；在可變頻率範圍內驅動該超聲探針，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生多個橫向節點和多個橫向反節點。
51.如權利要求49所述的方法，還包括激勵該超聲探針產生一個或多個橫向共振。
52.如權利要求49所述的方法，還包括在可變頻率範圍內以開環形式驅動該超聲探針。
53.如權利要求49所述的方法，還包括在可變頻率範圍內以閉環形式驅動該超聲探針。
54.如權利要求49所述的方法，還包括給該超聲醫療設備設置一換能器，該換能器在所述可變頻率範圍內驅動該超聲探針。
55.如權利要求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。
56.如權利要求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超聲振動。
57.如權利要求49所述的方法，其中，該超聲探針含有超彈性合金。
全文摘要
一種具有變頻驅動的用以消融生物材料(16)的超聲醫療設備(11)的裝置和方法，該超聲醫療設備(11)包括超聲探針(15)，其具有近端(31)、遠端(24)和在該近端和該遠端之間的縱軸；換能器，其在可變頻率範圍內驅動該超聲探針(15)以沿著該超聲探針(15)的至少部分所述縱軸產生橫向超聲振動；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端(86)；以及超聲能量源(99)，其連接到該換能器，該能量源產生超聲能量；其中，在可變頻率範圍內對該超聲探針(15)的驅動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A61B8/00GK101065066SQ200480044431
公開日2007年10月31日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者布拉德利·A.·黑爾, 凱爾·K.·亞爾格, 查爾斯·J.·小瓦達拉, 安東尼·W.·歐利裡, 託馬斯·A.·墨菲, 羅伊·M.·羅伯遜 申請人:全音速醫學技術有限公司