专利名称：具有变频驱动的超声医疗设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备，尤其涉及一种用于具有变频驱动的用以消融(ablate)生物材料的超声医疗设备的装置和方法。
背景技术：
人体的运输系统是脉管系统的复杂网络，脉管系统包括动脉、静脉、导管(vessel)、毛细管、肠、管道(duct)以及其它的人体管腔(lumen)，但不限于此。血液在人体内沿着超过七万五千英里长的脉管系统内周游。当脉管系统首尾相连伸展时，脉管系统的长度近似等于环绕地球三周。人体的脉管系统从肺运输氧气，从细胞去除二氧化碳，而且将营养、激素以及水运载到人体各个部分。
全身的脉管系统弯曲以执行它们所起的各种功能。例如，人体内的循环是脉管系统的闭环，该闭环形成以心脏为中心的近似连续的8字。作为一个例子，心脏是双循环系统，通过弯曲围绕人体内的各种器官，肺动脉和肺静脉从该双循环系统进出。肺动脉将血液从心脏带入肺，而肺静脉将血液从肺带入心脏。
在许多医疗过程中，医疗设备插入脉管系统并导航到治疗位置。所述脉管系统的弯曲使难于将医疗设备操纵到所述治疗位置。另外，所述脉管系统的弯曲能影响医疗设备工作部分的功能，因此需要对医疗设备进行特别设计。
Puskas等人的美国专利No.5,895,997披露了一种调频超声发生器，该调频发生器用以驱动供超声清洗使用的超声换能器(ultrasonic transducer)。当发生器的输出频率为关于宽带宽调制的方波频率时，Puskas等人的发生器能够对负载保持充分恒定的实际输出。由于Puskas等人的上述装置限于在两种不同的频率之间工作，所以Puskas等人的上述装置的超声效果是有限的。Puskas等人的上述装置在有限的范围内操作，并且不包括任何用于发现特殊共振以及避免其它共振的机构。
Jones等人的美国专利No.5,452,611披露了一种具有双频操作的超声水平仪。Jones等人的装置包括激励电路，该激励电路通过由一接收晶体探测的振动，在发射压电晶体内同时引起第一频率振动和第二频率振动。Jones等人的所述装置利用了在若干频率下同时以脉冲和共振进行操作的完全共振压电晶体。
现有技术没有提出这样一种解决方案，即为超声医疗设备提供均匀的功率输出以补偿当超声医疗设备弯曲通过脉管系统的曲折路径时导致的功率损失。现有技术的仪器未提供这样一种解决方案，即在可变频率范围驱动超声医疗设备，以使超声能量沿着(about)超声医疗设备的弯曲进行传播的解决办法。因此，当超声医疗设备处于弯曲结构中时，本领域依然需要这样的用于消融生物材料的装置和方法，即所述装置和方法是有效的、安全的、可靠的并提供均匀的功率输出以消融生物材料。
发明内容
本发明提供了这样一种装置和方法，该装置和方法用于利用超声医疗设备在可变频率范围内使超声能量沿着该超声医疗设备的弯曲进行传播，以消融生物材料。所述超声医疗设备的超声探针插入脉管系统的插入点内，并沿着该脉管系统的一个或多个弯曲被导航，且设置成与生物材料连通。所述超声医疗设备的换能器可以在宽频率范围内驱动该超声探针，以激励该超声探针的横向共振，并使该超声探针的生物材料破坏效果最大化。通过改变本发明的超声医疗设备的操作频率，增加了生物材料消融的有效区域。
一种具有变频驱动的用于消融生物材料的超声医疗设备，包括超声探针，其具有近端、远端和在该近端和该远端之间的纵轴；换能器，其在可变频率范围内驱动该超声探针，以沿着该超声探针的至少部分所述纵轴产生横向超声振动；连接器，其将该超声探针的该近端接合到该换能器的远端；以及超声能量源，其接合到该换能器，该超声能量源产生超声能量；其中，在可变频率范围内对该超声探针的驱动使得该超声能量沿着该超声探针的弯曲传播，以消融与该超声探针连通的生物材料。
一种用于消融生物材料的超声医疗设备，包括超声探针，其具有近端、终结于探针针尖的远端及在该近端和该远端之间的纵轴；换能器，其将电能转换为机械能，以沿着该超声探针的纵轴产生横向超声振动；连接器，其将该超声探针的该近端接合到该换能器的远端；其中，该超声探针在可变频率范围内以近似均匀的功率输出被驱动以消融该生物材料。
一种沿超声医疗设备的弯曲传播超声能量以消融生物材料的方法包括下列步骤设置超声医疗设备，该超声医疗设备包括超声探针，该超声探针具有近端、远端及在该近端和该远端之间的纵轴；将该超声探针插入到人体的脉管系统中；使该超声探针沿所述脉管系统中的弯曲而挠曲；将该超声探针移动到接近于该生物材料；致动接合于该超声探针的超声能量源，以沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生横向超声振动；以及在可变频率范围内驱动该超声探针，以使该超声能量沿该超声探针的弯曲传播以消融该生物材料。
一种消融人体脉管系统内接近弯曲处的生物材料的方法，包括下列步骤提供超声医疗设备，该超声医疗设备包括超声探针，该超声探针具有近端、终结于探针针尖的远端及在该近端和该远端之间的纵轴；将该超声探针插入该脉管系统的插入点；使该超声探针沿该脉管系统中的弯曲移动；将该超声探针放置成与该生物材料连通；致动接合于该超声探针的超声能量源以产生电信号，该电信号驱动该超声医疗设备的换能器以产生该超声探针的横向超声振动；在可变频率范围内驱动该超声探针，以沿该超声探针的弯曲保持生物材料的破坏效果。
本发明提供了一种用于消融生物材料的具有变频驱动的超声医疗设备的装置和方法。本发明提供了一种变频驱动的超声医疗设备，该超声医疗设备简单、用户友好、节省时间、可靠以及节约成本。
参照附图对本发明进一步解释，其中，所有的附图中相似的结构以相似的附图标记标识。由于重点一般放在阐明本发明的原理，所以所示附图无需按比例绘制。
图1是沿着人体脉管系统的弯曲而挠曲的本发明的超声医疗设备的侧视图
图2是具有从超声探针的近端到超声探针的远端的过渡段的本发明的超声探针的侧视图；图3是具有从超声探针的近端到超声探针的远端近似均匀直径的本发明的超声探针的侧视图；图4是示出了呈现出沿着超声探针的部分纵轴的多个横向节点和多个横向反节点的本发明的超声探针的侧视图；图5是，示出了当与人体脉管系统内的生物材料连通时，呈现出多个横向节点和多个横向反节点的本发明的超声探针的示意图；图6是使用相位分析反馈的本发明的超声医疗设备的系统的优选实施例的框图；图7是使用波谱分析反馈的本发明的超声医疗设备的系统的另一实施例的框图；图8A和图8B示出了在多个位置弯曲超声探针与在两种不同频率下激励超声探针的效果；图8A是示出了当在21kHz频率下激励探针时在不同位置弯曲探针的效果的示意图；图8B是示出了当在23kHz频率下激励探针时在不同位置弯曲探针的效果的示意图；当以上标识的图阐明本发明的优选实施例时，如在讨论中所注意到的，也仔细考虑了本发明的其它实施例。这些公开以代表性的且非限制性的方式介绍了本发明的示范性实施例。本领域技术人员可以设计出无数的落入本发明原理的范围和精神之内的其它改型和实施例。
具体实施例方式
本发明提供了这样一种装置和方法，该装置和方法用于利用超声医疗设备在可变频率范围内使超声能量沿着(about)该超声医疗设备的弯曲进行传播，以消融生物材料。所述超声医疗设备的超声探针插入脉管系统的插入点内，并沿着该脉管系统的一个或多个弯曲被导航，且设置成与生物材料连通。所述超声医疗设备的换能器可以在宽频率范围内驱动该超声探针，以激励该超声探针的横向共振，并使该超声探针的生物材料破坏效果最大化。通过改变本发明的超声医疗设备的操作频率，增加了生物材料消融的有效区域。
这里用到了下述名词和定义
这里用到的“消融(ablate)”指移除、清除、破坏或带走生物材料。这里用到的“消融(ablation)”指生物材料的移除、清除、破坏或带走。
这里用到的“反节点(anti-node)”指位于或接近超声探针的纵轴上的特定位置处超声探针发射的最大能量带。
这里用到的“节点(node)”指位于或接近超声探针的纵轴上的特定位置处超声探针发射的最小能量带。
这里用到的“探针(probe)”指这样一种装置，该装置能够将超声能量源发射的能量沿着探针纵轴传播并以特定共振将能量分解成有效的成洞能量(cavitational energy)(由沿着探针“工作段(active section)”的多个节点和多个反节点定义)。
这里用到的“生物材料(Biological Material)”指物质的集合，包括类似细胞组(a group of similar cells)、脉管内的血凝块、梗塞物、沉积物、纤维蛋白、钙化斑块(calcified plaque)、钙沉积物、梗塞物沉积、动脉粥样硬化斑块(atherosclerotic plaque)、脂肪沉积、脂肪组织、动脉粥样硬化胆固醇堆积、血栓、纤维状材料堆积、动脉狭窄(arterial stenoses)、矿物、高含水率组织、血小板、细胞碎片(cellular debris)、废物和其它梗塞材料，但不限于此。
这里用到的“横向(transvers)”指探针的振动不平行于探针纵轴。这里用到的“横波(transverse wave)”是沿探针传播的一种波，其中介质的多个点处的扰动方向与波矢量不平行。
这里用到的“脉管(vasculature)”指整个供血循环系统，包括静脉系统、动脉系统和相关的导管、动脉、静脉、毛细管、血液以及心脏。动脉系统是将携有氧气和养分的血液传输给组织的机构。静脉系统是将携有二氧化碳和新陈代谢副产物的血液传输以排泄的机构。
如图1的附图标记所示，变频驱动的超声医疗设备11的超声探针大体在脉管系统中沿着弯曲54挠曲。超声医疗设备11包括超声探针15，该超声探针15连接于用于产生超声能量的超声能量源或发生器99。手柄88包括近端87和远端86，一换能器(transducer)被包围在该手柄88内。
图2示出了本发明的超声探针15的优选实施例，其中超声探针的直径沿着超声探针15的纵轴从第一定义间隔段26经由过渡段82到第二定义间隔段28而减小。超声探针15包括近端31、结束于针尖9的远端24、以及近端31和远端24之间的纵轴。总体示于图2的连接器33将探针15的近端31与手柄88内的所述换能器接合起来。在本发明一优选实施例中，所述连接器是快速装拆系统。在受让人的美国专利NO.6,695,782和受让人的尚待批准(co-pending)的美国专利申请No.10/268,487和美国专利申请No.10/268,843的专利申请中，描述了一种具有快速装拆卸系统的超声医疗设备，上述文献还描述了所述快速装拆系统，而且由此所有这些专利和专利申请通过援引在此合并。
所述换能器具有与超声能量源99接合的近端以及接合于超声探针15的近端31的远端，所述换能器将超声能量传递给超声探针15。所述换能器一般也称为驱动器。连接件93及连接线98将超声能量源99接合到所述换能器上。
图3示出了本发明的超声探针15的替换实施例。在图3所示的本发明的实施例中，超声探针15的直径从超声探针15的近端31到超声探针15的远端24大体均匀。
在本发明的一优选实施例中，超声探针15是线缆(wire)。在本发明的实施例中，超声探针15是细长的。在本发明的一实施例中，超声探针15的直径以比两个定义的间隔段更大的方式变化。在本发明的一实施例中，超声探针15的过渡段82为渐细的，以沿着超声探针15的纵轴从近端31到远端24逐渐改变直径。在本发明的另一实施例中，超声探针15的过渡段82呈阶梯式的，以沿着超声探针15的纵轴从近端31到远端24改变直径。本领域技术人员将会认识到，可以有任意个定义的间隔段和过渡段，而且过渡段可以具有本领域已知的任意形状。这些间隔段和过渡段均涵盖于本发明的精神和范围内。
在本发明的一实施例中，所述直径从近端31到远端24的逐渐改变发生在至少一个过渡段82处，同时每个过渡段82具有近似相等的长度。在本发明的另一实施例中，所述直径从近端31到远端24的逐渐改变发生在多个过渡段82处，且每个过渡段82具有不同的长度。过渡段82指的是直径从第一直径变化到第二直径的段。
在本发明的一优选实施例中，超声探针15具有小的直径。在本发明的一优选实施例中，超声探针15的横截面近似圆形。在另一实施例中，超声探针15的至少部分横截面不是圆形。包括远端具有非圆截面的线缆的超声探针15可以导航穿过脉管系统。包括扁平线缆的超声探针15易于在脉管系统中进行操纵。在本发明的另一实施例中，超声探针15的横截面形状包括矩形、梯形、椭圆形、三角形、具有扁平部分(flat spot)的圆形以及类似的横截面，但不限于此。本领域技术人员将会认识到，本领域已知的其它横截面几何形状将涵盖于本发明的精神和范围内。
在本发明的一实施例中，超声探针15的远端24的直径约是0.004英寸。在本发明的另一实施例中，超声探针15的远端24的直径约是0.015英寸。在本发明的又一实施例中，超声探针15的远端24的直径在约0.003英寸和约0.025英寸之间变化。本领域技术人员将会认识到，超声探针15的远端24的直径可以比所述约0.003英寸小，可以比所述约0.025英寸大，可以在所述约0.003英寸和所述约0.025英寸之间，且涵盖于本发明的精神和范围内。
在本发明的实施例中，超声探针15的近端31的直径约是0.012英寸。在本发明的另一实施例中，超声探针15的近端31的直径约是0.025英寸。在本发明的又一实施例中，超声探针15的近端31的直径在约0.003英寸和约0.025英寸之间变化。本领域技术人员将认识到，超声探针15可的近端31的直径可以比所述约0.003英寸小，可以比所述约0.025英寸大，可以在所述约0.003英寸和所述约0.025英寸之间，且涵盖于本发明的精神和范围内。
针尖9可以是任意形状，包括圆形的、弯曲的、球形的或更大的形状，但不限于此。在本发明的一优选实施例中，针尖9是平滑的，以防止损伤人体的脉管系统。在本发明的一实施例中，超声能量源99是超声医疗设备11的机械部分(physical part)。在本发明的另一实施例中，超声能量源99不是超声医疗设备11整体所需要的部分。超声探针15用来消融生物材料且在使用后可以被处理掉。在本发明的一优选实施例中，超声探针15供一个病人一次性使用。在本发明的一优选实施例中，超声探针15是一次性的。在本发明的一优选实施例中，超声探针15可以多次使用。
超声探针15由在横向模式下操作但不对横向超声振动产生阻尼以由此在挠曲时支持横向振动的材料来设计、构造以及形成。在本发明的一优选实施例中，超声探针15含有钛或钛合金。钛是一种坚固的、柔性的、低密度、低射线不透性和易加工的、用作结构材料的金属。钛及其合金具有在许多环境下的优异抗腐蚀性并具有好的高温性能。在本发明的一优选实施例中，超声探针15含有钛合金Ti-6Al-4V。构成Ti-6Al-4V的元素和Ti-6Al-4V的代表元素的重量百分比是钛(约90％)、铝(约6％)、钒(约4％)、铁(最多约0.25％)和氧(最多约0.2％)。在本发明的另一实施例中，超声探针15含有不锈钢。在本发明的又一实施例中，超声探针15含有不锈钢合金。在本发明的又一实施例中，超声探针15含有铝。在本发明的又一实施例中，超声探针15含有铝合金。在本发明的又一实施例中，超声探针15含有钛和不锈钢的组合。
在本发明的再一实施例中，超声探针15包含超弹性合金。即使在弯曲或拉伸时，当去除受力后，超弹性合金将回复原状。超声探针15可以包含本领域已知的超弹性合金，该超弹性合金包括镍-钛超弹性合金和镍钛诺(Nitinol)，但不限于此。镍钛诺属于金属间材料族，其包含几乎相等的镍和钛的混合物。所述材料的性质可以通过添加其它元素来调整或调节。镍钛诺没有钛硬，并且易于在脉管系统中操纵。镍钛诺具有形状记忆和超弹特性。形状记忆效果描述的是塑性变形试样通过加热恢复原状的过程。这是称为热弹性马氏体转变的结晶相变的结果。在转变温度以下，镍钛诺是马氏体。镍钛诺优异的抗腐蚀性、生物适应性和独特的力学特性使得其很适用于医疗设备。本领域技术人员将会认识到，超声探针可以包含本领域已知的许多其它金属，且涵盖于本发明的精神和范围内。
超声探针15的物理特性(即，长度、横截面形状、尺寸等)和材料特性(即，屈服强度、模量等)选择成用于在横向模式下操作超声探针15。在本发明的一实施例中，超声探针15的长度在约30厘米到约300厘米之间。本领域技术人员将认识到，超声探针的长度可以比所述约30厘米小，可以比所述约300厘米大，可以在约30厘米和约300厘米之间，且涵盖于本发明的精神和范围内。
手柄88包围位于超声探针15的近端31和连接器93之间的所述换能器。所述换能器可以包括电极臂(horn)、电极、绝缘子(insulator)、背紧螺母(backnut)、垫圈、压电麦克风和压电驱动器，但不限于此。所述换能器将超声能量源99提供的电能转换成机械能。所述换能器能够能以充分的约束在近端31处与超声探针15接合，以形成能将超声能量源99提供的超声能量传播的声物质(acoustical mass)。超声能量源99给位于手柄88内的所述换能器提供电信号。
医疗专家通过脉管系统44上的插入点进入脉管系统44中。包括(但不限于)脉管导引器的一装置(device)可以用于在脉管系统44上产生插入点以进入脉管系统44。受让人的尚待批准的美国专利申请No.10/080,787描述了与超声探针一起使用的脉管导引器，且整个该申请通过援引而在此合并。
超声探针15通过脉管系统上的插入点进入脉管系统44，超声探针15移动到接近于脉管系统44中的生物材料16。在超声探针15移动到接近于脉管系统44中的生物材料16时，超声探针15弯曲穿过脉管系统44的弯曲路径(tortuous paths)。超声探针15具有的刚度赋予了超声探针15柔性以使超声探针15偏转、挠曲、弯曲通过人体的脉管系统44的弯曲路径。超声探针15可以弯曲、挠曲和偏转以抵达别的方式难于抵达的人体的脉管系统44中的生物材料16。通过沿着生物材料16移动、扫掠、弯曲、扭转或旋转超声探针15，将超声探针15放置成与生物材料16连通。本领域技术人员将会认识到，移动超声探针以与生物材料连通的许多方法涵盖于本发明的精神和范围内。
取决于超声能量源99和所述驱动器，弯曲超声探针15将影响超声探针15的功能和性能。取决于特殊的弯曲位置和操作频率，超声能量可能不能沿着弯曲传播，以允许沿着超声探针15的工作段消融生物材料16。然而，为了使超声能量沿着弯曲传播以消融生物材料16，所述操作频率需要变化。
例如，当超声探针弯曲穿过脉管系统内的弯曲路径时，利用共振驱动器和以纵向振动模式操作的现有技术机构在消融人体内的生物材料时受限。所述利用共振驱动器和以纵向振动模式操作的现有技术机构不能将足够的超声能量传递到生物材料的目标区域。弯曲超声探针会在最大曲率位置处产生反射，如果所述驱动器是共振装置，则该反射与所述驱动器发生干涉。弯曲超声探针能导致纵向振动模式或横向振动模式的激励。如果超声探针弯曲成使反射以正相关系(right phase relationship)返回，则所述反射能与所述驱动器的纵向共振干涉或者能结构性(constructively)地添加到所述驱动器的所述纵向共振上，这便产生以纵向模式操作的超声医疗设备。当沿着人体脉管系统中的弯曲移动超声探针15时，超声探针15将在任意位置弯曲。通过在所述任意位置弯曲超声探针15，将存在一个频率，通过该频率在超声探针15上产生理想的驻波(standing wave)。共振条件是以在超声探针15上产生驻波为特征。
现有技术机构是包括压电驱动器的共振系统，其中在压电驱动器的共振频率下产生操作。通过压电驱动器，由于在其它频率不能产生足够的物理能量，所以在其它频率下不会产生操作。现有技术机构还利用了共振频率的谐波(例如二次谐波、三次谐波)。然而，操作仍然处于共振频率下，由此仅允许在或接近于所述压电驱动器的共振频率下要产生的能量。
本发明的超声医疗设备11包括变频驱动以及横向振动模式的操作。本发明的超声医疗设备11包括换能器，该换能器具有在宽频率范围内驱动超声探针15的能力，由此产生在宽频率范围内的功率。如上所讨论的，现有技术机构利用在共振频率下操作的压电驱动器来驱动超声医疗设备。本发明的超声医疗设备11包括各种不在超声探针15内的共振频率处的频率下操作的宽带换能器。本发明的超声医疗设备11在避免超声探针15的纵向共振的同时激发超声探针15的横向共振。
本发明的超声医疗设备11允许在多个频率范围下进行变频驱动操作，因此反射可以控制成不与驱动器同相或异相。于是，没有与所述驱动器干涉。本发明的超声医疗设备允许将频率改变以避免超声探针15的纵向共振，并仅仅激发超声探针15的横向共振。本发明的超声医疗设备11允许改变操作频率以使功率沿着弯曲传播来最大化超声探针15对生物材料的消融效果。本发明的超声医疗设备11允许使操作频率变化以提供足够的超声能量的传递来消融生物材料。
本发明的超声医疗设备11的变频驱动操作进行成避免少量(sparsepopulation)的纵向振动模式和优先激发大量(large population)的横向振动模式以使生物材料消融的效果最大化。由于有很多横向振动模式，所以通过改变频率改变了超声探针15上的波形，由此为激发横向振动模式创造了机会。
本发明的超声医疗设备11包括避免所关心的频率范围内的共振频率的宽带换能器。与现有技术换能器相反，本发明的宽带换能器没有锁定于共振频率并在共振频率下驱动的共振。具有共振的换能器在宽频率范围内给出不均匀的功率输出。本发明的宽带换能器允许在超声医疗设备11操作的频率范围内的均匀动力输出。在本发明的优先实施例中，所述换能器是磁致伸缩(magnetostrictive)机构。对于相同给定的的功率输入量，所述磁致伸缩机构允许更大的位移，可以供无共振换能器之用。在本发明的另一实施例中，所述换能器是类似于在传统音频扬声器中使用的音圈(voicecoil)机构。在本发明的又一实施例中，所述换能器是气动机构。本领域技术人员将认识到，所述换能器可以是本领域已知的在所关心的频率范围内可进行变频驱动操作同时避免任何共振的许多机构，这涵盖于本发明的精神和范围内。
所述驱动器的机械设计避免所述驱动器中的锐共振(sharp resonance)。在本发明的一个实施例中，机械参数(例如，相关的长度和直径以及预应力的大小)选择成使在所关心的频率下的共振相对平而宽。在另一实施例中，所述机械驱动器小到或硬到足以使声音的共振高于驱动频率。
本发明的超声医疗设备11的超声能量源99是宽带超声能量源。本发明的超声医疗设备的所述超声能量源是对所述驱动器的电刺激源，而且超声能量源本身不共振。本发明的超声医疗设备的所述超声能量源能够处理电动机械驱动器的宽的带宽。所述带宽指的是在共振最大功率的一半处的共振宽度。例如，如果所述以共振频率驱动超声医疗设备而且驱动频率调整为获得峰值功率的一半，那么这就称为半带宽及这就是半带宽是如何定义的。
图5示出了本发明的超声探针15，所述超声探针15与人体脉管系统内的生物材料连通，同时显现了多个横向节点40和多个横向反节点42。在图5中，超声探针15随着脉管系统的弯曲路径并将超声能量沿着脉管系统的弯曲传递。在脉管系统内的所述弯曲之前、沿着脉管系统内的所述弯曲以及在脉管系统内的所述弯曲之后，多个反节点42沿着超声探针15的纵轴定位。本发明的变频驱动改变驱动频率以保证超声能量沿着探针的包括弯曲之后部分的长度传递，以消融生物材料16。如之前所讨论的，脉管系统的弯曲路径带给共振超声系统多个问题，其中，超声探针不能将足够的超声能量传递到生物材料。
图8A和图8B示出了在改变超声探针15的操作频率的情况下，提供充足的超声能量传输以消融生物材料16。在许多情况下，不可能将超声探针15移动到更有利的位置。图8A和图8B示出了在多个位置弯曲超声探针15相对于以两种不同频率激励超声探针15的效果。
图8A和图8B示出了随着弯曲位置从近端31到远端24变化，当探针放置在脉管系统内的弯曲内时，沿着超声探针15的工作段的功率分布。工作段的功率从代表最大能量的波峰104到代表最小能量的波谷107。注意，弯曲形状的功率的波峰104和波谷107不同于横向节点40和横向反节点42。示出的弯曲位置106给出了改变超声探针15的操作频率的效果。波峰104代表沿着超声探针15的纵轴的区域，在这些区域中，超声探针15可以显著地弯曲并且仍产生显著的功率。波谷107代表如果超声探针15显著地弯曲则功率显著地下降的区域。如图8A所示，对在示例频率21kHz下操作超声探针15来说，弯曲位置106与波谷107处的最小功率相吻合。通过将操作频率改变到另外的示例频率23kHz，相同的弯曲位置106与图8B中所示的最大功率大体相吻合。改变所述频率也就改变了相邻波谷107之间的距离或相邻波峰104之间的距离。例如，在图8A中，示例频率21kHz使得相邻波谷107之间的距离或相邻波峰104之间的距离约为12厘米。在图8B中，示例频率23kHz使得相邻波谷107之间的距离或相邻波峰104之间的距离约为11厘米。
超声探针15放置成与生物材料16连通，然后激发超声能量源99。通过超声探针15的非线性动态弯曲，所述电极臂产生了沿着至少超声探针15的部分纵轴的横向波。随着横向波沿着超声探针15的纵轴传播，沿着超声探针15的纵轴产生了横向超声振动。超声探针15以横向振动模式振动。超声探针15的所述横向振动模式与现有技术中所披露的轴向(或纵向)振动模式不同。沿着超声探针15的纵轴的所述横向超声振动产生了沿着超声探针15的部分纵轴的多个横向节点和多个横向反节点。
图4示出了沿着超声探针15的部分纵轴具有多个横向节点40和多个横向反节点42的本发明的超声探针15。横向节点40是最小能量和最小振动区域。横向反节点42，即最大能量和最大振动区域，发生在沿着超声探针15的所述部分纵轴的重复间隔处。超声探针15的横向节点40和横向反节点42的数量、以及所述横向节点40和所述横向反节点42的间距依赖于由超声能量源99产生的能量的频率。横向节点40和横向反节点42的间隔(separation)是频率的函数，而且可以通过调节(tune)超声探针15来影响所述间隔。在适当地调节超声探针15时，会发现横向反节点42位于所述横向节点40之间的距离的一半处，所述横向节点40邻接于所述横向反节点42的每一侧。
所述横向波沿着超声探针15的纵轴传播，且超声探针15的表面与超声探针15周围的介质之间的相互作用在所述周围介质中产生声波。随着所述横向波沿着超声探针15的纵轴传播，超声探针15横向地振动。超声探针15的所述横向运动在超声探针15周围的介质中产生孔洞(cavitation)以消融生物材料16。成洞是一种过程，其中通过超声探针15的快速运动而在周围介质中形成小的孔洞，且所述孔洞接着被迫压缩。所述孔洞的压缩产生声能波，所述声能波溶解(dissolve)钉扎(bind)生物材料16的基质(matrix)，同时对健康组织无损伤作用。
生物材料16分解为具有尺寸相当于红血细胞(直径大约为5微米)的粒子。所述粒子的尺寸使得粒子容易地通过传统方法从人体内排出或简单地溶解进入血流中。从人体内排出所述粒子的传统方法包括将所述粒子通过所述血流传送到肾，在此所述粒子作为人体的废物被排泄。
超声探针15的所述横向超声振动导致超声探针15的部分纵轴沿着不平行于超声探针15纵轴的方向振动。所述横向振动导致超声探针15的纵轴在大体与超声探针15的纵轴相垂直的方向上运动。在受让人的美国专利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横向振动的超声探针，所述专利还描述了用于这种超声探针的设计参数和超声探针在用于消融的超声装置中的应用，由此所有所述专利通过援引用而在此合并。
作为超声探针15的所述横向超声振动的结果，超声医疗设备11的生物材料16的破坏效果不限于超声探针15可以与生物材料16接触的那些区域。更确切地，当超声探针15的部分纵轴定位于接近生物材料16时，在所有与多个有力的(energetic)横向节点40和多个横向反节点42相邻的区域内生物材料16被去除，其中所述多个有力的横向节点40和多个横向反节点42沿着超声探针15的纵轴的部分长度产生，典型地在具有绕着超声探针15的大到约6mm半径的区域中产生。
本发明的创新点是利用与现有技术探针相比具有极小直径的超声探针15的能力，由于生物材料的破碎过程不依赖于针尖9的区域，所以没有效率损失。因此，高度柔韧的超声探针15可以设计成易于插入到生物材料区域中或包含生物材料的极窄空隙(interstice)内。本发明所具备的另一优点是使生物材料16快速地移动离开柱形或管状表面内的较大区域。
本发明的超声医疗设备11的变频驱动操作成每次以一种频率驱动超声医疗设备11。随着驱动频率的改变，超声探针15的消融效果也得以变化。本发明的超声医疗设备的所述超声探针包括许多横向振动模式。例如，对于具有长度大约135厘米、直径约0.018英寸的超声探针而言，每大约1500Hz发生超声探针15的纵向共振。大约每200Hz到140Hz，发生超声探针15的横向共振。因此，由于变化了所述驱动频率，所以改变频率以发现横向共振要比发现纵向共振容易。
在本发明的一个实施例中，本发明的所述变频驱动是开环驱动(openloop drive)，所述开环驱动允许所述换能器上的频率连续变化，而不需要知道从超声探针15上返回什么。在所述开环驱动结构中，频率在已知的有用范围内变化，且不需要反馈。所述操作频率范围通过制造公差和规格来预定，从而每个换能器将在同样范围下操作。超声能量源99能针对变频驱动程序化，而不需要任何反馈。在本实施例中，所述探针在生物材料发生消融的频率之间操作，但在其它时候，所述探针在生物材料不发生消融的频率之间操作。在本实施例中，超声能量源99不执行预操作扫描。
通过类似于图8A和图8B所示的示例，可最好地来在结构上理解超声医疗设备11的变频操作的所述开环驱动构造的功能特点。假设21kHz驱动在超声探针15上产生大约10.5个周期的干涉图形(也就是，横向节点和横向反节点图形以大约10.5厘米分开)、23kHz驱动在超声探针15上产生大约11.5个周期的干涉图形、以及25kHz的驱动在超声探针15上产生大约12.5个周期的干涉图形，则超声探针15的特殊弯曲形状将影响超声探针15的横向超声振动和生物材料的消融效果。例如，在某一应用情景下，可以推测超声探针15以特殊的方式弯曲以使超声探针15在所述21kHz操作频率下不产生用于消融生物材料的、且沿着该弯曲传播超声能量的横向超声振动。然而，在所述23kHz和25kHz操作频率下，超声探针15产生用于消融生物材料的、且沿着该弯曲传播超声能量的横向超声振动。在该结构的超声医疗设备11的变频驱动的所述开环驱动结构中，所述操作频率在约20kHz到约26kHz之间的范围内缓慢地被调制，由此三分之二的时间产生所述超声探针的所述横向超声振动以及生物材料消融效果。相反，现有技术共振系统仅在一个频率下操作，且不产生所述超声探针的生物材料破坏效果。
在本发明的另一实施例中，为了将频率改变到发生生物材料消融的频率下，本发明的超声医疗设备11的变频驱动在获得来自超声探针15的实时反馈的闭环下操作。在本发明的这个实施例中，环路是闭合的，且搜索了各种参数，这些参数包括(但不限于)驱动信号相对于反馈信号的相对相位、该相位关系的变化相对于驱动频率变化的比率，所述各种参数有助于超声能量源99决定在哪个频率下进行扫描(sweep)。
在本发明的一个实施例中，本发明的超声医疗设备11通过搜索返回信号的相位角来搜索生物材料16消融发生的频率。不管驱动是否为共振，超声探针15和超声医疗设备11的其余部分的确具有共振，所述共振是基于来自所述驱动器的电流电压的反馈或者来自超声医疗设备11的独立麦克风元件的反馈来检测的。
在本发明的又一实施例中，本发明的超声医疗设备11通过基于产生的宽带不规则噪声检测孔洞来搜索生物材料16消融发生的频率。在本发明的这个实施例中，包括麦克风的另外的换能器用于拾取超声探针15的反射波。当成洞发生时，产生随机信号以有助于识别生物材料16发生消融的频率。当以横向振动模式发生操作时，还有许多同时激励出来的不同频率。以横向振动模式的操作产生了通过麦克风拾取的特殊噪音。
本发明的超声医疗设备的所述变频驱动操作成在与所述纵轴垂直的方向上振动超声探针15。当沿着弯曲使超声探针15挠曲时，由于所述变频驱动使操作能在一定频率范围内进行，所以所述变频驱动提高了超声探针15的消融效果。由于在给定的频率范围中横向振动模式多于纵向振动模式，因此增加了在横向操作模式下操作超声探针15的可能性。
图6是本发明的优选实施例的框图，其中超声医疗设备11的系统111使用相位分析反馈。系统111由交流(AC)电源(图中未示出)来供电。中央处理器(CPU)124预编程以产生信号，所述信号基于从系统111的其它功能块中得到的反馈设定超声驱动信号的频率和幅值。数-模换能器(DAC)130在CPU 124的控制下产生模拟信号，该模拟信号设定电压控制振荡器(VCO)128的输出频率和由功率放大器138产生的驱动信号的幅值。所述驱动信号在送入换能器组件以产生超声声音能量之前，通过隔离屏障146电性隔离，其中所述换能器组件包含功率换能器140和感应换能器(sensetransducer)142和超声探针15。感应换能器142用于为所述系统提供反馈。来自感应换能器142的输出信号在被所述系统使用之前必须通过隔离屏障146隔离。
根据下面的公式，相位探测器134用于比较功率放大器138的输出电压的相位和感应换能器142的输出电压的相位Fin＝|Fin|(cos(ωot+φ1))Fout＝|Fout|(cos(ωot+φ2))φ=φ1-φ2=arccos(Fin|Fin|)-arccos(Fout|Fout|)]]>其中Fin是输入函数(也就是，电压驱动)；Fout是输出函数(也就是，感应换能器电压)；t是独立的变化时间；φ是测得的相位；ωo是驱动频率。
相位探测器134的输出通过模-数换能器(ADC)126数字化并且送入CPU 124。反馈路径用于判定在超声探针15(换能器组件140的部分)上发生各种想要的和不想要的共振的频率。驱动信号的电压和从感应换能器元件返回的电压信号之间的相位差可以用于定位超声探针15能执行有用工作的操作频率。随着所述操作频率在允许的频率带内扫描，将会在超声探针15上将会引起各种机械共振。
根据下面的公式，纵向共振发生在超声探针15上。
Δf=c2L]]>其中
Δf是纵向共振之间的频率间隔；c是在介质中的纵向波速；L是超声探针的长度。
对于长135厘米、由钛构成的超声探针15来说，这等于约每1800Hz的纵向共振。
根据下面的公式，横向共振发生于超声探针15上fn=πKc(2n-1)38L2]]>其中fn是第n个横向模式的频率；K是横截面的回转半径(对圆横截面来说是d/4，其中d是超声探针的直径)；c是在介质中的纵向波速；L是超声探针的长度；任何频率周围的频率间隔可以通过取两个连续模式之间的差从而由上述公式来判定。对于长135厘米、由钛构成的超声探针15来说，这等于在10kHz下每140Hz的横向共振。因为这些纵向共振和横向共振的存在，所述驱动信号和所述返回信号(驱动电流或麦克风元件电压)之间的相位关系受到干扰。纵向共振在所述相位中引起大的干扰，横向振动在所述相位中引起小的干扰。下面的公式描述了决策规则∂φ∂ω>M,]]>纵向模式∂φ∂ω<N,]]>横向模式其中，M是经验判定的纵向模式的最慢变化速率，以及N是经验判定的横向模式的最快变化速率。
当频率扫描时，通过将相位相对于频率进行映射，可能执行有用工作的频率可以被确定并在移动到不同的频率之前被激励一段给定的时间。还有，超声医疗设备11在给定的驱动频率下的功效可以通过量化在从感应换能器142返回的信号中出现的相位跳动(jitter)来确定。即使当超声探针15以单一频率来被激励时，所导致的超声探针15的运动将会引起多种其它的频率，并因此引起将出现于从感应换能器142返回的信号中的相位跳动。在产品研发中，操作探针的相位跳动在各种情况下被量化(例如传给目标区域的各种功率效率)。这种信息编入到CPU存储器中。在操作时，将功率传递的频率调整为在允许的频率带内的各种频率。在每个操作频率下，分析从所述感测换能器元件返回的信号，量化所述信号的跳动。基于比较的结果，对于使用的特殊频率，可以作出判定。下面公式描述了判定原则∂φ∂t>ED]]>其中ED是经验判定的最小相位跳动，该最小相位跳动与指定的驱动电压D下的有效功率传递相关。
如果判定这个频率执行有用的工作，则在这个功率移动到不同的频率之前，这个频率可以用于在给定时间段内将有用的能量传递给超声探针15。如果判定这个频率不能执行有用的工作，则所述系统能立即移动到不同频率下并在所述不同频率下进行测试操作。
图7是本发明的又一实施例的框图，其中所述超声医疗设备的系统191使用波谱分析反馈。所述系统由交流(AC)电源(图中未示出)供电。中央处理单元(CPU)154预编程以产生信号，所述信号基于从所述系统的其它功能块中所得到的反馈设定超声驱动信号的频率和幅值。数-模换能器(DAC)160在CPU154的控制下产生模拟信号，该模拟信号设定电压控制振荡器158的输出频率和由功率放大器(VCO)168产生的驱动信号幅值。所述驱动信号在被送入到换能器组件以产生超声声音能量之前通过隔离屏障176电性隔离，该换能器组件包含功率换能器170和读出换能器172和超声探针15。感应换能器172用于为所述系统提供反馈。来自感应换能器172的输出信号由所述系统使用之前必须通过隔离屏障176隔离。所述信号通过模-数换能器(ADC)178数字化并传到波谱分析器180。波谱分析器180将关于感应换能器的输出信号的频率波谱的信息提供给CPU 154，该信息使CPU 154判定所述系统在当前的驱动信号频率下的功效。基于这个反馈，CPU154将会以当前的频率驱动所述换能器组件，或者移动到不同的频率下并判定所述系统在新频率下的功效。在所述设备内的感应换能器172产生包含涉及超声探针15性能的信息在内的输出信号。即使当超声探针15以单一频率来被激励时，所导致的超声探针15的运动也会引起将出现在超声探针15内的各种其它频率。在产品研发中，收集了在多种情况下操作探针的波谱(例如，各种传递给目标区域的功率的效率)。与最优性能相关联的波谱(或波谱的重要特征)存储在CPU 154的存储器里。在操作中，将功率传递的频率调整到在允许的频率带内的各种频率。在每种操作频率下，分析从感应换能器元件172返回的信号，并将该信号的波谱(或波谱的重要特征)与前面收集的探针波谱进行对比。基于对比的结果，对于使用的特殊频率可以作出判定。如果判定这个频率执行有用的工作，则在这个频率移动到不同的频率之前，这个频率可以用于在给定时间段内将有用的能量传递给超声探针15。如果判定这个频率不能执行有用的工作，则所述系统能立即移动到不同频率下并在所述不同频率下进行测试操作。
为了通过模-数换能器(ADC)126、156将反馈提供给CPU 124、154，在所述系统中还可以有功率表36、66。从功率表36、66得到的所述反馈可以用于避免在那些所述换能器不能给超声探针提供能量的频率下花费驱动所述系统的操作时间。为了更精确地控制功率传递，所述反馈还可以允许调整所述驱动信号的幅值。功率表36、66根据下面的公式进行操作平均功率，P=∫T0T0+2πωoωo2πV×Idt]]>其中T0是任意固定的时间；驱动电压，V＝Acos(ωot+φ)；驱动电流，I＝Bcos(ωot+φ)。
功率表36、66不会有助于频率的精密调整，所述功率表仅仅是作为所传递的功率的粗测。所述功率表不能在有用功率和不做有用工作的功率之间进行辨别。
在本发明的一实施例中，所述系统使用了相位分析反馈源。所述驱动信号的电压与电流之间的相位差148，而不是所述驱动信号的电压与从所述感应换能器元件返回的电压信号之间的相位差，可以用于定位柔性探针可以执行有用工作的操作频率。
闭环操作可以是扫描闭环(scan closed loop)/运行开环(run open loop)或运行闭环(run closed loop)。这两种类型的闭环操作是相似的。在本发明的一实施例中，闭环操作模式是扫描闭环/运行开环，其中有两种不同的操作情况扫描和传递能量。在本发明的另一实施例中，闭环操作模式是运行闭环，其中有用的能量传递到柔性探针，并同时进行频率分析。本领域技术人员将认识到，本领域已知的其它闭环操作也涵盖于本发明的精神和范围内。
在本发明的一实施例中，所述开环操作模式具有在允许的频率带内缓慢变化(调制)的驱动频率。所述频率调制是时间的规定函数(也就是，正弦的)，且调制信号带限于比大约100Hz小。
在本发明的一实施例中，存在多种频率下的同时激励为了使到给目标区域传递的能量最大化，若干VCO可以用于同时地在若干频率下驱动所述功率换能器。
在本发明的一可替换实施例中，超声探针15以扭转模式被振动。在所述振动的扭转模式下，超声探针15的纵向轴的部分由径向不对称的横截面构成，且超声探针15的长度选择成在扭转模式下共振。在所述振动的扭转模式下，换能器将从超声能量源99上接收的超声能量传给超声探针15，从而引起超声探针15扭转地振动。超声能量源99产生电能，该电能用于沿着超声探针15的纵轴产生扭转振动。所述扭转振动是扭转振荡(torsionaloscillation)。由此，沿着超声探针15的包括探针尖9的、纵轴的等距点在相对于超声探针15纵轴的短弧内来回振动。与多个扭转节点(torsional node)的每一个节点接近的部分和与多个扭转节点的每一个节点远离的部分异相振动，同时所述接近的部分顺时针振动，而所述远离的部分逆时针振动，反之亦然。所述扭转振动导致以最小超声能量损失给生物材料传递超声能量，其中所述超声能量的损失能限制超声医疗设备11的效率。所述扭转振动产生循着超声探针15的纵轴的旋转和反旋转，所述旋转和反旋转沿着超声探针15的部分纵轴产生多个扭转节点和多个扭转反节点，所述节点和反节点导致沿着超声探针15的部分纵轴的孔洞，超声探针15包括消融生物材料的位于围绕超声探针15的介质中的径向不对称横截面。用于以扭转模式操作的超声医疗设备的装置和方法描述于受让人的尚待批准的美国专利申请No.10/774,985，因此整个该申请通过援引在此合并。
在本发明的另一实施例中，超声探针15以扭转模式和横向模式振动。换能器将来自超声能量源99的超声能量传递给超声探针15，以使超声探针15产生扭转振动。所述扭转振动包括沿超声探针工作段的横向振动，所述横向振动沿着所述工作段产生多个节点和多个反节点，所述多个节点和所述多个反节点在围绕超声探针的介质中产生孔洞。超声探针15的所述工作段既经历所述扭转振动又经历所述横向振动。
依赖于超声探针15的物理特性(也就是，长度、直径等)和材料特性(也就是，屈服强度、模量等)，通过所述扭转振动激励所述横向振动。由于共同的弹性力的剪切分量，所以所述扭转振动和所述横向振动的耦合是可能的。当所述换能器的频率接近超声探针15的横向共振频率时，所述横向振动就被引入。对每种扭转模式来说，因为有多种接近的横向振动模式，所以所述扭转模式振动和所述横向模式振动的结合是可能的。通过对超声探针15施加张力，例如通过弯曲超声探针15，所述横向振动就调整为与所述扭转振动一致。由于张力的改变，弯曲将引起频率的漂移(shift)。在所述扭转振动模式和所述横向振动模式下，超声探针15的所述工作段沿与超声探针15的纵轴不平行的方向振动，同时沿超声探针15纵轴的等距点在相对于超声探针15纵轴的短弧内来回振动。在横向模式和扭转模式下操作的超声医疗设备的装置和方法描述于受让人的尚待批准的美国专利申请No.10/774,898，因此整个该申请通过援引在此合并。
这里引用的所有专利、专利申请和出版的文献通过援引在此整个合并。尽管本发明已通过参考优选实施例对本发明特别地示出和描述，但是本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本发明所附的权利要求书所界定的范围内，可在形式和细节上进行各种变型。
权利要求
1.一种用于消融生物材料的超声医疗设备，包括超声探针，其具有近端、远端和在该近端和该远端之间的纵轴；换能器，其在可变频率范围内驱动该超声探针，以沿着该超声探针的至少部分所述纵轴产生横向超声振动；连接器，其将该超声探针的该近端接合到该换能器的远端；以及超声能量源，其结合到该换能器，该能量源产生超声能量；其中，在该可变频率范围内对该超声探针的驱动使得该超声能量沿着该超声探针的弯曲传播，以消融与该超声探针连通的生物材料。
2.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针包含允许该超声探针弯曲、偏转和挠曲的材料。
3.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器获得宽带信号以驱动该超声探针并且产生在宽范围频率内的功率。
4.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器不在该超声探针的共振频率的频率下操作。
5.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针被激励产生多个横向共振。
6.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针被防止产生纵向共振。
7.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器允许在该可变频率范围内输出均匀的功率。
8.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器是磁致伸缩机构。
9.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器是音圈机构。
10.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器是气动机构。
11.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声能量源是宽带超声能量源。
12.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该横向超声振动沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生多个横向节点和多个横向反节点；所述横向节点和所述横向反节点在围绕该超声探针的介质中产生孔洞以消融该生物材料。
13.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针在所述可变频率范围内以开环形式被驱动。
14.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针在所述可变频率范围内以闭环形式被驱动。
15.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器在所述可变频率范围内驱动该超声探针，以沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生纵向超声振动。
16.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该换能器在所述可变频率范围内驱动该超声探针，以沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生扭转超声振动。
17.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针是一次性的。
18.如权利要求1所述的超声医疗设备，其中，该超声探针含有超弹性合金。
19.一种用于消融生物材料的超声医疗设备，包括超声探针，其具有近端、终结于探针针尖的远端及在该近端和该远端之间的纵轴；换能器，其将电能转换为机械能，以沿着该超声探针的纵轴产生横向超声振动；连接器，其将该超声探针的该近端接合到该换能器的远端；其中，该超声探针在可变频率范围内以近似均匀的功率输出被驱动以消融该生物材料。
20.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该超声医疗设备允许超生能量沿着该超声探针的弯曲传播。
21.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该横向超声振动沿该超声探针的部分所述纵轴产生多个横向节点和多个横向反节点。
22.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该横向超声振动在围绕该超声探针的介质中产生孔洞。
23.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该换能器获得宽带信号以驱动该超声探针并产生宽频率范围的功率。
24.如权利要求19所述的超声医疗设备，还包括接合于该换能器的、产生超声能量的超声能量源。
25.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该超声探针被激励产生多个横向共振。
26.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中该超声探针被防止产生纵向共振。
27.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该超声探针在所述可变频率范围内以开环形式被驱动。
28.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该超声探针在所述可变频率范围内以闭环形式被驱动。
29.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该换能器在所述可变频率范围内驱动该超声探针，以沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生纵向超声振动。
30.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该换能器在所述可变频率范围驱动该超声探针，以沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生扭转超声振动。
31.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该超声探针含有超弹性合金。
32.如权利要求19所述的超声医疗设备，其中，该超声探针供一个病人一次性使用。
33.一种沿超声医疗设备的弯曲传播超声能量以消融生物材料的方法，包括下列步骤提供超声医疗设备，该超声医疗设备包括超声探针，该超声探针具有近端、远端及在该近端和该远端之间的纵轴；将该超声探针插入到人体的脉管系统中；使该超声探针沿所述脉管系统的弯曲而挠曲；将该超声探针移动到接近于该生物材料；致动接合于该超声探针的超声能量源，以沿该超声探针的至少部分所述纵轴产生横向超声振动；以及在可变频率范围内驱动该超声探针，以使该超声能量沿该超声探针的弯曲传播以消融该生物材料。
34.如权利要求33所述的方法，还包括沿该超声探针的部分所述纵轴产生多个横向节点和多个横向反节点；
35.如权利要求33所述的方法，还包括在所述可变频率范围内产生均匀的功率输出；
36.如权利要求33所述的方法，还包括通过该超声探针的所述横向超声振动在围绕该超声探针的介质中产生声能。
37.如权利要求33所述的方法，还包括设置该超声医疗设备的换能器，该换能器在所述可变频率范围内驱动该超声探针。
38.如权利要求33所述的方法，还包括激励该超声探针产生一个或多个横向共振。
39.如权利要求33所述的方法，还包括防止该超声探针产生纵向共振。
40.如权利要求33所述的方法，还包括提供一换能器，该换能器是磁致伸缩机构。
41.如权利要求33所述的方法，还包括提供一换能器，该换能器是声圈机构。
42.如权利要求33所述的方法，还包括提供一换能器，该换能器是气动机构。
43.如权利要求33所述的方法，还包括在所述可变频率范围内以开环形式驱动该超声探针。
44.如权利要求33所述的方法，还包括在所述可变频率范围内以闭环形式驱动该超声探针。
45.如权利要求33所述的方法，还包括沿该超声探针的至少部分所述纵轴传播纵向超声振动。
46.如权利要求33所述的方法，还包括沿该超声探针的至少部分所述纵轴传播扭转超声振动。
47.如权利要求33所述的方法，还包括；使该超声探针具有柔性以使该超声探针偏转和关节式结合。
48.如权利要求33所述的方法，其中，该超声探针含有超弹性合金。
49.一种消融接近人体脉管系统中弯曲处的生物材料的方法，包括下列步骤提供超声医疗设备，该超声医疗设备包括超声探针，该超声探针具有近端、终结于探针针尖的远端及在该近端和该远端之间的纵轴；将该超声探针插入该脉管系统的插入点；使该超声探针沿该脉管系统中的弯曲移动；将该超声探针放置成与该生物材料连通；致动接合于该超声探针的超声能量源以产生电信号，该电信号驱动该超声医疗设备的换能器以产生该超声探针的横向超声振动；在可变频率范围内驱动该超声探针，以沿该超声探针的弯曲保持生物材料的破坏效果。
50.如权利要求49所述的方法，还包括沿该超声探针的部分所述纵轴产生多个横向节点和多个横向反节点。
51.如权利要求49所述的方法，还包括激励该超声探针产生一个或多个横向共振。
52.如权利要求49所述的方法，还包括在可变频率范围内以开环形式驱动该超声探针。
53.如权利要求49所述的方法，还包括在可变频率范围内以闭环形式驱动该超声探针。
54.如权利要求49所述的方法，还包括给该超声医疗设备设置一换能器，该换能器在所述可变频率范围内驱动该超声探针。
55.如权利要求49所述的方法，还包括沿该超声探针的至少部分所述纵轴传播纵向超声振动。
56.如权利要求49所述的方法，还包括沿该超声探针的至少部分所述纵轴传播扭转超声振动。
57.如权利要求49所述的方法，其中，该超声探针含有超弹性合金。
全文摘要
一种具有变频驱动的用以消融生物材料(16)的超声医疗设备(11)的装置和方法，该超声医疗设备(11)包括超声探针(15)，其具有近端(31)、远端(24)和在该近端和该远端之间的纵轴；换能器，其在可变频率范围内驱动该超声探针(15)以沿着该超声探针(15)的至少部分所述纵轴产生横向超声振动；连接器(33)，其将该超声探针(15)的该近端(31)接合到该换能器的远端(86)；以及超声能量源(99)，其连接到该换能器，该能量源产生超声能量；其中，在可变频率范围内对该超声探针(15)的驱动使得该超声能量沿着该超声探针(15)的弯曲传播，以消融与该超声探针(15)连通的生物材料(16)。
文档编号A61B8/00GK101065066SQ200480044431
公开日2007年10月31日 申请日期2004年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者布拉德利·A.·黑尔, 凯尔·K.·亚尔格, 查尔斯·J.·小瓦达拉, 安东尼·W.·欧利里, 托马斯·A.·墨菲, 罗伊·M.·罗伯逊 申请人:全音速医学技术有限公司