表征物体在给定力下偏转的容易性（例如，当物体沿着身体内的曲 折路径移动时物体偏转的容易性）。物体（例如导管、传输部件等）的挠曲刚度可以如下所 示在数学上表达为：
[0045] k = 3EI/L3
[0046] 其中k是物体的挠曲刚度，E是构造物体的材料的弹性模量，I是物体的面积惯性 矩（下面定义），并且L是物体的长度。因此，"刚性"物体可以具有这样的挠曲刚度，使得 当其接触到第一力时不显示任何实质性的偏转、变形或以另外方式的位移。与此相反，"柔 性"物体可以具有这样的挠曲刚度，使得当其接触到该第一力时充分地偏转、变形或以另外 方式位移。由此，"半柔性"或"半刚性"物体可以具有相对于刚性物体和柔性物体的中间的 挠曲刚度。
[0047] 当在此处使用时，术语"截面面积惯性矩"、"面积惯性矩"和/或"第二面积矩"涉 及物体对围绕位于截面平面中的轴线的偏转或位移的抗性。面积惯性矩取决于物体的截面 面积和/或形状并且可以在数学上表达为物体的截面的函数。物体（例如，此处公开的管） 的面积惯性矩被描述为长度单位的四次方（例如，in4, mm4, cm4等）。以该方式，"面积惯性 矩"与表达为质量单位乘以长度单位的二次方（例如，kg * m2, Ik* ft2等）的"惯性矩" 或"质量惯性矩"不同。
[0048] 在此处使用两个数学公式来定义大致环形截面形状和大致弧形截面形状的面积 惯性矩。环形截面形状的面积惯性矩表达如下：
[0050] 其中d。是圆环的外径并且d 1是圆环的内径。
[0051] 弧形截面形状的面积惯性矩表达如下：
[0053] 其中r是弧的半径，t是弧段的厚度（例如，4-山），并且α是半径的包角。为了 与环形截面的面积惯性矩的式子一致，该式子可以如下所示表达为：
[0055] 当在此处使用时，术语"工作长度"指的是物体的操作长度。例如，可以送入受试 者的内腔（例如，尿道）的超声探头的长度被视为工作长度。
[0056] 当在此处使用时，关于超声振动的术语"线性分量"和"扭转分量"用来指代超声振 动的线性模式和扭转模式。振动是一种力学现象，由此振荡围绕一个平衡点而发生。一个 经历振动的物体（或通过其传递振动能量的物体）可以有很多自由度（或以一个方式被约 束），使得振动可以发生于沿着或围绕物体轴线的任何方向，这被称为振动的振型或分量。 振动最常见的分量包括：（i)线性分量或振型，这是指沿着物体的线性轴线的振动；（ii)扭 转分量或振型，这是指围绕物体的线性轴线的旋转振动；以及（iii)弯曲分量或振型，这是 指围绕物体的线性轴线的弯曲振动。物体可以经历或产生单个分量的振动或其组合，例如， 线性分量和扭转分量的组合。在物体由多个自由度表征的情况下，如本领域公知的那样，振 动的分量通常通过它们的特征值和特征向量根据以下公式来表示：
[0058] 其中{λη}是一个矩阵，该矩阵代表方向n上的振动（或位移），g卩，振动的所有可 能的分量或振型，对应于振动的特定的分量或以另外方式的振型，q是特征值且{Φ}是特 征向量。因此，当能量被传送通过物体（例如，此处所述的传输部件的任意一种）时，该物 体可以具有多个振动分量或振型。例如，传输部件可以包括线性分量和扭转分量的组合，该 线性分量由第一特征值和第一特征向量表征，该扭转分量由第二特征值和第二特征向量表 征。
[0059] 此处所述的实施例涉及超声能量消融系统。在这样的系统中传输部件可以可操作 地耦合至超声能量源以将超声能量输送到目标身体组织。例如，图1是根据实施例的超声 能量消融系统100的图示。超声能量消融系统100(在此处也称为"超声系统"或简称为"系 统"）包括超声发生器180、脚踏开关170、超声换能器组件150和探头组件110。超声发生 器180 (或"发生器"）可以是配置成生成、控制、放大和/或传递电信号（例如，电压）至换 能器组件150的任何合适的发生器。
[0060] 超声发生器180至少包括处理器、存储器和电路（未在图1中显示）以产生具有 期望特性的电子信号（即，电流和电压），该电子信号可以由超声换能器组件150接收并且 转换成超声能量。在一些实施例中，超声发生器180可以电气地耦合至（例如，"插入"）电 插座使得超声发生器180接收电流的流动。例如，在一些实施例中，超声发生器180可以插 入壁装电源插座中，该壁装电源插座以指定电压（例如，120V、230V或其它合适的电压）和 指定频率（例如，60Hz、50Hz或其它合适的频率）输送交流电流（AC)电力。
[0061] 尽管未在图1中显示，但是超声发生器180包括电子电路、硬件、固件和或指令以 使得超声发生器180用作频率逆变器和/或电压升压器。以该方式，超声发生器180可以产 生和/或输出具有期望特性的电压至换能器组件150以产生期望的超声能量输出。例如， 在一些实施例中，超声发生器180可以以大约60Hz的频率和大约120V的电压接收AC电力 并且将电压转换成高达大致20kHz到35kHz的频率、具有大致500-1500VAC(RMS)的电压。 因此，超声发生器180可以为换能器组件150供应具有超声频率的AC电力流。
[0062] 如图1中所示，系统100包括脚踏开关170,该脚踏开关经由脚踏开关电缆171与 超声发生器180电连通。脚踏开关170包括第一踏板172a和第二踏板172b (统称'172'）， 这些踏板可操作地控制供应到超声换能器组件150的超声电能的输送。例如，在一些实施 例中，用户（例如，医生、技术人员等）可以接合和/或下压踏板172中的一个或多个以控 制供应到超声换能器组件150的电流使得进而探头组件110将期望的超声能量输送到身体 组织，如此处进一步详细地所述。
[0063] 在一些实施例中，第一踏板172a和第二踏板172b中的每一个可以配置成启动传 送到超声换能器组件150的超声电能的不同算法和/或模式。例如，第一踏板172a能够操 作以启动配置成消融软结石的超声电能的算法和/或模式（例如，传送高脉冲频率和/或 低振幅超声振动能量）。类似地，第二踏板172b能够操作以启动配置成消融硬结石的超声 电能的算法和/或模式（例如，传送低脉冲频率和/或高振幅超声电能）。以该方式，可以 使用超声能量消融系统100消融不同硬度的结石，而不改变包括在超声发生器180和/或 系统100中的任何部件。在一些实施例中，如此处所述，超声能量消融系统100可以包括多 个探头组件110,用于在不同的情况下使用。
[0064] 换能器组件150经由换能器电缆167与超声发生器180电连通。以该方式，换能 器组件150可以接收来自超声发生器180的电信号（即，电压和电流）。换能器组件150配 置成经由一组压电部件162(即，压电环）和超声变幅杆163(例如，参见图2)来产生并且 放大期望的超声能量，并且将超声能量传递到探头组件110和/或传输部件120。换能器 组件150可以是此处所示和所述类型的任何合适组件。在一些实施例中，换能器组件能够 操作以结合探头组件110产生略高于20kHz的振动频率，例如，20kHz和21kHz之间。也就 是说，在一些实施例中，换能器组件可以通过20kHz和21kHz之间的固有频率而被表征。在 一些实施例中，超声换能器组件150和/或超声发生器180可以包括控制模块，控制模块配 置成检测探头组件110和/或包括在探头组件110中的与其耦合的传输部件120的共振频 率。例如，第一传输部件可以具有第一挠曲刚度（例如，是柔性的），并且耦合至第一耦合器 以形成具有第一共振频率（例如，大约20. 8kHz)的第一探头组件。类似地，第二传输部件 可以具有第二挠曲刚度（例如，是刚性的），并且耦合至第二耦合器以形成具有第二共振频 率（例如，大约20. 1kHz)的第二探头组件。在这样的实施例中，控制模块可以配置成检测 该第一共振频率和第二共振频率，并且（a)当第一探头组件并由此第一传输部件耦合至换 能器组件150时产生与第一传输部件相关联的信号，和（b)当第二探头组件并由此第二传 输部件耦合至换能器组件150时产生与第二传输部件相关联的信号。
[0065] 例如，在一些实施例中，如图2中所示，换能器组件150包括具有近端部分152和 远端部分153的外壳151。外壳151配置成容纳或以另外方式封装流管157的至少一部分、 螺栓158、背板160、一组绝缘体161、一组压电环162和换能器变幅杆163。
[0066] 外壳151的近端部分152耦合至近侧盖154(例如，经由粘合剂、压配合或摩擦配 合、螺纹耦合、机械紧固件等）。近侧盖154限定开口 155使得近侧盖154可以容纳在其近 侧的连接器156 (例如，鲁尔连接器）的一部分（例如，大致在外壳151的外部）和在其远侧 的流管157的一部分（例如，大致在外壳151的内部）。进一步扩展，近侧盖154可以容纳 连接器156和流管157使得近侧盖154与连接器156和流管157形成大致不透流体密封。 以该方式，正压和/或真空可以经由连接器156被施加以灌注和/或抽吸探头组件110布 置在其中的身体的区域。也就是说，该布置导致连接器156放置成与由传输部件120所限 定的内腔122流体连通。
[0067] 外壳151的远端部分153配置成容纳换能器变幅杆163使得换能器变幅杆163耦 合至外壳151的内表面。更具体地，换能器变幅杆163可以至少部分地布置在外壳151内 使得换能器变幅杆163可以相对于外壳151移动（例如，当放大超声能量时），但是在正常 使用期间不移动到外壳151之外。换能器变幅杆163包括近端部分164和远端部分165并 且限定通过其中的内腔166。内腔166配置成容纳换能器变幅杆163的近端部分164处的 螺栓158的一部分和换能器变幅杆163的远端部分165处的探头组件120的一部分，这两 个部分在此处进一步详细地进行描述。
[0068] 如图2中所示，背板160、绝缘体161和压电环162在外壳151内并且围绕螺栓158 布置。更具体地，背板160、绝缘体161和压电环162的布置使得背板160布置在绝缘体161 和压电环162的近侧。压电环162均布置在绝缘体161之间。也就是说，第一绝缘体161布 置在压电环162的近侧并且第二绝缘体161布置在压电环162的远侧。压电环162与超声 发生器180电连通（例如，经由未在图1和2中显示的电线），如此处进一步详细地所述。 [0069] 如图2中所示，螺栓158的一部分配置成布置在由换能器变幅杆163限定的内腔 166内。更具体地，螺栓158的该部分与限定内腔166的换能器变幅杆163的内表面形成 螺纹配合。以该方式，螺栓158可以在内腔166内前进使得螺栓158将压缩力施加到背板 160、绝缘体161和压电环162上。因此，背板160、绝缘体161和压电环162保持在螺栓158 的头部（例如，在近端处）和换能器变幅杆163的近侧表面之间。施加到螺栓的扭矩和/ 或施加在螺栓158的头部和换能器变幅杆163的近侧表面之间的夹紧力使得换能器固有频 率偏移的偏移为距标称百分之十以内。所以，在使用中，压电环162可以振动和/或移动换 能器变幅杆163,如此处进一步所述。
[0070] 螺栓158还限定内腔159使得螺栓158的近端部分可以容纳流管157的远端部分。 以该方式，由螺栓158限定的内腔159和流管157共同地将由换能器变幅杆163限定的内 腔166放置成与连接器156流体连通。因此，换能器变幅杆163的内腔166可以放置成与 大致在外壳151的近端的外部的体积流体连通。
[0071] 如图1和图2中所示，探头组件110至少包括传输部件120和耦合器130。耦合 器130包括第一部分131和第二部分132。耦合器限定了配置成固定地容纳传输部件120 的近端部分121的通道133。第一部分131配置成耦合到换能器组件150。如图2中所示， 親合器130的第一部分131布置在换能器变幅杆163的远端部分165处的内腔166内，并 且与限定内腔166的换能器变幅杆163的内表面形成螺纹配合。以该方式，探头组件110 可以经由耦合器可去除地耦合至换能器组件150。耦合器130配置成将由换能器组件150 所产生的超声振动的至少一部分传递至传输部件120。耦合器130的第一部分131和第二 部分132可以共同配置成调整传输部件120和/或探头组件110 ( 即，传输部件120和与其 耦合的耦合器130)的共振频率以对应于由换能器组件150所产生的超声振动的振动频率。 在一些实施例中，第一部分131和第二部分132可以共同配置成将由换能器组件150所提 供的超声振动的线性分量的至少一部分变换成传输部件120内的扭转分量。
[0072] 传输部件120是具有近端部分121和远端部分122的伸长管（图1)，该近端部分 121配置成与耦合器130耦合。传输部件的远端部分122的远端配置成接触目标身体组织 或以另外方式靠近目标身体组织放置，并输送超声振动到目标组织。传输部件120可以是 任何合适的形状、尺寸或配置，并且在此处参照具体实施例进一步详细地进行描述传输部 件120。在一些实施例中，传输部件120可以可选地包括配置成增加传输部件120的至少 一部分的柔性（例如，减小刚度）的任何合适的特征，由此便于传输部件120穿过患者内的 曲折腔道（例如，尿道、静脉、动脉等）。例如，在一些实施例中，传输部件120的一部分可 以由比由更大刚度的材料形成的传输部件120的不同部分更低的刚度的材料形成。在一 些实施例中，可以通过限定开口（例如，槽口、凹槽、通道、切口等）来减小传输部件120的 至少一部分的刚度，由此减小传输部件120的该部分的面积惯性矩，如此处关于具体实施 例所述。在一些实施例中，可以通过改变传输部件120的至少一部分的截面（例如，直径） 来调整柔性，例如，改变外截面。传输部件120可以包括2012年10月16日提交的、名称为 "Apparatus and Methods for Transferring Ultrasonic Energy to a Bodily Tissue'， 的美国专利公开No. 2014/0107534中所示和所述的传输部件中的任意一种，其通过引用完 整地合并于此处。
[0073] 在一些实施例中，耦合器部件130可具有配置成使各种传输部件120的振动频率 与换能器组件150的振动模式的振动频率相匹配的不同形状和尺寸。这能够允许将紧密范 围中的振动模式和振动频率传输到身体组织，例如，范围为大约20kHz与大约21kHz之间， 例如，大约 20. 1kHz，20. 2kHz，20. 3kHz，20. 4kHz，20. 5kHz，20. 6kHz，20. 7kHz，20. 8kHz，或者 大约20. 9kHz，包括它们之间的所有范围和值。在一些实施例中，耦合器部件130还可以包 括耦合器130的外表面上的一个或多个特征，例如，以匹配和/或调整探头组件的固有频率 和/或将由超声发生器180所产生的超声振动的线性分量的至少一部分变换成传输部件 120内的扭转分量。这种扭转力能够促进传输部件的功能，例如，钻通身体组织，例如，受试 者的脉管系统内的组织，例如举例来说，闭塞、凝块、癌细胞、肿瘤、动脉瘤、斑块、脂肪沉积、 损伤、血栓、结石、子宫肌瘤、骨转移瘤、子宫内膜异位、肾结石或任何其它身体组织，并由此 使该身体组织碎裂。
[0074] 在使用中，用户（例如，外科医生、技术人员、内科医生等）可以操作超声能量消融 系统100以将超声能量输送到患者内的目标身体组织。例如，用户可以接合脚踏开关170的 踏板172使得超声发生器180生成具有期望超声频率（例如，20, 000Hz)的交流电流（AC) 和电压。以该方式，超声发生器180可以将AC电力供应到压电环162。AC电力可以促使压 电环162以期望频率振荡（例如，膨胀、收缩或以另外方式变形），这又导致换能器变幅杆 163相对于外壳151移动。因此，随着探头组件110耦合至换能器变幅杆163,换能器变幅 杆163的运动振动和/或移动探头组件110。以该方式，传输部件120的远端部分122的远 端可以布置成与邻近目标组织的患者的一部分相接触，使得传输部件120将超声能量的至 少一部分传递到目标组织（未在图1和2中显示）。例如，在一些实施例中，传输部件120 的远侧尖端可以冲击目标组织，例如举例来说，肾结石、血管闭塞、血液凝块、骨的一部分等 等，从而裂开闭塞。在一些实施例中，传输部件120的远端部分122的运动使得在患者的该 部分内发生空化。以该方式，该空化可以进一步裂开目标组织。在一些实施例中，超声系统 100可以可选地用于抽吸和/或将灌注供应到目标组织部位。
[0075] 尽管上面以一般方式描述，但是超声能量系统（例如超声能量系统100)可以包括 此处所示类型的任何合适的探头或传输部件，其具有增加的柔性以便于传输部件穿过患者 内的曲折腔道。例如，在一些实施例中，传输部件可以具有合适的柔性使得传输部件的至少 一部分可以在曲折解剖结构内弹性地（例如，不永久地）变形。例如，图3是根据实施例的 传输部件220的示意图。传输部件220可以包括在此处所示和所述的任何合适的超声能量 系统（例如举例来说，上面参考图1和2所述的系统100)中。传输部件220是整体构造的 伸长部件，该伸长部件包括侧壁221并且限定沿着纵轴线Ai的内腔222。以该方式，传输部 件220可以在超声程序期间提供从目标组织部位的抽吸和/或对目标组织部位的灌注（经 由内腔222,以及传输部件220所耦合的任何部件的连接内腔）。
[0076] 如图3中所示，传输部件220包括第一部分223、第二部分224和第三部分225。第 一部分223例如可以是近端部分并且可以至少可操作地耦合至超声能量源280,例如举例 来说，上述的超声发生器180和/或换能器组件150。例如，在一些实施例中，第一部分223 可以固定地布置在耦合器（例如，耦合器130)的通道内，如上