用于将超声能量输送到身体组织的系统和方法_3

文档序号:9552401阅读:来源:国知局
面参考图2所述。在这样的 实施例中,耦合器可以耦合至超声能量源280,因此,将传输部件220可操作地耦合至超声 能量源280。第二部分224例如可以是传输部件220的远端部分,并且可以布置在身体(未 示出)内以将来自第一部分223的超声能量传递到身体组织中。
[0077] 第三部分225布置在第一部分223和第二部分224之间。第三部分225可以限定 这样的截面面积惯性矩,该截面面积惯性矩小于第一部分223和/或第二部分224的截面 面积惯性矩。以该方式,传输部件220具有合适的挠曲刚度以沿着身体内的曲折路径和/ 或在身体内的曲折路径内布置,使得传输部件220高效地和可靠地将超声能量从第一部分 223传输到第二部分224。更具体地,第三部分225的较低的面积惯性矩允许第三部分225 比第一部分223和/或第二部分224更容易地弹性地变形。换句话说,第三部分225可以 比第一部分223和/或第二部分224所能做到的而更容易地围绕垂直于传输部件220的纵 轴线Ai的轴线来弯曲(例如,弹性地)。
[0078] 而且,第一部分223和/或第二部分224的更大挠曲刚度可以减小与更柔性的材 料和/或部件关联的、传输通过传输部件220的超声能量的损失。也就是说,与以另外方式 将传输部件220形成为具有恒定、较低挠曲刚度时所获得的传输效率相比,面积惯性矩的 空间变化导致更高的传输效率。由于传输部件220是整体构造的,因此它没有已知导致超 声能量波的反射(并且由此导致超声能量波的低效传递)的材料界面。另外,由于传输部 件220是整体构造的,因此传输部件220将在使用期间由于与独立构造的元件的联结相关 联的不连续和/或应力集中提升器而失灵的概率减小。
[0079] 传输部件220可以由任何合适的材料形成,例如举例来说,304型不锈钢、316型不 锈钢、镍钛合金(镍钛诺)或任何其它超弹性金属或金属合金。在一些实施例中,第一部分 223、第二部分224和/或第三部分225可以由与其它部分的材料不同的材料形成。例如, 在一些实施例中,第一部分223和第二部分224可以由第一材料形成并且第三部分225可 以由第二材料形成。在这样的实施例中,第一材料具有的弹性模量可以明显大于第二材料 的弹性模量。例如,在一些实施例中,第一部分223和第二部分224可以由304型不锈钢形 成并且第三部分225可以由镍钛诺形成。以该方式,第一部分223和第二部分224可以具 有比第三部分225更高的刚性。也就是说,第三部分225可以具有比第一部分223和第二 部分224的挠曲刚度更低的挠曲刚度(上面定义)。
[0080] 在其它实施例中,整体形成的传输部件220可以由大致均匀的材料(例如,单一材 料)形成。也就是说,在一些实施例中,第一部分223和第二部分224的挠曲刚度可以大于 第三部分225的挠曲刚度,而由相同材料形成。在这样的实施例中,通过改变传输部件220 沿其纵轴线4的截面尺寸和/或形状获得面积惯性矩的空间变化。例如,在一些实施例中, 传输部件220可以为大致圆柱形并且可以具有沿着传输部件220的长度的均匀外径cU也 就是说,第一部分223、第二部分224和第三部分225均可以具有大致相同的外径4。在这 样的实施例中,第一部分223、第二部分224和第三部分225可以具有不同的内径。例如, 第一部分223和/或第二部分224具有的内径可以小于(导致更厚的侧壁221)第三部分 225的内径。因此,第一部分223和/或第二部分224具有的面积惯性矩大于第三部分225 的面积惯性矩。以该方式,第一部分223和/或第二部分224具有的挠曲刚度大于第三部 分225的挠曲刚度。
[0081] 在一些实施例中,可以通过改变外径4获得面积惯性矩的变化,而保持由传输部 件限定的内腔222的截面不变。这可以例如被用于限定传输部件210的挠曲刚度。例如, 刚性传输部件220可以配置成限定外径或以另外方式的截面cU (例如,大约0. 18英寸)使 得该刚性传输部件220具有高面积惯性矩并因此具有高挠曲刚度。柔性传输部件220可以 配置成限定外径或以另外方式的截面cU使得d&< d & (例如,大约0. 032英寸)并且使得 该柔性传输部件220具有低面积惯性矩并因此具有低挠曲刚度。类似地,半柔性传输部件 220可以配置成限定外径或以另外方式的截面cU使得d &< d &< d & (例如,大约0. 063英 寸)并且使得该半柔性传输部件220具有中间的面积惯性矩,并因此具有相对于刚性传输 部件220和柔性传输部件220的中间的挠曲刚度。
[0082] 在其它实施例中,第一部分223的外径和/或第二部分224的外径可以大于第三 部分225的外径。因此,通过保持相似的内径,第一部分223和/或第二部分224具有的面 积惯性矩可以大于第三部分225的面积惯性矩。以该方式,第一部分223和/或第二部分 224具有的挠曲刚度大于第三部分225的挠曲刚度。
[0083] 此处所述的任何传输部件的近端部分可以使用任何合适的机构耦合至耦合器部 件(例如,耦合器部件130)。例如,如图4中所示,探头组件310可以至少包括传输部件320 和耦合器330。传输部件320可以大致类似于上面参考图1和图2所述的传输部件120,因 此,未在此处进一步详细地描述传输部件320的一些部分。
[0084] 耦合器330包括第一部分和第二部分332,并限定通道333,该通道333配置成固 定地容纳传输部件320的近端部分321。第一部分331配置成耦合到超声能量源,例如,关 于系统100描述的换能器组件150。例如,如图4中所示,第一部分331可以配置成形成与 换能器变幅杆(例如,如上面参考图2详细描述的换能器变幅杆363)的螺纹耦合。通道 333具有可以是任何合适的尺寸的直径。以该方式,耦合器330可以配置成容纳(在通道 333内)传输部件320的近端部分321,如此处进一步详细地所述。耦合器330配置成将由 超声能量源所产生的超声振动的至少一部分传递至传输部件320。也就是说,耦合器330限 定了这样的路径,可以通过该路径将超声能量从超声能量源传送至传输部件320。此外,第 一部分331和第二部分332配置成调整传输部件330和或探头组件310的共振频率,以对 应于由超声能量源所产生的超声振动的振动频率。换句话说,可以设置第一部分331和第 二部分332的形状和尺寸以调整探头组件310或传输部件320的共振频率以对应于超声能 量源所产生的超声振动的振动频率。
[0085] 在一些实施例中,第一部分331的外表面与第二部分332的外表面可以是不连续 的。例如,在一些实施例中,第一部分331可以具有第一直径和第一长度,并且第二部分332 可以具有第二直径和第二长度。第一直径可以大于第二直径。另外,第一长度与第二长度 的比值可以使得传输部件320或以另外方式探头组件310的共振频率可以在大约20kHz至 大约 21kHz 的范围内,例如,大约 20. lkHz、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,传 输部件320可以是半柔性传输部件,并且耦合器可以配置成将半柔性传输部件或以另外方 式包括半柔性传输部件的探头组件的共振频率调整为大约20. 8kHz。在其它实施例中,传输 部件320可以是刚性传输部件,并且耦合器330可以配置成将该传输部件或以另外方式包 括刚性传输部件的探头组件的共振频率调整为大约20. 1kHz。
[0086] 虽然未不出,在一些实施例中,親合器330可以包括布置在第一部分331和第二部 分332之间的第三部分。第三部分可具有第三直径和第三长度。第三直径可以小于第一 直径并且大于第二直径,使得耦合器是不连续的。在这样的实施例中,第一长度、第二长度 和第三长度的比值可以使得传输部件330或以另外方式探头组件310的共振频率在大约 20kHz至大约21kHz的范围内。在一些实施例中,第一长度与第二长度的比值可以是大约 2. 0、2. 1、2. 2、2. 3、2. 4、2. 5、2. 6、2. 7、2. 8、2. 9或者大约3. 0的范围,包括它们之间的所有 范围。例如,在一些实施例中,第一长度与第二长度的比值可以是大约2. 35。另外,第一长 度与第三长度的比值可以是大约 〇· 55、0· 56、0· 57、0· 58、0· 59、0· 60、0· 61、0· 62、0· 63、0· 64 或者大约0. 65,包括它们之间的所有范围。例如,在一些实施例中,第一长度与第三长度的 比值可以是大约0.61。在这样的实施例中,传输部件330可以是例如刚性传输部件,并且耦 合器330可以配置成将该刚性传输部件或以另外方式探头组件310的频率调整为第一共振 频率,例如大约20. 1kHz。
[0087] 在一些实施例中,第一长度与第二长度的比值可以是大约0. 78、0. 79、0. 80、0. 81、 0. 82、0. 83、0. 84、0. 85、0. 86、0. 87或者大约0. 88的范围,包括它们之间的所有范围。例如, 在一些实施例中,第一长度与第二长度的比值可以是大约0.83。另外,第一长度与第三长 度的比值可以是大约〇· 92、(X 94、(X 96、(X 98、L 0、L 02、L 04、L 06、L 08或者大约L 10,包 括它们之间的所有范围。例如,在一些实施例中,第一长度与第三长度的比值可以是大约 1。 在这样的实施例中,传输部件可以是例如半柔性传输部件,并且耦合器330可以配置成 将将该半柔性传输部件或以另外方式探头组件310的频率调整为第二共振频率,例如大约 20. 8kHz 〇
[0088] 在一些实施例中,由超声能量源(例如,换能器组件150)所产生的超声振动的至 少一部分可以包括线性分量(例如,沿着传输部件320的纵轴线)。耦合器330的第一部 分331和第二部分332可以共同配置成将超声振动的线性分量的至少一部分变换成传输部 件330内的扭转分量。例如,在一些实施例中,耦合器330可以包括布置在第一部分和第二 部分之间的第三部分。第三部分可限定凹槽,使得第一部分、第二部分和第三部分共同配置 成将超声振动的线性分量的至少一部分变换成传输部件330内的扭转分量,例如,以产生 扭转振动力。在一些实施例中,凹槽可以是这样的圆周凹槽,该圆周凹槽具有配置成产生扭 转振动力的宽度和深度。例如,在一些实施例中,凹槽的宽度可以是大约〇. 1英寸、〇. 11英 寸、0. 12英寸、0. 13英寸、0. 14英寸、0. 15英寸、0. 16英寸、0. 17英寸、0. 18英寸、0. 19英寸 或者大约2. 0英寸的范围,包括它们之间的所有范围。例如,在一些实施例中,凹槽的宽度 可以是大约0. 15英寸。在一些实施例中,凹槽可以是具有角宽度和切削角并配置成产生扭 转振动力的螺旋凹槽。该螺旋凹槽可以是直线切削螺旋凹槽或弯曲切削螺旋凹槽。
[0089] 在一些实施例中,耦合器330还可以限定耦合器330的侧壁上(例如,耦合器330 的第三部分的侧壁上)的侧向开口。该侧向开口可以与通道333流体连通,并且定位成与 由传输部件320限定的内腔322流体连通。例如,传输部件320还可以包括传输部件320 的近端部分321的侧壁上的侧向开口。传输部件320的近端部分321可以布置在由耦合器 330所限定的通道333中并被定位使得近端部分321中限定的侧向开口与耦合器330的侧 向开口大致相邻。以该方式,耦合器330的侧向开口可以与传输部件320的内腔322流体 连通。
[0090] 传输部件320包括近端部分321和远端部分(未在图4中示出)并且限定通过其 中的内腔322。传输部件320可以是任何合适的形状、尺寸或配置。例如,在一些实施例中, 传输部件320的至少一部分为大致环形并且包括外径d。和内径d i。在一些实施例中,传输 部件320的尺寸和形状(例如,外径d。)可以大致对应于由耦合器330限定的内腔333的 尺寸和形状(例如,直径山)使得传输部件320的近端部分321可以布置在其中。
[0091] 例如,在一些实施例中,内腔333的直径山可以大于传输部件320的外径d。,因此, 传输部件320可以布置在耦合器330的内腔333内。此外,在内腔333的直径山大于传输 部件320的外径d。的情况下,粘合剂可以布置在传输部件320和耦合器330的内表面之间 的空隙内。因此,传输部件320可以固定地耦合至耦合器330而不需要卷边、将压缩力施加 到传输部件等。进一步扩展,传输部件320可以固定地耦合至耦合器330而不塑性地(例 如,永久地)变形传输部件320,由此减小故障的概率并且也减小由于不连续所产生的超声 能量的反射引起的损失。在其它实施例中,传输部件320可以经由焊接或钎焊被耦合,同时 仍然实现此处所述的益处。
[0092] 在一些实施例中,耦合器可以限定尺寸和/或形状以调整传输部件组件的振动模 式和固有频率。也就是说,通过调整传输部件组件的固有频率以匹配换能器组件的频率性 能,耦合器可以补偿具有预定的面积惯性矩、柔性、质量、挠曲刚度、长度等(这些可能导致 传输部件具有期望范围之外的固有频率)的传输部件。例如,图5A示出了耦合器430的透 视图,该耦合器430配置成将具有第一挠曲刚度的第一传输部件(例如,此处前面所述的具 有大约0. 032英寸外径的柔性传输部件)耦合至换能器组件(例如,关于图2所示的换能 器组件150)。图5B示出了耦合器430沿着线A-A取的截面图。耦合器430包括第一部分 431、第二部分432和第三部分435。第一部分431配置成耦合到超声能量源,例如,关于图 2所示和所述的换能器组件150。例如,第一部分431可以包括配置成与换能器变幅杆(例 如,包括在换能器组件150中的换能器变幅杆163)形成耦合的螺纹部分。螺纹部分上的螺 纹数目可以是例如大约三和四之间。第一部分431的外表面与第二部分432的外表面不连 续,并且与第三部分435的外表面不连续。第一部分431限定例如大约为0. 125英寸的长 度h。第一部分431的外壁的第一部分可以是大致平坦的并且限定例如大约为0. 113英寸 的厚度h。第一部分431的外壁的第二部分可以是大致弧形的并且可以限定大约为0. 15 英寸的弧形半径。第二部分432可以限定例如大约为0. 025英寸的长度12和例如大约为 0. 034英寸的厚度t2。第三部分435可以限定例如大约为0. 123英寸的长度13和例如大约 为0. 051英寸的厚度t3。在螺纹部分内的内腔433的第一部分可以限定例如大约为0. 025 英寸的第一直径山。内腔433的剩余第二部分可以限定例如大约为0. 037英寸的第二直径 d2〇
[0093] 耦合器430限定了配置成使用如此处所述的任何合适的耦合方法固定地容纳第 一传输部件(例如,柔性传输部件)的近端部分的通道433。另外,通道433可以与第一传 输部件的灌注内腔流体连通。耦合器430配置成将由超声能量源所产生的超声振动的至少 一部分传递到第一传输部件。第一部分431、第二部分432和第三部分435共同配置成调整 第一传输部件或第一探头组件(即,具有与其耦合的第一传输部件的耦合器430)的共振频 率,以对应于由超声能量源(即,换能器部件150)所产生的超声振动的振动频率。在一些 实施例中,耦合器430操作以调整第一传输部件的共振频率以对应于超声能量源,使得所 传输的振动频率为20kHz和21kHz之间(例如,大约20. 9kHz)。也就是说,耦合器430配置 成将第一传输部件或以另外方式第一探头组件的共振频率调整为在大约20kHz和21kHz的 范围内。
[0094] 在一些实施例中,第一部分431、第二部分432和第三部分433的长度可以调整, 从而将传输部件或以另外方式探头组件的共振频率调整为期望值或范围。例如,第一部分 431的长度与第二部分432的长度和/或第三部分435的长度的比值可以使得传输部件或 以另外方式探头组件的共振频率可以被调整为期望值。
[0095] 例如,图6A示出了耦合器530的透视图,且图6B示出了耦合器530沿着线B-B取 的截面图。耦合器530包括第一部分531、第二部分532和第三部分535。耦合器530限定 了配置成容纳传输部件的近端部分的通道533。传输部件可以是具有第二挠曲刚度的第二 传输部件(例如,半柔性传输部件)或具有第三挠曲刚度的第三传输部件(例如,刚性传输 部件)。通道533也可以与传输部件的灌注内腔流体连通,例如,以允许灌注和/或抽吸目 标组织。螺纹部分内的通道533的第一部分可以限定例如大约为0. 025英寸的第一直径d3。 通道533的剩余第二部分可限定例如大约为0. 034英寸的第二直径d4。耦合器530配置成 耦合到超声能量源,例如,关于图2所示和所述的换能器组件150。例如,第一部分531可 以包括配置成与换能器变幅杆(例如,如上面参考图2详细描述的换能器变幅杆163)形成 耦合的螺纹部分。螺纹部分上的螺纹数目可以是例如三和四之间。耦合器530配置成将由 超声能量源所产生的超声振动的至少一部分传递至传输部件。第一部分531、第二部分532 和第三部分535可以共同配置成调整传输部件或以另外方式探头组件(即,具有与其耦合 的传输部件的耦合器530)的共振频率,以对应于由超声能量源所产生的超声振动的振动 频率。例如,第一部分531、第二部分532和第三部分535可以共同配置成将传输部件(例 如,第二传输部件或第三传输部件)或探头组件(例如,包括耦合器530和第二传输部件的 第二探头组件,或包括耦合器530和第三传输部件的第三探头组件)的共振频率调整为在 大约20kHz至大约21kHz的范围内。
[0096] 第一部分531具有第一直径(或以另外方式截面)和第一长度14,第二部分532具 有第二直径(
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