[发明专利]用于将超声能量输送到身体组织的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月10日提交的、名称为“SystemsandMethodsforDeliveringUltrasonicEnergytoaBodilyTissue”、序列号为61/833,154的美国临时专利申请的优先权，其公开通过引用完整地合并于此处。

背景技术

此处所述的实施例总体上涉及与超声消融装置结合使用的系统和装置，并且更具体地，涉及配置成在传输部件中产生扭转振动并使各种传输部件的超声振动频率与超声能量源相匹配的耦合器部件。

已知的超声能量传输系统在许多不同的医疗应用(例如举例来说，用于医学成像)中使用以破坏阻塞和/或消融身体组织。在用于组织消融的已知超声能量传输系统中，超声能量从超声能量源通过换能器变幅杆并且然后通过传输部件(例如线或管等)传递到远侧头部。超声能量作为周期波传播通过传输部件，由此导致远侧头部振动。这样的振动能量可以用于消融或以另外方式破坏身体组织，例如血管阻塞、肾结石等。为了有效地到达各种部位以便治疗血管内闭塞或肾脏和尿道内的区域，这样的超声传输部件通常具有大约43厘米或更长的长度。

已知的超声传输部件构造成具有足够的柔性以穿过各种身体腔道，但是也具有足够的强度以将超声能量传输到远侧尖端(例如，以消融血管或尿道阻塞)。更坚固、更耐用的传输部件允许更大的能量传输，但是可能不具有足够的柔性或足够细以通过脉管系统前进到期望治疗区域。更细的传输部件可以具有更大的柔性，但是不太耐用并且更易于断裂。

已知的超声能量传输系统可以配置成将期望振动模式的能量(例如，波形形状)和/或期望振动频率范围内的能量输送到身体组织。也就是说，已知的超声消融系统用于有效地消融或以另外方式破坏身体组织(例如，血管阻塞、肾结石等)的关键参数是振动模式和振动频率。因此，已知的系统通常配置成产生具有这样的频率的超声能量，该频率匹配能量输送组件(即，换能器和/或探头组件)的固有频率。当在固有频率下(即，在共振条件下)操作时，穿过传输部件行进的超声能量波(或信号)的振幅处于其最大值。该传输部件可以被认为如同具有沿其长度行进的超声能量的驻波。更具体地说，该驻波沿着传输部件的长度产生一系列波节(最小位移区域)和波腹(最大位移区域)。因此，在共振条件下操作时，对于给定的功率水平，在波腹处的位移和/或振动处于最大值。每个波腹可以在与传输部件接触的流体中产生空化作用，从而导致邻近组织的破坏。

一些已知的超声消融系统配置成在高振动频率(例如25kHz或更高)下操作，以产生更高的动量。此外，目前的标准(例如国际标准IEC-61847)限制用于组织破坏的超声装置在低于20kHz的振动频率下操作，因为这是人类听觉范围的阈值。因此，一些已知的超声消融系统配置成在25kHz或更高频率下操作，以确保系统中的变化将不会导致在低于20kHz下操作。

然而，更高的频率可能与系统的换能器组件中的更高热量产生相关联。此外，当在高于25kHz和/或28kHz的频率下操作时，包括在换能器组件中的机械系统和部件可能无法对电子信号产生响应。这可能会导致与身体组织的一部分相接触的传输部件的尖端的位移的减少。因此，具有可以在稍微高于20kHz的紧密超声振动频率范围内(例如，在大约20kHz至大约21kHz的范围内)操作的超声消融系统将是有益的。

保持超声振动频率在此紧密范围内要求包括于超声消融系统中的传输部件或组件的振动特性和/或固有频率相匹配。这可能是困难的，尤其是当使用不同质量、刚性、长度和/或截面的(例如，刚性的、柔性的或半柔性的)传输部件时。尤其是，对已知超声能量传输系统的部件(例如，换能器组件和传输部件)的改变会显著改变系统的固有频率，并因此显著改变所输送的振动模式的频率。例如，已知的传输部件可以配置成具有不同程度的柔性、不同的长度等，以适应受试者的需要。然而，这样的特性中的变化可能会导致传输部件具有显著不同的振动共振频率。为确保通过超声能量传输系统输送期望的振动频率，传输部件和换能器组件的振动频率应当相匹配。

一种选择是设计和制造传输部件使其具有与期望的振动频率和/或换能器组件的固有频率相匹配的固有频率。然而，传输部件的尺寸和柔性受限于身体组织的解剖考虑和位置，这为调整传输部件的振动频率留下很少的空间。另一种选择是使用与期望的传输部件相匹配的单独的换能器组件和/或超声变幅杆。然而，为每个传输部件设计单独的换能器组件是繁重的并且会显著增加系统成本。