CN102209497A - 使用替代能量源在身体组织上引起期望温度效应 - Google Patents

Abstract

一种用于在身体组织上引起期望温度效应的系统，身体组织位于管腔附近。所述系统包括伸长导管，所述伸长导管具有其间有轴的近端和远端以及用于传输能量的能量输送部分。组织分析器被配置为表征邻近所述能量输送部分的管腔中的身体组织并且能量源耦联到传输组织治疗能量的所述能量输送部分，其中，所述能量是非射频能量。处理器耦联到所述组织分析器和能量源，所述处理器被配置为确定用于被表征的身体组织的适当治疗能量，从而用所述能量输送部分适度地加热身体组织而不消融。

Description

使用替代能量源在身体组织上引起期望温度效应

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC第119条第(e)项要求于2008年9月22日提交的美国临时申请No.61/099,155的权益，上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本申请与下列申请相关：于2007年10月18日提交的，题为“Inducing Desirable Temperature Effects on Body Tissue”的美国专利申请No.11/975,474；于2007年10月18日提交的，题为“System For Inducing Desirable Temperature Effects On body Tissue”的美国专利申请No.11/975,383；以及于2005年5月3日提交的，题为“Imaging and Eccentric Atherosclerotic Material Laser remodeling and/or Ablation Catheter”的美国专利申请No.11/122,263，上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

关于在联邦资助研究和开发下作出发明的权利的声明

不适用

技术领域

本发明一般涉及医疗装置、系统和方法。在典型实施例中，本发明为腔内疾病，尤其为动脉粥样硬化斑块、脆性或“热”斑块等提供治疗。本发明的结构允许使用微热来重塑动脉组织而无消融。

背景技术

球囊血管成形术和其它导管常常用于打开由于动脉粥样硬化疾病而窄化的动脉。与球囊扩张相关联的创伤可带来明显损伤，使得球囊扩张的益处最后被限制。支架通常用于延长血管的有益开放。在许多情况下，发生了支架置入之后身体管腔的再狭窄或后继窄化。

近来，药物涂层支架(例如Johnson和Johnson的Cypher^TM支架，相关药物包括Sirolimus^TM)显示出了明显减小的再狭窄率，并且他人正在开发和商用化替代的药物洗脱支架。另外，也开始了系统药物输送(静脉内或口服)的工作，这也可以提高血管成形手术成功率。

尽管药物洗脱支架似乎为许多患者的动脉粥样硬化的治疗提供了很大希望，但是仍然存在支架不能使用或具有明显缺点的许多情况。通常，支架置入将植入物留在身体中。这样的植入物可具有风险，包括机械疲劳、腐蚀等，尤其当植入物的移除困难并涉及介入手术时。对于治疗弥散性动脉疾病，治疗分叉，治疗易碎的身体区域，和治疗受到扭转、伸长和缩短的动脉，支架置入可能具有附加缺点。

也提出了各种改进的再狭窄治疗或再狭窄抑制治疗形式，包括血管内辐射、低温治疗、超声能量等，常常与球囊血管成形术和/或支架置入相组合。尽管这些不同的方法示出了对于减小血管成形术和支架置入之后的血流的后继退降的不同程度的希望，但是由血管成形术初始施加于组织的创伤仍是问题。

也提出了用于打开变窄动脉的支架置入和球囊血管成形术的许多替代方案。例如，公开和尝试了各种各样的斑块切除装置和技术。尽管血管成形术和支架置入有缺点和限制，但是斑块切除术未获得广泛使用和基于扩张的方法的成功率。近来，扩张的更多缺点被发现。这些缺点包括可以破裂和释放材料的脆性斑块的存在，该材料可能导致心肌梗塞或心脏病发作。

考虑到以上情况，有利的是提供用于在动脉组织中引起血管舒张和重塑身体的管腔的方法和系统。还希望避免显著的成本和复杂性，同时提供这样的结构，所述结构可以重塑身体管腔而不必诉诸于极限扩张的创伤，并且允许打开不适合支架置入的血管和其它身体管腔。

发明内容

本发明一般提供用于使用非射频能量在身体组织上引起期望温度效应的改进装置、系统和方法。期望温度效应包括：适度地加热组织以用于治疗动脉粥样硬化病变和其它疾病状态。尽管也很适合于治疗阻塞性疾病，但是本发明的技术特别有利于治疗具有脆性斑块(或有具有脆性斑块的风险)的患者，而无论那些脆性斑块是否导致相关血管腔的明显阻塞。本发明的导管系统可以包含允许表征病变组织的结构和位置的光学相干断层摄影术或其它成像技术。

在第一方面中，本发明包括一种用于在身体组织上引起期望温度效应的系统，身体组织位于管腔附近。所述系统包括伸长导管，所述伸长导管具有其间有轴的近端和远端以及用于传输能量的能量输送部分。组织分析器被配置为表征邻近所述能量输送部分的管腔中的身体组织，并且能量源耦联到传输组织治疗能量的所述能量输送部分，其中，所述能量是非射频能量。处理器耦联到所述组织分析器和能量源，所述处理器被配置为确定用于被表征身体组织的适当治疗能量，从而用所述能量输送部分适度地加热身体组织而无消融。

在另一个方面中，本发明包括一种用于在身体管腔内的身体组织上引起期望温度效应的方法。所述方法包括：邻近待加热组织将导管的能量输送部分定位在管腔内，使用组织分析器表征邻近所述能量输送部分的管腔中的组织。然后，使用耦联到所述组织分析器的处理器确定用于被表征组织的适当治疗能量，并且用来自耦联到所述处理器的能量源的适当治疗能量对所述能量输送部分赋能。用适当治疗能量适度地加热组织而不消融，不导致组织的过度热损伤从而引起长期阻塞反应。

在许多实施例中，能量装置包括激光能量源。

在许多实施例中，所述能量输送部分可以包括至少一个径向定向窗口，所述至少一个径向定向窗口耦联到在所述导管的近端和至少一个窗口之间延伸的至少一个光学管道以用于将激光能量从激光能量源传输到身体组织。

在许多实施例中，能量装置是超声能量源。

在许多实施例中，所述能量输送部分包括被配置为将超声能量输送到身体组织的至少一个超声换能器。能量的频率在150kHz到5MHz之间。

在许多实施例中，能量源是微波能量源。

在许多实施例中，所述能量输送部分包括被配置为将微波能量输送到身体组织的至少一个微波天线。

在许多实施例中，所述处理器具有适合于适度地加热不同的被表征的材料的预定治疗能量特性。

在许多实施例中，所述处理器被配置为在身体组织的加热期间响应于来自所述组织分析器的反馈来调节治疗能量。

在许多实施例中，所述组织分析器包括：耦联到在所述导管的近端和至少一个径向定向窗口之间延伸的至少一个光学管道的光学相干断层摄影装置，所述断层摄影装置基于来自身体组织的成像光生成图像信号从而表征身体组织，所述成像光通过至少一个窗口被传输。

在另一个方面中，本发明包括一种用于在身体管腔内的组织治疗区域中的组织上无介入地引起期望温度效应的系统。所述系统包括被配置为将聚焦超声能量输送到组织治疗区域的聚焦超声能量装置，被配置为表征组织治疗区域中的组织的组织分析器，和耦联到所述组织分析器和聚焦超声能量装置的处理器，所述处理器被配置为确定用于被表征组织的适当聚焦超声参数，从而用适当聚焦超声能量适度地加热组织而不消融，不导致组织的过度热损伤从而引起长期阻塞反应。

在另一个方面中，本发明包括一种用于在身体管腔内的组织治疗区域中的组织上无介入地引起期望温度效应的方法。所述方法包括：定位被配置为将聚焦超声能量输送到组织治疗区域的聚焦超声能量装置，使用组织分析器表征邻近能量输送部分的管腔中的组织，以及使用耦联到所述组织分析器和所述聚焦超声能量装置的处理器确定用于被表征组织的适当治疗能量。用适当治疗能量为所述聚焦超声能量装置赋能，用适当治疗能量适度地加热组织而不消融，不导致组织的过度热损伤从而引起长期阻塞反应。

附图说明

图1示意性地示例了用于轻微地加热动脉组织的球囊导管系统的一个实施例。

图2示出了安装在用于导管系统中的球囊表面上的多个超声换能器或微波天线。

图3示出了安装在用于导管系统的支架状笼架上的多个换能器或天线的一个实施例。

图4示出了在具有斑块或病变和钙沉积的动脉中膨胀的球囊和换能器的横截面图。

图5示出了当使用聚焦换能器时的超声能量的重叠波型的一个实施例。

图6示出了在带有由超声导管治疗的两个不同斑块的动脉中膨胀的球囊和换能器的横截面图。

图7示出了使用深度/组织特定的用于轻微加热的超声导管在具有斑块或病变的动脉中引起热的替代方式。

图8示出了从未聚焦单个换能器发射的波的波型。

图9示出了在动脉中膨胀的带有单个未聚焦换能器的球囊的横截面图，所述球囊将未聚焦超声能量发射到斑块或病变中以用于轻微加热。

图10A-10C示出了在动脉中扩张的球囊的横截面图，所述球囊使用换能器阵列、换能器对或单个换能器朝着斑块或病变传输超声能量。

图11示出了换能器安装在球囊的内表面上的导管的一个实施例。

图12A和12B示出了使用外部超声来治疗身体内的动脉的患病或斑块部分的无介入治疗的一个实施例。

图13A示出了相隔距离“s”的两个点源的近似图，所述点源具有小于“s”的波长。

图13B示出了相隔距离“s”的两个点源的近似图，所述点源具有大于“s”的波长以用于在表面之下加热。

图14A示出了用于计算最小频率的具有0.2mm的间距S_min和0.1mm的深度d_min的最小配置的例子。

图14B示出了用于计算最大频率的具有2.0mm的间距S_max和5.0mm的深度d_max的最大配置的例子。

图15示出了被设计为使用激光能量轻微地加热身体组织的基于激光的导管系统的一个实施例。

图16示出了图15的激光导管的远端的一个实施例的横截面图。

图17A-17D示出了用于轻微地加热身体管腔的激光导管的一个实施例。

具体实施方式

开发了许多疗法以代替或改进传统的球囊血管成形术和支架。在背景技术中描述的替代装置切割、消融或汽化动脉中的患病组织。例如，激光装置汽化斑块并且将它冲洗到下游。粥样斑块切除装置切除斑块并且将它吸出体外。切割球囊切开动脉壁，破坏组织。

有利的是，提供不用切割、消融或汽化的系统和装置。三种治疗形式避免了这些缺陷并且包括：冷却组织；非消融形式的直接分子变性；和非消融形式的加热。使用诸如Boston Scientific的Cryo-cath的装置实现冷却。可以用辐射(例如伽玛射线)来实现直接分子变性。

本发明涉及其余的形式，即使用非射频能量的非消融加热。本文中公开的实施例围绕动脉中的患病组织的“轻微加热”的概念进行构思，与具体治疗形式或技术实现无关。在一些实施例中，使用动脉内部的装置来实现患病动脉的治疗而不消融，而其它实施例公开了使用外部装置从身体外部的无介入治疗。

尽管在本文中一般参考脉管系统进行描述，但是本文中所述的导管装置、系统和方法的实施例也可以在人体解剖结构的其它管道的管腔中得到应用。导管放置在其中的解剖结构例如可以是食道、口腔、鼻咽腔、咽鼓管和鼓室、脑的窦道、喉、气管、支气管、胃、十二指肠、回肠、结肠、直肠、膀胱、输尿管、射精管、输精管、尿道、子宫腔、阴道腔和子宫颈管以及动脉系统、静脉系统和/或心脏。

重塑可以涉及超声能量、微波能量、激光能量等的施加。该能量可以被控制从而限制靶和/或侧支组织的温度，例如限制脆性斑块的纤维帽或动脉结构的内膜层的加热。在一些实施例中，用于轻微加热的表面温度范围从大约45℃到大约99℃。对于适度轻微加热，表面温度范围可以从大约45℃到大约65℃，而对于更强的轻微加热，表面温度范围可以从大约65℃到大约99℃。充分地限制脆性斑块的脂质富集池的加热以引起脂质池的熔化，同时抑制其它组织(例如内膜层或纤维帽)的加热到小于从大约50℃到大约65℃的表面温度范围，使得大块组织温度主要保持在50℃-55℃之下，这样可以抑制否则可能导致再狭窄等的免疫反应。在50℃到65℃之间的相对适度的温度可足以在治疗期间、治疗后即刻和/或治疗后一小时以上、一天以上、一周以上或甚至一个月以上，通过组织对治疗的愈合反应使蛋白键变性和破坏蛋白键，从而提供更大的管腔和改善的血流。

用于轻微地加热身体组织的时间长度或平均能量输送速率也可以变化。例如，在一些实施例中到组织的平均能量输送速率具有与组织的能量消耗速率相同的量级。在其它实施例中，输送能量足够低以使得组织性质(包括热传导、热容量、先天血灌注量和离灌注良好的组织的距离)的差异导致以避免对健康组织的显著热损伤的速率从健康组织抽取热，同时允许在患病组织中积累热。

本文中所述的装置、系统和方法并非选择性地用于血管的组织治疗，而是可以用于同心性和偏心性两种动脉粥样硬化的治疗。这是特别有利的，原因是动脉粥样硬化可以在50％的时间，并且有可能在高达75％(甚至以上)的情况下相对于血管的轴偏心。

因此，动脉粥样硬化物质的重塑可以包括动脉粥样硬化斑块和其它斑块的收缩、熔化等。动脉的层内的动脉粥样硬化物质可以变性、熔化，并且/或者治疗可以包括使动脉层内的动脉粥样硬化物质收缩从而改善血流。本发明也可以提供用于脆性斑块或其中涉及脆性斑块的血管(其可以包括偏心病变)的治疗的特别优点。本发明也将在帽结构的适度加热(以引起帽的韧化和使斑块的破裂脆性更小)和/或脆性斑块的脂质富集池的加热(从而重塑、变性、熔化、收缩和/或重分配脂质富集池)中得到应用。

基于导管的治疗

本发明的一些实施例一般提供了用于通过轻微加热与轻微或标准扩张的组合在动脉组织，特别是动脉粥样硬化患病组织上引起期望温度效应的装置、系统和方法。在许多实施例中，公开的系统由至少两个元件，能量发生器和导管组成。除了增加超声换能器或微波天线以外，导管可以类似于如今通常用于治疗动脉疾病的球囊导管。系统将能够通过轻微加热与动脉的扩张的组合来治疗患病组织。在动脉斑块中的钙化的情况下，可能更难重塑和打开患病动脉，因此导管可以使用标准血管成形球囊与超声能量的组合来破坏钙并且重塑和打开管腔。

在一个实施例中，具有布置在其上的换能器的血管成形球囊导管结构可以向管壁施加超声加热。在另一个实施例中，具有布置在其上的微波天线的血管成形球囊导管结构可以向管壁施加微波加热。管壁的加热可以在扩张之前、期间和/或之后进行，可选地与等于或显著低于标准、未加热血管成形扩张压力的扩张压力相组合。例如，在10-16个大气压的球囊膨胀压力可能适合于特定病变的标准血管成形扩张的情况下，与本文中所述的轻微加热相组合的改进扩张治疗可以利用10-16个大气压，或者可以用6个大气压或以下，并且有可能低至1到2个大气压的压力实现。

在血管的扩张之前、期间和或之后加入的轻微加热能量可以增加扩张效力，同时降低并发症。在一些实施例中，带有球囊扩张的这样的受控加热可以减小反冲，提供支架状扩充的至少一些益处而没有植入物的缺点。可以通过将外膜层的加热限制在有害反应阈值以下来增强轻微加热的益处(和/或抑制并发症)。

尽管本发明可以与支架置入组合使用，但是本发明特别好地适合于增加其中支架置入不是可行选择的血管的打开直径。潜在应用包括其中动脉粥样硬化沿动脉的显著长度分散而不是局限在一个区域中的弥散性疾病的治疗。本发明也可以有利地用于曲折、急弯血管的治疗，原因是不需要在许多血管的急弯部中推进或在其中扩充支架。更多的有利应用包括沿着分叉(其中侧分支阻塞可能是问题)的治疗和在诸如腿、脚和臂的外周肢体(其中压碎和/或支架断裂故障可能是问题)中的治疗。

图1示出了用于在动脉组织上引起期望温度效应的球囊导管系统10的一个实施例。导管系统10包括具有导管主体14的球囊导管12，所述导管主体具有其间有轴15的近端16和远端18。导管主体14是柔性的并且可以包括一个或多个管腔，例如导丝管腔和膨胀管腔。需要时可以提供更多的管腔用于其它治疗或应用，例如灌注、流体输送、成像、导体管腔等。导管12包括邻近远端18的可膨胀球囊20和邻近近端16的外壳29。外壳29包括与导丝管腔连通的第一连接器26和与膨胀管腔流体连通的第二连接器28。膨胀管腔在球囊20和第二连接器28之间延伸。第一和第二连接器26，28都可以可选地包括标准连接器，例如Luer-Loc^TM连接器。远尖端可包括一体化尖端阀以允许导丝等的通过。

超声换能器或微波天线34安装在球囊20的表面上，部分或完全覆盖球囊，并且相关联的导体从换能器或天线朝近侧延伸。在一些实施例中，换能器或天线34可以定位在球囊20的内部。换能器或天线34可以以许多不同的图案或阵列布置在球囊20上。在一些实施例中，相邻换能器或天线轴向偏移。在其它实施例中，换能器或天线可以布置在围绕球囊的带中。换能器也可以是聚焦换能器。

外壳29也容纳电连接器38。连接器38包括多个电连接，每个经由图2中所示的导体电耦联到球囊表面上的换能器或天线34。这允许换能器或天线34容易地由控制器40和电源42(例如超声能量、微波能量或其它合适的能量源)赋能。

在一些实施例中，球囊可以被制造为超声换能器，所述超声换能器带有包括压电材料的传输层，所述压电材料具有相对高的介电常数和相对高的声阻抗。当膨胀时，球囊(实际上是超声换能器)将朝着斑块发射超声能量。该系统将能够通过伴随轻微或标准扩张的轻微加热来治疗动脉粥样硬化疾病。

超声换能器球囊可以以不同形式构建，例如：

1.整个球囊由压电塑料制成。

2.仅球囊的一部分由压电塑料制成，并且因此可以通过在膨胀之前和在紧缩之后转动来治疗特定患病组织。

3.通过使用包括压电材料或任何其它合适的材料的接收层，其中，多个层(传输和接收)以层压方式互连，导管也将能够诊断，例如IVUS导管。这将使得能够在治疗期间仅使用一个导管来检测斑块深度和组织类型。

4.球囊表面材料的离散子集嵌有超声换能器元件。然后，离散元件独立地连接到外部发生器，如需要，外部发生器可以以独立的功率、频率等独立地激活元件。该独立激活允许管腔内的选择剂量，以及治疗能量的离散化，这具有其它益处。例如，在组织成分和性质规定的任何地方，能量比它流动的更定向并且均匀地输送，如同在非选择性、未聚焦能量的情况下。

在其它实施例中，上述换能器34也可以以笼架36的形式被构建。例如，图3示出了由安装在支架状笼架36上的换能器34构建的可膨胀笼架。对于在管腔壁内产生附着的任何方法，这都是可能的。像这样构建的导管的优点在于：在治疗期间，通过管腔的流体的流动不会停止。在其上带有换能器的支架状笼架将在治疗结束时被拉出动脉。

在多数实施例中也有将换能器/天线添加到导管的尖端的选择，以便帮助穿越动脉管腔中的病变或阻塞。

球囊20一般包括耦联到膨胀管腔的近侧部分和耦联到导丝管腔的远侧部分。当充入流体或气体时球囊20径向扩充。在一些实施例中，流体或气体可以是非传导的和/或冷却的。在一些实施例中，球囊20可以是被加压以接触动脉组织的低压球囊。在其它实施例中，球囊20是血管成形球囊，其能够具有更高压力以使动脉管腔扩充，同时施加轻微加热。球囊20可以包括顺应或非顺应性球囊，其具有螺旋折叠以便于将球囊从径向扩充、膨胀的配置重配置为小廓形配置，特别用于在使用后移除。

在一些实施例中，控制器40可以包括处理器或者被耦联到处理器以控制或记录治疗。处理器将典型地包括计算机硬件和/或软件，常常包括运行用于实现本文中所述的一个或多个方法中的一些或全部的机器可读程序指令或代码的一个或多个可编程处理器单元。代码将常常体现在有形介质，例如存储器(可选地，只读存储器、随机存取储存器和非易失性存储器等)和/或记录介质(例如软盘、硬盘驱动、CD、DVD、非易失性固态存储卡等)中。代码和/或相关联的数据和信号也可以经由网络连接(例如无线网络、以太网、因特网、内联网等)被传输到处理器或从处理器传输，并且代码中的一些或全部也可以在导管系统10的部件之间传输，和在处理器内经由一个或多个总线传输，并且适当的标准或专有通信卡、连接器、电缆等将常常包括在处理器中。处理器将常常被配置为至少部分通过用软件代码编程处理器来执行本文中所述的计算和信号传输步骤，所述软件代码可以被写成单个程序、一系列独立子例程或相关程序等。处理器可以包括标准或专有数字和/或模拟信号处理硬件、软件和/或固件，并且将典型地具有足够的处理能力以在患者的治疗期间执行本文中所述的计算，处理器可选地包括个人计算机、笔记本电脑、平板电脑、专有处理单元或它们的组合。也可以包括与现代计算机系统相关联的标准或专有输入装置(例如鼠标、键盘、触摸屏、操纵杆等)和输出装置(例如打印机、扬声器、显示器等)，并且可以在多种多样的集中式或分布式数据处理架构中利用具有多个处理单元的处理器(甚至独立计算机)。

图4示出了在具有斑块或病变52和钙沉积54的动脉50中膨胀的球囊20和换能器34的横截面图。换能器34将超声能量60发射到斑块或病变52中。超声能量60产生热并且适度地加热斑块或病变52。超声能量60可以潜在地破坏钙沉积54。热具有许多潜在优点，包括胶原质紧缩和体积减小。破坏钙也是胜过现有产品的优点。还应注意的是天然血管或动脉50有助于保持斑块或病变52上的压力，从而保持它与换能器34接触。

图5示出了当使用聚焦换能器34时超声能量的重叠波型60的一个实施例。箭头62表示热点的位置，所述热点是来自不同换能器的波组合的位置，导致带有更高温度的点。箭头62的方向表示斑块的深度。该系统将使得能够施加结构干涉。使用不同频率将使得系统能够调制波长，从而聚焦在斑块的不同深度上。考虑到斑块不是均匀的，该系统将能够通过调制换能器之间的波长的差异成为“疾病区域/位置特定的”。

图6示出了在带有由超声导管10治疗的两个不同斑块56，58的动脉50中膨胀的球囊20和换能器34的横截面图。球囊20由换能器34部分或完全覆盖。由于较短波的浅深度，小斑块56将用较短波治疗。由于较长波的更深深度，更深的斑块58将用较长波治疗。当超声能量增加时，斑块内部的温度更高。

图7示出了使用深度/组织特定的用于轻微加热的超声导管在具有斑块或病变52的动脉50中引起热的替代方式。在该情况下，球囊20仅部分由聚焦换能器34覆盖，但球囊能够在动脉内转动60，因此基于斑块的深度和组织类型每次将不同波长62施加到特定治疗区域。该方法也将避免治疗没有疾病的健康组织。该系统也可以构建有未聚焦单个换能器。

图8示出了从未聚焦单个换能器34发射的波64的波型。图9示出了在动脉50中膨胀的带有单个未聚焦换能器34的球囊20的横截面图，所述换能器将未聚焦超声能量64发射到斑块或病变52中以用于轻微加热。同样在该实施例中，功率级可以基于于斑块深度和组织类型而变化。

尽管以上实施例公开了在球囊的表面上的换能器，在其它实施例中，(一个或多个)换能器的位置可以定位在球囊内部。例如，换能器线/芯可以定位在球囊的中心附近并且被调谐成穿过盐水进入组织，优选地以疾病或其它不想要的成分，例如钙或血栓为目标。

图10A-10C示出了在动脉50中膨胀的球囊20的横截面图，所述球囊朝着斑块或病变52传输超声能量66。在图10A所示的实施例中，聚焦换能器34的全阵列在球囊20内的内芯上。在图10A所示的实施例中，一对聚焦换能器34在位于球囊20内的可以转动60的内芯68上。在图10A所示的实施例中，未聚焦单个换能器34定位在位于球囊20内的可以转动60的内芯68上。

图11示出了导管的一个实施例，其中换能器34安装在球囊20的内表面上。在一些实施例中，球囊可以充当透镜或光阑。在该情况下能量66不必穿过盐水，并且对于分层换能器风险较小。该类型的导管也可以在收缩后可以转动的球囊的内表面上构建有聚焦换能器的一个小面。它也可以在可以转动的球囊的内表面上构建有未聚焦单一换能器。

以上公开的导管可以使用实施例的组合构建，意味着导管可以在球囊的外表面上以及球囊内部(无论在球囊的中心还是内表面)构建有换能器。

外部超声

本发明的另一个实施例涉及无介入地治疗人或动物体内的患病或有害组织或物质的系统和方法。特别地，该实施例涉及使用由用于治疗动脉粥样硬化的成像信息引导的外部、聚焦超声。

该实施例的基本概念如下：如果你知道斑块或患病组织位于哪里并且你知道它的拓扑结构(从某种类型的成像装置，例如MRI或IVUS，VH或其它可推测)，则可以使用在身体外部的聚焦超声治疗靶向斑块或病变组织。

图12A和12B示出了使用外部超声治疗身体(例如具有肌肉72和骨70的腿74)内的动脉50的患病或斑块部分52的一个实施例。多个超声换能器76围绕腿74定位，以朝着斑块或病变52传输超声能量78。超声能量78可以潜在地破坏钙淀积。当来自不同换能器的超声能量波78组合时，产生具有更高温度的点以适度地加热斑块或病变52。

如果使用成像装置已知斑块或疾病的位置，则控制系统(处理器)可以用于以单独指定的频率、相位、功率等离散地或选择性地激活超声换能器，以便按照需要靶向患病组织。该方法具有完全无介入并且潜在地比传统血管成形术快得多的优点。

超声计算例子

在下面论述了涉及穿透深度和治疗的最小预期表面深度及其与频率的关系的计算。作出关于超声换能器可能如何例如在球囊上围绕治疗导管布置的某些假设，有可能估计可用于实现具有聚焦波的超声导管的适当波长和因而频率。

波必须相长干涉以便最有效(产生热点)。超声以不同速度传播通过不同介质。对于这些计算，将假设声以与通过盐水大致相同的速度传播通过组织，大约为1500m/s。

图13A示出了相隔距离“s”的两个点源的近似图，所述点源具有小于“s”的波长。这不是特别有用的实现，原因是能量的焦点和最大加热在源之间波交叉P处的表面。更有用的是，选择允许在换能器附着的无论什么器官或身体管腔的表面之下产生相长干涉的波长。图13B示出了用于在管腔壁中的0.1mm的最小深度d_min和5mm的最大深度d_max处加热的期望治疗，源之间的间距从0.2mm的最小间距到2.0mm的最大间距。可以使用以下公式计算波长范围的一个集合：

$f_{\min }=\frac{v}{{\mathrm{\λ}}_{\min }}---\left(a\right)$

$\mathrm{\λ}=\frac{v}{f}---\left(b\right)$

图14A示出了具有0.2mm的间距S_min和0.1mm的深度d_min的最小配置，可以如下地计算波长λ_min：

${\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_{\min }}{2}\right)}^2={d^2}_{\min }+{\left(\frac{S_{\min }}{2}\right)}^2---\left(c\right)$

${\mathrm{\λ}}_{\min }=2{[{\left(0.1\mathrm{mm}\right)}^2+{\left(\frac{0.2\mathrm{mm}}{2}\right)}^2]}^{\frac{1}{2}}\mathrm{or}0.2828\mathrm{mm}---\left(d\right)$

现在解出最大频率， $f_{\max }=\frac{v}{{\mathrm{\λ}}_{\min }}=\frac{1500m/s}{0.2828\mathrm{mm}}=5.3\mathrm{MHz}---\left(e\right)$

图14B示出了具有2.0mm的间距S_max和5.0mm的深度d_max的最大配置，可以如下地计算波长λ_max：

${\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }}{2}\right)}^2={d^2}_{\max }+{\left(\frac{S_{\max }}{2}\right)}^2---\left(1\right)$

${\mathrm{\λ}}_{\max }=2{[{(5.0\mathrm{mm})}^2+{\left(\frac{2.0\mathrm{mm}}{2}\right)}^2]}^{\frac{1}{2}}\mathrm{or}10.2\mathrm{mm}---\left(g\right)$

现在解出最小频率， $f_{\min }=\frac{v}{{\mathrm{\λ}}_{\max }}=\frac{1500m/s}{10.2\mathrm{mm}}=147\mathrm{kHz}---\left(h\right)$

计算表明可用于该从动脉中安装在球囊上的换能器治疗动脉疾病的例子的频率的适当范围将在大约150kHz到5MHz之间。该频率范围适合于使用聚焦超声方法，并且更具体地是双极、双换能器实现。在具有更小深度或更大深度的靶组织的其它实施例中，频率范围可以从1kHz到20MHz。

基于激光的治疗

图15示出了被设计为使用激光能量轻微地加热身体组织的基于激光的导管系统100的一个实施例。在于2005年5月3日提交的、题为“Imaging And Eccentric Atherosclerotic Material Laser Remodeling And/Or Ablation Catheter”的美国专利申请No.2005/0251116中公开了一种合适的系统，上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

导管系统100包括导管112，所述导管具有其间有轴的近端114和远端116。邻近近端114的外壳120将导管耦联到加热激光器122和分析器124，分析器常常包括光学相干断层摄影系统。可选地，显示器126可以示出血管内光学相干断层摄影(或其它)图像，并且可以由外科医生用于图像引导程序中。驱动器130可以实现至少一个成像部件相对于周围导管套管的扫描，扫描可选地包括转动扫描、螺旋扫描、轴向扫描和/或类似扫描。

附加系统部件，例如用于识别显示器上用于治疗的组织的输入装置和用于判读来自导管112的成像光信号的处理器，将常常被并入在激光器或成像系统中，或者可以作为独立部件被提供。分析器124将可选地包括用于控制激光器122、驱动器130、显示器126等的硬件和/或软件。可以实现多种多样的数据处理和控制架构，并且外壳120、驱动器130、激光器122、分析器124和或显示器126可选地被集成在一个或多个结构中，被分离在多个不同外壳中，等等。带有用于实现本文中所述的方法步骤中的一些或全部的编程指令的机器可读代码可以体现在有形介质128中，所述有形介质可以包括磁记录介质，光学记录介质，存储器，例如随机存取存储器、只读存储器或非易失存储器等。可替换地，这样的代码可以通过诸如以太网、互联网、无线网络等的通信链路上传输。

导管112使用激光能量以各种波长(范围常常从紫外到红外)轻微地加热身体组织。该能量可以通过导管112的光纤光学管道从激光器122输送到斑块或病变。激光器122可以包括使用紫外光的准分子激光器或者可选地使用电激发氙和氯化物气体。激光器122可以是连续波或脉冲激光器。连续波激光器常常导致深度热穿透并且基于能量可以导致可能的炭化和浅坑。通过提供足够的时间以允许脉冲之间的热驰豫，脉冲激光器可以减小到周围组织的意外热传导。

现在参考图16和17A-17D，导管112通常使用一个或多个可转动光学管道(有时被称为“光学探头”)的一个或多个束以指定角朝着动脉引导光能量。光学管道可以包括一个或多个单模光纤，并且可以容纳在套管导管或导丝内部。光学管道至少可以部分地限定光路，并且每个光路也可以由透镜132和折叠镜134限定。光学管道可以用于输送光能量。相同的光学管道或光学管道136的束可以用于输送用于成像的光能量(也就是成像光138)和用于加热动脉粥样硬化斑块的光能量(也就是重塑光140)。光学管道136容纳在套管导管或导丝142内部。

光学管道136在套管导管142内部转动。成像光138传播通过光学管道并且径向通过透明圆柱窗口142以例如通过OCT提供身体管腔的血管内图像。图像由识别和定位动脉粥样硬化斑块的计算机处理。基于来自成像的信息，计算机然后确定何时发射加热光140以使得光轻微地加热斑块146并且不损伤动脉的健康区域148。这可以通过当可转动光学管道面对斑块时通过脉动光140在斑块上完成。成像和加热光可以顺序地使用。

本文中所述的装置、系统和方法可以调节或调谐能量以轻微地加热动脉粥样硬化物质。包括频率、功率、幅度、输送时间、输送位置和/或波型或它们的组合的能量特性可以在特定患者的诊断或治疗之前被预先确定，能量特性在没有反馈的情况下被传输，例如通过利用开环剂量测定技术。这样的预定特性调谐可以基于动脉粥样硬化物质的现有治疗、现有临床实验和/或其它开发工作。一些实施例可以基于原位反馈来调谐针对特定患者的能量，并且许多实施例可以利用一些预定特性，其它特性被反馈控制。

尽管通过范例和为了清楚理解而相当详细地描述了示范性实施例，但是本领域的技术人员将认识到可以利用各种修改、适应和变化。因此，本发明的范围应当仅由权利要求限定。

Claims (39)

1.一种用于在身体组织上引起期望温度效应的系统，身体组织位于管腔附近，所述系统包括：

伸长导管，具有其间有轴的近端和远端，所述导管具有用于传输能量的能量输送部分；

组织分析器，被配置为表征邻近能量输送部分的管腔中的身体组织；

能量源，耦联到传输组织治疗能量的能量输送部分，其中，所述能量是非射频能量；以及

处理器，耦联到组织分析器和能量源，所述处理器被配置为确定用于被表征的身体组织的适当治疗能量，从而用能量输送部分适度地加热身体组织而不消融。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量源包括激光能量源。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述能量输送部分包括至少一个径向定向窗口，所述至少一个径向定向窗口耦联到在导管的近端和所述至少一个窗口之间延伸的至少一个光学管道以用于将激光能量从激光能量源传输到身体组织。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量源是超声能量源。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述能量输送部分包括被配置为将超声能量输送到身体组织的至少一个超声换能器。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，能量的频率在1kHz到20MHz之间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量源是微波能量源。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述能量输送部分包括被配置为将微波能量输送到身体组织的至少一个微波天线。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器具有适合于适度地加热不同的被表征的物质的预定治疗能量特性。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为在身体组织的加热期间，响应于来自组织分析器的反馈来调节治疗能量。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述组织分析器包括耦联到在导管的近端和至少一个径向定向窗口之间延伸的至少一个光学管道的光学相干断层摄影装置，所述断层摄影装置基于来自身体组织的成像光生成图像信号以表征身体组织，所述成像光通过至少一个窗口被传输。

12.一种用于在身体管腔内的身体组织上引起期望温度效应的方法，所述方法包括：

邻近待加热的组织将导管的能量输送部分定位在管腔内；

使用组织分析器来表征邻近能量输送部分的管腔中的组织；

使用耦联到组织分析器的处理器确定用于被表征的组织的适当治疗能量；

用来自耦联到处理器的能量源的适当治疗能量对所述能量输送部分赋能，其中，所述能量是非射频能量；以及

用适当治疗能量轻微地加热组织而不消融，并且不引起由组织的过度热损伤导致的长期阻塞反应。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述能量源包括激光能量源。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述能量输送部分包括至少一个径向定向窗口，所述至少一个径向定向窗口耦联到在导管的近端和所述至少一个窗口之间延伸的至少一个光学管道以用于将激光能量从激光能量源传输到组织。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述能量源包括超声能量源。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述能量输送部分包括被配置为将超声能量输送到身体组织的至少一个超声换能器。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，能量的频率在1kHz到20MHz之间。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述能量源包括微波能量源。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述能量输送部分包括被配置为将微波能量输送到身体组织的至少一个微波天线。

20.根据权利要求12所述的方法，其中，组织的加热在45到大约99℃之间。

21.根据权利要求12所述的方法，其中，到组织的平均能量输送速率具有与组织的能量消散速率相同的量级。

22.一种用于在具有健康组织和患病组织两者的身体组织上引起期望温度效应的系统，身体组织位于管腔附近，所述系统包括：

伸长导管，具有用于传输能量的能量输送部分；

能量源，耦联到传输组织治疗能量的能量输送部分，其中，所述能量是非射频能量；以及

处理器，耦联到组织分析器和能量源，所述处理器被配置为确定适当治疗能量，该适当治疗能量无消融地将身体组织适度地加热到足以有效地改变患病组织的温度，而不导致对健康组织的过度热损伤从而引起长期阻塞反应。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述能量源包括激光能量源并且能量输送部分包括至少一个径向定向窗口，所述至少一个径向定向窗口耦联到在导管的近端和所述至少一个窗口之间延伸的至少一个光学管道，以用于将激光能量从激光能量源传输到组织治疗区域。

24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述能量源是超声能量源，并且所述能量输送部分包括被配置为将超声能量输送到组织治疗区域的至少一个超声换能器。

25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述能量源是微波能量源，并且所述能量输送部分包括被配置为将微波能量输送到组织治疗区域的多个微波天线。

26.一种用于在身体管腔内的组织治疗区域中的组织上无介入地引起期望温度效应的系统，所述系统包括：

聚焦超声能量装置，被配置为将聚焦超声能量输送到组织治疗区域；

组织分析器，被配置为表征组织治疗区域中的组织；以及

处理器，耦联到所述组织分析器和聚焦超声能量装置，所述处理器被配置为确定用于被表征的组织的适当聚焦超声参数，从而用适当聚焦超声能量轻微地加热组织而不消融，并且不引起由组织的过度热损伤导致的长期阻塞反应。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，到组织治疗区域的平均聚焦超声能量输送速率具有与组织治疗区域的能量消散速率相同的量级。

28.根据权利要求26所述的系统，其中，组织治疗区域包括健康组织和患病组织两者，并且适当聚焦超声能量将患病组织加热到足以有效地改变患病组织的温度，而不导致健康组织的过度热损伤。

29.根据权利要求26所述的系统，其中，组织治疗区域包括健康组织和患病组织两者，并且适当聚焦超声能量足够低，以使得组织性质的差异导致以避免对健康组织的显著热损伤的速率从健康组织抽取热，同时允许在患病组织中积累热，所述组织性质包括热传导、热容量、先天血液灌注和离灌注良好的组织的距离。

30.根据权利要求26所述的系统，其中，所述组织分析器是磁共振成像(MRI)装置。

31.根据权利要求26所述的系统，其中，所述处理器被配置为在组织的加热期间，响应于来自所述组织分析器的反馈来调节聚焦超声能量。

32.根据权利要求26所述的系统，其中，所述处理器具有适合于轻微地加热不同的被表征的组织的预定聚焦超声能量特性。

33.一种用于在身体管腔内的组织治疗区域中的组织上无介入地引起期望温度效应的方法，所述方法包括：

定位被配置为将聚焦超声能量输送到组织治疗区域的聚焦超声能量装置；

使用组织分析器表征邻近能量输送部分的管腔中的组织；

使用耦联到组织分析器和聚焦超声能量装置的处理器来确定用于被表征的组织的适当治疗能量；

用适当治疗能量对聚焦超声能量装置赋能；以及

用适当治疗能量轻微地加热组织而不消融，并且不引起由对组织的过度热损伤导致的长期阻塞反应。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，到组织治疗区域的平均聚焦超声能量输送速率具有与组织治疗区域的能量消散速率相同的量级。

35.根据权利要求33所述的方法，其中，组织治疗区域包括健康组织和患病组织两者，并且适当聚焦超声能量将患病组织加热到足以有效地改变患病组织的温度，而不导致对健康组织的过度热损伤。

36.根据权利要求33所述的方法，其中，组织治疗区域包括健康组织和患病组织两者，并且适当聚焦超声能量足够低，以使得组织性质的差异导致以避免对健康组织的显著热损伤的速率从健康组织抽取热，同时允许在患病组织中积累热，所述组织性质包括热传导、热容量、先天血液灌注和离灌注良好的组织的距离。

37.根据权利要求33所述的方法，其中，所述组织分析器是磁共振成像(MRI)装置。

38.根据权利要求33所述的方法，其中，所述处理器被配置为在组织的加热期间，响应于来自所述组织分析器的反馈来调节聚焦超声能量。

39.根据权利要求33所述的方法，其中，所述处理器具有适合于适度地加热不同的被表征的组织的预定聚焦超声能量特性。

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