CN108523965A - 具有偏心研磨头的旋磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种旋磨装置，在各种实施方案中，该旋磨装置具有附接了偏心研磨头系统的弹性的、细长的、可旋转的驱动轴。系统中的偏心增大研磨头的至少一部分具有组织清除表面‑通常是研磨表面。在某些实施方案中，研磨头可以是至少部分中空的。优选地，偏心增大研磨头具有从驱动轴的旋转轴线径向隔开的质心，促进偏心研磨头系统一起工作以打开狭窄病变到直径基本上大于增大研磨头在高速下运行时的外静止直径的能力。因此，某些实施方案包括具有不平衡的质心的系统从而不仅刺激更大的旋转直径并且以使得碎屑清除的推进效应发生的方式布置。可选地，其他实施方案可以包括具有带有平衡的质心的研磨头的系统。

Description

具有偏心研磨头的旋磨装置
本申请为申请号201380048306.8、申请日为2013年7月2日、发明名称为“具有偏心研磨头的旋磨装置”的发明专利申请的分案申请。
发明人
马修D.康布罗纳，居住在明尼苏达州的Mounds View的美国公民。
本发明的背景
发明领域
本发明涉及用于从人体通道清除组织的装置和方法，如利用高速旋磨装置从动脉清除动脉粥样硬化斑块。
相关技术的说明
已经开发了各种技术和仪器用于清除或修复动脉和类似的人体通道中的组织。这些技术和仪器的常见目标是清除病人动脉中的动脉粥样硬化斑块。动脉粥样硬化的特征是病人的血管的内膜层(内皮下)中的脂肪沉积(动脉粥样化)的积聚。随着时间的推移，最初作为相对软的、富含胆固醇的动脉粥样硬化物质沉积的物质硬化成钙化动脉粥样硬化斑块。这种动脉粥样化限制了血液的流动，因此通常被称为狭窄性病变或狭窄，阻塞物质被称为狭窄物质。如果不加以治疗，这种狭窄能引起心绞痛、高血压、心肌梗死、中风等。
旋磨术已成为一种用于清除这种狭窄物质的常见技术。这种手术最经常地用于引起冠状动脉中的钙化病变的打开。很多时候旋磨术不单独使用，而紧接其后的是气囊血管成形术，继而，紧接气囊血管成形术的通常是支架的放置以帮助保持打开的动脉的通畅。对于非钙化病变，气囊血管成形术很多时候单独用于打开动脉，并且经常放置支架以保持打开的动脉的通畅。但是，研究已经表明显著百分比的已经经历过气囊血管成形术并且具有放置在动脉中的支架的患者遭受支架再狭窄-即支架的阻塞，支架的阻塞最经常随着时间的推移作为支架内的瘢痕组织过度生长的结果而发展。在这种情况下旋磨手术是从支架清除过量的瘢痕组织的优选手术(气囊血管成形术在支架内不是很有效)，从而恢复动脉的通畅。
已经开发了用于试图清除狭窄物质的几种旋磨装置。在一种类型的装置中，诸如美国专利第4,990,134号(Auth)所示，在弹性驱动轴的远端处携带由起研磨作用的研磨材料(如金刚石颗粒)覆盖的磨头(burr)。该磨头以高速旋转(典型地，例如，在约150,000-190,000rpm的范围内)，同时该磨头行进穿过狭窄。但是，该磨头在清除狭窄组织的同时阻塞血液流动。一旦磨头已经行进穿过狭窄，动脉将被打开成等于或仅稍大于该磨头的最大外部直径的直径。通常必须利用超过一种尺寸的磨头以打开动脉到所需的直径。
美国专利第5,314,438号(Shturman)公开了另一种具有驱动轴的旋磨装置，该驱动轴的截面具有增大的直径，该增大的表面的至少一段由研磨材料覆盖以限定该驱动轴的研磨段。当以高速旋转时，研磨段能够从动脉清除狭窄组织。美国专利第5314438号的公开内容在此通过引用以其整体并入。
美国专利第5,681,336号(Clement)提供了一种偏心组织清除磨头，该偏心组织清除磨头具有通过合适的粘合剂固定至其外表面的一部分上的研磨颗粒涂层。但是，由于如Clement在第3栏第53-55行所解释的，该不对称磨头在“比与高速消融装置一起使用时低的“较低速度”下旋转以补偿热或不平衡”，这种构建受到了限制。也就是说，考虑到固体磨头的尺寸和质量，以旋磨术中使用的高速(即20,000-200,000rpm)旋转磨头是不可行的。本质上，在该现有技术的装置中，质量的中心从驱动轴的旋转轴线偏移将导致显著离心力的发展，对动脉壁施加过大的压力并且产生过多的热量和过大的颗粒。
美国专利第5,584,843号(Wulfman)公开了与弹性驱动轴连接的一个或者多个椭圆磨头或者袖口(cuff)。驱动轴放置在预先形成的成形导丝上从而驱动轴和磨头顺应导丝的形状和轮廓，即，平缓的“S”或“螺旋形的”形状。但是，Wulfman需要预先形成的导丝实现驱动轴的非线性成形，即，当装置不旋转时存在的变形成形状态。因此，Wulfman的磨头包括局限于或受导丝成形限制的清扫直径。另外，每个Wulfman的磨头相对于驱动轴的旋转轴线是椭圆和对称的，伴随着磨头的每个质心位于驱动轴的旋转轴线上。因此，Wulfman的清扫直径不由转速引起，从而，除了通过导丝成形，不能控制Wulfman的清扫直径。也存在定位成形的、未变形的导丝而不破坏患者的脉管系统的困难。
本发明克服了这些缺陷。
发明简述
本发明提供了一种旋磨装置，在各种实施方案中，该旋磨装置具有附接了偏心研磨头系统的弹性的、细长的、可旋转的驱动轴。系统中的偏心增大研磨头的至少一部分具有组织清除表面-通常是研磨表面。在某些实施方案中，研磨头可以是至少部分中空的。优选地，偏心增大研磨头具有从驱动轴的旋转轴线径向隔开的质心，促进偏心研磨头系统一起工作以打开狭窄病变到基本上大于增大研磨头在高速下运行时的外静止直径的直径的能力。因此，某些实施方案包括具有不平衡的质心的系统从而不仅刺激更大的旋转直径并且以使得碎屑清除的推进效应(augering effect)发生的方式布置。可选地，其他实施方案可以包括具有带有平衡的质心的研磨头的系统。
下面的附图和详细描述更具体地举例说明本发明的这些和其它实施方案。
附图的简要说明
考虑以下关于附图的本发明的各个实施方案的详细描述可以更全面地理解本发明，附图如下。
图1是本发明的一个实施方案的透视图；
图2是本发明的一个实施方案的侧视和局部剖视图；
图3A是本发明的一个实施方案的端视图；
图3B是本发明的一个实施方案的端视图；
图4A是示出本发明的可能的旋转角分离的原理图；
图4B是本发明的一个实施方案的侧视和剖视图；
图5是本发明的一个实施方案的透视和剖视图；
图6是本发明的一个实施方案的侧面剖视图；
图7是本发明的一个实施方案的侧面剖视图；
图8A是本发明的一个实施方案的透视图；
图8B是本发明的一个实施方案的仰视图；
图8C是本发明的一个实施方案的侧面剖视图；
图9是本发明的一个实施方案的剖视图；
图10是示出本发明的一个实施方案的示意图。
本发明的详细说明，包括最佳方式
虽然本发明可修改为各种修改和替代形式，但其细节是通过实施例在附图中示出并在本文中详细描述。然而应当理解，目的并不是将本发明限制于所描述的特定实施方案。相反，目的是覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
图1示出根据本发明的旋磨装置的一个实施方案。该装置包括手柄部10，具有偏心研磨头系统27的细长的、弹性的驱动轴20，以及从手柄部10向远侧延伸的细长的导管13，在所示实施例中并且不加限制，所述偏心研磨头系统27包括近端偏心增大研磨头28、远端偏心增大研磨头29。如本领域所公知地，驱动轴20由螺旋盘绕线圈构建而成并且包括近端研磨头28和远端研磨头29的示例性系统27固定地附接到驱动轴20。导管13具有内腔，驱动轴20的长度的大部分设置在该内腔中，除了增大的近端和远端研磨头28、29和远端增大的研磨头29远侧的一小部分。驱动轴20还包括一内腔，使得驱动轴20沿着导丝15行进和旋转。可以提供流体供应管线17用于将冷却和润滑溶液(一般为盐水或其他生物相容性液体)引入导管13中。
手柄10优选包含涡轮(或类似的旋转驱动机构)用于以高速旋转驱动轴20。手柄10通常可连接到电源，如通过管16输送压缩空气。还可以提供一对光纤电缆25(或者可以使用单个光纤电缆)用于监测涡轮和驱动轴20的旋转速度，关于这种手柄和相关仪器的细节在行业内是公知的。手柄10还优选包括用于相对于导管13和手柄的主体推进和缩回涡轮和驱动轴20的控制旋钮11。
示例性系统27的近端偏心研磨头28和远端偏心研磨头29与驱动轴附接或者设置在驱动轴上或者与驱动轴整合或者从驱动轴形成。近端研磨头28相对于远端研磨头29处于更近的位置，即远端研磨头29离驱动轴20的远端最近。距离或者间距使近端和远端研磨头28、29沿着驱动轴20彼此分离。此外，近端和远端研磨头28、29各自分别包括静止直径D和D'。本发明要求近端研磨头28的静止直径D大于远端研磨头29的静止直径D'。另外，本发明不限于包括两个研磨头的系统27，因此，可以包括一个以上的研磨头。但是，在所有的情况下，最远端的研磨头(例如，29)的静止直径将是最小直径的研磨头，其中每个相继地更近端的研磨头(例如28)具有比相邻的远端头(例如29)更大的静止直径。换句话说，从驱动轴20的远端到驱动轴上的更近端位置，研磨头的静止直径将增加，其中最远端的研磨头具有所有研磨头的最小静止直径。
优选的实施方案包括两个研磨头，即，28、29，如图所示。近端研磨头的示例性静止直径D可以在2mm至3mm的范围内，而远端研磨头可包括1.25至5mm范围内的静止直径D'。但是，如上所讨论的，在每个实施方案中，最远端研磨头具有系统27中的最小静止直径，其中相继地更近端的(多个)研磨头具有相继地更大的静止直径。
因此，主要发明的目的之一是提供研磨头系统27，该研磨头系统27包括与至少一个较大静止直径近端偏心研磨头28连接的较小静止直径远端偏心研磨头29。因此，在患者的脉管系统内高速旋转之前，小直径的远端偏心研磨头29可以放置在患者的脉管系统的闭塞性物质中的小孔内。驱动轴20的旋转的开始导致包括驱动轴20(驱动轴20上安装有研磨头28、29)的系统开始产生离心力，如将在本文更详细地描述的。除了其他方面，结果是研磨头28、29的轨道运动，其中，研磨头28、29开始勾画出包括比各自的静止直径D、D'大例如两至三倍的工作直径的路径。
图2、3A和3B提供系统27的特定实施方案的布置的图解。因此，图2和3A示出不平衡的研磨头系统27，该研磨头系统27包括通过距离分隔的近端研磨头28和与驱动轴20附接的远端研磨头29，并且其中研磨头28、29的质心均如图3A中的虚线所示的在同一方向上并且在同一平面中从驱动轴20的旋转轴线A径向偏移。换句话说，整个研磨头系统27的质心的偏移在一个径向偏移方向上被最大化，例如，沿着图3A的虚线。平衡实施方案可包括，例如，近端研磨头28和远端研磨头29的质心旋转分隔180度，由此研磨头28、29的质心将位于图3A的虚线上，但是位于驱动轴20的旋转轴线的相对侧。可选地，可以提供偶数个(例如4个)偏心研磨头，其中示例性的四个偏心研磨头的每一个之间的等效旋转角度的旋转分隔是相同的，例如，45度或者90度等，以实现平衡的系统。在该平衡实施方案中，优选的布置提供质量大致等同的偏心研磨头的质心，但是从最近端到最远端偏心研磨头，静止直径相继地降低。
图3B示出不平衡的研磨头系统27的可选实施方案。在该示例性实施方案中，如图2和3A的实施方案，近端和远端研磨头28、29附着或者安装在驱动轴20上或者从驱动轴20形成并且通过距离分隔。但是，3B的实施方案包括以不同的方向和不同的平面从驱动轴的旋转轴线径向偏移的近端和远端研磨头28、29的质心。因此，如图所示，远端研磨头29的质心在垂直方向上与驱动轴20的旋转轴线基本上对齐，如垂直的虚线所示。但是，近端研磨头28的质心不在该垂直虚线上并且实际上，提供从垂直的虚线的大约100度旋转，该垂直的虚线代表包括远端研磨头29的质心的平面。结果，研磨头系统27包括不平衡的重量，正如图3A的系统27，该不平衡的重量将趋向于导致在驱动轴20的高速旋转和研磨头28、29的轨道运动过程中产生的离心力。
图3A和图3B的实施方案之间的主要区别包括在研磨头28、29的高速旋转和轨道运动过程中流体沿着研磨头系统27内的驱动轴20向远侧流动的影响。图3A将产生紊流而没有规律的周围流体，其不仅包括血液，还包括在高速旋转过程中从闭塞处磨损的碎屑。
与此相反，图3B提供从邻近近端研磨头28的点沿着驱动轴20向远端移动至远离远端研磨头29的点的通常为螺旋形轮廓。该螺旋形轮廓是研磨头28、29的质心的旋转间距的结果，在图示的情况下大约100度。在图示的情况下，通过几何偏心提供的研磨头28、29的偏心率实现质心的径向偏移。换句话说，研磨头28、29的几何纵向剖面是偏心的。结果，系统27的轮廓包括上述螺旋形通道，流体沿着该螺旋形通道发生流动。在高速旋转过程中该螺旋形轮廓的结果是包括血液和碎屑的流体将趋向于在远侧方向上沿着螺旋移动，从较大直径的近端研磨头28向远侧朝向并且越过较小的远端研磨头29。因此，系统27的旋磨过程产生的碎屑以受控制的方式沿着系统27的螺旋形通道被从闭塞处引导出去。
图4A进一步示出系统27的螺旋形通道，图4A提供驱动轴20的纵向横截面图，其中具有旋转角坐标的旋转轴线A叠加在其上。旋转角坐标分解成围绕驱动轴20的示例性45度区段(section)。通过旋转地分隔系统27的偏心研磨头的几何中心和质心可以实现螺旋形通道及其轮廓的创建。举例来说，偏心近端研磨头28可包括旋转定位于如图所示的0度至45度旋转区段内的几何中心和质心。然后可以设置远端偏心研磨头29使其几何中心和质心旋转定位于包括45度至90度的旋转区段内。在特定的实施方案中，如果超过两个的研磨头包括系统27，则，如图所示，可以设置第三偏心研磨头，该第三偏心研磨头的几何中心和质心旋转定位于包括90度至135度的旋转区段内。如果额外的偏心研磨头(例如，第四偏心研磨头等等)在系统27中，那么利用相同的逻辑进展，这些额外的偏心研磨头的几何中心和质心将优选地位于大于135度的旋转区段中。
示出的旋转区段仅是示例性的并且本领域技术人员将认识到这些区段可以更大和/或更小。此外，本领域技术人员将认识到，例如，近端偏心研磨头28可相对于远端偏心研磨头29分隔超过45度。
沿着系统27内的驱动轴20径向地移动的该旋转进展的净效果是提供如图4B所示的螺旋形通道，其中包括血液、冷却液和碎屑的流体沿着相继安装并且旋转分隔的研磨头系统27的顶点(peak)之间的流体流动线流动。由融入闭塞处的研磨头顶点增强和辅助流体的经引导的螺旋形。
研磨头系统27的研磨头可以包括一种或多种类型的研磨头。
例如，图5和6示出可以用于一种或者多种研磨头(例如，本发明的近端和远端研磨头28、29)的研磨头。该实施方案包括驱动轴20A的偏心增大直径研磨区段28A。注意，将该实施方案指定为28A仅用于说明性目的，该指定并不将示出的实施方案限于驱动轴上的近端研磨头位置。驱动轴20A包括限定出增大的研磨区段28A内的导丝腔19A和空腔25A的一根或者多根螺旋缠绕线18。除了导丝15穿过空腔25A，空腔25A基本上是空的。相对于狭窄的位置，偏心增大直径研磨区段28A包括近端30A、中间35A和远端40A部分。偏心增大直径区段28A的近端部分30A的线匝31优选地具有以大体上恒定的速率向远侧逐渐增加的直径，从而通常形成椎体的形状。远端部分40A的线匝41优选地具有以大体上恒定的速率向远侧逐渐减小的直径，从而通常形成椎体的形状。中间部分35A的线匝36具有逐渐变化的直径以提供大致凸形的外表面，该大致凸形的外表面成形为在驱动轴20A的增大偏心直径区段28A的近端和远端圆锥形部分之间提供平滑的过渡。在该研磨头实施方案中，质心位于从驱动轴的旋转轴线A径向偏移。
此外，驱动轴的偏心增大直径研磨区段28A的至少一部分(优选中间部分35A)包括能够清除组织的外表面。显示包括研磨材料涂层24A以限定出驱动轴20A的组织清除段的组织清除表面37通过合适的粘合剂26A直接附接至驱动轴20A的线匝。
因此，图5和6示出了在共同受让的美国专利第6，494，890号(Shturman)中公开的增大直径研磨区段的一个实施方案，其中，该增大区段的至少一个节段(segment)覆盖有研磨材料并且其可以用于本发明的系统27。当以高速旋转时，该研磨节段能够从动脉清除狭窄组织。在某种程度上，由于高速运转过程中的轨道旋转运动，该装置能够打开动脉到直径大于增大偏心区段的静止直径。由于增大偏心区段包括没有绑定在一起的驱动轴线，驱动轴的增大偏心区段可以在放置在狭窄内的过程中或者在高速运转过程中弯曲。该弯曲允许高速运转过程中更大的直径打开。美国专利第6，494，890号的公开内容在此通过引用以其整体并入。
现在转向图7和8A-8C，将对本发明的包括偏心研磨头系统27的可能的研磨头的另一实施方案进行说明。正如图4和图5的实施方案，本实施方案可以用于偏心研磨头系统27的一个或者多个研磨头。作为非限制性的实施例，本实施方案可以包括近端和/或远端研磨头28、29中的一个或两者。可选地，本实施方案可以与另一类型的研磨头(例如，图5和6中示出的那个实施方案)组合以包括系统27。因此，本实施方案可以包括近端研磨头28并且图5和6的实施方案可以包括远端研磨头29以形成系统27。许多其它等效变化和组合本身容易呈现给本领域技术人员，每一个这种组合都在本发明的范围内。
如上所讨论的，驱动轴20具有与导丝15同轴的旋转轴线A，导丝15设置在驱动轴20的内腔19内。特别参照图7和图8A-8C，偏心增大研磨头28S的近端部分30S具有基本上由椎体的截头椎体的侧表面所限定的外表面，该椎体具有以相对较浅的锥角β与驱动轴20的旋转轴线21相交的轴线32。同样，增大研磨头28S的远端部分40S具有基本上由椎体的截头椎体的侧表面所限定的外表面，该椎体具有以相对较浅的锥角β与驱动轴20的旋转轴线21相交的轴线42。近端部分30S的椎体轴线32和远端部分40S的椎体轴线42彼此相交并且与驱动轴的纵向旋转轴线A共面。
锥体的相对侧一般应以介于约10°和约30°之间的角度α相对于彼此；优选地，角度α介于约20°和约24°之间，并且最优选地，角度α是大约22°。此外，近端部分30S的椎体轴线32和远端部分40S的锥体轴线42通常以介于约20°和约8°之间的角度β与驱动轴20的旋转轴线21相交。优选地，角度β介于约3°至约6°之间。虽然在附图中示出的优选实施方案中，增大研磨头28S的远端和近端部分的角度α通常相等，但是它们不需要相等。对于角度β同样如此。
在可选的实施方案中，中间部分35S可以包括从与远端部分40的交叉点到与近端部分30的交叉点逐渐增加的直径。在本实施方案中，如图7所示，角度α在近端部分30S中可以比在远端部分40S中大，或反之亦然。进一步可选的实施方案包括具有凸形表面的中间部分35S，其中，该中间部分外表面可以成形为在近端和远端部分的近端和远端外表面之间提供平滑过渡。
研磨头28S可包括位于中间部分35S、远端部分40S和/或近端部分30S的(多个)外表面上的至少一个组织清除表面37以便于在高速旋转过程中磨损狭窄。组织清除表面37可以包括与研磨头28S的中间部分35S、远端部分40S和/或近端部分30S的(多个)外表面结合的研磨材料涂层24。研磨材料可以是任何合适的材料，如金刚石粉、熔融石英、氮化钛、碳化钨、氧化铝、碳化硼、或者其他陶瓷材料。优选地，该研磨材料由通过合适的粘合剂直接附接至(多个)组织清除表面的金刚石片(或者金刚石粉末颗粒)组成-该附接可以利用公知的技术实现，如传统的电镀或融合技术(参见，例如美国专利第4，018，576号)。可选地，外部组织清除表面可以包括机械或化学地粗化中间部分35S、远端部分40S和/或近端部分30S的(多个)外表面以提供合适的有研磨作用的组织清除表面37。在又一变化形式中，可以蚀刻或者切割(例如，利用激光)外表面以提供小的但是有效的研磨表面。其他类似的技术也可用于提供合适的组织清除表面37。
如最佳示于图8A-8C中的，至少部分封闭的腔或槽23可以沿着驱动轴20的旋转轴线21纵向地穿过增大研磨头28S以便以本领域的技术人员公知的方式将研磨头28固定至驱动轴20。在所示的实施方案中，提供中空段26以减轻研磨头28S的质量从而有助于无损伤的磨损以及改进在高速(即20，000到200，000rpm)运转过程中研磨头的轨道路径的控制的可预测性。在本实施方案中，研磨头28S可以固定地附接至驱动轴20，其中，驱动轴包括一个单一单元。可选地，驱动轴20可以包括两个分开的零件，其中，该增大偏心研磨头28S固定地连接到两个驱动轴20零件，之间存在间隙。该两件式驱动轴构建技术与中空段26组合可以允许进一步操作研磨头28S的质心的放置。可以修改所有实施方案中的中空段26的尺寸和形状从而为特别理想的旋转速度优化研磨头28S的轨道旋转路径。应该理解，显示中空段26在所有平面中均为对称的，但是这当然不是限制性实施例。为了移动研磨头28S的质心到所需的位置，中空段26可以是纵向和/或径向地不对称的。本领域的技术人员可以容易地认识到各种可能的结构，每种都在本发明的范围内。
此外，图7、图8A-8C的实施方案示出对称的形状和长度的近端部分30S和远端部分40S。可选的实施方案可以增加近端部分30S或远端部分40S的长度以创建非对称轮廓。
因为锥体轴线32和42以角度β与驱动轴20的旋转轴线21相交，偏心增大研磨头28S具有从驱动轴20的纵向旋转轴线21径向间隔开的质心。如将要在以下更详细描述的，从驱动轴的旋转轴线21偏移质心为增大的研磨头28S提供偏心，该偏心允许研磨头28S打开动脉到比增大偏心研磨头28S的公称直径大得多的直径，优选地，该打开的直径是增大偏心研磨头28S的公称静止直径的至少两倍大。
可以理解的是，如本文所使用的，本文定义和使用的单词“偏心”是指增大研磨头28S的几何中心和驱动轴20的旋转轴线21之间的位置差别，或者是指系统27组件示例性增大研磨头28S和/或偏心研磨头28A的质心与驱动轴20的旋转轴线21之间的位置差别。在合适的旋转速度下，任一这种差别将使得系统27组件偏心增大研磨头28S、28A能够打开狭窄到比偏心增大研磨头28S、28A的公称直径大得多的直径。再者，对于形状不是规则几何形状的偏心增大研磨头28S、28A，“几何中心”的概念可以通过定位最长弦的中点粗略估计，该最长弦通过驱动轴28的旋转轴线21绘制并且该最长弦连接在偏心增大研磨头28S、28A的周长具有其最大长度的位置处截取的横截面的周长上的两个点。
本发明的旋磨装置的研磨头28S和/或28A可以由不锈钢、钨或者类似的材料构建。研磨头28可以是单件整体结构，或者，可以是安装并且固定在一起的两个或多个研磨头组件的组合件以实现本发明的目的。
可以将动脉中的狭窄打开到直径比本发明的偏心增大研磨头的公称直径大的程度取决于若干参数，包括偏心增大研磨头的形状、偏心增大研磨头的质量、其质量的分布以及因此研磨头内的质心相对于驱动轴的旋转轴线的位置以及旋转的速度。
旋转速度是决定离心力的重要因素，增大研磨头的组织清除表面利用该离心力按压狭窄组织，从而允许操作者控制组织清除速率。在一定程度上，旋转速度的控制也允许对装置将打开狭窄的最大直径进行控制。申请人还发现，可靠地控制组织清除表面用于按压狭窄组织的力的能力不仅允许操作者更好地控制组织清除速率而且更好地控制正在清除的颗粒的尺寸。
图9示出本发明的包括28S和/或28A的示例性系统27偏心研磨头的各种实施方案所采取的大致螺旋形的轨道路径，研磨头28相对于导丝15示出，研磨头28A和/或28S已经在沿着导丝15行进。为了说明目的夸大了图9中的螺旋路径的螺距—实际上，包括偏心增大研磨头28A和/或28S的系统27的每个螺旋路径通过组织清除表面37只清除非常薄层的组织，而当该装置反复向前和向后移动穿过狭窄时由该系统27产生许多这种螺旋通路以完全打开该狭窄。图10示意性地示出本发明的旋磨装置的偏心增大研磨头28S和/或28A的三个不同旋转位置。在每个位置处，偏心增大研磨头28S和/或28A的研磨表面接触待清除的斑块“P”-通过与斑块“P”的三个不同的接触点识别这三个位置，那些点在附图中指定为点B1、B2和B3。请注意，在每个点处，通常是偏心增大研磨头28S和/或28A的研磨表面的相同部分接触组织-组织清除表面37的最径向远离驱动轴的旋转轴线的部分。
尽管不希望被限制于任何具体的操作理论，但申请人认为质心从旋转轴线偏移产生增大研磨头的“轨道”运动，通过改变尤其是驱动轴的转速可以控制“轨道”的直径。申请人已经经验证明，通过改变驱动轴的转速可以控制促使偏心增大研磨头28S和/或28A的组织清除表面对抗狭窄的表面的离心力。根据下面的公式可以确定离心力：
Fc＝/mΔx(πn/30)2
其中，Fc是离心力，m是偏心增大研磨头的质量，Δx是偏心增大研磨头的质心和驱动轴的旋转轴线之间的距离，以及n是以每分钟转动次数计的转速(rpm)。控制该力Fc提供对清除组织的速度的控制，对该装置将打开狭窄的最大直径的控制，以及对正清除的组织的颗粒尺寸的改进的控制。
本发明的研磨头28S和/或28A包括比现有技术的的高速旋磨装置更多的质量。结果，在高速旋转过程中可以实现更大的轨道，这反过来允许使用比现有技术的装置更小的研磨头。除了允许在完全或者基本阻塞的动脉中创建导孔等，利用更小的研磨头将允许更容易的进入和在插入过程中更小的创伤。
在操作上，利用本发明的旋磨装置，偏心增大研磨头28S和/或28A反复地向远侧和向近侧移动通过狭窄。通过改变装置的转速，他或她可以控制组织清除表面用于按压狭窄组织的力，从而能够更好地控制斑块清除的速度以及被清除的组织的颗粒尺寸。另外，连续增加(从远端向近端)系统27的超过一个的偏心研磨头的静止直径能够将狭窄的开口打开到比增大偏心研磨头(例如28S和/或28A)的静止直径大的直径。此外，在上述其中螺旋通道围绕系统27的偏心研磨头而形成的不平衡实施方案中，冷却液和血液能够围绕增大研磨头持续地流动。一旦研磨头已通过病变一次，这种血液和冷却液的持续流动不断地沿着螺旋通道冲走清除的组织颗粒，从而提供了清除的颗粒的均匀释放。
偏心增大研磨头28S和/或28A可以包括在约1.0mm至约3.0mm范围内的最大横截面直径。因此，偏心增大研磨头可包括这样的横截面直径，其包括但不限于：1.0mm、1.25mm、1.50mm、1.75mm、2.0mm、2.25mm、2.50mm、2.75mm和3.0mm。本领域技术人员将容易认识到在上述列举的横截面直径内的0.25mm的增量增加仅是示例性的，本发明不受示例性列举的限制，并且作为结果，横截面直径的其他增量增加是可能的并且在本发明的范围之内。
因为，如上所述，该增大研磨头28S和/或28A的偏心依赖于许多参数，申请人已经发现，以下的设计参数可被认为是关于驱动轴20的旋转轴线21和横剖面的几何中心之间的距离，该横剖面在偏心增大研磨头的最大横截面直径的位置处截取：对于带有最大横截面直径介于约1.0mm和约1.5mm之间的偏心增大研磨头的装置，理想地是几何中心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.02mm的距离，并且优选间隔开至少约0.035mm的距离；对于带有最大横截面直径介于约1.5mm和约1.75mm之间的偏心增大研磨头的装置，理想地是几何中心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.05mm的距离，并且优选间隔开至少约0.07mm的距离，并且最优选间隔开至少约0.09mm的距离；对于带有最大横截面直径介于约1.75mm和约2.0mm之间的偏心增大研磨头的装置，理想地是几何中心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.1mm的距离，并且优选间隔开至少约0.15mm的距离，并且最优选间隔开至少约0.2mm的距离；对于带有最大横截面直径大于2.0mm的偏心增大研磨头的装置，理想地是几何中心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.15mm的距离，并且优选间隔开至少约0.25mm的距离，并且最优选间隔开至少约0.3mm的距离。
设计参数还可以基于质心的位置。对于带有最大横截面直径介于约1.0mm和约1.5mm之间的偏心增大研磨头28S和/或28A的装置来说，理想地是质心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.013mm的距离，并且优选间隔开至少约0.02mm的距离；对于带有最大横截面直径介于约1.5mm和约1.75mm之间的偏心增大研磨头28S和/或28A的装置来说，理想地是质心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.03mm的距离，并且优选间隔开至少约0.05mm的距离；对于带有最大横截面直径介于约1.75mm和约2.0mm之间的偏心增大研磨头的装置来说，理想地是质心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.06mm的距离，并且优选间隔开至少约0.1mm的距离；对于带有最大横截面直径大于2.0mm的偏心增大研磨头的装置来说，理想地是质心应该从驱动轴的旋转轴线间隔开至少约0.1mm的距离，并且优选间隔开至少约0.16mm的距离。
本发明不应该被认为是限制于上述的特定实施例，而是应被理解为覆盖本发明的所有方面。本发明所针对的本领域技术人员在阅读本说明书的基础上可以容易地想到本发明可适用的各种修改、等效工艺以及多种结构。

Claims (30)

1.一种旋磨装置，其包括：
弹性的、细长的和可旋转的驱动轴，所述驱动轴包括旋转轴线；
偏心研磨元件系统，其包括：
第一研磨元件，所述第一研磨元件安装在所述驱动轴上并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第一纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置；
第二研磨元件，所述第二研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第一研磨元件接近地间隔开并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第二纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第二纵向平面与所述第一纵向平面旋转地间隔开；和
第三研磨元件，所述第三研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第一研磨元件远离地间隔开并且包括质量、静止直径和质心，所述质心具有在沿着第三纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第三纵向平面与所述第一纵向平面旋转地间隔开并且与所述第二纵向平面旋转地间隔开。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一纵向平面与所述第二纵向平面之间的旋转间距在0度和90度之间的旋转角度范围内，并且其中所述第二纵向平面与所述第三纵向平面之间的旋转间距在0度和180度之间的旋转角度范围内。
3.根据权利要求1所述的装置，其还包括所述第三纵向平面与所述第一纵向平面之间的旋转间距在0度和45度之间的旋转角度范围内，并且所述第一纵向平面与所述第二纵向平面之间的旋转间距在0度和45度之间的旋转角度范围内。
4.根据权利要求1所述的装置，其还包括所述第一纵向平面与所述第三纵向平面之间的旋转间距固定在0度和90度之间的旋转角度范围内。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一研磨元件的质量大于所述第三研磨元件的质量。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二研磨元件的质量大于所述第三研磨元件的质量。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述偏心头系统还包括：
第四研磨元件，所述第四研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第二研磨元件接近地间隔开并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第四纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第四纵向平面与所述第二纵向平面旋转地间隔开；
第五研磨元件，所述第五研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第三研磨元件远离地间隔开并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第五纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第五纵向平面与所述第三纵向平面旋转地间隔开。
8.根据权利要求7所述的装置，其还包括所述第四纵向平面与所述第二纵向平面之间的旋转间距在0度和90度之间的旋转角度范围内，并且所述第五纵向平面与所述第三纵向平面之间的旋转间距在0度和90度之间的旋转角度范围内。
9.根据权利要求7所述的装置，其还包括所述第四纵向平面与所述第二纵向平面之间的旋转间距在0度和45度之间的旋转角度范围内，并且所述第五纵向平面与所述第三纵向平面之间的旋转间距在0度和45度之间的旋转角度范围内。
10.根据权利要求7所述的装置，其还包括所述第四纵向平面与所述第一纵向平面、所述第三纵向平面和所述第五纵向平面旋转地间隔开。
11.根据权利要求7所述的装置，其还包括所述第五纵向平面与所述第一纵向平面旋转地间隔开并且与所述第二纵向平面旋转地间隔开。
12.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一研磨元件的质量大于所述第五研磨元件的质量。
13.根据权利要求7所述的装置，其中所述第三研磨元件的质量大于所述第五研磨元件的质量。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第二研磨元件的质量大于所述第五研磨元件的质量。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三研磨元件的静止直径小于所述第一研磨元件的静止直径。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第三研磨元件的静止直径小于所述第二研磨元件的静止直径。
17.根据权利要求7所述的装置，其中所述第五研磨元件的静止直径小于所述第一研磨元件的静止直径。
18.根据权利要求7所述的装置，其中所述第五研磨元件的静止直径小于所述第二研磨元件的静止直径。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第三研磨元件包括静止直径，并且其中所述第五研磨元件包括静止直径，所述第五研磨元件的静止直径小于所述第三研磨元件的静止直径。
20.根据权利要求7所述的装置，其还包括穿过所述第一研磨元件，所述第二研磨元件，所述第三研磨元件，所述第四研磨元件和所述第五研磨元件中的每一个的内腔，其中每个所述内腔适于接收所述驱动轴。
21.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一研磨元件，所述第二研磨元件，所述第三研磨元件，所述第四研磨元件和所述第五研磨元件中的每一个包括几何中心，其中所述第一研磨元件，所述第二研磨元件，所述第三研磨元件，所述第四研磨元件和所述第五研磨元件中的至少一个的质心的位置与相应研磨元件的几何中心共同延伸。
22.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一研磨元件，所述第二研磨元件，所述第三研磨元件，所述第四研磨元件和所述第五研磨元件中的每一个包括几何中心，其中所述第一研磨元件，所述第二研磨元件，所述第三研磨元件，所述第四研磨元件和所述第五研磨元件中的至少一个的质心的位置不与相应研磨元件的几何中心共同延伸。
23.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一研磨元件，所述第二研磨元件，所述第三研磨元件，所述第四研磨元件和所述第五研磨元件偏心地安装到所述驱动轴。
24.一种旋磨装置，其包括：
弹性的，细长的和可旋转的驱动轴，所述驱动轴包括旋转轴线；
偏心研磨元件系统，其包括：
第一研磨元件，所述第一研磨元件安装在所述驱动轴上并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第一纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置；
第二研磨元件，所述第二研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第一研磨元件接近地间隔开并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第二纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第二纵向平面与所述第一纵向平面旋转地间隔开；
第三研磨元件，所述第三研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第一研磨元件远离地间隔开并且包括质量、静止直径和质心，所述质心具有在沿着第三纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第三纵向平面与所述第一纵向平面旋转地间隔开并且与所述第二纵向平面旋转地间隔开；
第四研磨元件，所述第四研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第二研磨元件接近地间隔开并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第四纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第四纵向平面与所述第二纵向平面旋转地间隔开；和
第五研磨元件，所述第五研磨元件安装在所述驱动轴上并且与所述第三研磨元件远离地间隔开并且包括静止直径、质量和质心，所述质心具有在沿着第五纵向平面的方向上与所述驱动轴的旋转轴线径向间隔开的位置，所述第五纵向平面与所述第三纵向平面旋转地间隔开。
25.根据权利要求24所述的旋磨系统，其还包括：
第五研磨元件的静止直径小于第三研磨元件的静止直径和第一研磨元件的静止直径；和
第五研磨元件的质量小于第三研磨元件的质量和第一研磨元件的质量。
26.根据权利要求24所述的旋磨系统，其还包括用于所述第一研磨元件，所述第二研磨元件和所述第三研磨元件的工作直径，其中，所述工作直径中的每一个在所述旋磨系统的高速旋转期间被描绘出，并且其中，所述第一研磨元件的工作直径大于其静止直径，第二研磨元件的工作直径大于其静止直径，并且第三研磨元件的工作直径大于其静止直径。
27.一种用于打开血管中的狭窄的高速旋磨装置，其包括：
弹性的、细长的、可旋转的驱动轴，所述驱动轴具有旋转轴线；和
偏心系统，其包括近端研磨元件、远端研磨元件和设置在近端偏心研磨元件和远端偏心研磨元件之间的多个研磨元件，所述偏心系统中的研磨元件沿着驱动轴处于间隔开的纵向布置，并且包括与所述驱动轴的旋转轴线径向偏移的质心，其中，相邻研磨元件的质心以在0度和45度之间的范围内的旋转角度彼此旋转地间隔开；和
其中偏心系统包括从驱动轴的旋转轴线径向偏移的质心。
28.根据权利要求27所述的旋磨系统，其还包括相邻研磨元件的质心以在0度和90度之间的范围内的旋转角度彼此旋转地间隔开。
29.根据权利要求27所述的旋磨系统，其还包括在所述偏心系统中的所述研磨元件中的至少一个包括与所述至少一个研磨元件的质心共同延伸的几何中心。
30.根据权利要求27所述的旋磨系统，其还包括在所述偏心系统中的所述研磨元件中的至少一个包括不与所述至少一个研磨元件的质心共同延伸的几何中心。
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