CN113102207B - 用于生成机械脉冲的方法和系统 - Google Patents

Abstract

描述了用于生成机械脉冲的方法和系统。用于聚焦由机械波源发射的机械波的集中器包括：主体，所述主体在包括其上的聚焦区域的透射面以及与所述透射面相对的反射面之间延伸，所述透射面用于接收至少一个机械波源，并且在所述主体内传输由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波，所述反射面与所述透射面不平行以便将由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向所述透射面的聚焦区域反射，从而聚焦所述至少一个机械波并将至少一个聚焦的机械波传播到被定位于所述聚焦区域处的传输构件中，并且所述至少一个机械波的聚焦导致了较大幅度的机械波，其具有比由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波的幅度更大的幅度。

Description

用于生成机械脉冲的方法和系统

本申请是申请号为“201680027814.1”，申请日为“2016年4月25日”，题目为“用于生成机械脉冲的方法和系统”的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于生成机械脉冲的方法和系统的领域。

背景技术

心血管疾病仍然是全球死亡的主要原因。动脉粥样硬化由沿动脉内壁的斑块积聚组成。慢性完全闭塞(CTO)表示血管完全堵塞。这些闭塞(occlusion)难以使用传统的经皮腔内血管成形术(PTA)技术和装置进行再通。手术成功被定义为跨CTO使标准PTA装置通过的能力。针对CTO，PTA手术缺陷和并发症通常较高。在CTO病变中钙化和纤维化组织的存在以及血管尺寸和弯曲度可能是潜在并发症的原因。因此，使用侵入性旁路手术来治疗大量CTO。然而，使用PTA手术穿过CTO有好处。此外，一些专家认为，PTA领域中的新装置和技术可能会提高CTO干预的成功率，并且缩短CTO干预的程序时间。

多年来，已经开发和提出了各种装置和方法，以通过微创手术来实现CTO再通。例如，装置利用了使用或不使用传输构件(transmission member)的机械冲击器、具有传输线的窄带超声波源以及CTO病变附近的各种其他能量沉积方法。

针对使用机械冲击器执行的手术，发射体被加速并且撞击与闭塞直接接触的传输构件的近端或远端帽。可以使用气动源、螺线管、机械弹簧或其他装置来加速发射体。发射体的质量及其冲击速度在冲击表面处产生高应力，并且因此需要相称的维护。此外，该方法可以对生成的机械脉冲的参数提供非常有限的控制。此外，这样的装置可能是嘈杂的。

另一现有技术示例在于包括在与喇叭和堆叠式换能器共振时激发的超声波线的系统。这构成了与窄带源的使用相关联的第一示例。这种布置被用于放大与闭塞接触的装置的远端处的位移。超声波线通常被用于具有冷却流体循环的专用导管内。通过这样做，装置变得更加庞大，并且因此在小而曲折的解剖结构中其达到CTO的能力受到限制。当装置被激活时，在弯曲处也可能发生相当大的损失(由于信号失真和非线性而造成)和/或模式转换(从轴向到横向)。操作频率(典型地在20kHz左右)可能会在超声波线与喇叭的结节处和超声波线本身内产生较大的应力、应变和热转换。这可能促成减弱超声波线，导致更高的故障风险。

窄带源的第二示例与以相控阵方式分布的多个谐振元件的使用相关联，以沿着传输线生成和发射超声波能量。例如，所有谐振元件传输垂直于波导轴线的超声波能量(即径向波)。因此，大部分能量可能被困在近端构件内部，从而使装置效率低下。在另一示例中，剪切波谐振元件被用于诱发波导线内部的纵向传播波(即轴向波)。这些剪切波谐振元件和波导之间的接合点可能是一个问题，这是因为接合介质(例如环氧树脂)可能会迅速失效和/或可能由于接合材料吸收而增加显着的衰减。因此，这样的装置就功率和鲁棒性而言可能受到限制。

可以在CTO病变附近使用其他现有技术的能量沉积形式。例如，可以在导管的远端处或附近使用一个或多个机电换能器以在闭塞附近产生机械波。这种方法就考虑到其微型尺寸而生成的功率而言可能受到限制。此外，该换能器的制造可能是复杂和昂贵的，特别是考虑到在使用后必须丢弃该装置以防止污染。此外，需要电线来驱动一个或多个传感器，这能够泄漏身体内的电流并影响正常心律。

激光能量可以与光纤一起使用，以在闭塞病变处有效地递送高强度光的脉冲。然而，光纤的固有脆性使得它们容易断裂，特别是在曲折的解剖结构中使用时。此外，这种形式的能量可能难以控制，并且因此对附近的健康组织是不安全的；这也需要昂贵的激光源。

射频(RF)能量是可以使用电极和高电压(即1kV或更高)在闭塞位置处递送的另一种现有技术的能量源。然而，RF能量就控制能力而言可能受到限制，并且可能倾向于产生大的热沉积，导致对附近健康组织的损伤。电火花放电也可以被用于在闭塞附近生成冲击波，这需要更高的电压(即大于2kV)。针对某些设计，电极的侵蚀和机械磨损可能表示安全性和可靠性问题。此外，针对安全问题，在心脏中使用放电的装置需要与患者的心律同步，因此其必须是可预测的和恒定的。

化学爆炸也可以被用于加速远端硬质块，导致其影响附近的闭塞。化学反应可能难以控制和包含，特别是在体内环境中。有毒和潜在危险的产品也可能与爆炸和爆发关联。

因此，似乎在血管闭塞附近的冲击器、窄带能量源和其他现有技术的能量沉积方法都存在缺点。

因此，需要一种改进的用于生成机械波来治疗例如闭塞的方法和系统。

发明内容

根据第一广泛的方面，提供了一种用于生成机械波的方法，包括：生成至少一个高幅度机械脉冲；将所述至少一个机械脉冲耦合到传输构件的近端中；从所述传输构件的近端至其远端将所述至少一个机械脉冲传播到所述传输构件中；并且在所述传输构件的远端处传输所述至少一个机械脉冲。

在一个实施例中，生成步骤包括生成具有第一幅度的多个机械波并组合机械波，从而获得至少一个高幅度机械脉冲，其每个具有比第一幅度更大的第二幅度。

在一个实施例中，组合步骤包括将机械波聚焦在焦点区域上。

在一个实施例中，聚焦步骤包括在抛物面表面上将机械波反射。

在另一个实施例中，组合步骤包括将机械波传播到时间集中器(temporalconcentrator)中。

在另一个实施例中，组合步骤包括在锥形件中传播机械波。

在另一个实施例中，组合步骤包括在混响腔中传播机械波

在又一个实施例中，组合步骤包括在色散介质中传播机械波。

在一个实施例中，至少一个高幅度机械脉冲每个具有被包括在约20kHz与约10MHz之间的中心频率fc和约1/fc的持续时间。

在一个实施例中，当到达传输构件的远端时，至少一个高幅度机械脉冲的幅度被包括在约10MPa与约1000MPa之间。

根据第二广泛的方面，提供了一种用于生成机械波的系统，包括：脉冲发生器，其用于生成至少一个高幅度且短持续时间的机械脉冲；以及传输构件，其在近端和远端之间延伸，所述近端被耦合到所述脉冲发生器以用于从其接收所述至少一个机械脉冲，所述传输构件用于将所述至少一个机械脉冲从所述近端传播到远端并在远端处传输至少一个机械脉冲。

在一个实施例中，脉冲发生器包括：多个宽带源，其每个用于发射具有第一幅度的相应机械波；以及波集中器，其用于组合机械波以便获得具有大于第一幅度的第二幅度的机械脉冲。

在一个实施例中，波集中器是空间集中器(spatial concentrator)。

在另一个实施例中，波集中器是时间集中器。

在一个实施例中，波集中器适于将机械波聚焦在与传输构件的近端相邻的焦点区域上。

在一个实施例中，波集中器包括抛物面反射表面，用于将由宽带源生成的机械波的至少一些朝向焦点区域反射。

在另一个实施例中，波形集中器是锥形件。

在另一实施例中，波集中器包括空间集中阶段和时间集中阶段。

在一个实施例中，至少一个高幅度机械脉冲每个具有被包括在约20kHz至约10MHz之间的中心频率fc以及约1/fc的持续时间。

在一个实施例中，当到达传输构件的远端时，至少一个高幅度机械脉冲的幅度被包括在约10MPa至约1000MPa之间。

根据第三个广泛的方面，提供了一种用于聚焦由机械波源发射的机械波的集中器，包括：主体，所述主体在包括其上的聚焦区域的透射面以及与透射面相对的反射面之间延伸，所述透射面用于接收至少一个机械波源，并且在所述主体内传输由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波，所述反射面与所述透射面不平行以便将由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向透射面的聚焦区域反射，从而聚焦至少一个机械波并将至少一个聚焦的机械波传播到被定位于聚焦区域处的传输构件中，并且至少一个机械波的聚焦导致了较大幅度的机械波，其具有比由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波的幅度更大的幅度。

在一个实施例中，聚焦区域基本上位于透射面的中心处。

在一个实施例中，反射面包括至少一个倾斜区部，当在透射面上被接收到时，每个倾斜区部面对至少一个机械波源中的相应一个，并且每个倾斜区部被定向以便将由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向所述聚焦区域反射。

在一个实施例中，反射面具有基本上抛物面形状，其适于将由至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向所述聚焦区域反射。

在一个实施例中，反射面具有截断的抛物面形状，所述反射面在其上具有源接收区部，用于接收另外机械源，其用于发射另外机械波以与由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波在所述聚焦区域处组合。

在一个实施例中，源接收区部基本上面对透射面的聚焦区域。

在一个实施例中，源接收区部是基本上平面的。

在一个实施例中，透射面是基本上平面的。

在一个实施例中，集中器还包括从透射面延伸的至少一个突出部，所述至少一个突出部限定至少一个凹部，每个凹部用于在其中接收至少一个机械波源中的相应一个。

在一个实施例中，透射面包括至少一个圆形区部，其每个用于接收具有圆形发射端的至少一个机械波源中的相应一个。

在一个实施例中，包含聚焦区域的透射面的区部是基本上平面的，用于将较大幅度的机械波耦合到具有基本上平面端的波导中。

在一个实施例中，包含聚焦区域的透射面的区部是圆形的，用于将较大幅度的机械波耦合到具有圆形端的波导中。

在一个实施例中，透射面适于接收至少两个同心的机械波源。

在一个实施例中，至少一个机械波源包括环形机械波源和六边形环形机械波源中的至少一个。

根据第四个广泛的方面，提供了一种用于将两个机械波导连接在一起的连接装置，包括：阴连接器，所述阴连接器限定用于在其中接收第一机械波导的第一孔，所述第一机械波导包括与其第一端相邻的第一凸缘，阴连接器的内部面包括突出部；阳连接器，所述阳连接器限定用于在其中接收第二机械波导的第二孔，所述第二机械波导包括与其第二端相邻的第二凸缘，所述阳连接器具有可插入所述阴连接器的第一孔的连接端；第一衬套，其可插入在所述第一机械波导周围，第一衬套包括用于紧靠第一机械波导的第一凸缘的第一邻接面以及用于紧靠位于阴连接器的内部面上的突出部的第二邻接面；以及第二衬套，其可插入在所述第二机械波导周围，并且包括用于紧靠所述第二机械波导的第二凸缘的第三邻接面以及用于紧靠所述阳连接器的连接端的第四邻接面。

在一个实施例中，阳连接器的连接端包括斜面凹部，并且第二衬套的第四邻接面是斜面的以紧靠在阳连接器的斜面凹部上。

在一个实施例中，阴连接器的突出部是斜面的，并且第一衬套的第二邻接面是斜面的以紧靠斜面突出部。

在一个实施例中，阳连接器包括与连接端相邻的管状区部，并且阴连接器的第一孔包括圆柱形区部，阳连接器的管状区部可插入阴连接器的第一孔的圆柱形区部中。

在一个实施例中，阳连接器的管状区部包括在其外表面上延伸的第一螺纹，并且阴连接器的内部面包括在所述第一孔的圆柱形区部中延伸的第二螺纹，所述第二螺纹与所述第一螺纹相匹配，使得所述阳连接器和阴连接器可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，所述第一衬套和第二衬套由与所述第二材料不同的塑料第一材料制成，所述阳连接器和阴连接器由所述第二材料制成。

在一个实施例中，第一衬套和第二衬套由塑料制成。

在一个实施例中，第一衬套适于紧靠围绕第一机械波导的整个圆周延伸的第一凸缘，并且第二衬套适于紧靠围绕第二机械波导的整个圆周延伸的第二凸缘。

在一个实施例中，第一机械波导和第二机械波导之一包括锥形区部。

根据另一个广泛的方面，提供了一种用于将两个机械波导连接在一起的连接装置，包括：阳连接器，所述阳连接器限定用于在其中接收第一机械波导的第一孔，所述第一机械波导包括与其第一端相邻的第一凸缘，所述第一孔包括用于接收所述第一机械波导的第一凸缘的第一区部以及第二区部，所述阳连接器的内部面包括限定所述第一孔的第二区部的第一突出部，所述第一突出部包括用于紧靠所述第一机械波导的第一凸缘的第一邻接面，并且所述第一孔的第二区部的尺寸大于所述第一机械波导的尺寸，使得当所述第一机械波导被插入所述阳连接器中时，所述第一突出部不与所述第一机械波导物理接触；以及阴连接器，所述阴连接器限定用于在其中接收第二机械波导的第二孔，所述第二机械波导包括与其第二端相邻的第二凸缘，所述第二孔包括用于在其中接收所述第二机械波导的第二凸缘和所述阳连接器的一部分的第三区部以及第四区部，所述阴连接器的内部面包括限定所述第二孔的第四区部的第二突出部，所述第二突出部包括用于紧靠所述第二机械波导的第二凸缘的第二邻接面，并且所述第二孔的第四区部的尺寸大于所述第二机械波导的尺寸，使得当所述第二机械波导被插入所述阴连接器中时所述第二突出部不与所述第二机械波导物理接触。

在一个实施例中，所述第一孔和第二孔是圆柱形的，所述第一孔的第二区部的直径大于所述第一机械波导的直径并小于所述第一凸缘的直径，并且所述第二孔的第四区部的直径大于所述第二机械波导的直径并且小于所述第二凸缘的直径。

在一个实施例中，所述阳连接器可插入所述阴连接器中的部分包括在其外表面上延伸的第一螺纹，所述阴连接器的内表面包括在所述第二孔的第三区部内的第二螺纹，并且所述第二螺纹与所述第一螺纹相匹配，使得所述阳连接器和阴连接器可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，第一突出部适于紧靠围绕第一机械波导的整个圆周延伸的第一凸缘，并且第二突出部适于紧靠围绕第二机械波导的整个圆周延伸的第二凸缘。

在一个实施例中，第一机械波导和第二机械波导之一包括锥形区部。

根据另一个广泛的方面，提供了一种用于将两个机械波导连接在一起的连接装置，包括：阳连接器，所述阳连接器限定用于在其中接收第一机械波导的第一孔，所述阳连接器的内表面包括从其突出的多个齿；以及阴连接器，所述阴连接器限定用于在其中接收第二机械波导的第二孔，所述第二机械波导包括与其端部相邻的凸缘，所述阴连接器的内部面包括用于紧靠所述第二机械波导的凸缘的突出部，并且所述第二孔适于在其中接收所述阳连接器的至少一部分。

在一个实施例中，阳连接器包括沿着纵向轴线延伸的管状体，并且具有沿着纵向轴线延伸的开口，以用于允许将第一机械波导插入其中。

在一个实施例中，阳连接器包括沿着阳连接器可插入阴连接器中的部分延伸的第一螺纹，并且阴连接器的内部面包括第二螺纹，第二螺纹与第一螺纹相匹配，使得阳和阴连接器可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，阳连接器包括两个半管体，其中所述齿每个从两个半管体中的相应一个的内部面突出。

在一个实施例中，两个半管体中的每一个包括在其外部面上的第一螺纹，并且阴连接器的内部面包括第二螺纹，第二螺纹与第一螺纹匹配，使得阳连接器和阴连接器可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，连接装置还包括用于在所述第一机械波导周围将所述两个半管体固定在一起的固定装置。

在一个实施例中，齿是尖的。

在一个实施例中，齿具有金字塔形状。

在另一个实施例中，齿具有圆锥形状。

在一个实施例中，齿每个适于在位于第一机械波导的侧面上的相应凹槽中被接收。

根据另一个广泛的方面，提供了一种用于将两个机械波导连接在一起的连接装置，包括：阳连接器，所述阳连接器限定用于在其中接收第一机械波导的第一孔，所述第一机械波导包括从其侧面突出的多个齿；以及阴连接器，所述阴连接器限定用于在其中接收第二机械波导的第二孔，所述第二机械波导包括与其端部相邻的凸缘，所述阴连接器的内部面包括用于紧靠所述第二机械波导的凸缘的突出部，并且所述第二孔适于在其中接收所述阳连接器的至少一部分。

在一个实施例中，阳连接器包括沿着纵向轴线延伸的管状体，并且具有沿着纵向轴线延伸的开口，以允许将第一机械波导插入其中。

在一个实施例中，所述阳连接器包括沿着阳连接器可插入所述阴连接器中的部分延伸的第一螺纹，并且所述阴连接器的内部面包括第二螺纹，所述第二螺纹与所述第一螺纹匹配，使得所述阳连接器和阴连接器可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，管状体的内部面包括每个用于容纳相应齿的凹槽。

在一个实施例中，凹槽是尖的。

在一个实施例中，凹槽每个具有金字塔形状。

在另一个实施例中，凹槽每个具有圆锥形状。

在另一个实施例中，阳连接器包括两个半管状体，其中所述齿每个从两个半管体中的相应一个的内部面突出。

在一个实施例中，两个半管体中的每一个包括在其外部面上的第一螺纹，并且阴连接器的内部面包括第二螺纹，第二螺纹与第一螺纹匹配，使得所述阳连接器和连接器可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，连接装置还包括用于在所述第一机械波导周围将所述两个半管体固定在一起的固定装置。

在一个实施例中，其中所述两个半管体的内部面包括每个用于接收所述齿的相应的一个的凹槽。

在一个实施例中，凹槽是尖的。

在一个实施例中，凹槽每个具有金字塔形状。

在另一个实施例中，凹槽每个具有圆锥形状。

根据另一个广泛的方面，提供了一种机械波导，其包括：细长主体，其沿着纵向轴线在近端和远端之间延伸，所述近端适于接收机械波，所述细长主体适于将接收到的机械波从所述近端传播到所述远端，并且所述远端适于将传播的机械波的至少一部分传输到围绕所述远端的介质中。

在一个实施例中，细长主体具有圆柱形形状。

在一个实施例中，细长主体沿着纵向轴线具有恒定的直径。

在一个实施例中，细长主体沿着纵向轴线具有变化的直径。

在一个实施例中，远端适于穿过被包含在闭塞内的纤维组织和钙化组织中的至少一个。

在一个实施例中，远端适于隧穿、穿过、切割、断裂、穿透闭塞并在闭塞内产生路径中的至少一个。

在一个实施例中，远端适于在围绕所述远端的介质中产生张力波，并在所述介质内产生空化效应。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部由生物相容性材料制成。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部由生物相容性材料制成。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部是色散的。

在一个实施例中，细长主体是非色散的。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部的尺寸被设计成可插入到身体的血管中。

在一个实施例中，细长主体由单一材料制成。

在一个实施例中，细长主体由若干材料制成。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部设置有具有与细长主体的声阻抗不同的声阻抗的涂层。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部具有低摩擦涂层。

在一个实施例中，低摩擦涂层由疏水材料制成。

在一个实施例中，低摩擦涂层由亲水材料制成。

在一个实施例中，低摩擦涂层由聚四氟乙烯制成。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部设置有适于减少摩擦的表面光洁度。

在一个实施例中，细长主体的一区部适于由用户操纵以及被固定到抓取工具中的一个。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部由柔性材料和弹性材料之一制成。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部由低衰减材料制成。

在一个实施例中，低衰减材料包括不锈钢、铝、铝合金、钛、钛合金、镍钛诺和熔融石英之一。

在一个实施例中，钛合金包括Ti-6Al-4V和Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn(Beta III钛)之一。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部被热处理。

在一个实施例中，热处理是退火。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部具有低衰减微结构。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部适于承受由机械脉冲沿其传播生成的应力和应变。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部适于承受与重复通道机械脉冲相关联的疲劳。

在一个实施例中，细长主体的横截面尺寸小于沿其传播的机械脉冲的中心波长。

在一个实施例中，细长主体具有圆形横截面并且细长主体的直径小于沿其传播的机械脉冲的中心波长。

在一个实施例中，圆柱形细长构件的直径被选择为允许圆柱形细长主体承受由用户施加的推力。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部适于被插入导管中。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部的横截面被选择以便使与导管的接触最小化。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部的横截面是矩形和正方形之一。

在一个实施例中，细长主体的至少一区部包括从其侧表面突出的凸块。

在一个实施例中，近端是平坦的、部分圆形的和圆形的之一。

在一个实施例中，远端涂覆有疏水材料和亲水材料之一。

在一个实施例中，机械波导还包括固定在远端处的声耦合器。

在一个实施例中，机械波导还包括邻近远端处固定的不透射线标记物。

在一个实施例中，不透射线标记物包括钨标记物、金条、高密度电镀、高密度环、高密度线圈和具有致密金属粉末的掺杂聚合物护套之一。

在一个实施例中，远端是平坦的、圆形的、部分圆形的和斜面的之一。

在一个实施例中，远端被成形为至少部分地径向地引导机械脉冲。

在一个实施例中，远端具有截断的圆锥形状。

在一个实施例中，远端适于将机械能量远离远端聚焦。

在一个实施例中，细长主体的与远端相邻的给定区部是弧形的、弯曲的和可弯曲的之一。

在一个实施例中，圆柱形细长主体的直径被包括在约0.004和约0.035英寸之间。

在一个实施例中，远端的直径大于细长主体的与远端相邻的区部的直径。

在一个实施例中，细长主体包括多个独立导线。

在一个实施例中，细长主体具有管状形状。

在一个实施例中，细长主体的长度与细长主体的直径之间的比率大于100。

在一个实施例中，细长主体的长度与细长主体的直径之间的比率大于1000。

在一个实施例中，细长主体的长度被包括在约36英寸和约200英寸之间。

在一个实施例中，近端可连接到机械波或脉冲的源。

在一个实施例中，管状细长主体包含流体和气体之一。

在一个实施例中，远端被成形为将机械波远离其聚焦。

在一个实施例中，远端具有凹形形状。

在一个实施例中，细长主体的与远端相邻的区部沿着纵向轴线被分裂成不同的区域。

出于本描述的目的，表述“窄带带宽”一词应被理解为小于约10％的分数带宽，并且表述“宽带带宽”应被理解为大于或等于约10％的分数带宽。分数带宽由下式给出：

100*Δf/fc

其中fc是中心/峰值频率(即频谱最大处的频率)，并且Δf是-3dB带宽。表述“-3dB带宽”应被理解为振动幅度大于中心/峰值频率fc处的幅度的一半的频率带宽。

因此，宽带信号应该被理解为具有宽带频率带宽的信号。类似地，宽带源应被理解为发射具有宽带频率带宽的信号的源。

窄带和宽带带宽之间的带宽阈值也可以依据Q因子(即质量因子)来定义。Q因子被定义为分数带宽的倒数，即Q＝fc/Δf。窄带和宽带带宽之间的等效Q-阈值等于约10。窄带源对应于高Q(即振铃)源，即具有大于约10的Q因子的源，而宽带源对应于低Q(即阻尼)源，即具有等于或小于约10的Q因子的源。

出于本描述的目的，机械波应被理解为具有任意幅度、持续时间、波形和/或频率等的信号。例如，机械波可以具有高/低幅度、短/长持续时间、不同波形和任何频率内容。

出于本描述的目的，机械脉冲应被理解为短持续时间机械波。机械脉冲的持续时间为约1/fc。

此外，机械波导应被理解为适于沿其长度传播机械波或脉冲的波导。在本描述中，可以互换地使用表述“波导”、“机械波导”和“传输构件”。波导的形状和尺寸可以变化。例如，波导可以具有圆柱形形状。波导的直径沿其长度可以是恒定的。可替代地，波导的直径可以沿其长度变化。例如，波导的直径可以沿其长度减小，使得波导对应于锥形件。

附图说明

从以下组合附图取得的详细描述，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是示出了根据实施例的用于生成机械脉冲的方法的流程图；

图2是根据实施例的用于生成机械脉冲的系统的框图；

图3示出了根据实施例的包括了反射集中器、时间集中器、锥形集中器和传输构件的用于生成机械脉冲的系统；

图4示出了根据实施例的聚焦机电宽带源；

图5示出了根据实施例的相控阵机电宽带源；

图6a示出了根据实施例的与声透镜协作的机电宽带源的阵列；

图6b示出了根据实施例的与反射器协作的机电宽带源的阵列；

图7示出了根据实施例的与色散介质协作的机电宽带源；

图8示出了根据实施例的与多散射/混响介质协作的机电宽带源的阵列；

图9是根据实施例的适于组合由九个机电换能器发射的机械波的空间集中器的透视图；

图10是已经去除了六个机电换能器的图9的空间集中器的透视图；

图11是图9的集中器的横截面视图；

图12示出了根据实施例的圆形端传输构件和锥形件之间的连接；

图13示出了根据实施例的在远端处设置有波偏转突出部的示例性传输构件；

图14是根据实施例的用于可拆卸地将锥形件和色散波导连接在一起的连接系统的透视图，该连接系统处于断开位置；

图15是当处于断开位置时图14的连接系统的横截面侧视图；

图16是当处于闭合位置时图14的连接系统的横截面侧视图；

图17示出了根据实施例的用于可拆卸地连接传输构件和色散波导的连接系统；并且

图18示出了根据实施例的用于可拆卸地连接传输构件和锥形件的连接系统。

应当注意，贯穿附图，相同特征由相同附图标记来识别。

具体实施方式

图1示出了用于生成和传播机械脉冲的方法10的一个实施例。在一个实施例中，该方法可以适用于治疗血管闭塞，即穿过存在于诸如静脉或动脉的血管中或存在于人体中的任何其它传导体中的闭塞。方法10可以在除医疗领域之外的领域中具有应用。例如，该方法可以被用于穿过存在于被用于传播水或任何其它流体的传导体中的闭塞/障碍物。

在步骤12处，生成至少一个机械脉冲。每个机械脉冲具有高幅度且短持续时间。

在一个实施例中，覆盖相邻频带的数个源的输出被组合在一起以生成机械脉冲。在一个实施例中，将至少两个宽带源的输出、即由至少两个宽带源生成的机械脉冲组合在一起。在另一个实施例中，将至少一个宽带源和至少一个窄带源的输出组合在一起。

在另一个实施例中，经由空间集中器将大宽带源的输出聚焦到聚焦区域来生成机械脉冲。应当理解，多于一个大宽带源的输出可以同时被聚焦在同一聚焦区域上。

在进一步的实施例中，可以通过使用混响腔在空间上和/或时间上组合由单个宽带源顺序发射的机械脉冲或波来生成高幅度机械脉冲。应当理解，由多于一个宽带源生成的机械脉冲可以由混响腔在空间上和/或时间上组合在一起以提供高幅度机械脉冲。

在又一实施例中，可以通过使用色散介质组合由单个宽带源顺序发射的分量波(下面在时间波集中器62的上下文中引入的)来生成高幅度机械脉冲。应当理解，由多于一个源生成的机械脉冲可以使用色散介质组合在一起。

在步骤14处，每个机械脉冲沿着传输构件(诸如适于传播机械脉冲或波的波导，即机械波导)传播。传输构件在近端和远端之间延伸。传输构件在近端处接收生成的机械脉冲，并且机械脉冲沿传输构件传播直到远端。当其到达远端时，机械脉冲在远端处被传输，这产生远端的位移以及在围绕传输构件的远端的介质中远离该远端传播的机械脉冲。在一个实施例中，基本上所有的机械脉冲都在传输构件的远端处被传输。在另一个实施例中，除了其他方面，取决于远端与周围介质之间的接口处的声阻抗连续性，机械脉冲的仅一部分在传输构件的远端处被传输。

在一个实施例中，机械脉冲具有被包括在约20kHz至约10MHz之间的中心频率fc。在一个实施例中，当到达传输构件的远端时机械脉冲的幅度被包括在约10MPa与约1000MPa之间。在一个实施例中，当到达传输构件的远端时机械脉冲的持续时间大约为1/fc。

在一个实施例中，该方法可适用于治疗血管闭塞，即穿过存在于血管中的闭塞。在这种情况下，传输构件的至少一区部被定位在血管内，使得其远端与闭塞相邻。例如，传输构件的远端可以与闭塞物理接触。当机械脉冲到达传输构件的远端时，远端将撞击闭塞并在闭塞自身中传输机械脉冲。如果传输构件的远端不与闭塞物理接触，则机械脉冲在存在于闭塞和远端之间的介质例如血液中被传输，并且被传输的机械脉冲可以传播直到闭塞。机械脉冲允许破裂、侵蚀切割、隧穿和/或断裂闭塞，并且当传输构件的远端在容器内移动得更远时，进一步允许传输构件的远端穿过闭塞。

在一个实施例中，该方法还包括放大机械脉冲幅度的步骤。在存在时间集中器的实施例中，机械波变成幅度大于机械波的每个分量波的幅度的机械脉冲。在存在空间集中器的实施例中，机械脉冲或波的幅度在传播通过空间集中器时增加。在存在空间集中器的另一实施例中，不同的机械波或脉冲组合在一起以生成更大幅度的机械波或脉冲，即不同的机械波或脉冲彼此相加。

图2示出了可以被用于执行方法10的系统20的一个实施例。该系统包括宽带发成器22、可操作地连接到机械脉冲发生器22的集中器24和可操作地连接到集中器24的传输构件26。

宽带发生器22包括适于生成机械波的至少一个宽带源。生成的机械波是宽带的，并且每个具有基本上低的幅度。机械波传播通过集中器24，在那里该机械波的幅度增加，使得集中器24输出具有比幅度机械波的幅度更大的幅度的机械脉冲。如果集中器24是时间集中器，则机械波的至少两个分量波在沿着时间集中器传播的同时相互作用，以在时间集中器的输出处生成至少一个机械脉冲，使得机械脉冲的幅度比机械波的幅度更大并且机械脉冲的持续时间比机械波的持续时间更短。然后机械脉冲在传输构件26的近端处被传输到该传输构件26中，并且它们沿传输构件26传播直到其远端。在传输构件26的远端处的机械脉冲的传输产生了使传输构件26的远端移位的机械脉冲，并且然后在围绕传输构件26的远端的介质中远离传输构件26的远端传播。

在一个实施例中，传输构件26适于被插入血管或导管等中。在这种情况下，传输构件26的尺寸和形状被设计成滑入血管或导管中。在一个实施例中，传输构件26由柔性材料制成，使得其可被弯曲以遵循血管的曲率等。

在一个实施例中，集中器24包括至少两个集中阶段。例如，第一集中阶段可以由空间波集中器组成，而第二集中阶段可以由时间波集中器组成。应当理解，可以使用适于增加机械脉冲的幅度的任何适当的集中器。还应当理解，当不存在时间集中器时，宽带源适于生成机械脉冲。还应当理解，当存在时间集中器时，宽带源适于生成在集中器24中传播之后变成机械脉冲的机械波。应当理解，集中阶段的顺序可以反转，使得第一集中阶段包括时间集中器，并且第二集中阶段包括空间集中器。

在不存在时间集中器的示例中，空间波集中器可以适于将由大宽带源发射的机械脉冲聚焦在传输构件26的输入上，其具有小于大宽带源的发射表面的横截面尺寸。在另一示例中，空间波集中器可以适于组合并聚焦由至少两个不同宽带源生成的机械脉冲。选择由宽带源发射的机械脉冲的发射时间，使得机械脉冲组合在一起，以便产生其幅度大于由宽带源生成的机械脉冲的幅度的单个机械脉冲。

在另一示例中，空间波集中器可以包括锥形波导。

在美国专利申请号2013/0158453中描述了足够的时间机械波集中器的示例。时间波集中器包括具有色散性质的细长波导，其被选择为使得具有给定幅度和给定持续时间的机械波的分量波在其中传播并在细长波导的端部处组合在一起以产生具有比机械波的给定幅度更大的幅度以及比机械波的给定持续时间更小的持续时间的脉冲。

虽然在示出的实施例中，其被定位于宽带发生器22和传输构件26之间，但是本领域技术人员将理解，波集中器24可以被定位于传输构件26的远端处。例如，诸如锥形件的空间集中器可以被定位在传输构件26的远端处。锥形件可以与传输构件26构成一体，即，传输构件26可以在其远端处包括锥形区部。

图3示出了用于生成和传播机械波的一个示例性系统50。在该示例中，系统50适于治疗可能存在于血管(未示出)中的闭塞52，并且由系统50生成的机械脉冲适于破裂、侵蚀、切割、隧穿和/或断裂闭塞52。

系统50包括三个宽带源54-58、第一空间波集中器60、时间波集中器62、第二空间波集中器64以及适于传播机械脉冲的诸如超声波导66的传输构件。该系统还包括用于为宽带源54-58供电和对其进行控制的至少一个控制器(未示出)，以便控制由宽带源54-58生成的机械波的特性。在一个实施例中，元件54和56是具有环形形状的相同宽带源的一部分。

第一空间波集中器60包括在远端或透射面70与近端或反射面72之间延伸的反射器68。在示出的实施例中，透射面70基本上是平面的，并且宽带源54和56可操作地连接到透射面70。应当理解，透射面70可以不是平面的。

反射面72包括三个区部，即区部74-78。区部74和76是倾斜的，并且它们每个面对第一宽带源54和第二宽带源56中的相应一个。选择第一区部74和透射面70之间的角度，使得由第一宽带源54发射的机械波朝向诸如透射面70的中心的聚焦区域反射。应当理解，聚焦区域可以位于透射面70上在除透射区域70的中心以外的位置处。类似地，选择第二区部76和透射面70之间的角度，使得由第二宽带源56发射的机械波朝向透射面70的聚焦区域反射。区部78基本上是平面的并且平行于透射面70。应当理解，区部78可以不是平面的。此外，区部78面对透射面70的中心。选择第三区部78的尺寸和形状以便接收第三宽带源58。例如，第三区部78可以是圆形的、诸如凹形的或凸形的以分别容纳圆形源、诸如具有凸形的或凹形的发射端的源。

虽然示出的透射面70是平面的，但是应当理解，其它配置也是可能的。例如，透射面70可以包括圆形区部，诸如凹形区部和/或凸形区部以容纳圆形源。例如，透射面70可以包括限定凹形接收区部的圆形凹部(recess)，每个用于接收具有凸形发射端的相应源54、56。在另一示例中，透射面70可以包括限定凸形接收区部的圆形突出部，每个用于接收具有凹形发射端的相应源54、56。

类似地，聚焦区域82可以是平面的，用于容纳具有平面端82的波导80。在另一个实施例中，聚焦区域可以是圆形的，用于将组合的机械波耦合到具有圆形端82的波导80中。例如，透射面70可以包括在聚焦区域处的圆形凹部，其限定用于容纳具有凸形端82的波导80的凹形耦合区部。在另一示例中，透射面70可以包括在聚焦区域处的圆形凹部，其限定用于容纳具有凹形端82的波导80的凸形耦合区部。时间波集中器62适于接收具有给定幅度的机械波的至少两个分量波并将其组合在一起成为具有比给定幅度更大的幅度的至少一个机械脉冲。在一个实施例中，时间波集中器62包括色散波导80，诸如在美国专利申请号2013/0158453中描述的超声波导。色散波导80在近端82和远端84之间延伸。近端82与空间波集中器60相邻以便可操作地与其连接并基本上面对传播面70的中心。色散波导80的性质被选择为使得波导80适于将由宽带源54-58发射的机械波的分量波组合成更大幅度的机械脉冲，如下面描述的。

包括色散波导80的时间波集中器62如下操作。任何机械波可以被分解成分量波的有限和。分量波每个都包括时间函数和空间函数。具体地说，每个分量波具有时间上的相关联的频率、幅度、相位和空间上的相关联的变形场。变形场的特定形状对应于波导的模式。在本描述中，我们认为分量波具有波导的相关联的频率、相关联的幅度、相关联的相位以及相关联的模式。因此，两个分量波可以具有相同的频率并激发不同的模式。两个分量波也可以具有不同的频率并激发相同的模式。在另一示例中，两个分量波可以具有不同的频率并激发不同的模式。针对在波导80中行进的机械波，分量波具有相关联的传播速度。当波导80中的传播速度是分量波的频率和模式的函数时，波导被认为是色散的。因此，色散波导迫使机械波的分量波的相对相位差，其将脉冲变换成具有较低幅度和较长持续时间的机械波。

当适当地选择波导80的色散性质时，可以使用色散来在一端处生成机械波，其分量波具有相关联的相位，使得一旦由色散波导80引入相移，则分量波在波导80的另一端重新组合成所期机械波，诸如更大幅度的机械脉冲。

返回参考图3，第二空间波集中器64可操作地连接到色散波导80的远端84。第二空间波集中器64适于增加传播通过其的机械脉冲的幅度。在一个实施例中，第二空间波集中器64包括锥形件，由横截面积沿其长度减小的非色散超声波导构成。锥形件64的第一端或近端可操作地连接到时间波集中器62的远端84，以便从其接收机械脉冲。当机械脉冲沿着锥形件64传播时，其幅度增加，并且放大的机械脉冲在其第二端处离开锥形件。

传输构件66在可操作地连接到第二空间波集中器64的第二端或远端的第一端或近端86以及第二端或远端88之间延伸。传输构件66适于在其第一端86处接收机械脉冲并且将机械脉冲传播直到其第二端88。当其到达远端88时，机械脉冲至少部分地被传输以生成在传输构件66之外传播的被传输的脉冲。应当理解，脉冲也可以被端部88反射并且在传输构件66中朝向第一端86传播回来。被传输的机械脉冲对应于在围绕传输构件66的第二端88的介质中传播直到闭塞52的机械脉冲。被传输的脉冲进一步传播到闭塞52中，这在闭塞52内产生裂缝，并最终将闭塞52切割或断裂成块。此外，随着脉冲沿着传输构件传播，在传输构件的表面处诱发径向和纵向的运动，这减小了传输构件和周围介质之间的摩擦，并且有利于传输构件进入介质的纵向位移，诸如当穿过闭塞内的纤维组织时。

在传输构件66的远端88紧靠闭塞52的实施例中，传输构件66可进一步被用于断裂闭塞52和/或钻孔进入闭塞52。机械脉冲在传输构件66的远端88处的传输产生传输构件66的远端88的移动。在该移动期间，传输构件66的远端88名义上首先朝向闭塞52移动，并且然后移回其初始位置中。应当理解，取决于到达传输构件66的远端88的机械脉冲的极性，移动可以被反转(即，远端88可以首先远离闭塞52移动，并且然后朝向闭塞52移动)。还应当理解，移动可能是往复运动的复杂组合。当多个不同的机械脉冲在传输构件66的远端88处连续被传输时，远端88的移动可以被看作可以被用于穿过闭塞52的气锤(jack-hammer)移动。

当传输构件66的远端88凹进(即远离闭塞)时，在围绕远端88的介质中产生张力波，这可能产生空化效应。如果介质是流体，并且由于流体不能承受拉伸力，则流体改变相位并蒸发成微小气泡(空隙和/或蒸气)。这些气泡是不稳定的，并且可能会猛烈地崩溃，诱发强大的冲击波和速度射流。诱发的冲击波和速度射流的侵蚀能力可能有助于闭塞52的消融。

虽然在上面的描述中，波导80是色散的，并且锥形件64和传输波导66是非色散的，但是应当理解，其它配置也是可能的。例如，波导80和锥形件64两者都可以是色散的。在这种情况下，本领域技术人员将理解，分量波组合在一起，以在锥形件64的远端而不是色散波导80的远端处提供高幅度机械脉冲。在另一示例中，波导80、锥形件64和传输构件64都是色散的。在这种情况下，分量波组合在一起，以在传输构件66的远端88处提供高幅度机械脉冲。在另一示例中，传输波导66和波导80两者都是色散的，而锥形件64是非色散的。

应当理解，传输构件66的第一区部被插入到包含闭塞52的血管内，并且传输构件66的第二区部位于血管外部。在一个实施例中，传输构件66的至少第一区部适于被插入血管中。例如，传输构件66的第一区部可以包括生物相容性涂层或由生物相容性材料制成。

下面描述系统50的操作。传输构件66的第一区部被插入到包含闭塞52的血管中，使得传输构件66的远端88与闭塞52相邻。在一个实施例中，传输构件66被定位成使得其远端88基本上紧靠闭塞52。

宽带源54-58每个适于发射至少两种不同的分量波，例如，至少较慢的分量波和较快的分量波(相对于色散波导)。由宽带源54发射的每个分量波从反射器68内的透射面70传播，在反射面72的区部74处反射，并且朝向位于传播面70的中心处的聚焦区域传播回来。类似地，由宽带源56发射的每个分量波从反射器68内的透射面70传播，在反射面72的区部76处反射，并朝向聚焦区域传播回来。由宽带源58发射的每个分量波通过反射器68朝向聚焦区域的中心传播。由于色散波导80的近端82被定位于聚焦区域处，所以由宽带源54-58发射的分量波被传输到色散波导80中。

宽带源54-58被操作为使得分量波在到达聚焦区域时具有基本相同的波形。应当理解，当到达聚焦区域时，由宽带源54-58发射的分量波的幅度可能不同。选择每个宽带源54-58的发射时间，使得分量波基本上同时到达透射面70的中心，并且基本上同时被传输到色散波导80的近端82中。因此，由宽带源54-58发射的独立分量波在色散波导80的近端82处组合在一起，以产生具有比独立分量波的幅度更大的幅度的分量波。由宽带源54-58发射的不同的更大幅度分量波沿色散波导80传播，并在色散波导80的远端84处组合在一起以形成第一机械脉冲。

例如，宽带源54-58每个在足够的时间发射诸如较慢的分量波的第一分量波，使得当到达色散波导80的近端82时，第一分量波组合在一起以产生第一较大幅度分量波，诸如较大幅度较慢分量波。在发射第一分量波之后，宽带源54-58每个在足够的时间发射诸如较快分量波的第二分量波，使得当到达色散波导80的近端82时，第二分量波组合在一起以产生第二较大幅度分量波，诸如较大幅度较快分量波。

在补偿由色散波导80引入的相对相移的时间间隔处，当在较大幅度较快分量波之前在色散波导80中传输较大幅度较慢分量波时，会发生相长(constructive)重组。较慢和较快较大幅度分量波相互作用直到色散波导80的远端84。当相互作用是相长时(即，当分量波具有都为正的幅度或都为负的幅度时)，得到的机械波由较大幅度机械脉冲组成。

如上面描述的，由宽带换能器发射的机械波被同步，使得它们精确地组合成它们沿着单个或多个集中阶段下行，以在传输构件66的远端84处生成高幅度的机械脉冲。宽带传感器被相应地驱动以产生这些定时的机械波。知道系统行为可以计算所需的电驱动信号，或其可以从实验测量结果获得。

应当理解，在色散波导80的远端84处可以将两个以上的较大幅度分量波组合在一起以产生机械脉冲。至少两个分量波中的每个具有通过色散波导80的唯一的预定传播速度。还应当理解，由宽带源54-58发射的分量波的特性和色散波导80的特性被选择为在色散波导80的远端84处生成的机械脉冲的所期性质的函数。

在一些实施例中，至少两个分量波具有波导的相关联的频率和相关联的传播模式。至少两个分量波具有不同的相关联的频率。至少两个分量波具有相同的相关联的模式。

在一些实施例中，相同的相关联的模式是色散波导80的单一模式。

在一些实施例中，单一模式是色散波导80的基本纵向模式。

在其他实施例中，至少两个分量波具有不同的相关联的模式。至少两个分量波具有相同的相关联的频率。

返回参考图3，第一机械脉冲从色散波导的第二端84传播到锥形件64。在示出的实施例中，锥形件64是非色散波导，其横截面表面积沿着其长度减小。因为锥形件64是非色散的，所以形成第一机械脉冲的分量波彼此不分离，并且第一机械脉冲沿着锥形件64传播。此外，由于锥形件64的横截面表面积减小，所以机械脉冲的幅度在沿着其传播时增加。因此，由锥形件64发射第二机械脉冲，并且第二机械脉冲的幅度大于第一机械脉冲的幅度。

第二机械脉冲被耦合到非色散传输构件66中，其中其传播直到远端88，在那里被传输的机械脉冲在周围介质中被传输。如上面描述的，被传输的脉冲传播直到闭塞52，并且如果传输构件66的远端88紧靠闭塞52，则由末端88处的多个机械脉冲产生的气锤移动可以被用于穿过闭塞52。

在一个实施例中，构成系统50的元件、即反射器68、色散波导80、锥形件64和传输构件66中的至少两个被永久固定在一起。例如，至少两个元件可以被焊接在一起。

在相同或另一个实施例中，使用适当的连接器将构成系统50的至少两个元件可拆卸地固定在一起。例如，锥形件64和传输构件66可以整合在一起或焊接在一起，并且锥形件64可以可拆卸地固定到时间集中器62。在这种情况下，由空间集中器64和传输波导6形成的组件可以是一次性的，使得在手术之后该组件被改变，而宽带源54-58、空间集中器60和时间集中器62从一个手术被使用到另一个手术。应当理解，其他配置也是可能的。例如，只有传输构件66可以是一次性的并且可拆卸地固定到空间集中器64。

在一个实施例中，阻抗匹配元件/材料可以被定位于两个组件之间，以便减少两个组件之间的耦合损耗。例如，阻抗匹配材料的一个或多个层可以被定位于宽带源54-58和反射器68之间。在又一实施例中，阻抗匹配元件被定位于传输构件66的远端和周围介质之间。

在一个实施例中，反射器68、色散波导80、锥形件64和波导66都由相同的材料制成，以便减少阻抗失配的损失。

应当理解，可以省略集中器60、62和64中的至少一个，和/或可以改变集中器60、62和64的相对位置。例如，可以省略空间集中器64。在这种情况下，传输构件66可以永久地或可拆卸地被固定到时间集中器62。可替代地，可以进一步省略时间集中器，并且传输构件66可以被固定到空间集中器60。在另一示例中，空间集中器64可以被定位于传输构件66的端部处。在进一步的实施例中，可以省略时间集中器62，并且可以将空间集中器64固定到空间集中器60。在这种情况下，宽带源54-58发射机械脉冲，其在空间集中器64的输入处组合成更大幅度的机械脉冲，该机械脉冲的幅度在沿着传输构件66传播之前传播通过空间集中器64时进一步增加。

虽然系统50使用诸如超声换能器的宽带源54-58与集中器60连接来生成机械波，但是应当理解，其他配置也是可能的。例如，可以使用机电能，诸如压电能、电磁能或磁致伸缩能。如上面描述的，能量可以被集中在空间、时间或两者中，以便增加由一个或多个能量源生成的机械波的幅度。空间集中配置可以包括一个或多个较大的平面/聚焦换能器。一个或多个换能器可以被分布在相控阵配置中并与声透镜或声反射器一起使用。时间集中器配置可以使用具有色散介质或色散波导的一个或多个平面/聚焦换能器。还可以使用混响腔来组合空间和时间集中两者。先前配置的任何组合或布置也可以被用于实现类似的结果。构成宽带发生器22的每个换能器可以具有相同操作带宽或者可以具有各种带宽以实现所期控制水平。

下面描述波集中器24的示例性配置。

在一个实施例中，可以使用包括半球形凹形发射表面的聚焦换能器来将机械波引向公共聚焦区域，如图4中示出的。

在另一个实施例中，如图5a和5b中的两个示例示出的，可以使用由多个发射元件组成的相控阵换能器，其可以以各种方式独立控制和布置。每个元件可以使用不同的相位/延迟来触发，以引导、聚焦和组合作为结果的机械波前。发射元件也可以是不同的形状。当它们根据图5a中的线性配置被定位时，发射元件根据图5b中的弧形的配置被定位。

在进一步的实施例中，可以使用声透镜来利用两个介质之间的波速的差异来重定向机械波，如图6a中示出的。为了使用声透镜来聚焦机械波，两个介质之间的接口具有与针对聚焦换能器所描述的形状类似的形状。

在一个实施例中，可以使用适于将入射的机械波朝向相同聚焦区域反射的声反射器，如图6b中示出的。

在另一个实施例中，可以使用采取具有声波速度梯度的色散介质形式的时间集中器配置，其通过其机械性质中的至少一个中的梯度的生成而获得，如图7中示出的。通过适当地定时构成输入机械波的分量波的发射，可以通过相长干扰而在所期位置处产生高幅度机械脉冲。在一个实施例中，色散介质的色散性质是由于波导的几何形状而不是介质的性质而造成。

在进一步的实施例中，还可以使用组合空间集中器和时间集中器的配置。这种配置可以采取诸如多散射介质的混响腔的形式，如图8中示出的。混响腔利用空腔内的多个反射以使用单个换能器或换能器阵列在空间上和时间上将机械波朝向所期位置聚焦。

图9-11示出了适于将由诸如九个压电换能器的九个宽带源发射的机械波组合在一起的示例性空间集中器91。应当理解，集中器91可以被用于组合由除了宽带源之外的源发射的机械波，并且源的数量仅是示例性的。在该示例中，空间集中器91包括截断的抛物面区部92和圆柱形区部94，并且适于接收第一类型的五个压电换能器96和97以及第二且不同类型的四个压电换能器98。例如，压电换能器96和97可以是具有约2英寸直径的圆柱形换能器，而压电换能器98可以是具有约一英寸直径的圆柱形换能器。应当理解，换能器的数量可以变化，只要系统包括至少一个换能器即可。例如，该系统可以包括两个或更多个同心的环形换能器。还应当理解，换能器类型的数量也可以变化。例如，所有的换能器可以是相同的。

如图10中示出的，突出部从圆柱形区部94的顶面突出以限定四个凹部100和四个凹部102。每个凹部100的尺寸和形状被设计成接收对应的压电换能器96，而每个凹部102适于接收对应的压电换能器98。诸如色散波导的波导103被固定到圆柱形区部94。

应当理解，可以省略凹部100和102。例如，圆柱形区部94的顶面基本上是平面的，并且可以使用用于将换能器96和98可拆卸地或非可拆卸地固定到圆柱形区部94的平坦顶面的任何适当装置。

如图11中示出的，抛物面区部92包括位于抛物面区部92的顶点处的截断部分104。截断部分96基本上是平坦的，并且其尺寸和形状被设计成接收压电换能器97。压电换能器97被定位于截断部分106上，使得其纵向轴线基本上与波导103的纵向轴线对准。因此，由压电换能器97发射的机械波传播通过集中器91并被传输到波导104中。抛物面区部92的抛物面的曲率和凹部100和102的位置被选择为使得由每个压电换能器86、88发射的机械波传播通过集中器91，在抛物面区部92的抛物面处反射，并且然后朝向聚焦区域105传播。波导103的第一端被定位于聚焦区域105处，使得由压电换能器96、98生成的机械波被耦合到波导103中。

压电换能器96、97和98每次在以下所选择的时间发射相应的机械波，使得不同的机械波基本上同时到达聚焦区域处。由换能器96和98发射的机械波在抛物面处反射之后在聚焦区域处聚焦并且与由换能器97发射的机械波组合在一起，以生成具有比由每个压电换能器96、97和98单独发射的机械波的幅度更大的幅度的机械波。

在其中波导103是充当时间集中器的色散波导的实施例中，可以控制压电换能器96、97和98以首先发射较慢分量波，该分量波在聚焦区域105处组合以生成较大幅度较慢分量波，其被传输到色散波导103中并沿其传播。压电换能器96、97和98被进一步控制以随后发射较快分量波，该较快分量波在聚焦区域105处组合以生成较大幅度较快分量波，其被耦合到色散波导103中并沿其传播。较快和较慢的较大幅度分量波在色散波导的第二端处组合在一起，以产生具有比较快和较慢的较大幅度波分量的幅度更大的幅度的所期机械脉冲。

在一个实施例中并且为了使聚焦区域105处的机械波的空间集中最大化，出于以下原因，使集中器91内的机械波的传播距离最小化，使区部82的抛物面表面处的入射角最小化，使表面发射最大化和/或操作波长保持尽可能短。空间聚焦增益与发射表面A除以传播距离d和操作波长λ有关，即Gain≈A/(áλ)。当机械波在固体介质中行进时，可考虑其他波传播现象。例如，当机械波被诸如区部92的抛物面表面的边界接口反射时，在固体介质中可能发生模式转换(例如，纵向剪切)。该模式转换与入射波和边界接口之间的角度有关。由于它们以不同于纵波的角度处被反射，所以剪切波不会在与纵波的区域相同的区域处聚焦。因此，当模式转换在一定程度上存在时，输入信号的一部分可能会丢失或被捕获。此外，在某些操作波长下，机械波前不会以直线行进，而是由于衍射而在空间中扩散。波前行进的距离越长，其在空间中扩散越多。因此，并且为了使空间集中最大化，传播距离可以保持尽可能短以限制波前的扩散。类似地，抛物面表面处的入射角可以保持尽可能低以限制模式转换。表面发射也可能很大。此外，在可能时可以减小操作波长以使上述有害影响最小化。

在一个实施例中，换能器96、97和98是平面压电换能器，即它们的发射表面是平面的。这种平面压电换能器比具有非平面发射表面的压电换能器便宜。此外，将它们的发射面与空间集中器91耦合更容易。此外，利用空间集中器91的抛物面几何形状，并且通过在顶表面上在主轴周围对称地分布换能器86-88，本领域技术人员本领域将会理解，由于相同的发射电子信号可被类似的换能器使用并且由于不需要引入任何相位延迟，所以控制电子器件被简化。例如，当它们构成单个通道时，可以使用相同的电子信号来控制四个换能器96。

在另一个实施例中，换能器96-98可以不是平面的。例如，它们可以是聚焦换能器。在另一示例中，它们可以围绕集中器91的轴线不对称地分布。在进一步的示例中，换能器96和98可以不在相同的平面表面上。

在一个实施例中，截断的抛物面表面的区域减小了由换能器96和98发射的分量波的聚焦增益。然而，在区部92的截断部分上添加换能器97允许增加相对于如果不存在换能器97并且抛物面区部92不会被截断而获得的聚焦增益的聚焦增益。在一个实施例中，适当地选择聚焦区域105和截断区部104之间的距离及其表面积。实际上，根据目标聚焦区域的操作波长和尺寸，存在最佳距离和表面积，将使在截断区部上使用的换能器的空间集中最大化。

在一个实施例中，使用抛物线的几何关系和光传播的理论作为第一假设来设计集中器91。然后，开发了数值有限元模型。一旦确定了适当的参数(诸如传播介质、边界条件、激发条件和/或网格划分)，则该模型被用于评估各种几何参数对聚焦区域处的放大因子的影响。例如，对不同形状、抛物面或非抛物面、发射表面积、发射区域分布和集中器厚度进行评估。此外，随后的数值模型可以被开发并且被用于评估集中器与系统的其他组件的相互作用和集成。

在一个实施例中，可以在集中器91和换能器96-98之间引入诸如甘油的阻抗匹配材料层，以减少耦合损耗。此外，波导103在聚焦区域105处被机械地连接到集中器91。例如，焊接可以被用作机械连接。

尽管图9-11示出了具有平面发射表面的圆柱形换能器，但是应当理解，可以使用具有不同形状的换能器。例如，换能器的形状可以是环形、六边形、正方形、三角形或圆形等。

还应当理解，换能器96-98相对于集中器的数量和位置可以变化。例如，虽然集中器91包括位于抛物面表面上的用于接收换能器97的单个平面部分，即截断部分，但是本领域技术人员将会理解，抛物面表面可以包括多于一个的平面部分。每个平面部分适于接收将朝向聚焦区域105发射机械波的相应换能器。位于平面部分之间的抛物面表面的部分然后可以被用于将由被定位于集中器顶部上的换能器发射的机械波朝向聚焦区域105反射。

应当理解，集中器91可以由其中机械波可以传播的任何适当的材料制成。例如，集中器91可以由玻璃、铅、流体、气体、液态金属、不锈钢、钛、镍钛诺等制成。

当换能器96-98设置有平面发射表面时，应当理解，其它配置是可能的。例如，换能器可以设置有凹形发射表面。在这种情况下，凹部也具有与相应的凹形换能器的形状相匹配的凸形形状，以适应它们相应的凹形换能器。换能器96-98也可以与声透镜一起使用。

返回到传输构件66，本领域技术人员将理解，传输构件66的功能是将高幅度机械脉冲从其近端86传播到其远端88。近端86位于患者的外面并且永久地或可拆卸地连接到空间集中器64。在具有或不具有导管下，远端88将被插入到患者的血管中。

在一个实施例中，传输构件66由单一材料制成。在另一个实施例中，传输构件66可以由不同的材料制成。例如，传输构件66可以包括与近端86相邻并适于保持在患者外面的第一区部，以及与远端88相邻并适于插入患者血管的第二区部。在这种情况下，第一区部可以由适于传播高幅度机械脉冲的第一材料制成，而第二区部可以由也适于传播高幅度脉冲并且也是生物相容性的第二且不同材料制成。

在一个实施例中，传输构件的第二区部包括低摩擦涂层(例如疏水涂层、亲水涂层、聚四氟乙烯(PTFE)涂层等)或专门的表面光洁度以减少摩擦。

在一个实施例中，传输构件的第二区部包括与传输构件芯的声阻抗相比较而言的低/高声阻抗涂层，以捕获传输构件芯中的能量并防止或至少降低能量泄漏。低/高声阻抗材料的示例包括钨、气凝胶和气体截留护套等。

在一个实施例中，传输构件的第二区部包括低/高声阻抗涂层和低摩擦涂层，低摩擦涂层完全地或部分地覆盖低/高声阻抗涂层。

在一个实施例中，传输构件66还可以包括位于第一区部和第二区部之间的第三区部。第三区部适于由诸如介入医师之类的用户操纵，或接收诸如力矩器的抓取工具。

在一个实施例中，第一区部、第二区部和/或第三区部由柔性或弹性材料制成，其基本上不呈现塑性变形，这是因为第二区部遵循导致闭塞的血管内的曲折路径，或者因为第三区部由用户操纵。

在一个实施例中，传输构件66由与其近端被固定到的元件的材料相同的材料制成，以确保改进的机械脉冲到传输构件66中的耦合，并且从而减少耦合损耗。

在一个实施例中，传输构件66由诸如不锈钢、铝或铝合金、钛或钛合金的低衰减材料制成，诸如Ti-6Al-4V或Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn(Beta III钛)、镍钛诺或熔融石英等。在一个实施例中，诸如退火的热处理可以被施加到传输构件66的至少一部分。

在一个实施例中，传输构件66具有通过一个或一系列热处理和热加工或冷加工实现的低衰减微结构。

在一个实施例中，传输构件66由具有诸如良好拉伸强度和良好扭矩传输以及良好扭结阻力的良好机械性质的材料制成。

在一个实施例中，传输构件66适于承受由沿其传播的机械脉冲生成的高应力/应变。在相同或另一个实施例中，传输构件66适于承受与机械脉冲的重复通过(循环)相关联的疲劳。

在一个实施例中，传输构件66的横截面尺寸、诸如圆柱形波导的直径与沿其传播的机械脉冲的中心波长相比而言较小，使得传输构件66不色散或弱色散，以便减少能量泄漏。

在一个实施例中，传输构件66的横截面尺寸、诸如圆柱形传输构件的直径足够大，以允许传输构件66承受由用户施加的推力并且要求使远端88沿着血管或在导管内前进并进入闭塞中，并允许对远端88的安全和有效的控制。

在一个实施例中，传输构件66的外表面或传输构件66的至少第二区部以诸如细螺纹的微观细节为特征或具有某种涂层，其可能捕获充当防止能量泄漏的屏蔽层的微气泡。

在传输构件66被插入导管中的实施例中，传输构件66的横截面形状适于使导管内的物理接触最小化以使能量泄漏和/或摩擦最小化。例如，如果导管包括其中插入传输构件66的圆形空腔，则传输构件66可以具有正方形横截面，以减少导管与正方形的四个角的接触。在另一个实施例中，传输构件66的外表面可以设置有小的特征，诸如沿其长度的凸块，以使与导管的接触最小化。

在一个实施例中，传输构件66的近端86和/或传输构件66的第一区部未被涂覆并被环境空气包围，这是因为基本上不存在要防止或减小的边界摩擦或能量泄漏。

应当理解，传输构件66的近端86可以设置有任何适当的形状。例如，近端86可以是基本平坦的。在另一个实施例中，近端可以是圆形的，如图12中示出的，其示出了具有从波导106突出的圆形近端107的波导106。波导106要被固定到的元件108包括向内圆形端109，其与波导106的圆形端107匹配。这种配置改善了波导106与元件108的配合，并且可以补偿未对准。

在一个实施例中，传输构件66的近端86充当入口点，以在诸如导管、气囊或支架的线上(over-the-wire)设备中滑动。

在一个实施例中，传输构件66的近端86由呈现与其被固定的元件(诸如空间集中器64)的声阻抗相容的声阻抗的材料制成。

传输构件66的远端88被用于从传输构件66芯朝向闭塞52发射机械脉冲。远端88还可以被用于产生路径并导航通过闭塞52、扩大路径的直径和/或定向所发射的机械脉冲的方向。

在传输构件66要被插入导管中的实施例中，传输构件66的远端88可被设计成便于朝向闭塞将其引入到导管中。在一个实施例中，当远端88朝向闭塞52前进时，疏水涂层可以在传输构件的远端88处被施加以将血液冲洗出导管，并且从而减少可能会导致能量泄漏的围绕传输构件66的血液量。

在一个实施例中，在传输构件66的远端88处添加亲水涂层，以促进其在导管中的引入。

在一个实施例中，声耦合器被固定到传输构件66的远端88，以便增加从传输构件66朝向闭塞52的能量传输。

在一个实施例中，将不透射线标记物诸如钨、金条、高密度电镀、高密度环、高密度线圈或具有致密金属粉末的掺杂聚合物护套固定到传输构件66的远端88以充当参考点，以便经由X射线使远端相对于闭塞52和其它PTA装置的位置可视化。

在一个实施例中，传输构件66的远端88基本上是平坦的。在一个实施例中，远端88的平坦表面基本上垂直于沿其长度延伸的传输构件66的外纵向表面，以便使沿传输构件66所延伸的纵向轴线的能量输出最大化。在另一个实施例中，端部88的平坦表面相对于该纵向轴线是斜面的或成一定角度。这种形状还可以将导线横向推进，从而导致拍打效果，其可以被用于在PTA介入期间在使用气囊之前扩大在闭塞内产生的路径或具有血管制备意图。应当理解，远端88可以设置有除平坦形状之外的任何适当形状。例如，远端可以设置有诸如半球形状的圆形形状。远端88的表面可以在圆形形状和平坦形状之间设置有任何适当的形状。例如，远端88的表面可以是基本平坦的，其中平滑的或圆形的边缘对于生物组织尽可能是无损伤的。在另一个示例中，远端可以设置有将机械能远离远端88聚焦的形状。该聚焦形状可以是凹形形状，例如圆形或抛物面形状。该聚焦形状可以是使机械脉冲沿传输构件的纵向轴线或远离该相同的轴线聚焦。

在一个实施例中，传输构件66的远端88可以被成形以便至少部分地径向引导机械脉冲。这种配置可以被用于在具有比远端88的直径更大的直径的闭塞52中产生路径。此外，在PTA干预期间在使用气囊之前，可以使用这种实施例来准备病变部位。

图13示出了这样的配置，其中传输构件或波导110设置有适于部分地发射径向机械波的远端。具有截断的圆锥形状的突出部112从波导112的远端突出。突出部112在位于远离波导110的圆形远端壁和被固定到波导110的圆形近端壁之间延伸。截断的圆锥形壁在圆形近端和远端壁之间延伸。在示出的实施例中，波导110和突出部112是同轴的。

在另一配置中，传输构件的远侧尖端可以沿着基本上平行于其纵向轴线的方向分裂成区域，使得当机械脉冲到达该区域时，其迫使各种区域远离分裂接口，使能在径向方向上的一些能量的一些重定向。在另一配置中，传输构件的远侧尖端可以沿着纵向轴线交替地是弧形的，以便在径向方向上重定向一些机械能。然而，本领域技术人员将理解，其它配置也是可能的。

如图13中示出的，由箭头114示意性地表示的机械能的中心部分传播通过突出部112以生成由箭头116示意性地表示的纵向机械波，其基本上沿波导110的纵向轴线在波导110外部朝向闭塞52传播。由箭头118示意性地表示并且与波导110的外表面相邻的机械能的外部部分在波导110的外部传播并且被突出部112的截断的圆锥形壁反射以生成径向机械波。

虽然在示出的实施例中，径向机械波的传播方向基本上与纵向机械波的传播方向垂直，但是应当理解，通过改变波导110与突出部112的截断的圆锥形壁之间的角度，其它配置是可能的。此外，这种配置不需要围绕超声波导的主轴对称。

本领域技术人员将理解，可以通过适当地改变突出部112的远端和/或近侧壁的表面积来调节被转换成径向机械波的能量数量。

在一个实施例中，与远端88相邻的传输构件66的区部可以弯曲或者可弯曲的，因此用户可以利用他的手指、金属针引导器或工具施加永久或暂时的曲率。在远端88处的弯曲可以被用于在血管中或在阻塞中被向前推动和/或重定向所发射的机械脉冲时引导传输构件(即，给予传输构件一个方向)。

在一个实施例中，传输构件66具有沿其长度基本上恒定的横截面形状和/或横截面尺寸。例如，传输构件66可以具有其直径沿其长度基本上恒定的圆形横截面形状。在一个实施例中，波导66的直径在约0.004和约0.035英寸之间。

在另一个实施例中，传输构件66的横截面形状和/或尺寸可以沿其长度变化。例如，与近端66相邻的传输构件66的第一区部和/或与远端88相邻的传输构件66的第二区部可以具有不同于位于第一区部和第二区部之间的第三区部的横截面形状和/或尺寸。在另一示例中，传输构件66可以包括用于放大机械脉冲的至少一个锥形区部。

例如，近端86可以设置有具有第一直径的圆形横截面形状，而传输构件66的第三区部可以设置有具有第二且不同直径的圆形横截面形状。例如，第一直径可以大于第二直径。在另一示例中，第二直径可以大于第一直径。在一个实施例中，传输构件66的直径沿着传输构件66的给定区部从第一直径到第二直径平滑地变化。

在另一个示例中，近端86可以设置有第一横截面形状，而传输构件66的第三区部可以设置有第二且不同的横截面形状。例如，近端86可以设置有正方形的横截面形状，而传输构件66的第三区部可以设置有圆形横截面形状。在另一示例中，近端86可以设置有六边形横截面形状，而传输构件66的第三区部可以设置有圆形横截面形状。在一个实施例中，传输构件66的形状沿着传输构件66的给定区部从第一横截面形状到第二横截面形状平滑地变化。

在一个实施例中，远端88的尺寸小于传输构件66的第三区部的尺寸，以增加远端88的柔性。

在另一个实施例中，远端88的尺寸大于波导66的第三区部的尺寸，以将血液从导管中冲洗出来，其中当远端88朝向闭塞移动时，传输构件66的远端88被插入。

在进一步的实施例中，远端88的尺寸大于传输构件66的第三区部的尺寸，以使闭塞中的开口尺寸最大化，同时在远端88处保持很大的柔性。

在一个实施例中，传输构件可以由多个独立导线构成。在另一个实施例中，传输构件可以是大致管状形状的。

在一个实施例中，诸如波导66的传输构件适于与传统的PTA装置一起使用。在一个实施例中，传输构件具有小于约0.125英寸并且优选地小于约0.035英寸的直径。在一个实施例中，传输构件的纵横比(被定义为：长度/直径)被选择为大于100，并且优选地大于1000。在一个实施例中，传输构件具有被包括在约60英寸和约120英寸之间的长度。在另一个实施例中，传输构件具有被包括在约36英寸和约200英寸之间的长度。

在一个实施例中，传输构件的至少远端区部是柔性的，以便在预期的应用中基本上容易弯曲或成弧形。例如，主动脉弓可以具有约1英寸的曲率半径。因此，柔性传输构件可以被弯曲以呈现约1英寸或更小的曲率半径。

在一个实施例中，传输构件在其近端处可以具有专有接口，使得只有后者可以被连接到能量源。这可以在传输构件的近端处采取附加特征的形式。此外，可以在手术开始时使用脉冲回波技术来检测传输构件的专有声学特征。也可以使用仅由专有连接器识别的电子芯片。

在一个实施例中，传输构件可以由镍钛诺、不锈钢、钛合金或熔融石英等制成。这些材料提供足够数量的声波传输、刚度和扭矩传递性。然而，也可以使用流体或气体传输构件。

如上面描述的，系统50的两个组件或元件可以可拆卸地固定在一起。图14-图16示出了诸如其中锥形件150可拆卸地固定到色散波导152的配置。应当理解，波导152也可以是非色散的。图14-图16进一步示出了与锥形件150构成一体的传输构件154。可替代地，锥形件150和传输构件154可以被焊接在一起。阴连接器(female connector)160和阳连接器(male connector)162形成连接装置，其被用于将锥形件150和色散波导152可拆卸地连接在一起。应当理解，图14-图16中示出的连接装置可以被用于将任何种类的具有诸如锥形件的连接端处的凸缘的机械波导和/或具有恒定直径的波导等连接在一起。

锥形件150的近端164设置有凸缘166，其沿着近端164的圆周从锥形件150径向且向外延伸。衬套(bushing)168围绕锥形件150被插入并且被定位在与其近端164相邻的位置处。应当理解，锥形件150在衬套168中被接收，并且衬套168可以沿锥形件150平移。类似地，色散波导152的远端170设置有凸缘172，其沿着远端170的圆周从色散波导152径向且向外延伸。衬套174被插入在色散波导152周围并且被定位于与其远端170相邻的位置处。应当理解，锥形件在衬套168中被接收并且可以沿锥形件150平移。衬套168和174被用于对准目的，并且它们可以由塑料或金属材料制成，以便减少能量泄漏。

虽然在示出的实施例中，凸缘166和172分别沿着近端164和远端170的整个圆周延伸，但是应当理解，两个凸缘166和172中的至少一个可以仅沿着其相应端164、170的圆周的一部分延伸。应当理解，凸缘166和172的直径可以变化，只要其分别大于锥形件150的近端164的直径以及色散波导152的远端170的直径。虽然在示出的实施例中，凸缘166和172具有基本上相同的直径，但是其它配置也是可能的。

阴连接器160包括管状主体180，其设置有在其近端和远端之间延伸的孔182，并且其中锥形件150和可选地传输构件154被插入该孔。孔182的横截面尺寸大于由锥形件150和传输构件154形成的组件的横截面尺寸，使得锥形件150可在孔182内滑动，并且阴连接器160可围绕锥形件150旋转。与阴连接器160的近端相邻的主体180的内壁的区部184是螺纹的。

阳连接器162包括管状主体190，其设置有在其近端和远端之间延伸的孔192，并且其中色散波导152被插入。孔192的横截面尺寸大于色散波导152的横截面尺寸，使得色散波导152可以在孔192内滑动，并且阳连接器162可以围绕色散波导152旋转。与阳连接器162的远端相邻的主体190的内壁的区部194是螺纹的，并且其螺纹匹配阴连接器的区部184的螺纹，使得阳连接器162的螺纹区部194可以被拧入阴连接器160的螺纹区部184。

为了将阴连接器160和阳连接器162固定在一起，锥形件150被插入阴连接器160中，直到衬套168的远侧斜面端196与从主体180的内壁延伸的突出部的斜面表面198相紧靠为止，如图16示出的。色散波导152的远端170被插入阴连接器中，直到其紧靠锥形件150的近端164为止。然后将螺纹区部194拧入阴连接器中。通过将阳连接器162拧入阴连接器160中，衬套174的近侧斜面端紧靠主体190的内壁的斜面表面。

衬套168的斜面表面和主体180的内壁的对应斜面表面协作在一起，以使锥形件150居中在阴连接器160的孔182内，使得阴连接器160不与锥形件150或传输构件154物理接触以防止或至少减少能量泄漏。类似地，衬套174的斜面表面197和主体190的远端的对应斜面表面199协作在一起，使色散波导152在阳连接器162的孔192内居中，使得阳连接器162不与色散波导152物理接触以防止或至少减少能量泄漏。

在一个实施例中，阻抗匹配材料可以被插入在色散波导152和锥形件150之间。此外，可以在色散波导152和锥形件150之间添加甘油膜，以确保两者之间的最佳耦合，并确保可以传输纵向机械波。在另一个示例中，将超声波凝胶膜插入色散波导152和锥形件150之间。

应当理解，连接器160和162可以由任何适当的材料制成，诸如不锈钢、钛合金或塑料等。

在一个实施例中，凸缘166和172具有比机械脉冲的中心波长的厚度小的厚度，以使凸缘166和172中的机械脉冲的衍射最小化。

在一个实施例中，可以省略凸缘166和172，并且由锥形件150和色散波导152中设置的切口代替。在这种情况下，保持机构可以包括把手。相对于包括凸缘的配置，切口不允许增加色散波导152的总直径和锥形件150的总直径。

虽然在示出实施例中，螺纹区部被用于可拆卸地将两个连接器160和162固定在一起，但是应当理解，可以使用适于将两个连接器可拆卸地固定在一起的任何适当的固定装置。

图17示出了用于将诸如色散波导的第一机械波导231可拆卸地连接到诸如传输构件的第二机械波导232的连接装置230的示例性配置。在该实施例中，传输构件232的近端设置有凸缘233，并且色散波导231的远端还设置有凸缘234。

连接装置230包括阳连接器235，该阳连接器235限定用于在其中接收第一波导232的孔236。第一孔236包括用于接收第一机械波导232的凸缘233的第一区部以及第二区部。阳连接器235的内部面包括限定孔236的第二区部的突出部237。突出部237包括用于紧靠机械波导232的凸缘233的邻接面，孔236的第二区部的尺寸大于机械波导232的尺寸，使得当波导232被插入阳连接器235中时，突出部237不与机械波导232的侧面物理接触。

连接装置230还包括阴连接器238，该阴连接器238限定用于在其中接收机械波导231的孔239。孔239包括用于在其中接收机械波导231的凸缘234和阳连接器235的一部分的第一区部以及第二区部。阴连接器238的内部面包括限定孔239的第二区部的突出部240。突出部240包括用于紧靠机械波导231的凸缘234的邻接面。孔239的第二区部的尺寸大于机械波导231的尺寸，使得当机械波导231被插入阴连接器238中时，突出部240不与机械波导231物理接触。

在一个实施例中，孔236和239是圆柱形的。在这种情况下，孔236的第二区部的直径比机械波导232的直径更大并且比机械波导232的凸缘的直径更小。孔239的第二区部的直径比机械波导231的直径更大并且比第二机械波导的凸缘的直径更小。

在一个实施例中，阳连接器235可插入阴连接器238的部分包括在其外表面上延伸的第一螺纹。阴连接器238的内表面包括在孔239的第一区部内的第二螺纹，并且第二螺纹与第一螺纹匹配，使得阳连接器235和阴连接器238可螺纹地固定在一起。

在一个实施例中，凸缘233围绕机械波导232的整个圆周延伸，并且凸缘234围绕机械波导231的整个圆周延伸。

应当理解，连接装置230可以被用于连接设置有凸缘的任何种类的波导。例如，连接装置230可以被用于将锥形件和圆柱形波导连接在一起。

一旦固定在一起，阳连接器和阴连接器仅与波导的凸缘物理接触。这种配置允许减小连接器与色散波导和传输构件之间的接触表面，以便减少能量泄漏。

在另一个实施例中，传输构件的近端可以是螺纹的，并且色散波导的远端设置有螺纹凹部，传输构件被拧入在其中，以便将传输构件和色散波导可拆卸地固定在一起。应当理解，这种连接可以被用于将锥形件可拆卸地固定到色散波导、将传输构件可拆卸地固定到锥形件等。

图18示出了锥形件252和传输波导254之间的连接器250的进一步的示例。连接器组件包括具有管状形状并可移动地安装在锥形件上的阴连接器256、以及安装在传输构件上的阳连接器258。锥形件的远端设有凸缘260，该凸缘260径向且向外地围绕其圆周延伸。

阴连接器256包括具有内螺纹面的管状体和具有邻接面262的突出部261。阳连接器258包括夹在传输构件254周围的两个半管体(hemi-tubular body)264。每个半管体264设置有从其内部面延伸的齿266，例如锋利的或尖的突出部，以及与阴连接器256的内螺纹表面可螺纹接合的螺纹外表面。两个半管体264可以使用任何适当的夹持装置围绕传输构件254夹持。在这种情况下，齿266在传输构件254中产生切口，并且两个夹持的半管体254固定地被固定在一起并且固定地被固定到传输构件254以形成螺栓。一旦半管体264已经被夹在传输构件254周围，螺栓就被拧入阴连接器256中。当螺栓被拧入阴连接器中时，阴连接器256的邻接面262紧靠锥形件252的凸缘260并且锥形件252的远端紧靠传输构件254的近端。

在另一个实施例中，两个半管体264可以不被夹在一起。在这种情况下，两个半管体264可以抵靠波导254而被推动，并且由两个半管体264和波导254形成的组件被拧入阴连接器256中。

在一个实施例中，用于将传输构件254固定到阳连接器258的齿266的使用允许使与阳连接器258物理接触的传输构件254的表面积最小化，从而使机械脉冲在传输构件254中传播的传播损耗最小化。

在一个实施例中，传输构件254的外表面设置有凹槽，每个凹槽的形状和尺寸被设计成用于在其中接收相应的齿266。例如，凹槽的形状和尺寸可以基本上对应于齿的形状和尺寸，因此每个齿可以舒适地被插入其相应的凹槽中。在这种情况下，将齿266插入它们相应的凹槽中允许防止传输构件254沿其纵向轴线相对于阳连接器258的任何平移。

在一个实施例中，凹槽可以由两个半管体264的夹持产生，以将齿266推入传输构件254中，从而产生凹槽。在这种情况下，齿266可由具有比制造传输构件254的材料的硬度更大的硬度的材料制成。

在另一个实施例中，凹槽可以在阳连接器258在其上的固定之前制成。

虽然在示出的实施例中，两个半管体264的齿被对准在一起，即两个半管体264之一的每个齿与两个半管体264中另一个的相应齿对准，但是应当理解，两个半管体264的齿不对准。

还应当理解，两个半管体264中的每个上的齿26的数量、位置和取向可以变化。例如，两个接续齿之间的距离可以沿着半管体264的内部面而变化。

应当理解，齿266可以设置有任何适当的形状。在一个实施例中，齿266可以是锋利的或尖的。例如，齿可以具有金字塔形状或圆锥形状等。在另一示例中，齿可以是圆形的。

虽然在示出的实施例中，阳连接器258包括两个半管体264，但是应当理解，阳连接器258可以包括单个半管体264。在这种情况下，固定装置被用于将半管体264固定地固定到传输构件254。例如，可以使用电缆扎带。

在一个实施例中，齿266由与传输构件254相同的材料制成。在另一个实施例中，齿266和传输构件254由不同的材料制成。例如，齿266可以由具有比制造传输构件254的材料的硬度更大的硬度的材料制成。

虽然在示出的实施例中，齿266从半管体264突出，但是本领域技术人员将会理解，齿266可以被省略并且被从传输构件254的侧表面径向且向外突出的齿代替。在这种情况下，当两个半管体264被固定或夹在一起时，从传输构件254突出的齿在两个半管体264的内表面中产生切口，从而将两个半管体264固定到传输构件254。

在一个实施例中，在本系统中使用的能量源的带宽(被表示为中心频率f_c的百分比)大于约10％，并且优选在约40％与约120％之间。宽带能量源的中心/主频率f_c可以在约20kHz与约10MHz之间变化，并且优选在约0.1MHz与约1MHz之间。

宽带源功率以及宽带源的输出上的控制水平可以由脉冲持续时间、重复率、压力幅度、极性和波形类型来表征。在一个实施例中，传输构件的远端处的机械脉冲持续时间通常大约为1/f_c。例如，当考虑100％的带宽(即Q因子为1)时，具有500kHz的中心频率的能量源将生成具有约2μs持续时间的机械脉冲。在一个实施例中，可以通过改变能量源的中心频率或带宽(即Q因子)来改变机械脉冲持续时间；脉冲持续时间优选地小于约1ms。

脉冲重复率与在一定量的时间期间可以被传输的脉冲数量相关联。在一个实施例中，重复率可以在约0.1Hz与约1000Hz之间变化，并且优选在约10Hz与约200Hz之间变化。

在一个实施例中，在传输构件的输出处生成的机械脉冲的输出压力幅度在压缩和拉伸两者上大于约10MPa。在一个实施例中，当在流体介质中的传输构件的远端处测量时，输出压力幅度在压缩上被包括在约10MPa与约1000MPa之间以及在拉伸上在约10MPa与约500MPa之间。

可以使用不同的方法来修改生成的机械脉冲的幅度。例如，增加或减小至少一个换能器的驱动电压将导致机械脉冲幅度相应地变化。在另一个示例中，在仅保留驱动信号的符号(极性)的没有裁剪(原始信号)和100％裁剪之间的任何地方裁剪电信号幅度将导致机械脉冲幅度相应增加，尽管具有机械脉冲之前和之后的寄生机械波的幅度的增加。

极性被定义为反转输出机械脉冲的压力幅度分布的符号的能力。波形类型的控制可以被定义为生成多于一个脉冲形状的能力。例如，仅延长波形的拉伸部分或增加振荡以处理特定闭塞类型可能是有用的。

在不需要重新校准用于该特定机械脉冲的系统的情况下，生成的机械脉冲的极性可以被反转。实际上，对于线性系统(如与非线性系统相反)，可以通过反向(即乘以-1)换能器驱动信号来反转生成的脉冲的极性。

生成的机械脉冲的形状或时间签名也可以被电子控制。在一个实施例中，系统将保持其用于换能器的驱动信号的存储器集合，每个集合对应于唯一的脉冲形状。在另一个实施例中，机械脉冲的形状可以通过自身进行电驱动信号的一个或多个代数组合来修改，使得相同的一个或多个代数组合然后将对脉冲本身产生影响。工作流程如下。将在传输构件的远端处测量第一机械脉冲。接下来，所获取的第一机械脉冲的一个或多个修改版本将被数字构造并且用作构建块并相加以创建改变形状的脉冲。通过延迟和/或倍增(通过给定因子)第一机械脉冲来创建修改的版本。最后，一个或多个等效版本将由一个或多个电动驱动信号制成，并且它们的相加将变成新的驱动信号。这些组合的驱动信号然后将在传输构件的远端处生成改变形状的脉冲。

为了实现上述特性中的至少一个，可以使用系统50。然而，本领域技术人员将理解，其它配置是可能的。

在一个实施例中，图3中示出的系统50允许实现大于100x的放大因子。放大因子被定义为系统50和单个机电宽带换能器之间的最大输出压力比。这些压力通常在水中、相同距离处、相同表面积上并且对于两种配置使用相同的输出波形进行测量。在一个实施例中，该数量级的放大因子可以提供减小输入电功率和/或机电发射表面积的能力。因此，货物成本和/或装置总体占地面积可以相应地缩小。

在一个实施例中，源54-58是机电宽带源。通过这样做，该装置具有以脉冲回波模式工作以对位于传输波导的远端正前方的生物组织进行成像/表征的能力。此外，机电宽带源可以提供有效和安全地穿过血管闭塞所需的适当控制水平。

下面呈现了图3中示出的系统50的具体示例性实现，其中使用图4-图6中示出的集中器81。使用九个宽带压电换能器，包括四个1英寸直径的换能器和五个2英寸直径的换能器。这些换能器具有80％的带宽(对应于约1.25的Q因子)。八个换能器、即四个1英寸直径换能器和四个2英寸直径的换能器对称地分布在集中器81的传播面上，并且单个2英寸直径的换能器被定位于集中器81的反射截面上。集中器81具有以下尺寸：约6.25英寸的直径，以及约2英寸的厚度。集中器81由钛合金制成。此外，聚焦区域位于八个换能器被定位的同一平面处。与具有与有用聚焦区域相同尺寸的单个压电换能器相比时，集中器81产生约4x的放大因子。时间集中器62具有圆柱形形状并且由与集中器81相同的钛合金制成。此外，时间集中器62具有以下尺寸：约0.25英寸的直径以及约50英尺的长度。为了限制其占地面积，空间集中器被盘绕成约14英寸的曲率半径。根据操作波长来相应选择时间集中器的几何形状、尺寸和介质，以便使放大因子最大化。利用时间集中器62的色散性质，在时间集中器62的输入端和输出端之间实现了至少15x的放大因子。时间集中器62的近端被焊接在空间集中器81的聚焦区域处，以允许两部分之间的最佳波传输。在色散波导62的远端处，添加第二阶段空间集中器。该空间集中器采取锥形波导64的形式，其具有约0.25英寸的近端直径和约0.014英寸的远端直径。锥形波导64长约3英寸，并且由相同的钛合金制成。

与锥形波导64相关联的放大因子约为2x。集中器64的近端可以被焊接到色散波导62的远端或者使用上面描述的连接器可拆卸地连接。细长且柔性的传输波导66的近端86被固定到集中器64的远端。可以使用类似的固定方法，例如使用可拆卸的连接器等进行焊接。在集中器64之后，装置的整体放大因子约为120x。传输构件66是由合适的合金(如Ti11.5Mo-6Zr-4.5Sn(Beta III钛))制成的导线，并且具有被包括在约为0.040英寸和约0.004英寸之间的直径以及约120英寸的长度。本领域技术人员将理解，可以使用不同的几何形状、配置、组件、能量源、操作波长和/或传播介质等来实现上面描述的用于使用宽带能量源来穿过闭塞的系统/方法，该宽带能量源产生并传输短、高压和可定制的脉冲直到传输构件的远端。

在一个实施例中，本方法和系统允许使用具有传输构件的宽带源穿过血管闭塞。与传统的PTA技术相比而言，这种方法和系统最有可能更安全和更有效。患者身体外部的宽带能量源被用于生成传播跨越细长且柔性的传输构件直到血管闭塞部位的机械波。在传输构件的远端处的脉动和受控的机械波发射可以破裂、切割、侵蚀、隧穿和/或断裂闭塞部分。通过这样做，使用本系统和方法比传统PTA装置更容易穿过闭塞。

在一个实施例中，使用宽带源穿过血管闭塞提供根据病变特异性组成和特性来定制治疗的能力。治疗定制可以通过改变脉搏持续时间、重复率、压力幅度、极性和/或波形类型来实现。输出机械脉冲的调整可以在开始时进行一次，或者在程序期间生效。

在一个实施例中，由于其在患者身体外部，能量源可被多次使用而没有污染的风险。此外，因为它位于患者身体的外部，所以能量源不在功率、尺寸或几何形状上受到限制。

在一个实施例中，细长且柔性的传输构件可以与传统的PTA装置(诸如导线、微导管、导管或线上气囊等)一起使用或没有该PTA装置，以便于进入、引导和穿过血管闭塞。通过这样做，可以将本系统插入到标准PTA手术的工作流程中。

虽然它们在医学背景中被描述，即用于穿过血管闭塞，但是应当理解，上述方法和系统可以被用于其它医疗或非医疗应用。例如，该方法和系统可以被用于碎裂肾结石、增强和改善化学品和药物的递送、在气囊的使用之前增加病变血管的机械顺应性、和/或疏通和再通分流导管、导管、微导管、内窥镜和/或其他医疗管状器械。上面描述的方法和系统还可以被用于软化钙化的心脏瓣膜、无起搏器引线和被嵌入在钙化和/或纤维化组织中的其它医疗装置。该方法和系统也可以在其它医疗领域中应用。例如，它们可以被用于牙科和整形钻孔、锚(螺栓、密封剂、冠等)去除和/或表面清洁。

上面描述的生成机械脉冲的方法和系统可以应用于除医疗领域之外的领域。例如，它们可以用于被加工和成型诸如脆性材料的材料，用于溶液混合和均质化、疏通管道和/或钻孔等。

在一个实施例中，上面描述的系统20可以被用于成像或表征位于传输构件的远端前方的物体、组织或周围区域。为此，可以使用可兼作发射器和接收器的宽带源。为了对物体进行成像，首先在传输构件的远端处递送机械脉冲。在传输到周围介质中之后，机械脉冲的一部分被反射回传输构件中。这些回波返回系统20，并被宽带源转换成电信号。可以执行后处理分析以处理该信号并将其转换成有用的信息。为了执行成像，系统20的宽带机械源可以与用于发射的一个用途相同，或者可以是不同的。例如，人们可以想要使用较高中心频率(>10MHz)处的宽带机械源，以增加成像的空间分辨率。

上面描述的本发明的实施例仅仅旨在是示例性的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (14)

1.一种用于聚焦由机械波源发射的机械波的集中器，包括：

主体，所述主体在包括其上的聚焦区域的透射面以及与所述透射面相对的反射面之间延伸，

透射面，用于接收至少一个机械波源，所述至少一个机械波源可操作地连接到透射面并相对于所述透射面与所述反射面相反定位，并且所述透射面在所述主体内传输由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波，

其中所述反射面与所述透射面不平行以便将由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向所述透射面的聚焦区域反射，从而聚焦所述至少一个机械波并将至少一个聚焦的机械波传播到被定位于所述聚焦区域处的传输构件中，并且

所述至少一个机械波的聚焦导致了较大幅度的机械波，其具有比由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波的幅度更大的幅度。

2.根据权利要求1所述的集中器，其中所述聚焦区域基本上位于所述透射面的中心处。

3.根据权利要求1或2所述的集中器，其中所述反射面包括至少一个倾斜区部，当在所述透射面上被接收到时，每个倾斜区部面对所述至少一个机械波源中的相应一个，并且每个倾斜区部被定向以便将由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向所述聚焦区域反射。

4.根据权利要求1或2所述的集中器，其中所述反射面具有基本上抛物面形状，其适于将由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波朝向所述聚焦区域反射。

5.根据权利要求1或2所述的集中器，其中所述反射面具有截断的抛物面形状，所述反射面在其上具有源接收区部，用于接收另外机械源，其用于发射另外机械波以与由所述至少一个机械波源发射的至少一个机械波在所述聚焦区域处组合。

6.根据权利要求5所述的集中器，其中所述源接收区部基本上面对所述透射面的聚焦区域。

7.根据权利要求5或6所述的集中器，其中所述源接收区部是基本上平面的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的集中器，其中所述透射面是基本上平面的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的集中器，还包括从所述透射面延伸的至少一个突出部，其中所述至少一个突出部限定至少一个凹部，每个凹部用于在其中接收所述至少一个机械波源中的相应一个。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的集中器，其中所述透射面包括至少一个圆形区部，其每个用于接收具有圆形发射端的至少一个机械波源中的相应一个。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的集中器，其中，包含所述聚焦区域的透射面的区部是基本上平面的，用于将较大幅度的机械波耦合到具有基本上平面端的波导中。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的集中器，其中，包含所述聚焦区域的透射面的区部是圆形的，用于将所述较大幅度的机械波耦合到具有圆形端的波导中。

13.根据权利要求1所述的集中器，其中所述透射面适于接收至少两个同心的机械波源。

14.根据权利要求1所述的集中器，其中所述至少一个机械波源包括环形机械波源和六边形环形机械波源中的至少一个。

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