CN114449965A - 超声探头 - Google Patents

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詹姆斯·马乔内
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Abstract

处理结石块的方法可以包括使用超声探头产生声能并使块碎裂。该方法可以包括改变发生碎裂的频率以用谐振频率处理块。超声探头可以具有用于与块接触的远侧末端，其中该末端具有用于将应力集中在块上的形态。超声探头可以具有两个或更多个超声变幅杆以允许更高的电压和功率水平。

Description

超声探头
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月30日提交的美国临时专利申请第62/908,043号的优先权的权益，该美国临时专利申请的全部内容并入本文。
技术领域
本文档涉及用于使用碎石术来打碎诸如生理“结石”的阻塞物的技术以及示例超声探头。
背景技术
医用内窥镜最初是在1800年代初开发的，并且已经用于检查身体内部。典型的内窥镜具有包括光学或电子成像系统的远端和具有例如用于操纵设备或用于查看图像的控制件的近端。细长轴连接近端和远端。一些内窥镜使得医生能够使工具向下通过一个或更多个工作通道，例如以切除组织或取回对象。
在过去的几十年中，在内窥镜检查领域取得了一些进展，并且特别涉及胆管、泌尿道、肾脏和胆囊中的生理结石的打碎。这些区域中的生理结石可能堵塞导管并给患者造成大量疼痛，并且因此必须被分解和/或移除。已经开发了不同的技术来打碎结石，包括超声或其他声波碎石术、气动碎石术、电液碎石术(EHL)和激光碎石术，例如可以包括使用绿光、YAG或钬激光来打碎结石。
发明内容
本公开内容尤其提供了用于使用超声探头进行结石碎裂和去除的设备和方法。在治疗期间，可以混合驱动信号以处理结石块。超声探头可以包括具有与目标结石块类型或尺寸相关的形态的探头末端。超声探头可以包括两个或更多个超声变幅杆以提高探头性能。
在结石治疗期间，一个或更多个驱动信号可以被传输到探头内的超声换能器。换能器可以基于传输到换能器的驱动信号来使探头的轴(例如，波导)振动。在一些情况下，可以以两个或更多个变化的频率提供驱动信号。使用若干变化的频率可以允许围绕若干频率的扫描，例如以找到目标结石的谐振频率并且使得能够更有效地打碎该结石块。
超声探头可以具有探头末端，该探头末端具有被设计用于处理目标结石块的形态。例如，探头末端可以具有面积减小并且转角更集中的末端以处理较硬的结石块。相比之下，探头末端可以更平坦以处理较软的结石块。
两个或更多个超声变幅杆可以用在超声探头中，例如用在换能器中和波导中。超声变幅杆可以相对于波形内的一个或更多个应力节点放置，以使得探头能够承受更高的电压或功率水平。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述类似部件。具有不同字母后缀的相似的附图标记可以表示类似部件的不同实例。附图通过示例的方式而非通过限制的方式大致示出了本文档中讨论的各种示例。
图1示出了包括超声探头的特征的示例装置的示意图。
图2示出了示例超声探头的立体图。
图3示出了图2的超声探头的示例远侧末端的特写视图。
图4示出了图2的示例超声探头的侧视图。
图5示出了图4的超声探头的示例波导的特写视图。
图6示出了图4的超声探头的示例远侧末端的特写视图。
图7A至图7B示出了超声探头的示例远侧末端的示意图。
图8示出了超声探头的示例远侧末端的侧视图和相关波形。
图9示出了超声探头的示例远侧末端的侧视图和相关波形。
图10示出了描绘超声探头中的节点和反节点布置的示例的图表。
图11示出了描绘超声探头中的节点和反节点布置的示例的图表。
图12示出了描绘超声探头中的波形的示例的图表。
图13A至图13E示出了超声探头中的波形的示例。
图14示出了超声探头的示例探头末端的示意图。
图15示出了超声探头的示例探头末端的示意图。
图16示出了超声探头的示例探头末端的示意图。
图17示出了超声探头的示例探头末端的示意图。
图18示出了超声探头的示例探头末端的示意图。
图19A至图19J示出了超声探头的示例探头末端的示意图。
具体实施方式
本文所描述的设备和技术可以用于超声探头，例如用于肾镜或套管针。特征可以与超声碎石器设备一起使用，以创建使得能够更快去除目标例如去除结石的技术。对结石的较快块去除率的评估可以表明需要大的力。例如，已经发现较高的驱动电压/功率水平在加速块去除时间方面更有效，较高的驱动电压/功率水平会产生较大的探头末端位移。然而，在较高的驱动电压/功率水平下使用时，如此用力推动探头而产生的应力可能导致探头在数分钟或甚至数秒内损坏。利用本文所描述的特征，当使用较高的驱动电压/功率水平时探头损坏的这个问题可以通过提供在探头的远端处具有探头末端变幅杆的探头来解决。提供探头末端变幅杆使得探头能够在较高的位移(在使用较高的驱动电压/功率水平的情况下)下运行，而不会使探头损坏。这可以与正弦波形或通常的方波波形一起使用。
参照图1和图2，示出了与示例探头14一起使用的系统10的示意图。尽管将参照附图中示出的示例来描述这些特征，但是应当理解，这些特征可以以许多替选形式的示例来实施。此外，可以使用任何合适的尺寸、形状或类型的元件或材料。
系统10可以包括控制器12和超声探头14。在示例中，系统10是例如用于碎石术的医疗系统。控制器12可以包括至少一个处理器16和至少一个具有软件20的存储器18。例如如图2所示，超声探头14可以包括换能器22和作为波导24的轴。控制器12可以包括驱动器或控制驱动器，以向换能器22发送驱动信号。换能器22可以包括一个或更多个压电构件23，例如图1所示的堆叠。此处，压电构件23可以被配置成通过控制器12接收驱动信号以致动换能器。波导24可以被配置成通过换能器22进行移动或振动。
图3示出了探头14的远侧末端26。如图3所示，波导24的远侧末端26可以插入到患者28中与目标30(例如结石)接触，以使得探头14能够使用超声波来使目标30碎裂。在该示例中，探头14可以包括用于用户的手柄部分32。手柄部分32可以包括用户控制件34。换能器22可以位于手柄部分32中。波导24可以从手柄部分32的远端以大体悬臂的方式向前延伸。
图4至图6示出了探头14的附加视图。参照图4至图6，在波导24的近端处提供装配部分或连接器36，以将波导连接至具有换能器22的换能器部分。换能器部分可以包括第一变幅杆38。第一变幅杆38可以是换能器22的一部分和波导24的近端。波导24可以包括探头末端部分40和远侧变幅杆部分42。因此，提供两个变幅杆；第一变幅杆38定位为换能器22的一部分，并且第二变幅杆42定位在探头的远端或远侧末端26附近。在一些情况下，可以提供多于两个变幅杆。此外，在另一个替选示例中，可以仅提供单个变幅杆；变幅杆42。探头末端部分40可以被配置成具有带有第一位移水平的部分，并且远侧变幅杆部分42可以被配置成具有不同的第二位移水平。在所示示例中，第二位移水平相对高于第一位移水平。探头的远端26形成用于与目标30直接接触的切割表面。波导24还可以包括用于从远端26吸入到手柄部分32中的通道或导管37。通过在探头的远端处例如超过最终应力节点提供变幅杆，探头可以在远侧切割边缘26处提供高于常规探头的位移，但是降低了探头将基于较高的位移而损坏的风险。
如图6所示，探头末端变幅杆可以包括在探头末端部分40与远侧变幅杆部分42之间的过渡区44。过渡区44可以位于远侧最终应力节点46之后，如下面进一步讨论的。过渡区44可以提供从最终应力节点46到波导24在远侧变幅杆部分42处的第二相对较高位移的位置的锥形区域。
图7A和图7B示出了探头末端和变幅杆的特写视图。在图7A和图7B中，波导24具有通常不均匀的壁厚。图7A示出了波导在探头末端部分40处的横截面，并且图7B是波导在远侧变幅杆部分42处的横截面。可以看出，在该示例中，远侧变幅杆部分42处的壁厚相对于探头末端部分40处的壁厚较小。因此，通道37在远侧变幅杆部分42处可以大于在探头末端部分40处。过渡区44在这两个部分之间提供锥形以形成变幅杆的功能。
变幅杆38、42(超声变幅杆)是从超声换能器产生增大的位移幅度的方式。这通过改变变幅杆基部到变幅杆末端的横截面积来实现。如果是无损的，变幅杆的增益是基部处的表面积与末端处的表面积之比。变幅杆增益应用于机械波的位移。变幅杆的形状可以确定变幅杆的增益。这是因为位移节点的影响。变幅杆可以设计为与半波长一样长的谐振杆。通过改变变幅杆的形状，可以给予变幅杆增益因子；增加振动的幅度。示例变幅杆在图8和图9中示出。三种常见的变幅杆设计是如图8所示的阶梯形、指数形和悬链曲面形(catenoidal)(Ultrasonic Welding.Handbook of Plastics Joining(Second Edition).APractical Guide.2009,第15-35页；https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/897808l5515814500044)。悬链曲面形变幅杆具有最高的幅度增益和有限的应力。在图9中示出了针对其他示例的其他幅度和应力曲线(Power UltrasonicEquipment-Practice and Application http://www.sonicsvstems.co.uk/page/power-ultrasonics-a-guide/39/)。
在图10中，示出了说明针对模拟的20kHz驻波沿波导24的长度的位移的图。可以看出，存在具有压缩或拉伸而没有位移(理想地)的节点(也称为压缩节点或静态节点或应力节点)。同样如图10所示，存在反节点(也称为位移节点或延伸节点)。反节点被配置成具有位移或延伸。静态节点的位置是可能发生故障的应力位置。过渡区44位于最后一个静态节点46之后。
在本示例中，示例探头末端变幅杆由三个主要部分组成；图6中示出了其中两个。第一部分是探头末端部分40，其将在图10所示的所有应力节点上提供比其他两个主要部分的横截面积相对大的横截面积。沿着探头末端部分40的相对大的横截面积可以帮助保护该区域免受故障。远侧变幅杆42在其长度上的平均横截面积比探头末端部分40的横截面积薄。该相对较薄的横截面积可以被配置成响应于通过探头末端主体的相同力而呈现大的位移。远侧变幅杆42与探头末端部分40之间的过渡44在两个横截面积之间具有锥形，这可以从任何递减的数学函数或甚至从一个内径到另一个内径的阶跃得到。锥形或两个部分的交叠将减小变幅杆42的起始或基部处的应力。在该示例中，因为应力仍然存在于与应力节点46相邻的区域中，而不仅仅位于应力节点46的中心，所以过渡44在区域中提供递增的变化或逐渐的过渡。变幅杆部分和锥形的起始位置位于探头末端部分40中的最终应力节点46处或靠近探头末端部分40中的最终应力节点46。这使得具有峰值应力的区域能够在其上具有大的横截面壁面积。探头末端变幅杆的变幅杆长度约为基频的1/4至1/2个波长。变幅杆相对于最终位移节点较长允许(在末端26处结束)发生更多的总体位移。变幅杆42中心内的通道37提供吸入以去除结石碎片或被去除的颗粒。变幅杆的末端26是切割表面。本文描述的特征提供了切割表面并且是中空的，在探头远端处具有进入吸入通道的入口。目标材料30可以是例如可以具有不同硬度的结石。
波导24可以具有用于与换能器22连接的附接点36。波导24可以具有用于弹簧和自由块(未示出)的附接点。然而，波导24可以在没有弹簧的情况下起作用。探头末端部分40具有比变幅杆42长许多倍的长度，使得探头末端部分的低应力区域的通道/位置能够穿过设备并进入患者体内。这可以在该长度上覆盖多于一个应力节点。
探头末端部分40(见图7A)的横截面积与变幅杆部分42(见图7B)的横截面积的比率可以相对较大。这使得相对于探头末端主体的其余部分能够在变幅杆42中发生大的位移。相对于探头末端主体的其余部分，变幅杆42的横截面可以在外径、内径或外径与内径的组合方面减小。变幅杆42不需要具有与探头末端部分40相同的内径或外径。探头末端26的相对机械位移增益由作为增益APT/AH的该探头末端的横截面积(APT)与变幅杆的横截面积(AH)的比率给出。探头末端部分40中较大的横截面积使其更坚固并保护其在应力节点中免受损害，而变幅杆部分42中的较薄横截面使得其在远侧末端26处能够具有较大位移。对于图4至图7中所示的示例，通过在探头远端处超过最终应力节点提供变幅杆，探头可以在远侧切割边缘26处提供增大的位移，同时减小了探头基于增大的位移将损坏的风险。否则，如果第二变幅杆位于最后应力节点之前，则探头将更可能损坏。
如上所述，本文所描述的特征可以用于例如正弦波或大致的方波。还参照图11，示出了当被近似为方波的波驱动时跨探头末端的模拟位移，并且示出了20kHz的基频，3次谐波(60kHz)和5次谐波(100kHz)。示出了节点(静态节点)和反节点(位移节点)。请注意，在图11中没有示出针对5次谐波的节点；仅示出了针对5次谐波的位移波形。图12示出了10kHz的基频、3次谐波(30kHz)和5次谐波(50kHz)的类似图。这表明存在替选谐波驱动机会，用于以不同频率驱动换能器以增加位移节点的长度，同时使得谐波能够具有更高的冲击重复。使用为基波波长的倍数的谐波能量使得在换能器的末端处的位移与作为基波波长的倍数(波数)的谐波能量叠加。
超声换能器通过压电效应将电能转换成机械波。因此，本示例中的换能器包括压电构件。压电效应是换能器的机械长度响应于换能器上的电压而增加的换能机制。换能器长度的变化与许多变量成比例，许多变量包括但不限于信号被施加到换能器的电压水平和频率。
当施加到换能器的电频率等于机械波穿过晶体并返回的时间时，由于谐振，可能发生最佳的能量转换，并且可能产生比任何其他频率下的机械位移大许多倍的机械位移。
参照图13A，波100表示方波，波102是一次基本正弦波，波104是一次谐波，并且波106是2次谐波。以这种方式，用于产生机械谐波的信号包含在用于激励压电晶体的相同电波中。在一个示例中，输入信号是多个正弦波的总和；每个正弦波具有不同的频率。每个正弦波的频率可以与特定的正弦频率(例如，特定的正弦频率的谐波)相关。在另一个示例中，输入信号可以包括与压电堆的基频相关的一个或更多个频率的波。输入可以包括其频率在处理期间变化的信号。输入可以包括近似于方波的信号。方波仅仅是基波、一次谐波、二次谐波、三次谐波、……n次谐波的正弦波的无限求和。人们可能不能实现无限求和或完美的方形(参见图13B中数字信号中的方形边缘附近的隆起110)，但是信号通常可以近似为方波。为了清楚起见，图13C至图13E分别示出了图13B的各个波102、104、108。
响应于图13A的输入波形，换能器的机械状态可以接近类似弹道的冲击s。该系统可以将要包括谐振频率的多个频率输入到波导中，用于打碎目标。多个频率可以设置有任何波形。使用近似方波仅仅是一个示例。可以使用具有可变频率或多个频率的任何合适的波形，多个频率中的一个频率将在目标中引起谐振。使用多个频率更可能激励目标的谐振频率以允许自谐振。使用在换能器(压电驱动器)中具有较快转换的方波(或近似方波的波)也可以提供与常规位移加速度相比波导中的位移加速度的增加，以及与常规位移速度相比波导中的位移速度的增加。
使用具有多个频率(基频和/或一个或更多个谐波)的驱动系统使得更多的总能量和功率能够进入换能器，并且因此在探头末端产生更多的能量。所描述的系统能够吸入，以便移除已经从主要目标体移除的部分目标，例如部分石头。尽管系统被描述为根据基频工作，但是可以改变电超声驱动器，以使基频变成原始的谐波或者甚至是次谐波，从而使得能够使用新的频率组合范围。因此，例如，如果初始系统被设计成以20kHz工作，则基频可以被改变成60kHz或10kHz，其中3次谐波处于新的位置。
图13B示出了具有不同转变时间的基频、5次谐波和近似方波(来自101次谐波)的转变，其中近似方波几乎是瞬时的。相信通过每单位时间更快的位移转变时间，将改善块去除。还预期更高的位移输出，尽管这未在图中示出。
另一个特征是以基频的偶次谐波驱动换能器。因此，例如，对于基频为20kHz的系统，可以以40kHz驱动换能器。另一示例是以10kHz或基频的其他倍数(例如，以30kHz等)驱动换能器。还参照图14，示出了抵靠目标30的表面31的远侧末端26。在该示例中，远侧末端26通常是平坦的。图15示出了说明抵靠表面31的末端接触压力的图。还参照图16和图17，关于形成波导124的轴的不同远侧末端126例如图18所示的轴的远侧末端示出了类似图。远侧末端126形成轴的前表面。在该示例中，末端126包括融入末端126的前边缘的凹部128。凹部128具有大致的楔形或三角形形状，但也可以提供其他形状。图17中的较大箭头示出了较大的压力。如图17所示，示出抵靠表面31的末端接触压力的图示出了压力增大的区域130。假设施加相同的力，由于凹部128而减小的前边缘处的面积导致接触压力增加。这些区域130位于远侧末端的具有大致平坦的前边缘的凹部128的转角或接合部131处。转角具有大致的楔形，但具有弯曲半径。因此，每个凹部128在131处终止于前边缘；其中前边缘与大致平坦的前表面126形成非零角度。在该示例中，凹部128被定位成彼此径向相对。
还参照图19A至图19G，可以提供在轴的远侧末端处的其他形状，包括例如如图19A中所示具有仅一个凹部，如图19B中所示具有椭圆形或非圆形形状，如图19C中所示具有多于两个凹部128并且不径向相对，如图19D中所示具有附加齿140，如图19E中所示具有正方形或矩形形状，如图19F中所示具有三角形形状并且如图19G中所示具有多边形形状。还参照图19H至图19J，可以提供其他形状的凹部128，例如，如图19H所示的具有相对锐角的V形，如图19I所示的圆形，以及如图19J所示的矩形或正方形。这些仅仅是示例，而不应被认为是限制性的。
使用本文描述的特征，可以提供超声碎石探头，以例如对诸如结石的目标具有集中的末端接触压力。末端接触压力的这种集中将有助于目标的碎裂，特别是对于例如坚硬的结石负荷。尽管图18所示的示例具有两个大致半圆形的形状作为平坦表面前端以及具有两个三角形凹部，但是也可以提供其他形状，包括矩形、非平坦的、突出的齿、多于或少于两个凹部等。在图18所示的示例中，转角不具有锐角。转角以一定半径弯曲以起到缓解应力的作用并防止损坏末端。在制造期间中，形成两个彼此直接相对的三角形凹部也容易同时形成凹部。例如如图14所示的形状有利于打碎具有相对软的硬度的结石。然而，为了打碎具有相对硬的硬度的结石，诸如齿的突起是更好的。对于图18所示的形状，混合设计具有基本上弯曲的平坦表面132(几乎是半圆形)，其中平坦表面最适合较软的目标，并且混合形状还包括更适合较硬的目标的转角134。因此，图18所示的末端126可以用于硬目标和软目标两者，其具有比常规平面形状更快的块去除率。该形状还为患者提供无创伤的前边缘。
可以提供超声探头的示例，该超声探头包括换能器；以及轴，其被配置成形成用于引导超声波的波导，其中，轴的近端可操作地连接至换能器，其中轴的远端被配置成朝向目标引导超声波，其中，轴包括在远端和近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端包括具有大致平坦形状的前表面，其中，轴的远端还包括第一凹部，其中，第一凹部终止于至少一个前边缘，至少一个前边缘与大致平坦的前表面形成非零角度。
轴的远端还可以包括邻近进入导管的入口、融入大致平坦的前表面的第二凹部，其中，第二凹部形成为终止于第二至少一个前边缘，第二至少一个前边缘与大致平坦的前表面形成非零角度。第二凹部可以被定位成与第一凹部径向相对。大致平坦的前表面可以具有圆形形状。大致平坦的前表面可以具有非圆形的大致环形形状。大致平坦的前表面可以在第一凹部与第二凹部之间形成至少两个齿。大致平坦的前表面可以形成沿轴的远端的前边缘的大部分表面。轴的远端可以在轴的远端的前边缘处形成齿。大致平坦的前表面可以具有大致矩形的形状。大致平坦的前表面可以具有大致半圆形的部分。第二凹部可以位于不与第一凹部径向相对的位置。第一凹部可以具有大致三角形的形状。第一凹部可以具有大致矩形的形状。第一凹部可以具有大致圆形的形状。转角可以设置在第一凹部终止于至少一个前边缘的位置处，并且其中转角包括具有在大约100度至160度之间的角度的成角度的转角。
示例方法可以包括：提供被配置成形成用于引导超声波的波导的轴，其中，轴包括近端、远端以及在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端包括具有大致平坦形状的前表面；形成融入大致平坦的前表面的第一凹部，其中，第一凹部终止于至少一个前边缘，第一凹部的前边缘与大致平坦的前表面形成非零角度；以及将轴的近端连接至换能器，其中，轴的远端在大致平坦的前表面和第一凹部终止于至少一个前边缘的一个或更多个位置二者处被配置成接触解剖目标。
示例性方法可以包括：将超声探头插入患者体内，其中，超声探头包括被配置成形成用于引导超声波的波导的轴，其中，轴包括近端、远端和在远端与近端之间穿过轴的导管；将超声探头的远端抵靠解剖目标放置，其中，轴的远端包括具有大致平坦形状的前表面，其中，轴的远端还包括融入大致平坦的前表面的第一凹部，其中，第一凹部终止于至少一个前边缘，第一凹部的至少一个前边缘与大致平坦的前表面形成非零角度；以及使轴振动以使超声探头的远端抵靠解剖目标振动，其中，轴的远端在大致平坦的前表面和第一凹部终止于至少一个前边缘的一个或更多个位置二者处在轴的振动期间接触解剖目标以打碎解剖目标的至少一部分。
可以提供用于在解剖目标中引起谐振从而使解剖目标碎裂的示例方法，该方法包括：传输驱动信号以驱动超声探头的换能器；以及基于传输到换能器的驱动信号来使超声探头的波导振动，其中，驱动信号包括多个频率，多个频率中的至少一个频率是解剖目标的谐振频率，以便在解剖目标中引起谐振并且从而使解剖目标碎裂。
驱动信号可以具有可变频率。换能器可以包括压电设备，并且其中，驱动信号的传输包括传输与用于压电设备的谐振的基频相关的谐波频率。驱动信号驱动信号的传输可以包括近似方波的波，并且其中，多频驱动信号在压电设备的形状改变中引起转变时间的加速。超声波导可以包括接触解剖目标并在解剖目标中引起谐振的远端。
可以提供设备的示例，该设备包括：超声探头，其包括换能器和用于引导超声波的波导，其中，波导包括被配置成接触解剖目标的远端；驱动器，其被配置成传输驱动信号以驱动换能器，其中，驱动信号包括多个频率，其中，多个频率中的至少一个频率是解剖目标的谐振频率，以便在解剖目标中引起谐振并且从而使解剖目标碎裂。
可以提供机器可读的非暂态程序存储设备的示例，该非暂态程序存储设备有形地包括可由机器执行以用于执行操作的指令的程序，操作包括：由驱动器传输驱动信号以驱动超声探头的换能器，其中，换能器被配置成基于传输到换能器的驱动信号来振动超声探头的波导，并且其中，驱动信号的传输包括传输具有多个频率的驱动信号，其中，多个频率中的至少一个频率是解剖目标的谐振频率，以便在解剖目标中引起谐振并且从而使解剖目标碎裂。
可以提供超声探头的示例，该超声探头包括：换能器；以及轴，其被配置成形成用于引导超声波的波导，其中，轴的近端连接至换能器，其中，轴的远端被配置成接触解剖目标，其中，轴包括在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端被配置成形成超声变幅杆。
解剖目标可以是结石，并且其中，轴的远端被配置成接触结石。换能器可以被配置成沿着轴的的长度从近端到远端产生超声波，并且其中，超声变幅杆位于由超声波形成的轴中的最后一个静态应力节点位置之后。换能器可以被配置成沿着轴的长度从近端到远端产生超声波，并且其中，超声变幅杆被定位成与由超声波形成的轴中的静态应力节点位置间隔开。超声探头还可以包括位于换能器附近的第二超声变幅杆。轴在超声变幅杆处沿超声变幅杆的长度可以具有均匀的外径。轴在超声变幅杆处沿超声变幅杆的长度可以具有均匀的内径。轴在超声变幅杆处沿超声变幅杆的长度可以具有变化的壁厚。超声变幅杆可以具有悬链曲面形状。在超声变幅杆处的轴的横截面积可以小于在轴的另一位置处的轴的横截面积。轴可以包括在超声变幅杆与轴的其余部分之间的过渡区域中的锥形区域。
可以提供示例方法，该方法包括：提供被配置成形成用于引导超声波的波导的轴，其中，轴包括近端、远端和在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端被配置成形成超声变幅杆；以及将轴的近端连接至换能器。
可以提供示例方法，该方法包括：将超声探头插入患者体内，其中，超声探头包括被配置成形成用于引导超声波的波导的轴，其中，轴包括近端、远端和在远端与近端之间穿过轴的导管，并且其中，轴的远端被配置成形成超声变幅杆；将超声探头的远端抵靠患者体内的解剖目标放置；以及通过换能器使轴振动，以使超声探头的远端抵靠解剖目标振动，其中，在轴的远端处的超声变幅杆增加轴的远端在解剖目标处的位移。在轴的远端处的超声变幅杆可以被定位成与由来自换能器的超声波形成的轴中的静态应力节点位置间隔开。
可以提供超声探头的示例，该超声探头包括：换能器；以及被配置成形成超声波导的轴，其中，轴的近端连接至换能器，其中，轴的远端被配置成接触结石，其中，轴包括在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端包括具有大致平坦形状的前表面，其中轴的远端还包括邻近进入导管的入口、融入大致平坦的前表面的第一凹部，其中，第一凹部在第一凹部与大致平坦的前表面的接合处形成两个转角。
轴的远端还可以包括邻近进入导管的入口、融入大致平坦的前表面的第二凹部，其中，第二凹部在第二凹部与大致平坦的前表面的接合处形成两个转角。第二凹部可以被定位成与第一凹部径向相对。第一凹部可以具有大致三角形的形状。转角可以是具有在大约100度至160度之间的角度的成角度的转角。
可以提供示例方法，该方法包括：提供被配置成形成超声波导的轴，其中，轴包括近端、远端以及在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端包括具有大致平坦形状的前表面；形成邻近进入导管的入口、融入大致平坦的前表面的第一凹部，其中，第一凹部在第一凹部与大致平坦的前表面的接合处形成两个转角；以及将轴的近端连接至换能器，其中，轴的远端在大致平坦的前表面以及与第一凹部的接合处的两个转角二者处被配置成接触结石。
可以提供示例方法，该方法包括：将超声探头插入患者体内，其中，超声探头包括被配置成形成超声波导的轴，其中，轴包括近端、远端和在远端与近端之间穿过轴的导管；将超声探头的远端抵靠患者体内的结石放置，其中，轴的远端包括具有大致平坦形状的前表面，其中，轴的远端还包括邻近进入导管的入口、融入大致平坦的前表面的第一凹部，其中，第一凹部在第一凹部与大致平坦的前表面的接合处形成两个转角；以及使轴振动以使超声探头的远端抵靠结石振动，其中，轴的远端在大致平坦的前表面以及与第一凹部的接合处的两个转角二者处在轴的振动期间接触结石以打碎结石的至少一部分。
可以提供示例方法，该方法包括：将驱动信号传输至超声探头的换能器；以及基于传输到换能器的驱动信号来使超声探头的超声波导振动，其中，驱动信号包括多个频率以使换能器振动超声波导，其中超声波导激发与超声波导接触的结石的谐振频率的可能性增加。
驱动信号驱动信号的传输可以包括近似方波的波。驱动信号的传输可以包括频率扫描。换能器可以包括压电设备，并且驱动信号的传输可以包括传输与用于压电设备的谐振的基频相关的谐波频率。多频驱动信号可以在压电设备的形状改变中引起转变时间的加速。超声波导可以包括接触结石并在结石中引起谐振的远端。
可以提供装置的示例，该装置包括：包括换能器和超声波导的超声探头，其中超声波导包括被配置成接触结石的远端；驱动器，其被配置成将驱动信号传输到换能器，其中，驱动信号包括多个频率以使换能器振动超声波导，其中超声波导激发与超声波导接触的结石的谐振频率的可能性增加。
可以提供机器可读的非暂态程序存储设备的示例，该非暂态程序存储设备有形地包含可由机器执行以用于执行操作的指令的程序，操作包括：由驱动器向超声探头的换能器传输驱动信号，其中，换能器被配置成基于传输到换能器的驱动信号来使超声波导振动，并且其中，驱动信号的传输包括以多个频率传输驱动信号以使换能器振动超声波导，其中超声波导激发与超声波导接触的结石的谐振频率的可能性增加。
可以提供超声探头的示例，该超声探头包括：换能器；以及被配置成形成超声波导的轴，其中，轴的近端连接至换能器，其中，轴的远端被配置成接触结石，其中，轴包括在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端包括超声变幅杆。
换能器可以被配置成沿着轴的的长度从近端到远端产生超声波，并且超声变幅杆可以位于由超声波形成的轴中的最后一个静态应力节点位置之后。换能器可以被配置成沿着轴的的长度从近端到远端产生超声波，并且超声变幅杆可以被定位成与由超声波形成的轴中的静态应力节点位置间隔开。超声探头还可以包括位于换能器附近的第二超声变幅杆。轴在超变幅杆处可以沿超声变幅杆的长度具有均匀的外径。轴在超声变幅杆处可以沿超声变幅杆的长度具有均匀的内径。轴在超声变幅杆处可以沿超声变幅杆的长度具有变化的壁厚。超声变幅杆可以具有悬链曲面形状。在超声变幅杆处的轴的横截面积可以小于在轴的另一位置处的轴的横截面积。轴可以包括在超声变幅杆与轴的其余部分之间的过渡区中的锥形区域。
可以提供示例方法，该方法包括：提供被配置成形成超声波导的轴，其中，轴包括近端、远端以及在远端与近端之间穿过轴的导管，其中，轴的远端包括超声变幅杆；以及将轴的近端连接至换能器。
可以提供示例方法，该方法包括：将超声探头插入患者体内，其中，超声探头包括被配置成形成超声波导的轴，其中，轴包括近端、远端和在远端与近端之间穿过轴的导管，并且其中，轴的远端包括超声变幅杆；将超声探头的远端抵靠患者体内的结石放置；以及通过换能器使轴振动，以使超声探头的远端抵靠结石振动，其中，轴的远端处的超声变幅杆增加轴的远端在结石处的位移。在轴的远端处的超声变幅杆可以被定位成与由来自换能器的超声波形成的轴中的静态应力节点位置间隔开。
应当理解，以上描述仅仅是说明性的。本领域技术人员可以设计各种替选和修改。例如，各个从属权利要求中所述的特征可以以任何合适的组合彼此组合。此外，来自上述不同示例的特征可以选择性地组合到新的示例中。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的替选、修改和变化。
各种注释和示例
这些非限制性示例中的每一个可以独立存在，或者可以与其他示例中的一个或更多个以各种排列或组合进行组合。
示例1可以包括用于声结石碎裂的设备。该设备可以包括：声换能器，其用于通过该设备传输声能以使结石块碎裂；耦接至声换能器的声透射细长探头，探头在远侧部分与近侧部分之间延伸；以及沿探头的远侧部分延伸的第一声变幅杆，其中，声变幅杆被配置成在远侧方向上增加与由声换能器提供的声能对应的位移的幅度。
示例2可以包括示例1，还包括在声换能器与第一声变幅杆之间的第二声变幅杆。
示例3可以包括示例1至示例2中的任一个，其中，探头包括：从探头的远侧部分延伸的探头末端，探头末端被配置成接触目标结石块；以及从声换能器朝向探头末端延伸的探头主体。
示例4可以包括示例1至示例3中的任一个，其中，第一声变幅杆沿探头末端延伸。
示例5可包括示例1至示例4中的任一个，其中，第一声变幅杆在探头末端与声换能器之间沿探头主体延伸。
示例6可以包括示例1至示例5中的任一个，其中，第一声变幅杆从至少一个节点朝向探头末端延伸。
示例7可以包括示例1至示例6中的任一个，其中，第一声变幅杆具有均匀的外径和可变的内径。
示例8可以包括示例1至示例7中的任一个，其中，第一声变幅杆具有可变的外径和均匀的内径。
示例9可以包括示例1至示例8中的任一个，其中，第一声变幅杆具有可变的壁厚。
示例10可以包括示例1至示例9中的任一个，其中，第一声变幅杆包括：具有较厚壁的近侧部分，其被配置成通过声能实现探头的较低位移，其中，近侧部分邻接静态节点；具有较薄壁的远侧部分，其被配置成能够通过声能实现探头的较高移位，其中，远侧部分延伸至探头末端；以及具有锥形壁厚度的过渡部分，过渡部分在近侧部分与远侧部分之间延伸，其中，壁厚度沿着过渡部分从近侧部分到远侧部分减小。
示例11可以包括示例1至示例10中的任一个，其中，第一声变幅杆具有悬链曲面形状。
示例12可以包括示例1至示例11中的任一个，其中，第一声变幅杆包括内径在远侧方向上的一个或更多个阶梯式增加。
示例13可以包括示例1至示例12中的任一个，其中，第一声变幅杆具有圆锥形状。
示例14可以包括示例1至示例13中的任一个，其中，第一声变幅杆具有在远侧方向上呈指数增加的内径。
示例15可以包括示例1至示例14中的任一个，其中，第一声变幅杆具有在远侧方向上线性增加的内径。
示例16可以包括用于结石碎裂的设备，该设备包括用于进行以下的装置：沿着声探头朝向目标结石块产生声能以引起结石块的碎裂，声探头包括耦接至探头主体的声换能器；使用集成到探头主体中的至少一个声变幅杆来调制声能，其中，声变幅杆被配置成增加探头主体相对于目标结石块的位移的幅度。
示例17可以包括示例16，还包括用第二声变幅杆调制声能的装置。
示例18可以包括一种结石碎裂的方法，包括：沿着声探头朝向目标结石块产生声能以引起结石块的碎裂，声探头包括耦接至探头主体的声换能器；使用集成到探头主体中的至少一个声变幅杆来调制声能，其中，声变幅杆被配置成增加探头主体相对于目标结石块的位移的幅度。
示例19可以包括示例18，还包括用声变幅杆调谐声能。
示例20可以包括示例18至示例20中的任一个，还包括用第二声变幅杆调制声能。
这些非限制性示例中的每一个可以独立存在，或者可以与其他示例中的一个或更多个以各种排列或组合进行组合。
以上的详细描述包括对附图的参照，这些附图形成详细描述的一部分。附图以说明的方式示出了其中可以实践本设备或技术的具体示例。这些示例在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了示出的或描述的元素之外的元素。然而，发明人还考虑了其中仅提供示出的或描述的那些元素的示例。此外，本发明人还考虑了使用关于特定示例(或者特定示例的一个或更多个方面)或关于在本文中示出或描述的其他示例(或者其他示例的一个或更多个方面)示出的或描述的那些元素(或者那些元素的一个或更多个方面)的任何组合或排列的示例。
在本文档与通过引用并入的任何文档之间的用法不一致的情况下，则以本文档中的用法为准。
在本文档中，如在专利文献中常见的那样，不管“至少之一”或“一个或更多个”的任何其他示例或用法，使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个。在本文档中，除非以其他方式指示，否则术语“或”用于指非排他性的或，使得“A或B”包括“A而不包括B”、“B而不包括A”以及“A和B”。在本文档中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英语等同物。另外，在所附权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除权利要求中的这样的术语之后列出的那些元素之外的元素的系统、设备、物品、组成、构想或过程仍然被认为落在该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数值要求。
本文中描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令将电子设备配置成执行如在以上示例中所描述的方法。这样的方法的实现方式可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。另外，在示例中，例如在执行期间或在其他时间，可以将代码有形地存储在一个或更多个易失、非暂态或非易失有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移除磁盘、可移除光盘(例如，致密盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或存储棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述意在是说明性的而非限制性的。例如，以上描述的示例(或示例的一个或更多个方面)可以彼此结合使用。例如由本领域技术人员在回顾以上描述之后可以使用其他示例。提供摘要以使读者能够快速确定技术性公开内容的性质。在具有以下理解的情况下提交摘要：摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在上面的具体实施方式中，各种特征可以被组合在一起以精简本公开内容。因此，所附权利要求在此作为示例或实施方式并入具体实施方式中，其中每个权利要求作为单独的实施方式独立存在，并且预期这样的实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本设备或技术的范围应当参照所附权利要求以及这样的权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种用于声结石碎裂的设备，所述设备包括：
声换能器，其用于通过所述设备传输声能以使结石块碎裂；
耦接至所述声换能器的声透射细长探头，所述探头在远侧部分与近侧部分之间延伸；以及
沿所述探头的所述远侧部分延伸的第一声变幅杆，其中，所述声变幅杆被配置成在远侧方向上增加与由所述声换能器提供的声能对应的位移的幅度。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括在所述声换能器与所述第一声变幅杆之间的第二声变幅杆。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述探头包括：
从所述探头的所述远侧部分延伸的探头末端，所述探头末端被配置成接触目标结石块；以及
从所述声换能器朝向所述探头末端延伸的探头主体。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一声变幅杆沿所述探头末端延伸。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述第一声变幅杆在所述探头末端与所述声换能器之间沿所述探头主体延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，所述第一声变幅杆从至少一个节点朝向探头末端延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有均匀的外径和可变的内径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有可变的外径和均匀的内径。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有可变的壁厚。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆包括：
具有较厚壁的近侧部分，其被配置成通过所述声能实现所述探头的较低位移，其中，所述近侧部分邻接静态节点；
具有较薄壁的远侧部分，其被配置成通过所述声能实现所述探头的较高位移，其中，所述远侧部分延伸至探头末端；以及
具有锥形壁厚的过渡部分，所述过渡部分在所述近侧部分与所述远侧部分之间延伸，
其中，所述壁厚沿着所述过渡部分从所述近侧部分到所述远侧部分减小。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有悬链曲面形状。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆包括内径在远侧方向上的一个或更多个阶梯式增加。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有圆锥形状。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有在远侧方向上呈指数增加的内径。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述第一声变幅杆具有在远侧方向上线性增加的内径。
16.一种用于结石碎裂的设备，所述设备包括用于进行以下的装置：
沿着声探头朝向目标结石块产生声能以引起所述结石块的碎裂，所述声探头包括耦接至探头主体的声换能器；
使用集成到所述探头主体中的至少一个声变幅杆来调制所述声能，其中，所述声变幅杆被配置成增加所述探头主体相对于所述目标结石块的位移的幅度。
17.根据权利要求16所述的设备，还包括用第二声变幅杆调制所述声能的装置。
18.一种结石碎裂的方法，包括：
沿着声探头朝向目标结石块产生声能以引起所述结石块的碎裂，所述声探头包括耦接至探头主体的声换能器；
使用集成到所述探头主体中的至少一个声变幅杆来调制所述声能，其中，所述声变幅杆被配置成增加所述探头主体相对于所述目标结石块的位移的幅度。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括用所述声变幅杆调谐所述声能。
20.根据权利要求18或19所述的方法，还包括用第二声变幅杆调制所述声能。
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