JP2022516771A - アテローム切除モーター制御システム - Google Patents

Abstract

アテローム切除システムは、アテローム切除バリを回転可能に作動させるように適合された駆動メカニズムと、駆動メカニズムの動作を調節するように適合されたコントローラとを含む。場合によっては、駆動メカニズムは、アテローム切除バリと接続された駆動ケーブルと、駆動ケーブルを回転させるように適合された電気駆動モーターとを有する。コントローラは、駆動メカニズムが空気タービンの１つ以上の性能パラメータを模倣するように、電気駆動モーターの動作を調整する。

Description

本発明は、医療デバイス、ならびに医療デバイスを製造及び使用するための方法に関する。より詳細には、本発明は、身体の内腔から閉塞性物質を除去するためのデバイス及び方法に関する。さらに、本発明は、血管などの体の内腔の閉塞を通る通路を形成するためのアテローム切除デバイスに関する。

多くの患者は、血流を制限する、閉塞した動脈などの血管に苦しんでいる。閉塞は、血管の閉塞部分を通る血流を減少させる部分的閉塞、又は閉塞された血管を通る血流を実質的に遮断する完全な閉塞（例えば、慢性的な完全な閉塞）であり得る。場合によっては、治療された閉塞の領域にステントが配置されることがある。ただし、ステント内で再狭窄が発生し、血管がさらに閉塞して血流が制限される場合がある。血行再建術には、様々なデバイスを使用して閉塞を通過させ、閉塞を貫通する開口部を作成又は拡大することが含まれる。アテローム切除は、切断要素を載置して有するカテーテルを、閉塞を貫通して前進させ、閉塞を貫通する経路を形成又は拡大するための１つの技術である。

閉塞の通過を容易にするための代替のアテローム切除デバイスの必要性が依然存在する。

本発明は、医療器具の設計、材料、製造方法、及び代替用途を提供する。例えば、アテローム切除システムは、アテローム切除のバリを回転可能に作動させるように適合された電気駆動メカニズムと、電気駆動メカニズムが空気タービンの１つ以上の性能特性を模倣するように電気駆動メカニズムの動作を調整すべく適合されたコントローラとを含み得る。

追加的又は代替的に、空気タービンの１つ以上の性能特性には、トルク対速度を含み得る。
追加的又は代替的に、電気駆動メカニズムは、アテローム切除バリと接続された駆動ケーブルと、駆動ケーブルを回転させるように適合された電気駆動モーターとを含み得る。

追加的又は代替的に、コントローラは、速度信号を受信して基準信号を出力するように適合された基準ブロックと、基準ブロックから基準信号を受信し、結果として生じる制御努力値信号を生成するように適合された制御ブロックと、制御ブロックから制御努力値信号を受信し、それに応じて駆動メカニズムの動作を調整するように適合された駆動回路とを含み得る。

追加的又は代替的に、制御ブロックは、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインの合計と合計された可変Ｋオフセット値を含むように修正された、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを利用するコントローラを含み得る。

追加的又は代替的に、コントローラは、ゼロに等しい可変Ｋオフセット値の初期値を設定するように構成され得る。
追加的又は代替的に、コントローラは、電気駆動モーターが速度基準値に達したときに可変Ｋオフセット値の新しい値を計算するように構成され得る。

追加的又は代替的に、コントローラは、電気駆動モーターが速度基準値に達したときに、Ｐゲインの新しい値を計算するようにさらに構成され得る。
追加的又は代替的に、コントローラは、電気駆動モーターが速度基準値に達すると、式（１）に従ってＰゲインの新しい値を計算するようにさらに構成される。

ここで、Ｐ_ｎｅｗは、新しいＰゲイン値；
Ｐ_ｏｌｄは以前のＰゲイン値；
Ｉ_ｏｌｄは以前のＩゲイン値；
Ｔ_{ｓｔａｌｌ}は、好適なストールトルク値；
ω_ｒｅｆは速度基準値である。

追加的又は代替的に、電気駆動モーターが速度基準値に達したときに、式（２）に従って変数Ｋ項の新しい値を計算するように、ＰＩＤコントローラをさらに構成することができる。

Ｋ＝Ｐ_ｏｌｄ＋Ｉ_ｏｌｄ （２）
追加的又は代替的に、ＰＩＤコントローラは、式（３）及び（４）に従って、変数Ｋ項及びＰ項の新しい値を計算するようにさらに構成され得る。

ｉ_{ｓｔａｌｌ}は、必要なストールトルクに対応するモーター電流であり、ｅは、基準速度と速度の誤差又は差である。
別の例として、アテローム切除システムは、アテローム切除バリを回転可能に作動させるように適合された駆動メカニズムと、駆動メカニズムの動作を調節するように適合された制御システムとを含む。制御システムは、速度基準値を提供するための基準ブロックと、速度基準値を受信するための基準ブロックに動作可能に接続されたコントローラとを備え、コントローラは、駆動メカニズムの出力信号を決定する際の速度基準値、比例（Ｐ）ゲイン値、積分（Ｉ）ゲイン値、微分（Ｄ）ゲイン値、及びＫオフセット値を利用するように適合されている。コントローラは、Ｉゲイン値の初期値及びＫオフセット値のゼロの値を使用して駆動メカニズムの作動を開始し、駆動メカニズムの速度が速度基準値に達した時には、Ｉゲイン値を低減し、Ｋオフセットの非ゼロ値を計算するようにさらに適合させることができる。

追加的又は代替的に、コントローラは、駆動メカニズムの速度が速度基準値に達すると、新しいＰゲイン値も計算するようにさらに適合され得る。
追加的又は代替的に、新しいＰゲイン値は、所望のストールトルク値又は速度基準値に関連し得る。

追加的又は代替的に、駆動メカニズムは、アテローム切除バリと接続された駆動ケーブルと、駆動ケーブルを回転させるように適合された電気駆動モーターとを有し得る。
別の例として、アテローム切除システムは、アテローム切除バリを作動させるように適合された電気駆動モーターと、電気駆動モーターの動作を調整するように適合されたコントローラと、電気駆動モーターの出力信号を決定する際の速度基準値、比例（Ｐ）ゲイン値、積分（Ｉ）ゲイン値、微分（Ｄ）ゲイン値、及びＫオフセット値を利用するように適合されたコントローラと、を備える。

追加的又は代替的に、コントローラは、ゼロに等しい可変Ｋオフセット値の初期値を設定するように構成され得る。
追加的又は代替的に、コントローラは、電気駆動モーターが速度基準値に達したときに可変Ｋオフセット値の新しい値を計算するように構成され得る。

追加的又は代替的に、コントローラは、電気駆動モーターが速度基準値に達したときに、Ｐゲインの新しい値を計算するようにさらに構成され得る。
追加的又は代替的に、コントローラは、フィードバック値として推定トルクを利用するようにさらに構成され得る。

いくつかの実施形態の上記の要約は、開示された各実施形態又は本開示のすべての実施を説明することを意図するものではない。以下の図及び詳細な説明は、これらの実施形態をより具体的に例示している。

本発明は、添付の図面に関連する本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を考慮して、より完全に理解され得る。

例示的なアテローム切除システムの概略を示すブロック図。 例示的なアテローム切除システムの概略を示すブロック図。 例示的なアテローム切除システムの概略を示すブロック図。 例示的なアテローム切除システムの概略を示すブロック図。 例示的なアテローム切除システムの概略を示すブロック図。 例示的なアテローム切除システムの概略を示すブロック図。 図１～６のアテローム切除システムの例で使用可能なコントローラの例の概略図。 トルク対速度曲線の例を示すグラフ。 トルク対速度曲線の例を示すグラフ。 トルク対速度曲線の例を示すグラフ。 トルク対速度曲線の例を示すグラフ。 図１～６に関して説明されたアテローム切除制御システムを利用することができる例示的なアテローム切除システムの概略図。

本開示は、様々な修正及び代替形態に適用可能であるが、その詳細は、例として図面に示され、詳細に説明される。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本開示を限定することではないことを理解されたい。それどころか、その意図は、開示の精神と範囲に含まれるすべての修正、同等物、及び代替案を網羅することにある。

以下の定義された用語については、特許請求の範囲又は本明細書の他の場所で異なる定義が与えられていない限り、これらの定義が適用されるものである。
本明細書では、すべての数値は、明示的に示されているかどうかにかかわらず、「約」という用語によって変更されることが想定されている。「約」という用語は、一般に、当業者が記載された値と同等であると見なす（すなわち、同じ機能又は結果を有する）数の範囲を指す。多くの場合、「約」という用語には、最も近い有効数字に四捨五入された数値が含まれ得る。

終点による数値範囲の列挙には、その範囲内のすべての数値が含まれる（例えば、１～５には、１，１．５，２，２．７５，３，３．８０，４，５が含まれる）。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「a 」、「an」、及び「the 」は、内容が明らかに他に指示しない限り、複数の指示対象を含む。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、用語「又は」は、内容が明確に他のことを指示しない限り、一般に「及び／又は」を含む意味で使用される。

以下の詳細な説明は、異なる図面の類似した要素に同一の符号が付されている図面を参照して読む必要がある。必ずしも縮尺通りではない図面は、実施形態を例示的に示すものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

多くの患者は、体液（例えば、血液、胆汁など）の流れを制限する可能性があるような、閉塞した動脈、他の血管、及び／又は閉塞した管又は他の体腔に苦しむ。閉塞は、血管の閉塞部分を通る血流を減少させる部分的閉塞、又は閉塞された血管を通る血流を実質的に遮断する完全な閉塞（例えば、慢性的な完全な閉塞）であり得る。血行再建術には、様々なデバイスを使用して閉塞を通過させ、閉塞を貫通する開口部を作成又は拡大することが含まれる。アテローム切除は、切断要素を載置して有するカテーテルを閉塞を貫通して前進させ、閉塞を貫通する経路を形成又は拡大するための１つの技術である。理想的には、切断要素は、周囲の血管壁、及び／又は以前に埋め込まれ、再狭窄が発生したステントを損傷することなく、閉塞を切除する。しかしながら、場合によっては、切断要素は、それが血管壁及び／又はステントに接触するように操作及び／又は前進され得る。したがって、材料を利用すること、及び／又は周囲の血管及び／又は、以前に埋め込まれ再狭窄が発生したステントに損傷を与えることなく閉塞を切除できるアテローム切除デバイスを設計することが望ましい場合がある。さらに、切断要素は、石灰化された材料などの硬い閉塞性材料、及びより柔らかい閉塞性材料を除去するのに有用であることが望ましい場合がある。本明細書に開示される方法及びシステムは、閉塞性材料を効果的に切除しながら、以前のアテローム切除デバイスの制限の少なくともいくつかを克服するように設計され得る。例えば、本明細書に開示されるデバイス及び方法のいくつかは、独特の切削面の形状及び／又は設計を有する切削要素を含み得る。

図１は、アテローム切除バリ１４を回転可能に作動させるように適合された駆動メカニズム１２を有した例示的なアテローム切除システム１０の概略を示すブロック図である。アテローム切除システム１０は、駆動メカニズム１２の動作を調節するように適合されたコントローラ１６を含む。以下に記載するように、場合によっては、コントローラ１６は、電気モーターではなく空気タービンによって駆動されるアテローム切除システムの１つ以上の性能パラメータを模倣するために、駆動メカニズム１２の動作を調整する。場合によっては、アテローム切除システム１０は、コントローラ１６が駆動メカニズム１２の性能に関する情報を表示することができるように、コントローラ１６に動作可能に接続され得るユーザインターフェース１８を含み得る。この情報は、例えば、駆動メカニズム１２の瞬間速度の１つ以上、アテローム切除バリ１４などによって経験される瞬間トルク、等を含み得る。場合によっては、アテローム切除システム１０は、ユーザインターフェース１８を有しない場合がある。場合によっては、アテローム切除バリ１４は、カッティングヘッド又はカッティング部材である、又はそれらを含むと呼ばれることもあり、これらの用語は交換可能に使用され得る。

図２は、例示的なアテローム切除システム２０の概略を示すブロック図であり、駆動メカニズム１２は、駆動モーター２２と、駆動モーター２２ならびにアテローム切除バリ１４と動作可能に接続される駆動ケーブル２４とを含み得る。場合によっては、駆動モーター２２は電気駆動モーターである。場合によっては、アテローム切除システム２０の特徴は、アテローム切除システム１０の特徴と組み合わされ得る。場合によっては、アテローム切除システム２０は又はハンドル（図示せず）を含み得る。

図３は、コントローラ１６が参照ブロック３２、制御ブロック３４、及び駆動回路３６を有する、例示的なアテローム切除システム３０の概略を示すブロック図である。場合によっては、アテローム切除システム３０の特徴は、アテローム切除システム２０及び／又はアテローム切除システム１０の特徴と組み合わせることができる。場合によっては、基準ブロック３２は、速度信号を受信し、基準速度値を出力するように適合され得る。制御ブロック３４は、基準ブロック３２から基準速度信号を受信し、結果として生じる制御努力値信号を生成するように適合され得る。場合によっては、制御ブロック３４は、Ｐ（比例）コントローラを含む。場合によっては、制御ブロック３４は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを含む。場合によっては、後述するように、制御ブロック３４は、可変Ｋ値をＤ（微分）ゲイン値と合計するように変更されたＰＩＤコントローラを含み得る。駆動回路３６は、制御ブロック３４から制御努力信号を受信し、それに応じて駆動メカニズム１２の動作を調整するように適合され得る。

図４は、アテローム切除バリ１４を回転可能に作動させるために駆動メカニズム１２の動作を調節するように適合された制御システム４２を備えた、例示的なアテローム切除システム４０の概略を示すブロック図である。場合によっては、アテローム切除システム４０の特徴は、アテローム切除システム１０、アテローム切除システム２０又はアテローム切除システム３０のうちの１つ以上と組み合わせることができる。制御システム４２は、参照ブロック３２と、参照ブロック３２に動作可能に接続されたコントローラ４４とを含むことができる。場合によっては、基準ブロック３２は、速度基準４６を判定することができる。

場合によっては、コントローラ４４は、駆動メカニズム１２の出力信号４８を決定する際に、速度基準４６、比例（Ｐ）ゲイン値、積分（Ｉ）ゲイン値、微分（Ｄ）ゲイン値、及びＤゲイン値と合計される可変Ｋオフセット値を利用するように適合され得る。場合によっては、駆動メカニズム１２は、駆動モーターと、駆動モーターとアテローム切除バリ１４との間に延びる駆動ケーブルとを含み得る。場合によっては、コントローラ４４は、駆動メカニズム１２が、電気駆動モーターではなく、空気タービンによって駆動されるアテローム切除システムの１つ以上の特性を模倣するように、駆動メカニズム１２の動作を調整するように適合され得る。一例として、空気タービンシステムのトルク対速度特性は、コントローラ４４によって模倣され得る。場合によっては、ＰＩＤ－Ｋコントローラを使用して、定常状態エラーを低減するバイアスを導入し、システムのリバウンドが問題になる可能性がある場合にトルクベースを提供することができる。

図５は、アテローム切除バリ１４を回転可能に作動させるために駆動モーター２２の動作を調節するように適合された制御システム５２を備えた、例示的なアテローム切除システム５０の概略を示すブロック図である。場合によっては、アテローム切除システム５０の特徴は、アテローム切除システム１０、アテローム切除システム２０、アテローム切除システム３０又はアテローム切除システム４０のうちの１つ以上と組み合わせることができる。制御システム５２は、駆動モーター２２に動作可能に接続され、駆動モーター２２の性能を監視し、制御努力値信号５６を出力するように適合されたフィードバックループ５４を含む。駆動回路５８は、制御努力値信号５６を受信し、制御努力値信号５６に従って駆動モーター２２の動作を調整するように適合されている。場合によっては、制御システム５２は、空気タービンの性能を模倣するように、駆動モーター２２の動作を調整するようにさらに適合され得る。

場合によっては、フィードバックループ５４は、速度基準を決定するための基準ブロックと、速度基準を受信するために基準ブロックに動作可能に接続されたコントローラとを備え、コントローラは、制御努力値信号を決定する際に、速度基準、比例（Ｐ）ゲイン値、積分（Ｉ）ゲイン値、可変Ｋオフセット値、及び微分（Ｄ）ゲイン値を利用するように適合され得る。場合によっては、フィードバックループ５４は、無負荷状態の間に駆動モーター２２の速度を正確に保持するために、基準ループ５４に提供される基準信号にオフセット値を追加するように適合され得る。

図６は、例示的なアテローム切除システム３００の概略を示すブロック図である。場合によっては、アテローム切除システム３００は、アテローム切除システム１０、２０、３０、４０又は５０の例であると見なされ得る。場合によっては、アテローム切除システム３００の特徴は、例えば、アテローム切除システム１０、２０、３０、４０又は５０のいずれかの特徴と組み合わせることができる。アテローム切除システム３００は、それ自体が負荷３０６に係合する駆動ケーブル３０４を駆動するモーター３０２を含む。負荷３０６は、例えば、アテローム切除バリである。モーター３０２は、例えば、駆動モジュール２２及び／又は制御システム１０６の例であるか、さもなければ組み込まれていると見なされ得る駆動回路３０８によって制御される。

駆動回路３０８は、フィードバック部分３１０からの入力を受け取る。場合によっては、フィードバック部分３１０は、基準入力（又は基準エラー）３１２をコントローラ３１６に提供する、基準スケジュールブロック３１４からの基準入力３１２で始まる。場合によっては、参照スケジュールブロック３１４は、ユーザから、及び／又は図示されていない追加のセンサーからなど、追加の入力を受け入れるように構成され得る。一例として、デバイスが非常に長い期間実行されている場合、基準スケジュールブロック３１４は、過熱を防ぐために速度基準を下げることができる。ＰＩＤコントローラは、（Ｐ）比例部分、（Ｉ）積分部分、及び（Ｄ）微分部分を含むコントローラである。場合によっては、ＰＩＤコントローラを変更して、可変Ｋオフセット値とＤゲイン値を合計することができる。コントローラ３１６は、制御努力値３１８を駆動回路３０８に出力する。モーター状態推定ブロック３２０は、駆動回路３０８から電流／電圧信号３２２及びモーター位置信号３２３を受信し、コントローラ３１６から状態フィードバック３２４を受信する。モーター状態推定ブロック３２０は、速度値３２６を基準スケジュールブロック３１４に出力して戻す。モーター状態推定ブロック３２０から基準スケジュールブロック３１４へのフィードバックは速度値として示されているが、場合によっては、フィードバックは、位置、トルク、電圧又は電流のうちの１つ以上を追加的又は代替的に含み得、場合によっては、これらの値のいずれかの導関数又は積分を含めることができる。場合によっては、モーター状態推定ブロック３２０は、（図示のように）位置ではなく、速度を表す信号３２３を代わりに受信することができる。モーター位置信号３２３は、モーター３０２の出力シャフトの相対回転位置の表示であり得、したがって、負荷３０６の相対回転位置の表示であり得、これは、経時的に追跡された場合、速度の表示を提供し得る。

図７は、コントローラ３１６の概略ブロック図であり、これは、図４に示されるコントローラ４４の例であると見なすことができる。所望の値と実際の値との間の誤差を表す基準信号３１２がコントローラ３１６に入る。コントローラ３１６は、誤差に比例するＰ値３４０を計算する。コントローラ３１６は、エラーの時間に関する積分であるＩ値３４２と、エラーの時間に関する導関数であるＤ値３４４とを計算する。コントローラ３１６は、Ｋオフセット値３４８を計算し、これは、空気タービンの性能を模倣する際にコントローラ３１６によって使用される。図示のように、Ｄ値３４４及びＫオフセット値３４８は、加算点３４６で一緒に加算され、加算点３４６で作成された結果の値は、加算点３５０でＰ値３４０及びＩ値３４２と共に加算され、結果として、制御努力値信号３１８の出力をもたらす。場合によっては、合計が可換であることが理解され、すなわち合計は任意の順序で発生する可能性がある。

上で参照したように、アテローム切除システムは、従来は空気タービンによって駆動されていた。場合によっては、空気タービン駆動のアテローム切除システムの性能を模倣することが望ましい場合がある。例えば、一部のユーザはこれを期待し、及び／又は慣れているため、空気タービンのトルク対速度曲線を模倣したい場合がある。電気モーターのトルク対速度曲線は、空気タービンのそれとはかなり異なることが理解されよう。図８は、いくつかのトルク対速度曲線を示す代表的なプロット４００である。曲線４０２は、ギアリングのない電気モーターのトルク対速度曲線を表している。曲線４０４は、３．５：１にてギアリングする電気モーターのトルク対速度の曲線を表している。曲線４０６は、システムの摩擦損失を含む、電気モーターの動作トルクを表す。曲線４０８は、空気タービンの動作トルクを表している。これらの曲線４０２、４０４、４０６は、電気モーターの動作を変更するコントローラのない場合の電気モーターの動作を表す。ここに見られる通り、明確な違いがある。

図９は、ＰＩＤ（比例積分微分）コントローラが電気モーターの動作を調整するために使用されるときの挙動を示す代表的なプロット４２０である。曲線４２２は、電気モーターで測定された動作トルクを表す。曲線４２４は、バリで測定された動作トルク（駆動メカニズム内の摩擦損失を含む）を表す。曲線４２６は、バリで測定された空気圧の動作トルクを表す。電気モーターと空気タービンは高速では比較的よく一致するが、速度が低下するにつれて発散が大きくなる。これに関係する１つの要因は、電気システム内に存在する比較的高い摩擦力である。この摩擦は、高速で克服すべき大量のトルクを必要とし、その結果、低速で過剰なトルクが発生する。相対摩擦もまた、患者ごとに、及び手順ごとに異なる可能性があることが理解されよう。

図１０は、従来のＰＩＤコントローラの各部分によって駆動されるモータートルクの量を示す代表的なプロット４３０を示す。線４３２は、Ｐ，Ｉ，Ｄ成分の合計を示す。線４３４はＰ成分の寄与を示し、線４３６はＩ成分の寄与を示し、線４３８はＤ成分の寄与を示す。Ｐ成分の寄与の勾配を単純に平坦化すると、湾曲した全体のトルクの勾配（線４３２で表される）が（図８の曲線４０８で示されるように）空気タービンの勾配とより厳密に一致する結果となる可能性があるが、単純にＰゲインを減少すると、速度保持特性が低下し、目標速度に到達するまでの時間が長くなる。

図１１は、Ｋオフセット値を含む修正されたＰＩＤコントローラにおける、各成分によってモータートルクが駆動されるかの量を示す代表的なプロット４５０を示している。場合によっては、電気システムを速度基準まで加速するために、Ｋ値を最初に０（ゼロ）に設定することができる。その速度基準に達すると、Ｉゲインは新しい定数値に低減され、Ｋ値は瞬間的なＰ項とＩ項の合計に設定され、新しいＰゲインが計算される。

電気駆動モーターが速度基準値に達すると、コントローラは式（１）に従ってＰゲインの新しい値を計算し、式（２）に従って可変Ｋオフセット項の新しい値を計算することができる。

ここで、Ｐ_ｎｅｗは、新しいＰゲイン値；
Ｐ_ｏｌｄは以前のＰゲイン値；
Ｉ_ｏｌｄは以前のＩゲイン値；
Ｔ_{ｓｔａｌｌ}は、好適なストールトルク値；
ω_ｒｅｆは速度基準値である。

Ｋ＝Ｐ_ｏｌｄ＋Ｉ_ｏｌｄ （２）
プロット４５０を参照すると、線４５２は、Ｐ、Ｉ、Ｄ及びＫ成分の合計を示している。線４５４はＫの寄与を示し、線４５６はＰ成分の寄与を示し、線４５８はＩ成分の寄与を示し、線４６０はＤ成分の寄与を示す。線４５２（図１１）を線４３２（図１０）と比較すると、全体のトルク曲線が平坦になっているため、空気タービンのトルク曲線（図８に線４０８として示されているように）に近いことがわかる。

場合によっては、コントローラは式（３）に従ってＰゲインの新しい値を計算し、式（４）に従って可変Ｋオフセット項の新しい値を計算することがある。

ｉ_{ｓｔａｌｌ}は、必要なストールトルクに対応するモーター電流であり、
ｅは、基準速度と速度の誤差又は差である。
場合によっては、これらの式（３）及び（４）は、従来のコントローラ（加速に使用）から変更されたコントローラ（手順中に使用）への移行中にのみ使用される。場合によっては、この遷移は、過渡動作を最小限に抑えるために、エラーｅの値が小さい（基準速度の1％未満）場合にのみ行われる。

図１２は、アテローム切除システム１０、２０、３０、４０、５０及び３００を使用することができる回転式アテローム切除システム５１０の例を示している。回転式アテローム切除システム５１０は、回転式アテローム切除デバイス５１２と、回転式アテローム切除デバイス５１２を制御するためのコントローラ５１４とを備えることができる。回転式アテローム切除デバイス５１２は、ハウジング５１６と、ハウジング５１６から長尺状のシャフト５１８の遠位端に配置された切断部材５２０まで遠位に延びる長尺状のシャフト５１８とを備えることができる。長尺状のシャフト５１８は、切断部材５２０に回転運動を提供するための駆動シャフト５２４を含み得る。場合によっては、長尺状のシャフト５１８は、それを通って延びる管腔を有する外側管状部材５２２を含み得、駆動シャフト５２４は、外側管状部材５２２の管腔を通って延びることができる。切断部材５２０に固定され得る駆動シャフト５２４は、切断部材５２０を回転させるために、外側管状部材５２２に相対して回転可能である。場合によっては、外側管状部材５２２に対する切断部材５２０の軸方向位置は、駆動シャフト５２４を外側管状部材５２２に対して長手方向に動かすことによって調整することができる。例えば、アテローム切除デバイス５１２は、ハウジング５１６内に配置された、又はそうでなければハウジング５１６に備えられ、ハウジング５１６に対して長手方向に移動可能な前進器アセンブリ５２６を含み得る。外側管状部材５２２は、ハウジング５１６に結合され得、一方、駆動シャフト５２４は、前進器アセンブリ５２６に結合され得る。したがって、駆動シャフト５２４（したがって、切断部材５２０）は、ハウジング５１６に相対して前進器アセンブリ５２６を駆動することによって、外側管状部材５２２に相対して長手方向に移動可能であり得る。

回転式アテローム切除デバイス５１２は、駆動シャフト５２４に回転運動を提供して切断部材５２０を回転させるための原動機（図示せず）を含み得る。例えば、場合によっては、原動機は、前進器アセンブリ５２６に備えられているような、ハウジング５１６内の流体タービンであり得る。しかしながら、他の例では、原動機は電気モーターなどであり得る。コントローラ５１４は、原動機を制御するために使用され得る。例えば、ユーザは、原動機に電力を供給し、及び／又はコントローラ５１４を介してドライブシャフト５２４の回転速度を制御することができる。例えば、コントローラ５１４のフロントパネル５２８は、電源スイッチ、速度制御メカニズム（例えば、速度制御ノブ及び／又はボタン）、ディスプレイ、及び／又は回転アテローム切除デバイス５１２を制御するための他の特徴を含むユーザインターフェースを含み得る。場合によっては、回転式アテローム切除システム５１０は、例えば、原動機への動力及び／又は速度を制御するために使用され得るフットペダル、ハンドコントロール、又は他のメカニズムなどの遠隔制御装置５３０を含み得る。

原動機が電気モーターである場合、電気モーターは、電気接続５３９を介してコントローラ５１４に接続されて、電気モーターを制御し、及び／又は電気モーターに電気を供給することができる。

場合によっては、回転式アテローム切除デバイス５１２は、速度データをコントローラ５１４に提供するために、光ファイバコネクタなどのコネクタ５３８を介してコントローラ５１４に接続された光速度センサーなどの速度センサーを含み得る。他の例では、ホール効果センサーなどの電子センサー、又は他のタイプのセンサーを使用して、駆動シャフト５２４及び切断部材５２０の速度を感知することができる。速度データは、フロントパネル５２８及び／又はコントローラ５１４などに表示され得、及び／又は医療処置中に切断部材５２０の所望の速度を維持するなど、切断部材５２０の速度を制御するために使用され得る。

場合によっては、回転式アテローム切除システム５１０は、長尺状のシャフト５１８を介して治療部位に流体を注入し、及び／又は治療部位から長尺状のシャフト５１８を介して流体を吸引するように構成され得る。例えば、回転式アテローム切除システム５１０は、長尺状のシャフト５１８の管腔を通って治療部位に流体の流れを提供するための流体供給５４０を含み得る。場合によっては、流体供給５４０は、圧力カフ５４４によって加圧されて、流体供給ライン５４６を介して回転式アテローム切除デバイス５１２に加圧流体（例えば、生理食塩水）を提供し得る生理食塩水バッグ５４２を含み得る。他の例では、蠕動ポンプなどの注入ポンプを使用して、加圧流体を回転式アテローム切除デバイス５１２に送達することができる。追加的又は代替的に、場合によっては、回転式アテローム切除システム５１０は、治療部位から流体を吸引するように構成され得る。例えば、回転式アテローム切除システム５１０は、必要に応じて、蠕動ポンプなどの吸引ポンプを含み、真空を生成して、長尺状のシャフト５１８の管腔を通して流体収集容器（図示せず）に流体を吸引することができる。

場合によっては、回転式アテローム切除デバイス５１２の長尺状のシャフト５１８は、ガイドワイヤ５４８を介して治療部位に進められ得る。例えば、駆動シャフト５２４は、ガイドワイヤ５４８が通過することができるガイドワイヤ管腔を含むことができる。追加的又は代替的に、長尺状のシャフト５１８は、ガイドカテーテルの管腔を通って治療部位に進められ得る。

この開示は、多くの点で、例示にすぎないことを理解されたい。開示の範囲を超えることなく、特に形状、サイズ、及び工程の配置に関して、詳細に変更を加えることができる。これは、適切な範囲で、他の実施形態で使用されている一例の実施形態の特徴のいずれかの使用を含み得る。言うまでもなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲が表現される言語で定義される。

Claims (15)

1. アテローム切除バリを回転すべく作動させる電気駆動メカニズムと、
   前記電気駆動メカニズムが空気タービンの１つ以上の性能特性を模倣するように、前記電気駆動メカニズムの動作を調整するコントローラとを備える、アテローム切除システム。
2. 前記空気タービンの１つ以上の性能特性には、トルク対速度が含まれる、請求項１に記載のアテローム切除システム。
3. 前記電気駆動メカニズムは、
   前記アテローム切除バリと接続した駆動ケーブルと、
   前記駆動ケーブルを回転させる電気駆動モーターとを備える、請求項１又は２に記載のアテローム切除システム。
4. 前記コントローラは、
   速度信号を受信し、基準信号を出力する基準ブロックと、
   前記基準ブロックから前記基準信号を受信し、結果として生じる制御努力値信号を生成する制御ブロックと、
   前記制御ブロックから前記制御努力値信号を受信し、それに応じて駆動メカニズムの動作を調整する駆動回路とを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のアテローム切除システム。
5. 前記制御ブロックは、比例（Ｐ）ゲイン、積分（Ｉ）ゲイン及び微分（Ｄ）ゲインの合計と合計された可変Ｋオフセット値を含むように修正された、前記Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインを利用するコントローラを含む、請求項４に記載のアテローム切除システム。
6. 前記コントローラは、前記可変Ｋオフセット値の初期値をゼロに設定する、請求項５に記載のアテローム切除システム。
7. 前記コントローラは、前記電気駆動モーターが一定の速度基準値に到達した時には、前記可変Ｋオフセット値の新しい値を計算する、請求項５に記載のアテローム切除システム。
8. 前記コントローラは、前記電気駆動モーターが前記速度基準値に達すると、式（１）
   

   

   （ここで、Ｐ_ｎｅｗは、新しいＰゲイン値；
   Ｐ_ｏｌｄは以前のＰゲイン値；
   Ｉ_ｏｌｄは以前のＩゲイン値；
   Ｔ_{ｓｔａｌｌ}は、好適なストールトルク値；
   ω_ｒｅｆは速度基準値である。）
   に従ってＰゲインの新しい値を計算するようにさらに構成される、請求項７に記載のアテローム切除システム。
9. 前記ＰＩＤコントローラは、前記電気駆動モーターが前記速度基準値に達すると、式（２）
   Ｋ＝Ｐ_ｏｌｄ＋Ｉ_ｏｌｄ （２）
   に従って前記可変Ｋ項の新しい値を計算するようにさらに構成される、請求項８に記載のアテローム切除システム。
10. 前記ＰＩＤコントローラは、式（３）及び（４）
    

    

    

    （ここで、ｉ_{ｓｔａｌｌ}は、必要なストールトルクに対応するモーター電流であり、
    ｅは、基準速度と速度の誤差又は差である。）
    に従って、前記可変Ｋ項及びＰ項の新しい値を計算するようにさらに構成される、請求項５に記載のアテローム切除システム。
11. アテローム切除バリを作動させる電気駆動モーターと、
    前記電気駆動モーターの動作を調整するコントローラとを備え、前記コントローラは前記電気駆動モーターの出力信号を決定する際の速度基準値、比例（Ｐ）ゲイン値、積分（Ｉ）ゲイン値、微分（Ｄ）ゲイン値、及びＫオフセット値を利用する、アテローム切除システム。
12. 前記コントローラは、前記可変Ｋオフセット値の初期値をゼロに設定する、請求項１１に記載のアテローム切除システム。
13. 前記コントローラは、前記電気駆動モーターが一定の速度基準値に到達した時には、前記可変Ｋオフセット値の新しい値を計算する、請求項１１又は１２に記載のアテローム切除システム。
14. 前記コントローラは、前記電気駆動モーターが前記速度基準値に達すると、前記Ｐゲインの新しい値を計算するようにさらに構成される、請求項１３に記載のアテローム切除システム。
15. 前記コントローラはさらに、推定トルクをフィードバック値として利用する、請求項１１～１４のいずれか１項に記載のアテローム切除システム。

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