JP7457684B2 - 向上した電極寿命を有する急速パルス電気水圧(ec)衝撃波生成装置 - Google Patents
向上した電極寿命を有する急速パルス電気水圧(ec)衝撃波生成装置 Download PDFInfo
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Description
本願は、米国仮出願第62/365,099号(2016年7月21日出願)の利益を主張し、上記出願の内容は、参照により本明細書に引用される。
本発明は、概して、衝撃波またはショックウェーブの治療的使用に関する。より具体的には、限定ではないが、本発明は、治療用衝撃波またはショックウェーブ(治療的使用を伴う衝撃波)を生成するための装置に関し、装置は、向上した電極寿命を有する。
本発明者のうちの1人による米国特許出願第13/574,228号(第WO2011/091020号(特許文献1)として公開された第PCT/US2011/021692号の国内段階出願)は、トランスデューサを使用して、高いパルス繰り返し数で衝撃波を生成するためのデバイスを開示している。そのデバイスは、1MHz~1,000MHzの少なくとも1つの周波数を有する音響波を放出するように構成されている音響波発生器と、音響波発生器に結合される衝撃波筐体と、衝撃波筐体内に配置された衝撃波媒体とを含み、装置は、音響波発生器が音響波を放出する場合、音響波の少なくとも一部が、衝撃波媒体を通して進行し、衝撃波を形成するであろうように構成されている。そのデバイスは、患者内の粒子に患者の1つ以上の細胞を破裂させるように構成されている、衝撃波を形成するように作動されることができ、衝撃波は、衝撃波が粒子に細胞のうちの1つ以上の細胞を破裂させるように、患者の細胞に向けられることができる。この音響トランスデューサデバイスは、高い周波数またはパルス繰り返し数の高出力衝撃波を生成することができる。
従来技術の文献は、衝撃波を提供するためにEHシステムを使用する、より急速なパルス繰り返し数が、組織損傷につながり得ることを示している。例えば、ある研究(Delius,Jordan,&他、1988)[2]では、その腎臓が3,000発の衝撃波にさらされたイヌのグループで、正常なイヌ腎臓に対する衝撃波の影響が、検査された。グループは、それぞれ、100Hzと1Hzとであった衝撃波投与率においてのみ異なった。剖検が、24~30時間後に実施された。肉眼的および組織学的に、衝撃波が(1Hzと対比して)100Hzの率で投与された場合、有意により多くの出血が、腎実質において起こった。結果は、腎臓損傷が衝撃波投与率に依存していることを示した。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
治療用衝撃波を生成するための装置であって、前記装置は、
チャンバおよび衝撃波出口を画定する筐体と、
前記チャンバ内に配置された液体と、
前記チャンバ内に配置され、1つ以上のスパーク間隙を画定するように構成されている複数の電極と、
前記筐体によって支持され、前記複数の電極と電気連通する複数のコンデンサと、
パルス生成システムと
を備え、
前記パルス生成システムは、(i)前記筐体がパルス生成システムに対して移動可能であり、(ii)前記パルス生成システムが前記複数の電極および前記複数のコンデンサと電気連通するように、前記複数の電極に結合されるように構成され、
前記パルス生成システムは、
前記液体の一部を気化させ、イオン化し、前記複数の電極間に少なくとも1つの電極間導電性経路を提供することを始めるために前記複数の電極に電圧パルスを印加することと、
前記複数のコンデンサを充電するために前記複数のコンデンサに電圧パルスを印加することと
を同時に行うように構成され、
前記複数のコンデンサは、閾値電荷に到達すると、前記複数の電極に放電し、前記1つ以上の電極間導電性経路に沿って1つ以上のアークを生成し、前記液体のさらなる部分を気化させ、1つ以上の音響衝撃波を生成するように構成されている、装置。
(項目2)
治療用衝撃波を生成するための装置であって、前記装置は、
チャンバおよび衝撃波出口を画定する筐体であって、前記チャンバは、液体で充填されるように構成されている、筐体と、
前記チャンバ内に配置され、1つ以上のスパーク間隙を画定するように構成されている複数の電極と、
前記筐体によって支持され、前記複数の電極と電気連通する複数のコンデンサと、
パルス生成システムと
を備え、
前記パルス生成システムは、(i)前記筐体がパルス生成システムに対して移動可能であり、(ii)前記パルス生成システムが前記複数の電極および前記複数のコンデンサと電気連通するように、前記複数の電極に結合されるように構成され、
前記パルス生成システムは、
前記液体の一部を気化させ、イオン化し、前記複数の電極間に少なくとも1つの電極間導電性経路を提供することを始めるために前記複数の電極に電圧パルスを印加することと、
前記複数のコンデンサを充電するために前記複数のコンデンサに電圧パルスを印加することと
を同時に行うように構成され、
前記複数のコンデンサは、閾値電荷に到達すると、前記複数の電極に放電し、前記1つ以上の電極間導電性経路に沿って1つ以上のアークを生成し、前記液体のさらなる部分を気化させ、1つ以上の音響衝撃波を生成するように構成されている、装置。
(項目3)
治療用衝撃波を生成するための装置であって、前記装置は、
チャンバおよび衝撃波出口を画定する筐体であって、前記チャンバは、液体で充填されるように構成されている、筐体と、
前記チャンバ内に配置され、1つ以上のスパーク間隙を画定するように構成されている複数の電極と、
前記筐体によって支持され、前記複数の電極と電気連通する複数のコンデンサと
を備え、
前記複数の電極は、(i)前記筐体がパルス生成システムに対して移動可能であり、(ii)前記パルス生成システムが前記複数の電極および前記複数のコンデンサと電気連通し、それによって、前記複数の電極と前記複数のコンデンサとが前記パルス生成システムから電圧パルスを同時に受け取ることが可能なように、前記パルス生成システムに結合されるように構成され、
前記複数のコンデンサは、閾値電荷に到達すると、前記複数の電極に放電するように構成されている、装置。
(項目4)
前記複数のコンデンサの各々は、平面状である、項目1、2、または3のいずれかに記載の装置。
(項目5)
前記複数のコンデンサは、2nH~200nHの全体的インダクタンスを有する回路内に配列されている、項目4に記載の装置。
(項目6)
前記複数のコンデンサは、2~20組のコンデンサを備え、前記組のコンデンサは、並列に接続されている、項目5に記載の装置。
(項目7)
コンデンサの各組は、50個よりも少ないコンデンサを備えている、項目6に記載の装置。
(項目8)
コンデンサの各組は、直列における10個以上のコンデンサを備えている、項目6に記載の装置。
(項目9)
各コンデンサは、100ナノファラド以下の容量を有する、項目1、2、または3に記載の装置。
(項目10)
前記複数のコンデンサは、複数の積層可能回路基板に結合されている、項目1、2、または3に記載の装置。
(項目11)
前記複数のコンデンサは、複数の円形パターンにおいて配列されている、項目10に記載の装置。
(項目12)
前記複数の積層可能回路基板は、第1の積層可能回路基板と、前記第1の積層可能回路基板に結合された第2の積層可能回路基板とを備えている、項目10に記載の装置。
(項目13)
前記複数のコンデンサのうちの第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板に結合され、前記複数のコンデンサのうちの第2の部分は、前記第2の積層可能回路基板に結合されている、項目12に記載の装置。
(項目14)
前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板の第1の側に配置され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、前記第2の積層可能回路基板の第2の側に配置され、前記第2の回路基板の前記第2の側は、前記第1の積層可能回路基板の前記第1の側と対向している、項目13に記載の装置。
(項目15)
前記第1の積層可能回路基板および前記第2の積層可能回路基板は、円形である、項目14に記載の装置。
(項目16)
前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板に結合され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、前記第2の積層可能回路基板に結合されている、項目15に記載の装置。
(項目17)
前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、円形パターンにおいて前記第1の積層可能回路基板に結合され、
前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、円形パターンにおいて前記第2の積層可能回路基板に結合されている、
項目16に記載の装置。
(項目18)
コンデンサの各組は、直列における10個以上のコンデンサを備えている、項目17に記載の装置。
(項目19)
前記第1の積層可能回路基板は、外縁と、中心とをさらに備え、前記第2の積層可能回路基板は、外縁と、中心とをさらに備え、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、電流を前記第1の積層可能回路基板の外縁から前記第1の積層可能回路基板の中心に向かって流動させるように構成され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、電流を前記第2の積層可能回路基板の外縁から前記第2の積層可能回路基板の中心に向かって流動させるように構成されている、項目17に記載の装置。
(項目20)
前記第1の積層可能回路基板は、前記積層可能回路基板の外縁に沿って配置されたコネクタによって、前記第2の積層可能回路基板に電気的に結合されている、項目19に記載の装置。
(項目21)
前記複数の積層可能回路基板は、各々、0.02インチ~0.2インチの厚さを有する、項目10に記載の装置。
(項目22)
前記パルス生成システムは、前記パルス生成システムが電圧を前記複数の電極に印加する期間中、前記複数のコンデンサを充電するために電圧を印加することによって、電極間導電性経路を提供するように構成されている、項目1または2に記載の装置。
(項目23)
前記複数のコンデンサは、各々、2mm~4mmの長さおよび1mm~3mmの幅を有する、項目1、2、または3に記載の装置。
(項目24)
前記複数のコンデンサは、少なくとも100個のコンデンサを備えている、項目1、2、または3に記載の装置。
(項目25)
治療用衝撃波を生成することにおける使用のためのコンデンサアレイ装置であって、前記装置は、
1つ以上の回路基板と、
前記1つ以上の回路基板に結合された複数のコンデンサと
を備え、
前記コンデンサのうちの第1の部分は、複数のコンデンサ組によって画定される第1のパターンにおいて配列され、前記複数のコンデンサのうちの第2の部分は、複数のコンデンサ組によって画定される第2のパターンにおいて配列され、各コンデンサ組は、前記コンデンサのうちの直列に接続された2つ以上のものを備え、前記第1のパターンを画定するコンデンサ組は、並列に接続され、前記第2のパターンを画定するコンデンサ組は、並列に接続され、
前記1つ以上の回路基板は、電極が、前記コンデンサと電気連通し、前記1つ以上の回路基板に対して少なくとも2自由度において固定されるように、前記電極に結合されるように構成されている、装置。
(項目26)
前記複数のコンデンサは、平面状である、項目25に記載の装置。
(項目27)
前記複数のコンデンサは、2nH~200nHの全体的インダクタンスを有する回路内に配列されている、項目25に記載の装置。
(項目28)
前記複数のコンデンサは、2~20組のコンデンサを備え、前記組のコンデンサは、並列に接続されている、項目26に記載の装置。
(項目29)
コンデンサの各組は、50個よりも少ないコンデンサを備えている、項目28に記載の装置。
(項目30)
コンデンサの各組は、直列における10個以上のコンデンサを備えている、項目25に記載の装置。
(項目31)
各コンデンサは、100ナノファラド以下の容量を有する、項目25に記載の装置。
(項目32)
前記1つ以上の回路基板は、複数の積層可能回路基板を備えている、項目25に記載の装置。
(項目33)
前記第1および第2のパターンは、円形である、項目32に記載の装置。
(項目34)
前記複数の積層可能回路基板は、第1の積層可能回路基板と、前記第1の積層可能回路基板に結合された第2の積層可能回路基板とを備えている、項目32に記載の装置。
(項目35)
前記コンデンサのうちの前記第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板に結合され、前記コンデンサのうちの前記第2の部分は、前記第2の積層可能回路基板に結合されている、項目34に記載の装置。
(項目36)
前記コンデンサのうちの前記第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板の第1の側に配置され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、前記第2の積層可能回路基板の第2の側に配置され、前記第2の回路基板の前記第2の側は、前記第1の積層可能回路基板の前記第1の側と対向している、項目35に記載の装置。
(項目37)
前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、円形パターンにおいて前記第1の積層可能回路基板に結合され、
前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、円形パターンにおいて前記第2の積層可能回路基板に結合されている、
項目35に記載の装置。
(項目38)
コンデンサの各組は、並列に接続された10個以上のコンデンサをさらに備えている、項目37に記載の装置。
(項目39)
前記第1の積層可能回路基板は、外縁と、中心とをさらに備え、前記第2の積層可能回路基板は、外縁と、中心とをさらに備え、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、電流を前記第1の積層可能回路基板の外縁から前記第1の積層可能回路基板の中心に向かって流動させるように構成され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、電流を前記第2の積層可能回路基板の外縁から前記第2の積層可能回路基板の中心に向かって流動させるように構成されている、項目37に記載の装置。
(項目40)
前記第1の積層可能回路基板は、前記積層可能回路基板の外縁に沿って配置されたコネクタによって、前記第2の積層可能回路基板に電気的に結合されている、項目39に記載の装置。
(項目41)
前記複数の積層可能回路基板は、各々、0.02インチ~0.2インチの厚さを有する、項目32に記載の装置。
(項目42)
前記複数のコンデンサは、各々、2mm~4mmの長さおよび1mm~3mmの幅を有する、項目25に記載の装置。
(項目43)
前記複数のコンデンサは、少なくとも100個のコンデンサを備えている、項目25に記載の装置。
(項目44)
治療用衝撃波を生成するための装置を使用して、圧縮音響波を生成する方法であって、前記方法は、
液体の一部が気化し、イオン化し始め、電極間導電性経路を提供するように、筐体によって画定され、前記液体で充填されたチャンバ内の複数の電極に電圧パルスを印加することと、
前記筐体によって支持され、前記複数の電極と電気連通する複数のコンデンサに電圧を印加し、前記複数のコンデンサを充電することと、
前記複数のコンデンサが閾値電荷に到達すると、前記複数のコンデンサを前記電極に放電し、前記確立された電極間導電性経路に沿って電極間アークを生成し、それによって、少なくとも1つの音響衝撃波を生成することと
を含む、方法。
(項目45)
前記複数の電極に印加される電圧パルスは、500V~10,000Vである、項目44に記載の方法。
(項目46)
前記複数のコンデンサに印加される電圧パルスは、500V~10,000Vである、項目44に記載の方法。
ここで図面を参照すると、図1は、従来技術の電気水圧システムからの典型的なパルス放電を描写し、システムは、広い周波数スペクトル音響波を生成し(典型的には、16Hz~30MHzの範囲内)、それは、大きい圧縮パルス波100と、それに続く小さい張力波とから成る。圧縮パルス波100は、2つの部分から成る:急上昇音響フロント104(衝撃波フロントとも称される)、および、それに続く長い圧縮音響テール106。急速音響フロント104は、ナノ秒の時間スケールで生じる一方、長い圧縮音響テール106は、マイクロ秒の時間スケールで生じる。
本装置および方法のある実施形態は、向上した電極寿命を提供しながら、衝撃波を電気水圧的に生成するように構成されている。ある実施形態は、衝撃波生成に対する2段階パルス放電アプローチを利用することによって、向上した電極寿命を達成する。いくつかの実施形態では、第1段階において、パルス生成システムは、以下を同時に行うように構成されている:(1)チャンバ内に含まれる液体の一部が気化され、電極間導電性経路を提供するように、電極チャンバ内の複数の電極に電圧パルスを印加すること、(2)複数の電極に隣接して位置する複数のコンデンサを充電するために電圧パルスを印加すること。そのような実施形態では、第2段階において、充電された複数のコンデンサは、放電し、確立された電極間導電性経路を通して短い電極間アークを生成し、音響衝撃波をもたらす。短い電極間アークは、電極浸食を最小化し、それによって、向上した電極寿命につながることができる。
以下の参考文献は、それらが本明細書に記載されるものを補足する例示的手順詳細または他の詳細を提供する範囲において、参照することによって本明細書に具体的に組み込まれる。
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Claims (12)
- 治療用衝撃波を生成することにおける使用のためのコンデンサアレイ装置であって、前記装置は、
1つ以上の回路基板であって、前記1つ以上の回路基板の各回路基板は、第1の側と第2の側とを有する、1つ以上の回路基板と、
前記1つ以上の回路基板に結合された複数のコンデンサと
を備え、
前記複数のコンデンサのうちの第1の部分は、第1の複数のコンデンサ組によって画定される第1のパターン形状にて、前記1つ以上の回路基板のうちの第1の回路基板の少なくとも前記第1の側に配列され、前記複数のコンデンサのうちの第2の部分は、第2の複数のコンデンサ組によって画定される第2のパターン形状にて、(i)前記第1の回路基板の前記第2の側と、(ii)前記第1の回路基板に積層された、前記1つ以上の回路基板のうちの第2の回路基板と、のうちの少なくとも1つに配列され、前記第1の複数のコンデンサ組および前記第2の複数のコンデンサ組のうちの各コンデンサ組は、前記複数のコンデンサのうちの直列に接続された2つ以上のものを備え、
前記第1のパターン形状を画定する前記第1の複数のコンデンサ組は、並列に接続され、前記第2のパターン形状を画定する前記第2の複数のコンデンサ組は、並列に接続され、
前記1つ以上の回路基板は、電極が前記複数のコンデンサと電気連通するように、前記電極に結合されるように構成され、
前記1つ以上の回路基板は、第1の積層可能回路基板と、前記第1の積層可能回路基板に結合された第2の積層可能回路基板とを備え、
前記第1の積層可能回路基板は、前記第1及び第2の積層可能回路基板の外縁に沿って配置されたコネクタによって、前記第2の積層可能回路基板に電気的に結合されている、装置。 - 前記1つ以上の回路基板のうちの少なくとも1つは、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分及び前記第2の部分に結合され、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分のコンデンサ組のうちの1つと、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分のコンデンサ組のうちの1つとの間に置かれている、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板に結合され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、前記第2の積層可能回路基板に結合されている、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、前記第1の積層可能回路基板の前記第1の側に配置され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、前記第1の積層可能回路基板の前記第2の側に配置され、前記第1の積層可能回路基板の前記第2の側は、前記第1の積層可能回路基板の前記第1の側と対向している、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分が前記第1の積層可能回路基板の中心から離れるように半径方向に延びるように、円形パターン形状で前記第1の積層可能回路基板に結合される、請求項3に記載の装置。
- 前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分が前記第2の積層可能回路基板の中心から離れるように半径方向に延びるように、円形パターン形状で前記第2の積層可能回路基板に結合されている、請求項5に記載の装置。
- 前記第1の積層可能回路基板は、外縁をさらに備え、前記第2の積層可能回路基板は、外縁をさらに備え、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分は、電流を前記第1の積層可能回路基板の外縁から前記第1の積層可能回路基板の中心に向かって流動させるように構成され、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分は、電流を前記第2の積層可能回路基板の外縁から前記第2の積層可能回路基板の中心に向かって流動させるように構成されている、請求項6に記載の装置。
- 前記複数のコンデンサは、平面配置を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のコンデンサは、2nH~200nHの全体的インダクタンスを有する回路を形成するように前記第1のパターン形状及び前記第2のパターン形状にて配列されている、請求項1に記載の装置。
- 各コンデンサは、100ナノファラド以下の容量を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記第1のパターン形状は、前記複数のコンデンサのうちの前記第1の部分が前記第1の回路基板に沿って第1の方向に延びて、前記第1の方向に沿って電流を発生させるようになっており、
前記第2のパターン形状は、前記複数のコンデンサのうちの前記第2の部分が前記第1の回路基板又は前記第2の回路基板に沿って第2の方向に延びて、前記第2の方向に沿って電流を流動させるようになっており、
前記第2の方向は、前記第1の方向と逆方向である、請求項1に記載の装置。 - 前記第1の複数のコンデンサ組は、当該第1の複数のコンデンサ組における他のコンデンサ組と並列に各々が接続された10個以上のコンデンサ組を備え、
前記第1の複数のコンデンサ組の各々は、直列に接続された10個以上のコンデンサを含む、請求項11に記載の装置。
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