CN104619272A - 采用能量控制的冲击波导管系统 - Google Patents

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Abstract

一种破碎在液体中的钙的系统，该系统包括包含第一电极和第二电极的导管，第一电极和第二电极被布置为在其间接收处在初始低电流的高电压。该高电压使得在电极之间形成电弧，产生在流体内的气体气泡、流过电极的大电流、以及机械冲击波。电源为电极提供处在初始电流的高电压并响应于流过电极的大电流而终止高电压。

Description

采用能量控制的冲击波导管系统
相关申请的交叉引用
本申请要求在2012年9月13日提交的申请号为13/615,107的美国专利申请的优先权，其公开以整体通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于经皮冠状血管成形术或外周血管成形术的治疗系统。
背景技术
本发明涉及用于经皮冠状血管成形术或外周血管成形术的治疗系统，在该系统中，扩张导管用于穿过病灶以便扩张病灶并恢复在动脉中的正常的血液流动。这在当病灶是在动脉壁中的钙化病灶时特别有用。钙化病灶需要高压(有时高达10-15或甚至30个大气压)来破碎钙化斑块并将其推回到血管壁中。采用这种压力会对血管壁产生创伤，这可导致血管反弹、解剖、形成血栓以及高水平的再狭窄。当暴露到高压中时，不同心的钙化病灶可对血管的游离壁造成过度压力。充胀到高压的血管成形术球囊可具有球囊将膨胀达到的特定的最大直径，但在血管中的同心病灶下的开口通常将小得多。当增加压力以打开血液通路时，球囊(在破开前)将被限制到在钙化病灶中的开口的尺寸。随着压力积累，在钙化病灶破碎或裂解以前，非常大量的能量存储在球囊中。然后该能量释放并造成球囊快速膨胀到其最大尺寸，并且可施压并损伤血管壁。
最近，已经设想用于打碎诸如在动脉和静脉中的钙沉积物的新系统和方法。例如在2009年12月17日公布的公开号为2009/0312768的美国专利公开中描述了这种系统。在此描述的实施例包括导管，该导管在其远端处具有诸如血管成形术球囊的球囊，该球囊被布置为以液体充胀。在球囊内放置的是例如一对电极形式的冲击波发生器，该对电极通过连接器耦接到在导管近端处的高电压源。当将球囊邻近静脉或动脉的钙化区域放置并且在电极之间施加高电压时，形成冲击波，该冲击波通过流体传播并撞击在球囊壁以及钙化区域上。重复的脉冲打碎钙而不损害周围的软组织。
每个高电压脉冲使得在电极之间形成弧。弧又使蒸汽气泡形成。每个蒸汽气泡有可能产生两个冲击波，即作为气泡膨胀结果的前沿冲击波和作为气泡破裂结果的后沿冲击波。后沿冲击波呈现高度可变的能量水平以及通常比前沿冲击波大得多的能量水平。后沿冲击波的能量水平主要依赖于气泡破裂的均匀性。球形气泡均匀破裂到一点似乎产生最大的冲击波能量。不幸地，与在必须装入钙化的静脉或动脉或甚至输尿管中的球囊中的可用空间相比，球形气泡配置需要更大很多的空间。事实上，通过将气泡限制到不规则形状可大幅消除后沿冲击波。结果，对于冲击波的血管成形术或其它心脏或非心脏的应用，不能可靠地依赖后沿冲击波来产生一致的结果。
然而，由气泡膨胀形成的前沿冲击波是不同的情况。在呈现普遍较低能量的时候，前沿冲击波在能量水平上更加一致。因此，前沿冲击波对于使用于诸如血管成形术或瓣膜成形术的医疗程序中是好的候选。
另一种考虑是将由施加到电极的高电压表示的能量的量。每个高电压脉冲去除电极材料的一部分。为了将电极装入钙化的静脉或动脉中，电极的尺寸必须小，因此电极仅能够维持有限数量的足以形成产生电弧的冲击波的高电压脉冲。
而且，已经获知为要维持前沿冲击波，无需在整个冲击波期间维持高电压。在初始电弧后的某点之外维持高电压不会导致任何更大强度的冲击波。而且，因为气泡由蒸汽构成，蒸汽产生可增加邻近软组织温度的热量。超过体温仅两摄氏度的温度升高可造成软组织损害。
试图使用来自电弧的冲击波用于治疗性目的先前技术的又一另外的重要方面是，从最初向电极施加高电压的时间到弧发生的时间存在驻留时间(Td)，该驻留时间从施加一个高电压到另一个是高度可变的。为考虑长的驻留时间，先前技术的策略依赖于高电压施加，其中所有的高电压脉冲持续时间或脉冲宽度是相同长度且其长度足以延伸穿过最长的预期驻留时间加上关联的弧和蒸汽气泡。因此，当驻留时间短于最大值时，高电压施加持续时间长于必要时间并可不必要地将弧以及蒸汽气泡延伸超过产生最大强度的冲击波所需要的时间。结果是浪费能量、延伸的电极侵蚀以及相邻组织的不必要加热。
因此，在本领域技术中需要能够控制施加于电弧冲击波发生器的电极的能量。更特别地，需要控制施加的能量以确保适当的气泡和冲击波形成，而同时节约电极材料并确保组织安全。本发明处理这些以及其它问题。
发明内容
在一实施例中，系统包括导管，所述导管包括细长的载体以及以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体的球囊。所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体。所述导管还包括在所述球囊内的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压。所述高电压使得在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧。所述电弧产生在所述流体内的气体气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述球囊内的机械冲击波。所述系统还包括电源，所述电源为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压并响应于流过所述第一电极和所述第二电极的所述大电流而终止所述高电压。
所述电源包括感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流的电流传感器。当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，所述电流传感器使所述电源终止所述高电压。所述预定限值可在50安培的量级。
所述系统还可包括在所述球囊内的温度传感器，所述温度传感器感测在所述球囊内的所述流体的温度。所述电源还可响应于所述温度传感器。
响应于在所述球囊内的所述流体的所述温度的增加，所述温度传感器可使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量，以控制所述流体的所述温度。响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度两摄氏度以上，所述温度传感器可使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度。所述温度传感器可使所述电源通过减小所述序列高电压脉冲的所述幅度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。替代地，所述温度传感器可使所述电源通过暂时地终止所述序列高电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲具有脉冲率。所述温度传感器可使所述电源通过减少所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述球囊可以是扩张球囊。所述扩张球囊可以是血管成形术球囊。在一些诸如碎石术的应用中，可能不需要球囊。
所述系统还可包括计时器，所述计时器响应于流过所述第一电极和所述第二电极的大电流而计时延迟时间，并且其中在所述延迟时间被计时之后，所述电源可终止所述高电压。所述电源可包括电流传感器，所述电流传感器感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流，并且当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，所述电流传感器可使计时器计时所述延迟时间。所述预定限值可以在50安培的量级。
在另一实施例中，系统包括导管，所述导管包括细长的载体和球囊，所述载体具有导丝管腔，所述球囊具有以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体的内表面。所述球囊与载体形成通道。所述通道被布置为接收充胀所述球囊的流体。所述导管还包括在所述球囊内且在所述载体与所述球囊的所述内表面之间的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压，以使得在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧。所述电弧产生在所述流体内的气体气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述球囊内的机械冲击波。所述系统还包括电源，所述电源为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并响应于流过所述第一电极和所述第二电极的所述大电流而终止所述高电压。
在另外的实施例中，系统包括导管，所述导管包括细长的载体和以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体的球囊。所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体。所述导管还包括在所述球囊内的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压，以使得在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧。所述电弧产生在所述流体内的蒸汽气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述球囊内的机械冲击波。所述蒸汽气泡增加所述流体的温度。所述系统还包括电源和在所述球囊内的温度传感器，所述温度传感器感测在所述球囊内的所述流体的温度，所述电源为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并响应于在所述球囊内的所述流体的感测温度而控制由所述高电压提供的能量。
响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，所述温度传感器使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量，以控制所述流体的温度。响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度大约两摄氏度，所述温度传感器使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度。所述温度传感器可替代地使所述电源通过减小所述序列高电压脉冲的所述幅度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。所述温度传感器可替代地使所述电源通过暂时地终止所述序列高电电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲具有脉冲率。所述温度传感器可替代地使所述电源通过减小所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述导管的所述载体可具有导丝管腔。所述球囊具有内表面，所述内表面与所述载体形成通道，所述通道被布置为接收充胀所述球囊的所述流体。所述第一电极和所述第二电极可安置于所述载体和所述球囊的所述内表面之间。
根据另外的实施例，本发明提供一种方法，所述方法包括如下步骤：提供一种导管，所述导管包括细长的载体、球囊以及第一电极和第二电极，所述球囊以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体，所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体，并且所述第一电极和所述第二电极在所述球囊内。所述方法还包括将所述流体引入到所述球囊中以充胀所述球囊，在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压以在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流，并且在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧之后，响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
所述改变步骤可包括终止在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，可终止所述高电压的施加。所述预定限值可以在50安培的量级。
所述方法可包括另外的步骤，即感测在所述球囊内的所述流体的温度，并且所述改变步骤可包括响应于所述流体的感测的温度，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
所述改变步骤可包括响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量，以控制所述流体的温度。响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度两摄氏度以上，可减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述施加步骤可包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，并且所述改变步骤还可包括通过暂时地终止所述序列高电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲具有脉冲率。替代地，所述改变步骤还可包括通过减小所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述方法可包括另外的步骤，即响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流而计时延迟时间，并且所述改变步骤可包括在所述延迟时间被计时之后，终止在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时可计时所述延迟时间。所述预定限值可以在50安培的量级。
根据另一实施例，方法包括如下步骤：提供一种导管，所述导管包括细长的载体、球囊以及第一电极和第二电极，所述球囊以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体，所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体，并且所述第一电极和所述第二电极在所述球囊内。所述方法还包括将所述流体引入到所述球囊中以充胀所述球囊，在所述第一电极和所述第二电极之间施加以电压形式的能量，以在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，感测在所述球囊内的所述流体的所述温度，并且响应于在所述球囊内的所述流体的感测的温度而改变在所述第一电极和所述第二电极之间的能量的施加。
所述改变步骤可包括响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。所述改变步骤可包括响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度大约两摄氏度，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度。所述改变步骤可包括通过减小所述序列高电压脉冲的所述幅度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述施加步骤可包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，并且所述改变步骤还可包括通过暂时地终止所述序列高电电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述施加步骤可包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲具有脉冲率。所述改变步骤还可包括通过减少所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
在进一步的实施例中，治疗体液内的阻塞的系统包括导管，所述导管包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压。所述高电压使得在所述体液内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧。所述电弧产生在所述体液内的气体气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述体液内的机械冲击波。所述系统还包括电源，所述电源为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并响应于流过所述第一电极和所述第二电极的所述大电流而终止所述高电压。
由所述电源施加的能量可以是以序列高电压脉冲的形式。所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度。所述电源可通过改变所述序列高电压脉冲的所述幅度来进一步控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲具有脉冲率。替代地，所述电源可通过改变所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来改变施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述系统还可包括计时器，所述计时器响应于流过所述第一电极和所述第二电极的大电流而计时延迟时间，并且在所述延迟时间被计时之后，所述电源可终止所述高电压。所述电源可包括电流传感器，所述电流传感器感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流，并且当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，所述电流传感器可使计时器计时所述延迟时间。所述预定限值可以在50安培的量级。
在更进一步的实施例中，方法包括如下步骤：提供一种导管，所述导管包括第一电极和第二电极，在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压以在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流，并且在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧之后，响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
所述施加步骤可包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，所述序列高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述改变步骤还包括通过改变所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述序列高电压脉冲具有幅度。所述改变步骤可替代地或附加地包括通过改变所述序列高电压脉冲的所述幅度来控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
所述方法可包括另外的步骤，即响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流而计时延迟时间，并且所述改变步骤可包括在计时所述延迟时间之后，终止在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时可计时所述延迟时间。所述预定限值可以在50安培的量级。
附图说明
在所附权利要求中特别阐述了被认为新颖的本发明特征。通过参考如下与附图结合阅读的描述可最佳地理解本发明及其进一步特征和优点，在多个附图中，相同的参考数字标识相同的元件，并且其中：
图1是可有利地利用本发明的多种实施例的类型的血管成形术球囊导管的简化侧视图；
图2是根据本发明一实施例的可用于图1的导管中并耦接于高电压脉冲源的电极的简化侧视图；
图3是图2的电极结构的正视平面图；
图4是根据本发明实施例的系统的简化的等效电路图；
图5是图示根据本发明实施例的施加于一对电弧冲击波产生电极的高电压脉冲以及所产生的流过电极的电流的图；
图6是根据本发明实施例的在血管成形术电弧冲击波血管成形术导管中使用的电源的示意图；
图7是根据本发明方面的其中具有电弧产生电极结构与温度探针的扩张导管的侧视图；
图8是根据本发明进一步实施例的血管成形术导管系统的示意图；
图9是其中不需要球囊的部分剖视的进一步实施例的简化侧视图；以及
图10是图示本发明进一步实施例的流程图。
具体实施方式
图1是血管成形术球囊导管20的简化的侧视图，该血管成形术球囊导管20是可有利地利用本发明各种实施例的类型。导管20包括诸如空心鞘管21的细长的载体、扩张球囊26以及导丝构件28，该扩张球囊26以与该鞘管21呈密封关系围绕鞘管21而形成，在密封23处球囊被密封到该导丝构件28。导丝构件具有纵向内腔29，通过该纵向内腔29可接收导丝(未示出)以用于将导管20引导到例如在静脉或动脉内的期望位置。
鞘管21与导丝构件28形成通道27，通过该通道27，诸如盐水的流体可被准许进入球囊以充胀球囊。通道27还允许球囊26配备电极对25，包括在充满流体的球囊26内的电极22和电极24。
如可在图2中看到的，电极22和电极24附接到高电压脉冲源40。如可在图3中看到的，电极22和电极24以同轴设置，并且电极22是中心电极而电极24是围绕电极22的环形电极。中心电极22耦接到源40的正极端子44而环电极24耦接到源40的负极端子46。电极22和电极24由诸如不锈钢的金属构成，并保持受控的相隔距离以允许针对给定施加的电压和电流形成可再生弧。
在流体中的电极22与电极24之间的电弧用于在流体中生成冲击波。施加于电极22与电极24的每个高电压脉冲在电极之间形成电弧。电压脉冲可具有低至500伏的幅度，但优选地，电压幅度在1000伏到10000伏的范围中。球囊26可充满水或盐水，以便轻轻地将球囊安装在动脉或静脉壁中，例如直接接近于钙化病灶。流体还可包含X射线对比剂以允许在使用期间对导管进行荧光镜查看。一旦导管20定位于导丝(未示出)，医师或执刀医生可开始向电极施加高电压脉冲以形成裂解钙化斑块的冲击波。该冲击波将被引导通过流体、通过球囊、通过血液与血管壁到钙化病灶，在钙化病灶处，无需球囊将过多的压力施加在动脉壁上，能量将破碎硬化的斑块。
图4是根据本发明的实施例的系统的简化等效电路图。这里可看到电容存储了高电压。当闭合开关60时，在电极22和电极24之间的电压降在初始低电流水平上开始快速上升。在驻留时间之后，当电极之间的电压达到在电极之间的流体的击穿电压时，在电极之间发生电弧。弧导致在电极之间形成蒸汽气泡和流过电极的相对大的电流。气泡的膨胀形成第一或前沿冲击波。在一段时间之后，蒸汽气泡冷却并凝结，导致气泡破裂。破裂气泡具有形成第二或后沿冲击波的可能性。如先前所提及的，后沿冲击波相对不可靠，冲击波与冲击波之间呈现不一致的强度。因此，前沿冲击波对于可靠疗法具有最好前景。
已经发现在高电压脉冲的对应蒸汽气泡的整个存在期间无需持续保持高电压脉冲，即可实现有效的冲击波强度。此外，在蒸汽气泡破裂之前终止高电压的施加可用来保护电极材料，使得一对电极持续增加数量的施加的高电压脉冲。仍进一步地，如随后将看到的，高电压的提早终止还可有利地用于控制在球囊液体内的温度。
图5是图示根据本发明实施例的向一对产生电弧冲击波的电极施加的高电压脉冲以及产生的流过电极的电流的图。当首先闭合开关60(图4)时，电极之间的电压快速上升到电平70。在这段时间期间，如由虚线72所示的，通过电极的电流相对低。在驻留时间(Td)之后，弧在电极之间发生。在此时蒸汽气泡开始形成并且大电流开始流过电极。根据本发明的实施例，响应于流过电极的电流，终止高电压的施加。这节约了施加于电极的能量，使得与如果施加高电压更久或贯穿气泡存在期间维持高电压的情况相比，电极对于更多数量的脉冲保持有用。在没有对产生的前沿冲击波强度的不利影响的情况下，获得了以此方式控制施加的能量的优点。
图6是根据本发明实施例的在电弧冲击波血管成形术导管中使用的电源80的示意图。电源80具有可耦接到图1的电极22输出端子82以及可耦接到图1的电极24的输出端子84。开关电路86选择性地将在线88上的高电压施加在电极之间。微处理器90或诸如门阵列的其它类似控制电路对源80的总体操作进行控制。现场可编程门阵列(FPGA)也可以以本领域所知的方式取代微处理器。微处理器90通过光电驱动器92耦接到开关86。开关包括包含电流感测电阻器96的电流传感器94，当流过电极的电流达到预定限值(例如五十(50)安培)时，该电流感测电阻器96生成施加于光隔离器98的信号。
在操作中，微处理器90通过光电驱动器92使开关86将高电压施加到电极22和电极24。微处理器90通过光隔离器98监测通过电阻器96感测的电流。当流过电极的电流达到预定限值(例如50安培)时，微处理器90使高电压的施加终止。前述过程针对施加于电极22和电极24的每个高电压脉冲发生。每个脉冲造成一致和有用的强度的冲击波。而且，因为提早终止高电压的施加，电极材料被保护以延长电极的使用寿命。
图7是根据本发明方面的其中具有电弧产生电极结构和温度探针的扩张导管的侧视图。图7的导管20可与图1中所示出的导管相同。然而在这里，导管20还包括温度探针或传感器100。可采用温度传感器以用于感测在球囊内的流体温度。优选地，不应该允许在球囊26内的流体温度上升超过周围体温多于两摄氏度。如果发生这种情况，可造成软组织损害。
图8是根据本发明进一步实施例的包括导管20和温度探针100的血管成形术导管系统110的示意图。在这里该系统还包括微处理器90、开关86、光电驱动器92以及光隔离器98。所有这些元件可按先前所描述的起作用。此外，温度传感器100通过另一个光隔离器120传送指示在球囊26内的流体温度的温度信号。如果在球囊26内的温度上升到超过一定温度，例如超过周围体温多于两摄氏度，则减小施加于电极的能量。这将减小由电极产生的蒸汽气泡的尺寸和持续时间以将在球囊内的流体的温度保持在安全限值内。微处理器90可使开关86减小施加的高电压脉冲的脉冲幅度或者施加的高电压脉冲的脉冲率。可以替代地暂时终止脉冲的施加。
图9是其中不需要球囊的进一步实施例的部分剖视的简化侧视图。在该实施例中，根据本发明的进一步方面，示出治疗阻塞(更具体地是肾结石131)的系统134。系统包括导管133，该导管133在其远端以类似于图1与图2中的电极对25的电极对132终结。系统还包括电源140。电源具有正极输出端子142和负极输出端子144。电极对132的中心电极可耦接到源140的正极端子142并且电极对132的环电极可耦接到源140的负极端子144。电极对132的电极可由诸如不锈钢的金属构成，并且保持受控的相隔距离以允许针对给定的施加电压和电流形成可再生弧。
示出在输尿管130中的系统134的导管133。输尿管具有需要治疗的肾结石131。根据该实施例，如先前所描述的，向电极对132施加电压脉冲以产生前沿冲击波。冲击波通过在输尿管内的流体传播并直接撞击在肾结石131上。以如先前所描述的方法，可操作电源以将施加于电极对的能量保持在限值之内以确保由生成的弧所产生的蒸汽气泡不伤害输尿管。为此目的，可控制施加的电压的幅度或脉冲率。因此，通过在产生的弧期间控制电流能量，例如通过控制电流的接通时间，尽管没有采用如在先前实施例中的球囊，可最小化对输尿管的气压伤。当然，图9的系统也可使用在诸如胆管的其它身体器官中。
图10是图示本发明进一步实施例的过程的流程图。图10的实施例考虑诸如开关86(图6)的高电压开关关断所需要的时间(关断时间)以及一旦出现电弧时流过电极的电流的上升时间。通过电极的电流最终可达到100安培或更多，在该点上将形成最大强度冲击波。为了允许达到最大电流并考虑开关86的关断时间，对从当流过电极的电流在已知为低于最大电流的固定阈值处时延伸到在期望电流最大值之前开关关断时间的延迟进行计时。例如，电流阈值可以是50安培。当通过电极的电流等于50安培时，通过开启在微处理器90内的延迟计时器来开始延迟计时。如果在电流达到50安培之后200纳秒预期电流最大，并且如果在接收关断信号之后需要100纳秒来实际上关断高电压开关，在向高电压开关施加关断信号之前应从感测50安培起计时100纳秒的延迟。因此，在电流到达50安培之后将经过总共200纳秒的时间，并且，因此将到达其最大值。当电流到达其最大值时，或不久以后，将终止施加于电极的电压。
现将参照图10的流程图200，并且还参考图6，过程开始于活动步骤202，在该步骤202中向用于施加到诸如电极22和电极24(图1)之类的电极的输出端子82和84施加高电压。开始时，最初流过电极的电流相对低。然而，在驻留时间之后，施加的高电压使得在电极之间开始形成电弧，感测通过电极的电流，并且电流快速上升。如前述所描述的，感测通过电极的电流。在决定框204处，微处理器90确定感测的电流是否已经达到50安培。当电流达到50安培时，过程前进到活动框206，在该活动框206中开始前述延迟时间(x)的计时。接着，在决定框208中，确定何时已经计时延迟时间。依照该实施例，延迟时间(x)可以是100纳秒。当100纳秒的延迟时间被计时时，过程前进到活动框210，在该活动框210中，过程以由微处理器90将关断信号施加到高电压开关86来完成。在将关断信号施加到开关86一段时间之后，将实际关断开关86。因为关断开关需要100纳秒并且因为在将关断信号施加给开关之前计时100纳秒，在实际上终止向电极施加电压之前，从感测50安培电流起将经过200纳秒。这为电流达到其最大值以生成最大强度冲击波提供了足够时间。当电流达到最大值或不久以后，将终止电压施加。
作为前述的结果，形成最大强度冲击波而没有浪费能量，没有过度侵蚀电极以及没有生成不必要热量。如可注意的，可以在本文中公开的包括图9的不需要球囊的实施例中的每个实施例中有利地采用延迟计时。
虽然已经示出并描述本发明的特定实施例，但可做出修改。因此旨在所附权利要求中覆盖落在由这些权利要求限定的本发明的真实精神和范围内的所有这种变化和修改。

Claims (54)

1.一种系统，所述系统包括：
导管，其包括细长的载体、球囊以及第一电极和第二电极，所述球囊以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体，所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体，在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压，所述高电压使得在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，所述电弧产生在所述流体内的气体气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述球囊内的机械冲击波；以及
电源，其为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并且响应于流过所述第一电极和所述第二电极的所述大电流而终止所述高电压。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述电源包括感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流的电流传感器。
3.如权利要求2所述的系统，其中当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，所述电流传感器使所述电源终止所述高电压。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述预定限值在50安培的量级。
5.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括在所述球囊内的温度传感器，所述温度传感器感测在所述球囊内的所述流体的温度，并且其中所述电源还响应于所述温度传感器。
6.如权利要求5所述的系统，其中响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，所述温度传感器使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量，以控制所述流体的温度。
7.如权利要求6所述的系统，其中响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度两摄氏度以上，所述温度传感器使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
8.如权利要求6所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，并且其中所述温度传感器使所述电源通过暂时地终止所述序列电高电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
9.如权利要求6所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列电高电压脉冲的形式，其中所述序列电高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述温度传感器使所述电源通过减少所述序列电高电压脉冲的所述脉冲率来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述球囊是扩张球囊。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述扩张球囊是血管成形术球囊。
12.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括计时器，所述计时器响应于流过所述第一电极和所述第二电极的大电流而计时延迟时间，并且其中在所述延迟时间已被计时之后，所述电源终止所述高电压。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述电源包括电流传感器，所述电流传感器感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流，并且其中当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，所述电流传感器使计时器计时所述延迟时间。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述预定限值在50安培的量级。
15.一种系统，所述系统包括：
导管，包括细长的载体、球囊、以及第一电极和第二电极，所述载体具有导丝管腔，所述球囊具有以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体的内表面，所述球囊与载体形成通道，所述通道被布置为接收充胀所述球囊的流体，所述第一电极和所述第二电极在所述球囊内且在所述载体与所述球囊的所述内表面之间，所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压，以使得在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，所述电弧产生在所述流体内的气体气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述球囊内的机械冲击波；以及
电源，其为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并且响应于流过所述第一电极和所述第二电极的所述大电流而终止所述高电压。
16.一种系统，所述系统包括：
导管，其包括细长的载体、球囊以及第一电极和第二电极，所述球囊以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体，所述球囊被布置为接收充胀所述球囊的流体，在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压，以使得在所述球囊内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，所述电弧产生在所述流体内的蒸汽气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述球囊内的机械冲击波，所述蒸汽气泡增加所述流体的温度；
温度传感器，其在所述球囊内，所述温度传感器感测在所述球囊内的所述流体的温度；
电源，其为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并且所述电源响应于在所述球囊内的所述流体的感测温度而控制由所述高电压提供的能量。
17.如权利要求16所述的系统，其中响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，所述温度传感器使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量，以控制所述流体的温度。
18.如权利要求17所述的系统，其中响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度大约两摄氏度，所述温度传感器使所述电源减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
19.如权利要求17所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，其中所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有脉冲宽度，并且其中所述温度传感器使所述电源通过减小所述序列高电压脉冲的脉冲宽度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
20.如权利要求17所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，其中所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度，并且其中所述温度传感器使所述电源通过减小所述序列高电压脉冲的幅度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
21.如权利要求17所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，并且其中所述温度传感器使所述电源通过暂时地终止所述序列高电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
22.如权利要求17所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，其中所述序列高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述温度传感器使所述电源通过减小所述序列高电压脉冲的脉冲率来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
23.如权利要求16所述的系统，其中所述载体具有导丝管腔，其中所述球囊具有内表面，其中所述球囊与所述载体形成通道，所述通道被布置为接收充胀所述球囊的所述流体，并且其中所述第一电极和所述第二电极在所述载体和所述球囊的所述内表面之间。
24.一种方法，所述方法包括：
提供一种导管，所述导管包括细长的载体、球囊以及第一电极和第二电极，所述球囊以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体，所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体，并且所述第一电极和所述第二电极在所述球囊内；
将所述流体引入到所述球囊中以充胀所述球囊；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压以在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧；
感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流；以及
在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧之后，响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述改变步骤包括终止在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
26.如权利要求25所述的方法，其中当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，终止所述高电压的施加。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述预定限值在50安培的量级。
28.如权利要求24所述的方法，所述方法包括另外的步骤，即感测在所述球囊内的所述流体的温度，并且所述改变步骤包括响应于所述流体的感测的温度，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述改变步骤包括响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量，以控制所述流体的温度。
30.如权利要求29所述的方法，其中响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度两摄氏度以上，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
31.如权利要求28所述的方法，其中所述施加步骤包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，并且其中所述改变步骤还包括通过暂时地终止所述序列高电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
32.如权利要求28所述的方法，其中所述施加步骤包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述改变步骤还包括通过减小所述序列高电压脉冲的脉冲率来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
33.如权利要求24所述的方法，所述方法包括另外的步骤，即响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流而计时延迟时间，并且其中所述改变步骤包括在计时所述延迟时间之后，终止在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
34.如权利要求33所述的方法，其中当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时所述延迟时间被计时。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述预定限值在50安培的量级。
36.一种方法，所述方法包括：
提供一种导管，所述导管包括细长的载体、球囊以及第一电极和第二电极，所述球囊以与所述载体呈密封关系来围绕所述载体，所述球囊被布置为在其中接收充胀所述球囊的流体，并且所述第一电极和所述第二电极在所述球囊内；
将所述流体引入到所述球囊中以充胀所述球囊；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加以电压形式的能量，以在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧；
感测在所述球囊内的所述流体的温度；
响应于在所述球囊内的所述流体的感测的温度，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的能量的施加。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述改变步骤包括响应于在所述球囊内的所述流体的温度的增加，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述改变步骤包括响应于在所述球囊内的所述流体的温度增加到超过周围温度大约两摄氏度，减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述施加步骤包括向所述第一电极和所述第二电极施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有脉冲宽度，并且其中所述改变步骤包括通过减小所述序列高电压脉冲的所述脉冲宽度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述施加步骤包括向所述第一电极和所述第二电极施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度，并且其中所述改变步骤包括通过减小所述序列高电压脉冲的所述幅度来减小施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
41.如权利要求36所述的方法，其中所述施加步骤包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，并且其中所述改变步骤还包括通过暂时地终止所述序列高电压脉冲来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
42.如权利要求36所述的方法，其中所述施加步骤包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述改变步骤还包括通过减少所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来减少施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
43.一种治疗体液内的阻塞的系统，所述系统包括：
导管，其包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置为在所述第一电极和所述第二电极之间接收处在初始低电流的高电压，所述高电压使得在所述体液内的所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧，所述电弧产生在所述体液内的气体气泡、流过所述第一电极和所述第二电极的大电流、以及在所述体液内的机械冲击波；以及
电源，其为所述第一电极和所述第二电极提供处在初始电流的所述高电压，并且响应于流过所述第一电极和所述第二电极的所述大电流而终止所述高电压。
44.如权利要求43所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，其中所述序列高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述电源通过改变所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来进一步控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
45.如权利要求43所述的系统，其中由所述电源施加于所述第一电极和所述第二电极的能量是以序列高电压脉冲的形式，其中所述序列高电压脉冲的每个脉冲具有幅度，并且其中所述电源通过改变所述序列高电压脉冲的所述幅度来进一步控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
46.如权利要求43所述的系统，所述系统还包括计时器，所述计时器响应于流过所述第一电极和所述第二电极的大电流而计时延迟时间，并且其中在所述延迟时间被计时之后，所述电源终止所述高电压。
47.如权利要求46所述的系统，其中所述电源包括电流传感器，所述电流传感器感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流，并且其中当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时，所述电流传感器使计时器计时所述延迟时间。
48.如权利要求47所述的系统，其中所述预定限值在50安培的量级。
49.一种方法，所述方法包括：
提供一种导管，所述导管包括在球囊内的第一电极和第二电极；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压以在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧；
感测流过所述第一电极和所述第二电极的电流；以及
在所述第一电极和所述第二电极之间形成电弧之后，响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流，改变在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
50.如权利要求49所述的方法，其中所述施加步骤包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲具有脉冲率，并且其中所述改变步骤还包括通过改变所述序列高电压脉冲的所述脉冲率来控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
51.如权利要求49所述的方法，其中所述施加步骤包括施加以序列高电压脉冲形式的能量，其中所述序列高电压脉冲具有幅度，并且其中所述改变步骤包括通过改变所述序列高电压脉冲的所述幅度来控制施加于所述第一电极和所述第二电极的能量。
52.如权利要求49所述的方法，所述方法包括另外的步骤，即响应于流过所述第一电极和所述第二电极的感测的电流而计时延迟时间，并且其中所述改变步骤包括在计时所述延迟时间之后，终止在所述第一电极和所述第二电极之间的所述电压的施加。
53.如权利要求52所述的方法，其中当流过所述第一电极和所述第二电极的电流达到预定限值时计时所述延迟时间。
54.如权利要求53所述的方法，其中所述预定限值在50安培的量级。
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