用于生成治疗冲击波的设备的制作方法

本发明总体上涉及激波或冲击波的治疗用途。更特别地但不限于，本发明涉及具有改善的电极寿命的用于生成治疗激波或冲击波(具有治疗用途的冲击波)的设备。

背景技术：

1、声学冲击波对于某些疗法已被使用多年。“激波”或“冲击波”一般指的是产生突然且强烈的压力变化的声学现象(例如，源自爆炸和闪电)。这些强烈的压力变化可以生成强烈的能量波，该能量波可以通过诸如空气、水、人体软组织或者诸如骨头的某些固体物质的弹性介质传播，并且/或者在这种弹性介质中诱发非弹性响应。用于产生治疗用途的冲击波的方法包括：(1)电液或火花隙(eh)；(2)电磁波或emse；和(3)压电。每一种都基于其自身独特的物理原理。

2、a.用于冲击波生成的装置和系统

3、由本发明的发明人之一提出的美国专利申请13/574,228(公开为wo2011/091020的pct/us2011/021692的国家阶段申请)公开了用于通过使用换能器以高脉冲速率生成冲击波的装置。该装置包括：配置成发射具有1mhz～1000mhz中的至少一个频率的声波的声波生成器；联接至声波生成器的冲击波壳体；和设置在冲击波壳体中的冲击波介质，其中，所述装置配置成使得，如果声波生成器发射声波，那么声波的至少一些部分将通过冲击波介质行进并且形成冲击波。该装置可被致动以形成配置成导致患者体内的粒子使患者的一个或多个细胞破裂的冲击波，并且，冲击波可被引向患者的细胞，使得冲击波导致粒子使细胞中的一个或多个破裂。该声学换能器装置能够以高的频率或脉冲速率产生高功率冲击波。

4、另外，同样由本发明人提出的美国专利申请13/798,712公开了用于以10hz和5mhz的速率电液生成冲击波的设备和方法，包括：限定腔室和冲击波出口的壳体；设置在腔室内的液体；多个电极(例如，在火花头或模块中)，其配置成布置在腔室中以限定一个或多个火花隙；和脉冲生成系统，其配置成以10hz～5mhz的速率向电极施加电压脉冲。

5、其它的用于产生冲击波的系统可以包括电液(eh)波生成器。eh系统通常可传输水平与其它方法类似的能量，但可以配置成在更宽的区域上传输该能量并因此在更短的时间段内向目标组织传输更大量的冲击波能量。eh系统通常包含电极(即，火花塞)以引发冲击波。在eh系统中，当向浸入容纳于封壳中的处理水中的电极施加电力时，生成高能量冲击波。当电荷被激发时，少量的水在电极的末端处被汽化，并且汽化的水迅速、几乎瞬时地膨胀，生成通过液体水向外传播的冲击波。在一些实施例中，水容纳于椭球体封壳中。在这些实施例中，冲击波可从椭球体封壳的侧面弹射并会聚于与待处理区域的位置重合的焦点处。

6、例如，美国专利no.7,189,209(‘209专利)描述了通过施加声学冲击波治疗与骨和肌肉骨骼环境以及软组织相关的病理学病症的方法。‘209专利描述了冲击波引起局部创伤和其中的细胞凋亡，包括微破裂，以及引起诸如细胞补充的成骨细胞反应，刺激分子骨、软骨、腱、筋膜的形成以及软组织形态发生和生长因素，并且引起新生血管形成。'209专利对其方法的几个具体实施方式要求权利。例如，‘209专利对治疗糖尿病足溃疡或压疮的方法要求权利，该方法包括：在患者体内定位糖尿病足溃疡或压疮的部位或疑似部位；生成声学冲击波；对整个定位的部位聚焦声学冲击波；以及每次治疗向定位的部位施加多于500～约2500个声学冲击波，以引起微损伤和更多的血管形成，由此引起或加速愈合。‘209专利公开了频率范围为约0.5～4赫兹和每个治疗部位施加约300～2500或约500～8000个声学冲击波，这可能会导致每个治疗部位的治疗持续时间和/或所有部位的“每次治疗总时间”不便利地过长。例如，‘209专利公开了不同例子的每次治疗总时间的范围为20分钟～3小时。

7、美国专利5,529,572(‘572专利)包括使用电液生成的冲击波以在组织上产生治疗效果的另一例子。‘572专利描述了增加骨的密度和强度(以治疗骨质疏松症)的方法，该方法包括使所述骨经受基本上平面的、准直化的压缩冲击波，该冲击波根据与冲击波源的距离而具有基本上恒定的强度，并且其中，所述准直化的冲击波以50～500个大气压的强度施加到骨上。‘572专利描述了施加未聚焦的冲击波以产生骨的动态反复载荷，由此增加平均骨密度，并由此加强骨的抗断裂性。如‘572专利所述，“优选在待治疗的骨的相对大的表面上，例如覆盖10～150cm2的面积，施加未聚焦的冲击波。冲击波的强度可以为50～500个大气压。每个冲击波如在传统碎石器中那样具有几微秒的持续时间，并优选以每秒1～10个冲击波的频率被施加，每次治疗的周期为5～30分钟。治疗的次数取决于特定患者。”

8、也公开为us2004/0006288的美国专利申请no.10/415,293(‘293申请)公开了使用eh生成的冲击波在组织上提供治疗效果的另一实施例。‘293申请公开了用于生成用于至少部分地使沉积物与血管结构分开的治疗声学冲击波的装置、系统和方法。‘293申请描述了该装置能够以约50～约500个脉冲每分钟(即，0.83～8.33hz)的脉冲速率产生冲击波，每个治疗部位的脉冲数量(在被治疗的血管的单位长度上)为每1cm2约100～约5000个。

9、b.冲击波速率

10、现有技术的文献通过使用eh系统展示更快的脉冲速率，以提供可导致组织损伤的冲击波。例如，在一个研究(delius,jordan&et al,1988)[2]中，对肾暴露于3000个冲击波的多组狗检查冲击波对正常狗肾的影响。这些组的不同仅在于冲击波施加速率分别为100hz和1hz。在24～30小时以后，进行尸检。在肉眼和组织学上，如果冲击波施加速率为100hz(与1hz相对)，那么在肾实质中出现明显更多的肾损害。结果表明，肾损伤依赖于冲击波施加速率。

11、在另一研究(madbouly&et al,2005)[7]中，与快的冲击波碎石速率相比，慢的冲击波碎石速率(swl)在更少数量的总冲击波下与明显更高的成功率相关。在该文中，作者讨论了人们的研究还如何显示当使用更慢的速率的试验swl时swl引起肾损伤的发生率或对麻醉的需求减少。

12、在又一研究(gillitzer&et al,2009)[5]中，将传输速率从60冲击波每分钟减缓至30冲击波每分钟还在猪模型中的实际血管的完整性上提供戏剧性的保护效果。这些发现支持降低脉冲速率频率以改善体外震波碎石术的安全性和有效性的潜在策略。

13、对于1hz～10hz的脉冲速率(pr)，软组织可能从弹性转变为粘性行为。结果，当使用典型的碎石功率水平时，1hz～10hz的pr下的冲击波对组织的潜在损伤是不可预测的。或许因此，现有技术教导较慢的pr和较大的每次治疗总时间(ttpt)。例如，目前已知的eh冲击波系统通常传输小于10hz的pr，并且，需要大的每次治疗总时间(ttpt)(例如，对于甚至单个治疗部位，ttpt周期为几分钟或者甚至几小时)。当治疗要求装置在多个治疗部位处重新定位时，这可能是典型的情况，ttpt变大，并且对于许多患者和治疗要求可能是不现实的。

14、尽管长的治疗时间对于体外冲击波碎石术来说可能是可接受的，但是利用冲击波在医疗环境中在组织上提供非碎石治疗效果即使不是不现实也是不理想的。例如，治疗成本通常会随着施用治疗所需要的时间而增加(例如，由于劳动、设施和分配给治疗施用的其他资源成本)。此外，除了成本，在某些时候，向患者提供治疗的持续时间对于接受治疗的患者和提供治疗的医务人员来说变得难以忍受。

技术实现思路

1、本公开包括用于电液生成具有改善的电极寿命的快速声学脉冲的设备和方法的实施例。在某些实施例中，通过利用冲击波生成的两阶段脉冲放电方法来实现这种改善的电极寿命。根据这些实施例，在第一阶段中，脉冲生成系统配置成同时向电极腔室中的多个电极施加电压脉冲，使得其中容纳的液体的一部分被汽化以提供电极间导电路径；并且，将电压脉冲施加到位于所述多个电极附近的多个电容器，以对所述多个电容器充电。在第二阶段中，充电的多个电容器通过所建立的电极间导电路径向电极放电以生成短的电极间电弧，从而形成声学冲击波。短的电极间电弧使电极腐蚀最小化，从而改善电极寿命。

2、电极寿命的改善是位于腔室内电极附近的电容器的快速放电的结果。脉冲生成系统配置成同时向电极腔室中的多个电极施加电压脉冲，使得液体的一部分被汽化以提供电极间导电路径；并且，将电压脉冲施加到位于所述多个电极附近的多个电容器，以对所述多个电容器充电。在一个实施例中，所述多个电容器包括至少10个并联的平面型电容器，其中每个电容器具有不大于100毫微法(nanofarad)的电容。在一个实施例中，多个平面型电容器放置在与电极相邻的多个堆叠电路板上，并且其中多个平面型电容器以低电感模式(pattern)放置在每个可堆叠电路板的相对两侧上。将这些电容器定位在电极附近使得电弧能够完全且快速地放电。一旦电容器放电，电极间电弧就结束，这使电极腐蚀最小化。

3、本设备(例如，用于生成治疗冲击波)的一些实施例包括：限定腔室和冲击波出口的壳体；布置在腔室中的液体；配置成布置在腔室中以限定一个或多个火花隙的多个电极；由壳体承载并与多个电极电连通的多个电容器；脉冲生成系统，所述脉冲生成系统配置成联接至所述多个电极，使得：(i)所述壳体可相对于所述脉冲生成系统移动，以及(ii)所述脉冲生成系统与所述多个电极和多个电容器电连通；其中，脉冲生成系统配置成同时施加电压脉冲至：所述多个电极(例如，以开始汽化和离子化部分液体以便在所述多个电极之间提供至少一个电极间导电路径)，和所述多个电容器(以对所述多个电容器充电)；并且其中，所述多个电容器配置成在达到阈值充电时向所述多个电极放电以沿着一个或多个电极间导电路径生成一个或多个电弧，从而汽化液体的另外部分并生成一个或多个声学冲击波。

4、在本设备的一些实施例中，脉冲生成系统配置成通过在脉冲生成系统向多个电极施加电压的时间段期间施加电压以对多个电容器充电来提供电极间导电路径。

5、本设备(例如，用于生成治疗冲击波)的一些实施例包括：限定腔室和冲击波出口的壳体，腔室配置成填充有液体；配置成布置在腔室中以限定一个或多个火花隙的多个电极；由壳体承载并与多个电极电连通的多个电容器；脉冲生成系统，其配置成联接至所述多个电极，使得：(i)所述壳体可相对于所述脉冲生成系统移动，以及(ii)所述脉冲生成系统与所述多个电极和多个电容器电连通；其中，脉冲生成系统配置成同时施加电压脉冲至：所述多个电极(例如，以开始汽化和离子化部分液体以便在多个电极之间提供至少一个电极间导电路径)，和所述多个电容器，以对多个电容器充电；其中，所述多个电容器配置成在达到阈值充电时向所述多个电极放电以沿着一个或多个电极间导电路径生成一个或多个电弧，从而汽化液体的另外部分并生成一个或多个声学冲击波。

6、本设备(例如，用于生成治疗冲击波)的一些实施例包括：限定腔室和冲击波出口的壳体，腔室配置成填充有液体；布置在腔室中以限定一个或多个火花隙的多个电极；由壳体承载并与多个电极电连通的多个电容器；并且其中，所述多个电极配置成联接至脉冲生成系统，使得：(i)壳体可相对于脉冲生成系统移动，以及(ii)脉冲生成系统与所述多个电极和多个电容器电连通，使得所述多个电极和多个电容器可以同时接收来自脉冲生成系统的电压脉冲；并且其中，所述多个电容器配置成在达到阈值充电时向所述多个电极放电。

7、在本设备的一些实施例中，所述多个电容器中的每个是平面型的。在一些实施例中，所述多个电容器布置在总电感为2nh～200nh的电路中。在一些实施例中，所述多个电容器包括2～20组电容器，其中电容器的这些组并联连接。在一些实施例中，每组电容器包括少于50个电容器。在一些实施例中，每组电容器包括10个或更多个串联的电容器。

8、在本设备的一些实施例中，每个电容器具有不大于100毫微法的电容。

9、在本设备的一些实施例中，所述多个电容器联接至多个可堆叠电路板。在一些实施例中，所述多个电容器以多个圆形模式布置。在一些实施例中，所述多个可堆叠电路板包括第一可堆叠电路板和联接至第一可堆叠电路板的第二可堆叠电路板。在一些实施例中，所述多个电容器的第一部分联接至第一可堆叠电路板，并且所述多个电容器的第二部分联接至第二可堆叠电路板。在一些实施例中，所述多个电容器的第一部分设置在第一可堆叠电路板的第一侧上，并且所述多个电容器的第二部分设置在第二可堆叠电路板的第二侧上，第二可堆叠电路板的第二侧与第一可堆叠电路板的第一侧相对。在一些实施例中，第一可堆叠电路板和第二可堆叠电路板是圆形的。在一些实施例中，所述多个电容器的第一部分联接至第一可堆叠电路板，并且所述多个电容器的第二部分联接至第二可堆叠电路板。在一些实施例中，多个电容器的第一部分以圆形模式联接至第一可堆叠电路板；并且所述多个电容器的第二部分以圆形模式联接至所述第二可堆叠电路板。在一些实施例中，每组电容器包括10个或更多个串联的电容器。在一些实施例中，第一可堆叠电路板还包括外边缘和中心，第二可堆叠电路板还包括外边缘和中心；所述多个电容器的第一部分配置成致使电流从第一可堆叠电路板的外边缘朝向第一可堆叠电路板的中心流动，并且所述多个电容器的第二部分配置成致使电流从第二可堆叠电路板的外边缘朝向第二可堆叠电路板的中心流动。在一些实施例中，第一可堆叠电路板通过沿可堆叠电路板的外边缘设置的连接器电联接至第二可堆叠电路板。在一些实施例中，多个可堆叠电路板均具有0.02英寸～0.2英寸的厚度。

10、在本设备的一些实施例中，所述多个电容器均具有2mm～4mm的长度和1mm～3mm的宽度。

11、在本设备的一些实施例中，所述多个电容器包括至少100个电容器。

12、本电容器阵列设备(例如，用于生成治疗冲击波)的一些实施例包括：一个或多个电路板；和联接至所述一个或多个电路板的多个电容器；其中，所述多个电容器的第一部分以由多个电容器组限定的第一模式布置，所述多个电容器的第二部分以由多个电容器组限定的第二模式布置，每个电容器组包括两个或更多个串联连接的电容器；限定第一模式的电容器组并联连接，限定第二模式的电容器组并联连接；并且其中，所述一个或多个电路板配置成联接至电极，使得电极与电容器电连通并且固定成相对于所述一个或多个电路板具有至少两个自由度。

13、在本电容器阵列设备的一些实施例中，所述多个电容器是平面型的。在一些实施例中，所述多个电容器布置在总电感为2nh～200nh的电路中。在一些实施例中，所述多个电容器包括2～20组电容器，其中电容器的这些组并联连接。在一些实施例中，每组电容器包括少于50个电容器。

14、在本电容器阵列设备的一些实施例中，每组电容器包括10个或更多个串联的电容器。

15、在本电容器阵列设备的一些实施例中，每个电容器具有不大于100毫微法的电容。

16、在本电容器阵列设备的一些实施例中，所述一个或多个电路板包括多个可堆叠电路板。在一些实施例中，第一模式和第二模式是圆形的。在一些实施例中，多个可堆叠电路板包括第一可堆叠电路板和联接至第一可堆叠电路板的第二可堆叠电路板。在一些实施例中，所述多个电容器的第一部分联接至第一可堆叠电路板，并且所述多个电容器的第二部分联接至第二可堆叠电路板。在一些实施例中，所述多个电容器的第一部分设置在第一可堆叠电路板的第一侧上，并且所述多个电容器的第二部分设置在第二可堆叠电路板的第二侧上，并且第二可堆叠电路板的第二侧与第一可堆叠电路板的第一侧相对。在本电容器阵列设备的一些实施例中，所述多个电容器的第一部分以圆形模式联接至第一可堆叠电路板；并且所述多个电容器的第二部分以圆形模式联接至第二可堆叠电路板。在一些实施例中，每组电容器还包括10个或更多个并联连接的电容器。在一些实施例中，第一可堆叠电路板还包括外边缘和中心，第二可堆叠电路板还包括外边缘和中心；所述多个电容器的第一部分配置成致使电流从第一可堆叠电路板的外边缘朝向第一可堆叠电路板的中心流动，并且所述多个电容器的第二部分配置成致使电流从第二可堆叠电路板的外边缘朝向第二可堆叠电路板的中心流动。在一些实施例中，第一可堆叠电路板通过沿可堆叠电路板的外边缘设置的连接器电联接至第二可堆叠电路板。在一些实施例中，所述多个可堆叠电路板均具有0.02英寸～0.2英寸的厚度。

17、在本电容器阵列设备的一些实施例中，所述多个电容器均具有2mm～4mm的长度和1mm～3mm的宽度。

18、在本电容器阵列设备的一些实施例中，所述多个电容器包括至少100个电容器。

19、本方法(例如，使用用于生成治疗冲击波的设备产生压缩声波)的一些实施例包括：将电压脉冲施加至位于由壳体限定并填充有液体的腔室中的多个电极，使得部分液体开始汽化和离子化，以提供电极间导电通路；将电压施加至由壳体承载并与所述多个电极电连通的多个电容器以对多个电容器充电；当所述多个电容器达到阈值充电时，使所述多个电容器向电极放电，以沿着所建立的电极间导电路径生成电极间电弧，并由此生成至少一个声学冲击波。在一些实施例中，施加至所述多个电极的电压脉冲为500v～10000伏(v)。在一些实施例中，施加至所述多个电容器的电压脉冲为500v～10000v。

20、术语“联接”被定义为连接，但未必是直接连接，并且未必是以机械方式连接；被“联接”的两个项目可彼此是单体的；除非本公开另有明确要求，否则术语“一”和“一种”被定义为一个或多个。如本领域技术人员理解的那样，术语“基本上”被定义为大体但未必完全为所规定(并且包含所规定；例如，基本上90度包含90度，并且基本上平行包含平行)。在任何公开的实施例中，术语“基本上”、“约”和“大约”可由所规定的“…[百分比]内”替代，这里，百分比包含0.1％、1％、5％和10％。在所公开的实施例中，术语“相邻”通常限定为位于同一分立腔室、壳体或模块中。

21、术语“包括”(和包括的任何形式，诸如“含有”和“包含”)、“具有”(和具有的任何形式，诸如“有”和“带有”)和“包含”(和包含的任何形式，诸如“含有”和“容纳”)是开放式链接动词。因此，“包括”、“具有”、“含有”或“包含”一个或多个要素的系统或设备具有这些所述的一个或多个要素，但不限于仅具有这些要素。类似地，“包括”、“具有”、“含有”或“包含”一个或多个步骤的方法具有这些所述的一个或多个步骤，但不限于仅具有这些所述一个或多个步骤。

22、进一步地，以某种方式配置的结构(例如，设备的部件)至少以该方式被配置，但也可通过具体描述的方式以外的其它方式配置。

23、本系统、设备和方法中的任一者的任何实施例可以由任何所述步骤、元素和/或特征构成或基本上构成，而不是包括/包含/含有/具有任何所述步骤、要素和/或特征。因此，在任何权利要求中，为了用可扩展链接动词改变给定权利要求的范围，可用上述的可扩展链接动词替代术语“由……构成”或“基本上由……构成”。

24、以下给出与上述实施例和其它实施例相关的细节。