激光脉冲整形以提高转换效率并保护破坏血管钙的光纤输送系统的制作方法

激光脉冲整形以提高转换效率并保护破坏血管钙的光纤输送系统
1.相关申请
2.本技术要求对2020年3月9日提交的美国临时申请序列号62/987,060和2021年3月3日提交的美国专利申请序列号17/190,921享有优先权。在允许的范围内，美国临时申请序列号62/987,060和美国专利申请序列号17/190,921的内容通过引用以其整体并入本文。
3.背景
4.体内血管内和邻近血管的血管病变可以与主要不良事件(例如心肌梗死、栓塞、深静脉血栓、中风等)的风险增加相关。对于临床环境中的医生来说，严重的血管病变可能很难治疗和实现通畅。
5.血管病变可以使用诸如药物治疗、球囊成形术、斑块旋切术、支架植入术、血管移植物搭桥术等干预措施来治疗。这种干预可能并不总是理想的，或者可能需要后续治疗来解决病变。
6.经由水溶液的光学击穿产生等离子体通常需要在短时间内将大量能量转换成治疗气泡和/或治疗压力波。利用足够高的能量和短的脉冲持续时间，有可能损坏用于输送光能以生成等离子体的光导的远端。增强光能到(等离子体)压力波和气泡生长的转换效率的手段将降低光学输送系统所需的功率处理要求。因此，对于等效治疗所需的输入能量更少，同时最小化对光导的潜在损坏。
7.作为一种用于血管内碎石导管的方法，如在水光学击穿的情况下，在小直径光导的远端附近产生等离子体，导管由于其靠近等离子体产生和/或压力波、高等离子体温度和气泡破裂产生的水射流(作为非排他性示例)而具有自损伤的可能性。
8.概述
9.本发明涉及用于放置在具有血管壁的血管内的导管系统。导管系统可以用于治疗在血管壁内或邻近血管壁的治疗部位。在各种实施例中，导管系统包括能量源(power source)、控制器和光导。能量源生成多个能量脉冲。控制器控制能量源，使得多个能量脉冲协作以产生具有复合脉冲形状的复合能量脉冲。光导接收复合能量脉冲。光导在远离光导的方向上发射光能，以生成远离光导的等离子体脉冲。
10.在一些实施例中，能量源是激光器。
11.另外，在某些实施例中，光导是光纤。
12.在一些实施例中，导管系统还包括环绕光导的远端的可膨胀球囊。
13.此外，在某些实施例中，多个能量脉冲中的每一个都是亚毫秒脉冲。
14.另外，在一些实施例中，能量脉冲中的每一个具有脉冲宽度，并且能量脉冲彼此相加，使得复合能量脉冲具有比能量脉冲中任一个的脉冲宽度更长的脉冲宽度。
15.在某些实施例中，多个能量脉冲中的至少两个具有彼此相同的波长。
16.附加地或可替代地，在一些实施例中，多个能量脉冲中的至少一个具有不同于其他能量脉冲的波长。
17.在某些实施例中，多个能量脉冲中的至少两个具有彼此相同的脉冲宽度。
18.此外，在一些实施例中，多个能量脉冲中的至少两个具有彼此不同的脉冲宽度。
19.另外，在某些实施例中，多个能量脉冲中的至少两个具有彼此相同的光能。
20.此外或可替代地，在一些实施例中，多个能量脉冲中的至少两个具有彼此不同的光能。
21.在各种实施例中，多个能量脉冲组合以生成远离光导的远端的一个连续的等离子体脉冲。
22.另外，在某些实施例中，复合能量脉冲具有随时间增加的脉冲幅度。
23.此外，在一些实施例中，复合能量脉冲具有随时间减小的脉冲幅度。
24.在某些实施例中，复合能量脉冲具有时间为t的脉冲宽度，该复合能量脉冲具有在时间t/2之后出现的时间峰值。
25.可替代地，在其他实施例中，复合能量脉冲具有时间为t的脉冲宽度，该复合能量脉冲具有在时间t/2之前出现的时间峰值。
26.仍然可替代地，在另外其他的实施例中，复合能量脉冲具有时间为t的脉冲宽度，该复合能量脉冲具有大约在时间t/2处出现的时间峰值。
27.在一些实施例中，复合能量脉冲具有随时间保持基本恒定的时间峰值。
28.另外，在某些实施例中，复合能量脉冲生成远离光导的远端的多个等离子体脉冲。在一些这样的实施例中，多个等离子体脉冲在彼此不同的时间生成。
29.此外，在一些实施例中，复合能量脉冲包括彼此基本相似的两个时间峰值。再进一步地或可替代地，在某些实施例中，复合能量脉冲包括彼此不同的两个时间峰值。
30.另外，在某些实施例中，复合能量脉冲具有大体上随时间增加的脉冲幅度。在其他实施例中，复合能量脉冲具有大体上随时间减小的脉冲幅度。
31.在一些实施例中，复合能量脉冲具有时间为t的脉冲宽度，该复合能量脉冲具有在时间t/2之后出现的时间峰值。可替代地，在其他实施例中，复合能量脉冲具有时间为t的脉冲宽度，该复合能量脉冲具有在时间t/2之前出现的时间峰值。仍然可替代地，在另外其他的实施例中，复合能量脉冲具有时间为t的脉冲宽度，该复合能量脉冲具有大约在时间t/2处出现的时间峰值。此外，在一些这样的实施例中，复合能量脉冲具有随时间保持基本恒定的时间峰值。
32.另外，在某些实施例中，光导具有远端，并且导管系统被配置成在光导的远端处生成预气泡(pre-bubble)。在一些这样的实施例中，复合能量脉冲被配置成在光导的远端处生成预气泡。在一个这样的实施例中，预气泡通过电解生成。在另一这样的实施例中，预气泡通过使用电阻加热器来生成。在又一这样的实施例中，预气泡利用输送到光导的远端附近的流体生成。
33.在一些实施例中，控制器可以控制复合能量脉冲相对于预气泡的生成开始的定时。例如，在某些这样的实施例中，在预气泡的生成开始之后的大于约1ns且小于约100ms，生成复合能量脉冲。在其他这样的实施例中，在预气泡的生成开始之后的大于约100ns且小于约1ms，生成复合能量脉冲。在另外其他这样的实施例中，在预气泡的生成开始之后的大于约1μs且小于约10ms，生成复合能量脉冲。在又一其他这样的实施例中，在预气泡的生成开始之后的大于约5μs且小于约500μs，生成复合能量脉冲。在再一其他这样的实施例中，在预气泡的生成开始之后的大约50μs，生成所述复合能量脉冲。
34.在某些实施例中，能量源包括(i)种子源，和(ii)放大器，该种子源发射低功率种子脉冲，该放大器与种子源光通信，该放大器增加种子脉冲的功率以生成能量脉冲。
35.另外，在一些实施例中，能量源包括(i)多个种子源，和(ii)多个放大器，这些种子源各自发射低功率种子脉冲，多个放大器各自与种子源中的一个光通信并且各自接收低功率种子脉冲中的一个，每个放大器增加由相应放大器接收的种子脉冲的功率，多个放大器生成多个能量脉冲。
36.此外，在某些实施例中，能量源包括(i)多个种子源，和(ii)放大器，这些种子源各自发射低功率种子脉冲，该放大器与种子源中的每一个光通信并且接收低功率种子脉冲，该放大器增加由该放大器接收的种子脉冲中的每一个的功率，该放大器生成多个能量脉冲。
37.在各种实施例中，导管系统还包括位于光导的远端附近的疏水材料。
38.在某些实施例中，导管系统还包括位于光导的远端上的疏水材料。
39.另外，在一些实施例中，导管系统还包括位于光导的远端附近的纳米表面。
40.此外，在某些实施例中，导管系统还包括位于光导的远端上的纳米表面。
41.另外，在一些实施例中，纳米表面是有纹理的。
42.在某些应用中，本发明还涉及用于治疗在血管壁内或邻近血管壁的治疗部位的方法，该方法包括以下步骤：利用能量源生成多个能量脉冲；利用控制器控制能量源，使得多个能量脉冲协作以产生被发送到光导的复合能量脉冲，该复合能量脉冲具有复合脉冲形状；利用被发送到光导的复合能量脉冲产生从光导发射的光能；以及从光能生成远离光导的等离子体脉冲。
43.本概述是对本技术的一些教导的概括，并不旨在成为对本主题的排他性或穷尽性处理。进一步的细节可以在详细描述和所附权利要求中找到。在阅读和理解以下详细描述并查看构成其一部分的附图时，其他方面对于本领域的技术人员来说将是明显的，其中的每一个都不应被理解为限制性的。本文的范围由所附权利要求及其法律等同物限定。
44.附图简述
45.本发明的新颖特征以及发明本身，就其结构和其操作两者而言，将从附图中结合伴随的描述得到最好的理解，其中相似的参考标记表示相似的部分，并且在附图中：
46.图1是根据本文中的各种实施例的具有本发明特征的导管系统的示意性截面图；
47.图2a是图示了导管系统的一部分的第一实施例的简化示意图，该导管系统生成多个重叠的能量脉冲，该多个重叠的能量脉冲被发送到光导以生成等离子体脉冲；
48.图2b是图示了导管系统的一部分的另一实施例的简化示意图，该导管系统生成多个非重叠的能量脉冲，该多个非重叠的能量脉冲被发送到光导以生成等离子体脉冲；
49.图3a是图示了导管系统的一部分的实施例的简化示意图，该导管系统生成多个重叠的能量脉冲，该多个重叠的能量脉冲被发送到光导以生成多个等离子体脉冲；
50.图3b是图示了导管系统的一部分的另一实施例的简化示意图，该导管系统生成多个非重叠的能量脉冲，该多个非重叠的能量脉冲被发送到光导以生成等离子体脉冲；
51.图4a是图示了具有复合脉冲形状的复合能量脉冲的一个实施例的简化曲线图；
52.图4b是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的另一实施例的简化曲线图；
53.图4c是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的又一实施例的简化曲线图；
54.图5a是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的实施例的简化曲线图；
55.图5b是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的另一实施例的简化曲线图；
56.图5c是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的又一实施例的简化曲线图；
57.图5d是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的再一实施例的简化曲线图；
58.图5e是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的另一实施例的简化曲线图；
59.图5f是图示了具有另一复合脉冲形状的复合能量脉冲的又一实施例的简化曲线图；
60.图6a是图示了生成预气泡的导管系统的一部分的实施例的简化示意图；
61.图6b是图示了生成预气泡的导管系统的一部分的另一实施例的简化示意图；
62.图6c是图示了生成预气泡的导管系统的一部分的又一实施例的简化示意图；以及
63.图6d是图示了生成预气泡的导管系统的一部分的再一实施例的简化示意图。
64.虽然实施例可能有各种修改和可替代的形式，但其细节已通过附图和示例示出并且将被详细描述。然而应当理解，本文的范围不限于所描述的特定方面。相反，本发明旨在涵盖落入本文的精神和范围内的修改、等同物和替代物。
65.描述
66.血管病变的治疗可以减少受影响受试者的主要不良事件或死亡。如本文所提及的，主要不良事件是由于血管病变(在本文中有时也称为“治疗部位”)的存在而可能发生在体内任何地方的事件。主要不良事件可以包括但不限于主要不良心脏事件、外周或中央血管系统中的主要不良事件、大脑中的主要不良事件、肌肉系统中的主要不良事件或任何内脏器官中的主要不良事件。
67.如本文所使用的，治疗部位可以包括血管病变，诸如钙化血管病变或纤维血管病变(下文中有时简称为“病变”或“治疗部位”)，通常在血管和/或心脏瓣膜中发现。等离子体的形成可以引发压力波，并且可以引发一个或更多个气泡的快速形成，该气泡可以快速扩张到最大尺寸，然后通过空化事件消散，空化事件还可以在塌缩时发射压力波。等离子体诱导的气泡的快速膨胀可以在球囊流体内生成一个或更多个压力波，从而在治疗部位上施加压力波。压力波可以通过不可压缩的球囊流体将机械能传递到治疗部位，以在病变上施加断裂力。在不希望受任何特定理论约束的情况下，认为与病变接触或位于病变附近的可膨胀球囊的球囊壁上的球囊流体动量的快速变化被传递到病变，诱发病变的破裂。
68.本领域中的普通技术人员将认识到，本发明的以下详细描述仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。本发明的其他实施例将易于使受益于本公开的此类技术人员想到。另外，可以利用向病变输送能量的其他方法，包括但不限于电流诱导的等离子体生成。现在将详细地参考如在附图中图示的本发明的实施方式。
69.为了清楚起见，并非本文所述的实施方式的所有常规特征都被示出和描述。当然，
应当认识到，在任何这样的实际实施方式的开发中，必须做出许多特定于实施方式的决定以便实现开发者的特定目标，例如遵守与应用相关的和与商业相关的约束，并且这些特定目标将因实施方式和开发者的不同而不同。此外，将认识到，这样的开发工作可能是复杂的和耗时的，但对于受益于本公开的本领域中的普通技术人员而言，这不过是工程的常规工作。
70.如本文所使用的，除非另有说明，术语“血管内病变”、“血管病变”和“治疗部位”可互换使用。因此，血管内病变和/或血管病变在本文中有时简称为“病变”，并且可以包括位于血管或心脏瓣膜处或附近的病变。
71.将认识到，本文中的导管系统可以包括除本文中具体示出和/或描述的那些形式和/或配置之外的许多不同的形式和/或配置。现在参考图1，示出了根据本文中的各种实施例的导管系统的示意性截面图。导管系统100适合于施加压力以在血管和/或心脏瓣膜的血管壁内或者邻近血管壁的治疗部位中诱发破裂。在图1所示的实施例中，导管系统100可以包括以下项中的一个或更多个：导管102、一个或更多个光导122、控制器123、能量源124、歧管136和流体泵138。
72.导管102包括可膨胀球囊104(在本文中有时称为“球囊”)。导管102被配置成移动到血管108内或邻近血管108的治疗部位106。例如，治疗部位106可以包括诸如钙化血管病变的治疗部位。附加地或者在可替代方案中，治疗部位106可以包括诸如纤维血管病变的血管病变。
73.导管102可以包括球囊104、导管轴110和导丝112。球囊可以耦合到导管轴110。球囊可以包括球囊近端104p和球囊远端104d。导管轴110可以在轴近端114和轴远端116之间延伸。导管轴110可以包括导丝腔118，该导丝腔118被配置成在导丝112上移动。导管轴110还可以包括膨胀腔(未示出)。在一些实施例中，导管102可以具有远端开口120，并且可以容纳导丝112并在导丝112上和/或沿着导丝112移动，使得球囊104被定位在治疗部位106处或附近。
74.导管102的导管轴110可以环绕与能量源124光通信的一个或更多个光导122(为了清楚起见，在图1中仅示出一个光导122)。光导122可以至少部分地沿着导管轴110设置和/或设置在导管轴110内，并且至少部分地设置在球囊104内。在各个实施例中，光导122可以是光纤，并且能量源124可以是激光器。能量源124可以与光导122光通信。在一些实施例中，导管轴110可以环绕多个光导，诸如第二光导、第三光导等。
75.球囊104可以包括球囊壁130。球囊104可以从塌缩配置扩张到扩张配置，塌缩配置适于将导管轴102的至少一部分推进通过患者的血管系统，扩张配置适于将导管102相对于治疗部位106锚定到位。
76.控制器123可以控制能量源124，使得能量源可以生成如本文更详细地提供的一个或更多个能量脉冲242a、242b、342a、342b(例如，在图2a-图3b中示出)。控制器123还可以执行控制导管102的操作的其他相关功能。
77.导管系统100的能量源124可以被配置成提供由光导122接收的一个或更多个亚毫秒能量脉冲。如在本文中更详细地提供的，在各种实施例中，能量脉冲可以组合或以其他方式协作以产生具有复合脉冲形状的复合能量脉冲(图1中未示出)，然后由光导122接收该复合能量脉冲。光导122充当由复合能量脉冲生成的光能的管道。在某些实施例中，能量源124
可以包括一个或更多个种子源126和一个或更多个放大器128。每个放大器128可以与种子源126中的至少一个光通信。种子源126可以各自发射低功率种子脉冲。放大器128可以增加种子脉冲的功率以生成能量脉冲。在一个实施例中，能量源可以包括一个种子源126和一个放大器128。可替代地，能量源124可以包括多个种子源126和一个放大器128。仍可替代地，能量源124可以包括多个种子源126和多个放大器128。
78.由复合能量脉冲生成的光能由光导122输送到球囊104内的位置。光能诱导等离子体脉冲134形式的等离子体形成，该等离子体脉冲134发生在球囊104内的球囊流体132中。等离子体脉冲134导致快速的气泡形成，并在治疗部位106上施加压力波。图1中示出了示例性等离子体脉冲134。球囊流体132可以是液体或气体。如在本文中更详细地提供的，等离子体诱导的气泡134有意地形成在远离光导122的某一距离处，从而降低光导损坏的可能性。
79.在各种实施例中，亚毫秒光脉冲可以以从至少约1赫兹(hz)到约5000hz的频率被输送到治疗部位106附近。在一些实施例中，亚毫秒光脉冲可以以从至少30hz到1000hz的频率被输送到治疗部位106附近。在其他实施例中，亚毫秒光脉冲可以以从至少10hz到100hz的频率被输送到治疗部位106附近。在另外其他实施例中，亚毫秒光脉冲可以以从至少1hz到30hz的频率被输送到治疗部位106附近。在一些实施例中，亚毫秒光脉冲可以以大于或等于以下值的频率被输送到治疗部位106附近：1hz、2hz、3hz、4hz、5hz、6hz、7hz、8hz或9hz、10hz、20hz、30hz、40hz、50hz、60hz、70hz、80hz、90hz、100hz、200hz、300hz、400hz、500hz、600hz、700hz、800hz、900hz、1000hz、1250hz、1500hz、1750hz、2000hz、2250hz、2500hz、2750hz、3000hz、3250hz、3500hz、3750hz、4000hz、4250hz、4500hz、4750hz或5000hz，或者该频率可以是落于上述任意值之间的范围内的量。可替代地，亚毫秒光脉冲可以以可大于5000hz的频率被输送到治疗部位106附近。
80.将认识到，本文中的导管系统100可以包括任意数量的光导122，光导122在近侧部分114处与能量源124光通信，并且在远侧部分116处与球囊104内的球囊流体132光通信。例如，在一些实施例中，本文中的导管系统100可以包括一个光导122到五个光导122。在其他实施例中，本文中的导管系统100可以包括五个光导到十五个光导。在另外其他实施例中，本文中的导管系统100可以包括十个光导到三十个光导。本文中的导管系统100可以包括1-30个光导。将认识到，本文中的导管系统100可以包括可以落在一范围内的任何数量的光导，其中前述数量中的任何一个可以用作该范围的下限或上限，前提是该范围的下限是小于该范围的上限的值。在一些实施例中，本文中的导管系统100可以包括大于30个光导。
81.歧管136可以定位在轴近端114处或附近。歧管136可以包括一个或更多个近端开口，这些近端开口可以接收一个或更多个光导(诸如光导122)、导丝112和/或膨胀管道140。导管系统100还可以包括流体泵138，该流体泵138被配置成根据需要用球囊流体132使球囊104膨胀和/或使球囊104缩小。
82.与本文中所示和描述的所有实施例一样，为了清楚和易于理解，可以从图中省略各种结构。此外，附图可以包括某些结构，这些结构可以在不偏离本发明的意图和范围的情况下被省略。
83.图2a是图示了生成多个重叠的能量脉冲242a的导管系统200a的一部分的第一实施例的简化示意图。在该实施例中，重叠的能量脉冲242a组合并被发送到光导222a以生成预气泡244a和等离子体脉冲246a。等离子体脉冲246a生成压力波(未示出)，该压力波然后
破坏治疗部位106处或附近的钙化病变(如图1所示)。通过以结构化方式组合多个能量脉冲242a，生成复合能量脉冲348a(例如，如图3a所示)。如下面更详细地提供的，在该实施例和其他实施例中，复合能量脉冲348a可以被定制或以其他方式调整，以实现特定的预气泡244a和/或等离子体脉冲246a。
84.在一个实施例中，以及在接下来的实施例中，能量脉冲242a可以在形状、幅度和/或脉冲宽度(持续时间)上基本相似。可替代地，形状、幅度和/或持续时间脉冲宽度中的一个或更多个可以在能量脉冲242a之间有所不同。通过这种设计，可以以有利于生成具有期望特性的一个或更多个等离子体脉冲246a的方式定制复合能量脉冲。
85.图2b是图示了生成多个分离的、间隔开的能量脉冲242b的导管系统200b的一部分的第一实施例的简化示意图。在该实施例中，间隔开的能量脉冲242b被发送到光导222b，以生成预气泡244b和/或等离子体脉冲246b。等离子体脉冲246b生成压力波(未示出)，该压力波然后破坏治疗部位106(如图1所示)处或附近的钙化病变。通过以结构化方式使用多个能量脉冲242b，生成复合能量脉冲348b(例如，如图3b所示)。如下面更详细地提供的，在该实施例和其他实施例中，复合能量脉冲348b可以被定制或以其他方式调整，以实现特定的预气泡244b和/或等离子体脉冲246b。
86.图3a是图示了生成多个重叠的能量脉冲342a以产生复合能量脉冲348a的导管系统300a的一部分的实施例的简化示意图。复合能量脉冲348a被发送到光导322a，并且可以生成一个或更多个等离子体脉冲346a。在该实施例中，等离子体脉冲346a可以彼此相对接近和/或在时间上彼此接近地发生。在图3a所示的实施例中，等离子体脉冲346a基本上连续地发生，例如，等离子体脉冲346a基本上是连续速射的(in rapid-fire succession)，以基本上产生具有比任何一个单个等离子体脉冲346a更长的持续时间的一个连续的等离子体脉冲346a。等离子体脉冲346a可以生成压力波(未示出)，该压力波然后破坏治疗部位106(如图1所示)处或附近的钙化病变。
87.在一个实施例中，以及在接下来的实施例中，能量脉冲342a可以在形状、幅度和/或脉冲宽度(持续时间)上基本相似。可替代地，形状、幅度和/或持续时间脉冲宽度中的一个或更多个可以在能量脉冲342a之间有所不同。
88.图3b是图示了生成多个分离的、间隔开的能量脉冲342b以产生复合能量脉冲348b的导管系统300b的一部分的实施例的简化示意图。复合能量脉冲348b被发送到光导322b，并且可以生成一个或更多个等离子体脉冲346b。在该实施例中，等离子体脉冲346b彼此之间可以具有较大距离和/或每个等离子体脉冲346b之间可以具有较长时间。等离子体脉冲346b可以生成压力波(未示出)，该压力波然后破坏治疗部位106(如图1所示)处或附近的钙化病变。
89.图4a是图示了具有持续时间为t的脉冲宽度的复合能量脉冲448a的一个实施例的简化曲线图。在该实施例中，如在本文中更详细地阐述的，复合能量脉冲448a通过组合(例如，图2a-图2b和图3a-图3b中示出的)多个能量脉冲形成。在图4a所示的实施例中，复合能量脉冲448a具有在时间t/2之后出现的时间峰值450a(最大幅度)。此外，在该实施例中，复合能量脉冲448a在开始时具有相对低的能量，这在等离子体脉冲(图4a中未示出)之前产生预播种。在该实施例中，复合能量脉冲448a在接近脉冲结束时具有较大能量，这最终生成等离子体脉冲。
90.图4b是图示了具有持续时间为t的脉冲宽度的复合能量脉冲448b的一个实施例的简化曲线图。在该实施例中，如在本文中更详细地阐述的，复合能量脉冲448b通过组合(例如，在图2a-图2b和图3a-图3b中示出的)多个能量脉冲形成。在图4b所示的实施例中，复合能量脉冲448b具有在时间t/2之前出现的时间峰值450b(最大幅度)，导致生成等离子体脉冲(图4b中未示出)。此外，在该实施例中，复合能量脉冲448b在时间峰值450b之后保持相对高的维持能量，这可以在时间峰值450b之后以相对高的能量长尾(energy long tail)供给等离子体脉冲。
91.图4c是图示了具有持续时间为t的脉冲宽度的复合能量脉冲448c的一个实施例的简化曲线图。在该实施例中，如在本文中更详细地阐述的，复合能量脉冲448c通过组合(例如，在图2a-图2b和图3a-图3b中示出的)多个能量脉冲形成。在图4c所示的实施例中，复合能量脉冲448c具有在时间t/2之前出现的时间峰值450c(最大幅度)，导致生成等离子体脉冲(图4c中未示出)。此外，在该实施例中，复合能量脉冲448c在时间峰值450c之后保持相对低的维持能量，这可以在时间峰值450c之后以相对低的能量长尾供给等离子体脉冲。
92.图5a-图5f图示了可以使用本文提供的设备和方法生成的某些代表性的复合能量脉冲的非排他性实施例。应当理解，这些实施例不旨在图示所有可能的复合能量脉冲，因为这样做是不可能的。相反，提供图5a-图5f以图示使用本文公开的设备和方法可以实现任何复合能量脉冲形状。
93.图5a是图示了具有一个复合脉冲形状的复合能量脉冲548a的实施例的简化曲线图。在该实施例中，复合能量脉冲548a包括两个(或更多个)间隔开的时间峰值，例如第一时间峰值550af和第二时间峰值550as。此外，在一个实施例中，复合能量脉冲548a可以具有两个(或更多个)分离的、间隔开的脉冲，其包括第一脉冲552af和第二脉冲552as，每个脉冲具有彼此不同的脉冲形状，尽管可以理解，脉冲形状可以可替代地彼此基本相似或相同。
94.图5b是图示了具有一个复合脉冲形状的复合能量脉冲548b的实施例的简化曲线图。在该实施例中，复合能量脉冲548b包括两个(或更多个)间隔开的时间峰值，例如第一时间峰值550bf和第二时间峰值550bs。此外，在一个实施例中，复合能量脉冲548b可以具有两个(或更多个)分离的、间隔开的脉冲，其包括第一脉冲552bf和第二脉冲552bs，每个脉冲具有彼此不同的脉冲形状，尽管可以理解，脉冲形状可以可替代地彼此基本相似或相同。
95.图5c是图示了具有一个复合脉冲形状的复合能量脉冲548c的实施例的简化曲线图。在该实施例中，复合能量脉冲548c包括两个(或更多个)间隔开的时间峰值，例如第一时间峰值550cf和第二时间峰值550cs。此外，在一个实施例中，复合能量脉冲548c可以具有两个(或更多个)分离的、间隔开的脉冲，其包括第一脉冲552cf和第二脉冲552cs，每个脉冲具有彼此不同的脉冲形状，尽管可以理解，脉冲形状可以可替代地彼此基本相似或相同。
96.图5d是图示了具有一个复合脉冲形状的复合能量脉冲548d的实施例的简化曲线图。在该实施例中，复合能量脉冲548d包括两个(或更多个)间隔开的时间峰值，例如第一时间峰值550df和第二时间峰值550ds。此外，在一个实施例中，复合能量脉冲548d可以具有两个(或更多个)分离的、间隔开的脉冲，其包括第一脉冲552df和第二脉冲552ds，每个脉冲具有彼此不同的脉冲形状，尽管可以理解，脉冲形状可以可替代地彼此基本相似或相同。
97.图5e是图示了具有一个复合脉冲形状的复合能量脉冲548e的实施例的简化曲线图。在该实施例中，复合能量脉冲548e包括三个(或更多个)间隔开的时间峰值，例如第一时
间峰值550ef、第二时间峰值550es和第三时间峰值550et。此外，在一个实施例中，复合能量脉冲548e可以具有三个(或更多个)分离的、间隔开的脉冲，其包括第一脉冲552ef、第二脉冲552es和第三脉冲552et，使得脉冲中的至少两个552ef、552es具有彼此不同的脉冲形状，尽管可以理解，脉冲形状可以可替代地彼此都基本相似或相同，或者仍然可以可替代地彼此都不同。
98.图5f是图示了具有一个复合脉冲形状的复合能量脉冲548f的实施例的简化曲线图。在该实施例中，复合能量脉冲548f包括两个(或更多个)间隔开的时间峰值，例如第一时间峰值550ff和第二时间峰值550fs。此外，在一个实施例中，复合能量脉冲548f可以具有两个(或更多个)分离的、间隔开的脉冲，其包括第一脉冲552ff和第二脉冲552fs，每个脉冲具有彼此不同的脉冲形状，尽管可以理解，脉冲形状可以可替代地彼此基本相似或相同。
99.图6a是图示了生成预气泡644a的导管系统600a的一部分的实施例的简化示意图。在该实施例中，导管系统600a包括导管轴610a、光导622a和预气泡发生器654a。预气泡发生器654a生成预气泡644a以在光导622a和最终将生成的等离子体脉冲(图6a中未示出)之间提供间隙。在一个这样的实施例中，预气泡发生器654a可以包括电阻加热器。可替代地或附加地，预气泡发生器654a可以包括一对(或更多)电解电极或将激励或促进在光导622c的远端660a处或附近生成预气泡644a的任何其他材料。通过这些设计，抑制了对光导622a的损坏，因为等离子体脉冲不会立即发生在光导622a处或在光导622a上，而是远离光导622a发生。
100.图6b是图示了生成预气泡644b的导管系统600b的一部分的另一实施例的简化示意图。在该实施例中，导管系统600b包括导管轴610b、光导622b和预气泡发生器654b。预气泡发生器654b生成预气泡644b以在光导622b和最终将生成的等离子体脉冲(图6b中未示出)之间提供间隙。在一个这样的实施例中，预气泡发生器654b可以包括流体端口656和与流体端口656流体连通的流体管线658。在该实施例中，流体(例如，在一个非排他性实施例中为空气)可以经由流体管线658被输送到流体端口656，这样可以生成预气泡644b。通过这种设计，抑制了对光导622b的损坏，因为等离子体脉冲不会立即发生在远端660b处或光导622b上的任何位置，而是远离光导622b发生。
101.图6c是图示了生成预气泡644c的导管系统600c的一部分的又一实施例的简化示意图。在该实施例中，导管系统600c包括导管轴610c、光导622c和预气泡发生器654c。预气泡发生器654c生成预气泡644c以在光导622c和最终将生成的等离子体脉冲(图6c中未示出)之间提供间隙。在一个这样的实施例中，预气泡发生器654c可以包括疏水涂层。在该实施例中，产生表面张力，使得预气泡将会由于疏水力而自形成。可替代地或附加地，预气泡发生器654c可以包括纳米纹理表面或将激励或促进在光导622c的远端660c处或附近生成预气泡的任何其他表面或材料。在该实施例中，预气泡发生器654c被定位在导管轴610c上。然而，将认识到，预气泡发生器654c可以被定位在导管系统600c内的另一结构处或另一结构上。通过这种设计，抑制了对光导622c的损坏，因为等离子体脉冲不会立即发生在光导622c处或在光导622c上，而是远离光导622c发生。
102.图6d是图示了生成预气泡644d的导管系统600d的一部分的再一实施例的简化示意图。在该实施例中，导管系统600d包括导管轴610d、光导622d和预气泡发生器654d。预气泡发生器654d生成预气泡644d以在光导622d和最终将生成的等离子体脉冲(图6d中未示
出)之间提供间隙。在一个这样的实施例中，预气泡发生器654d可以包括疏水涂层。可替代地或附加地，预气泡发生器654d可以包括纳米纹理表面或将激励或促进在光导622d的远端660d处或附近生成预气泡的任何其他表面或材料。在该实施例中，预气泡发生器654d被定位在光导622d上。然而，将认识到，预气泡发生器654d可以被定位在导管系统600d内的另一结构处或另一结构上。通过这种设计，抑制了对光导622d的损坏，因为等离子体脉冲不会立即发生在光导622d处或在光导622d上，而是远离光导622d发生。
103.球囊流体
104.适于在本文中使用的示例性球囊流体可以包括但不限于以下项中的一项或更多项：水、生理盐水、造影介质(contrast medium)、碳氟化合物、全氟化碳、气体(诸如二氧化碳)等。在一些实施例中，本文所示和/或所述的球囊流体可以用作本文中其他地方讨论的基础膨胀流体。在一些实施例中，球囊膨胀流体包括体积比为50：50的生理盐水与造影介质的混合物。在一些实施例中，球囊流体包括体积比为25：75的生理盐水与造影介质的混合物。在一些实施例中，球囊流体包括体积比为75：25的生理盐水与造影介质的混合物。适于在本文中使用的球囊流体可以基于组分、粘度等来调整，以便操纵压力波在该球囊流体中的传播速率。适于在本文中使用的球囊流体是生物相容的。球囊流体的体积可以通过所选择的能量源和所使用的球囊流体的类型来调整。
105.在一些实施例中，在本文的造影介质中使用的造影剂(contrast agent)可以包括但不限于碘基造影剂，诸如离子型或非离子型的碘基造影剂。离子型的碘基造影剂的一些非限制性示例包括泛影酸盐、甲泛影酸、碘酞酸盐和碘克酸。非离子型碘基造影剂的一些非限制性示例包括碘帕醇、碘海醇、碘昔兰、碘普罗胺、碘克沙醇和碘佛醇。在其他实施例中，可以使用非碘基造影剂。合适的非含碘造影剂可以包括钆(iii)基造影剂。合适的氟碳试剂和全氟化碳试剂可以包括但不限于诸如全氟化碳十二氟戊烷(ddfp，c5f12)的试剂。
106.本文中所示和/或所述的球囊液体可以包括那些包括吸收剂的流体，该吸收剂可以选择性地吸收电磁光谱的紫外线(例如，至少10纳米(nm)至400nm)、可见光区域(例如，至少400nm至780nm)和近红外区域(例如，至少780nm至2.5μm)或电磁光谱的远红外区域(至少10nm至2.5微米(μm))中的光。合适的吸收剂可以包括沿从至少10nm至2.5μm的光谱具有吸收最大值的那些吸收剂。在各种实施例中，吸收剂可以是具有与导管系统中使用的激光器的发射最大值相匹配的吸收最大值的那些吸收剂。作为非限制性示例，本文描述的各种激光器可以包括钕:钇铝石榴石(nd:yag-发射最大值＝1064nm)激光器、钬:yag(ho:yag-发射最大值＝2.1μm)激光器或铒:yag(er:yag-发射最大值＝2.94μm)。在一些实施例中，本文使用的吸收剂可以是水溶性的。在其他实施例中，本文使用的吸收剂不是水溶性的。在一些实施例中，在本文的球囊流体中使用的吸收剂可以被调整以匹配能量源的峰值发射。在本文中的其他地方讨论了具有至少10纳米至1毫米的发射波长的各种能量源。
107.在一些实施例中，球囊流体的引入导致球囊从塌缩配置扩张到第一扩张配置，并从第一扩张配置扩张到进一步的第二扩张配置。另外或者可替代地，球囊的扩张可以使用形状记忆材料或其他手段来实现。
108.光导
109.本文中所示和/或所述的光导可以包括光纤或柔性光管。本文中所示和/或所述的光导可以是薄且柔性的，并且可以允许光信号在几乎没有强度损失的情况下被发送。本文
中所示和/或所述的光导可以包括被包层围绕其圆周包围的芯。在一些实施例中，芯可以是圆柱形芯或部分圆柱形芯。光导的芯和包层可以由一种或更多种材料形成，包括但不限于一种或更多种类型的玻璃、二氧化硅或一种或更多种聚合物。光导还可以包括保护性涂层，诸如聚合物。应认识到，芯的折射率将大于包层的折射率。
110.每个光导可以沿着其长度将光引导到具有至少有一个光学窗口的远侧部分。光导可以创建光路作为包括能量源的光网络的一部分。光网络内的光路允许光从网络的一个部分传播到另一个部分。光纤或柔性光管二者都可以在本文的光网络内提供光路。
111.本文所示和/或所述的光导可以具有关于本文所示和/或所述的导管的导管轴的许多配置。在一些实施例中，光导可以平行于导管的导管轴的纵向轴线延伸。在一些实施例中，光导可以围绕导管的导管轴的纵向轴线盘旋地(spirally)或螺旋地(helically)设置。在一些实施例中，光导可以物理地耦合到导管轴。在其他实施例中，光导可以沿导管轴的外径的长度设置。在另外其他的实施例中，本文中的光导可以设置在导管轴内的一个或更多个光导腔内。下面将讨论导管轴和光导腔的各种配置。
112.转向特征和聚焦特征
113.适于在本文中使用的转向特征包括反射元件、折射元件和光纤扩散器。在一些实施例中，转向特征可以是反射元件。在一些实施例中，转向特征可以是折射元件。在一些实施例中，转向特征可以是光纤扩散器。
114.光纤扩散器可以将光从光导内引导至光导的侧表面处的出口。本文所述的光纤扩散器可以通过几种方式产生。在一些实施例中，可以通过用co2激光器微加工光导的远侧部分的表面来创建光纤扩散器。在一些实施例中，可以将熔融二氧化硅涂层施加到光导的远侧部分。在其他实施例中，光纤扩散器可以由光导的远侧部分上的玻璃、聚合物或金属涂层形成。在其他实施例中，光纤扩散器可以由光导的远侧部分上的光纤布拉格光栅形成。在一些实施例中，光纤扩散器可以包括光导的机械加工部分、光导的激光加工部分、光纤布拉格光栅、熔融拼接、形成至少一个内反射镜的熔融拼接以及两个或更多个扩散区域的拼接。
115.用于光纤扩散器的合适材料可以包括但不限于光导芯或光导包层的材料、毛玻璃、镀银玻璃、镀金玻璃、tio2和将散射且不显著吸收感兴趣的光波长的其他材料。一种可以用于在光导、光学部件或材料中创建均匀扩散器的方法是利用大约至少50纳米到5微米大小的散射中心。散射中心可以具有大约200纳米大小的分布。
116.本文中适于聚焦远离光导的尖端的光的转向特征和聚焦特征可以包括但不限于具有凸表面、梯度折射率(grin)透镜和镜面聚焦透镜的那些转向特征和聚焦特征。
117.能量源
118.适于在本文中使用的能量源可以包括各种类型的能量源，包括激光器和灯。合适的激光器可以包括亚毫秒时间尺度的短脉冲激光器。在一些实施例中，能量源可以包括纳秒(ns)时间尺度的激光器。激光器还可以包括皮秒(ps)、飞秒(fs)和微秒(us)时间尺度的短脉冲激光器。应认识到，存在激光器波长、脉冲宽度和能级的许多组合，它们可以被采用以实现在本文中所示和/或所述的导管的球囊流体中的等离子体。在各个实施例中，脉冲宽度可以包括落在包括从至少10ns到200ns的范围内的那些脉冲宽度。在一些实施例中，脉冲宽度可以包括落在包括从至少20ns到100ns的范围内的那些脉冲宽度。在其他实施例中，脉冲宽度可以包括落在包括从至少1ns到5000ns的范围内的那些脉冲宽度。
119.示例性纳秒激光器可以包括在uv到ir光谱内、跨越大约10纳米到1毫米的波长的那些激光器。在一些实施例中，适于在本文中的导管系统中使用的能量源可以包括能够产生波长从至少750nm至2000nm的光的那些能量源。在一些实施例中，能量源可以包括能够产生波长从至少700nm至3000nm的光的那些能量源。在一些实施例中，能量源可以包括能够产生波长从至少100nm至10微米(μm)的光的那些能量源。纳秒激光器可以包括具有高达200khz的重复率的那些激光器。在一些实施例中，激光器可以包括调q的铥:钇铝石榴石(tm:yag)激光器。在一些实施例中，激光器可以包括钕:钇铝石榴石(nd:yag)激光器、钬:钇铝石榴石(ho:yag)激光器、铒:钇铝石榴石(er:yag)激光器、准分子激光器、氦氖激光器、二氧化碳激光器以及掺杂的、脉冲式的光纤激光器。
120.压力波
121.本文所示和/或所述的导管可以生成具有的最大压力在至少1兆帕(mpa)至100mpa的范围内的压力波。由特定导管生成的最大压力将取决于能量源、吸收材料、气泡扩张、传播介质、球囊材料和其他因素。在一些实施例中，本文中所示和/或所述的导管可以生成具有的最大压力在至少2mpa至50mpa的范围内的压力波。在其他实施例中，本文中所示和/或所述的导管可以生成具有的最大压力在至少2mpa至30mpa的范围内的压力波。在另外其他的实施例中，本文中所示和/或所述的导管可以生成具有的最大压力在至少15mpa至25mpa的范围内的压力波。在一些实施例中，本文中所示和/或所述的导管可以生成的压力波具有的峰值压力大于或等于以下值：1mpa、2mpa、3mpa、4mpa、5mpa、6mpa、7mpa、8mpa、9mpa、10mpa、11mpa、12mpa、13mpa、14mpa、15mpa、16mpa、17mpa、18mpa、19mpa、20mpa、21mpa、22mpa、23mpa、24mpa或25mpa、26mpa、27mpa、28mpa、29mpa、30mpa、31mpa、32mpa、33mpa、34mpa、35mpa、36mpa、37mpa、38mpa、39mpa、40mpa、41mpa、42mpa、43mpa、44mpa、45mpa、46mpa、47mpa、48mpa、49mpa或50mpa。将认识到，本文中所示和/或所述的导管可以生成具有可以落入一范围内的操作压力或最大压力的压力波，其中前述数量中的任意数量可以用作该范围的下限或上限，只要该范围的下限是小于该范围的上限的值。
122.治疗可以经由疲劳机制或强力机制起作用。对于疲劳机制，操作压力将至少约为0.5mpa至2mpa或约为1mpa。对于强力机制，操作压力将至少约为20mpa至30mpa或约为25mpa。介于这两个范围的极端之间的压力可以使用疲劳机制和强力机制的组合作用于治疗部位。
123.本文描述的压力波可以从在从位于治疗部位的导管的纵向轴线径向延伸的至少0.1毫米(mm)至25mm的范围内的距离处施加到治疗部位上。在一些实施例中，压力波可以从在从位于治疗部位的导管的纵向轴线径向延伸的至少10mm至20mm的范围内的距离处施加到治疗部位上。在其他实施例中，压力波可以从在从位于治疗部位的导管的纵向轴线径向延伸的至少1mm至10mm的范围内的距离处施加到治疗部位。在另外其他的实施例中，压力波可以从在从位于治疗部位的导管的纵向轴线径向延伸的至少1.5mm至4mm的范围内的距离处施加到治疗部位上。在一些实施例中，压力波可以在0.1mm至10mm的距离处从至少2mpa至30mpa的范围施加到治疗部位上。在一些实施例中，压力波可以在0.1mm至10mm的距离处从至少2mpa至25mpa的范围施加到治疗部位上。在一些实施例中，压力波可以从可以大于或等于以下值的距离处施加到治疗部位上：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm或0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm，或者该距离可以是落在上
述任意值之间的范围内的量。
124.应该注意，如在本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”以及“该(the)”包括复数引用对象，除非内容和/或上下文另有明确规定。还应注意，术语“或”通常在其包括“和/或”的含义上被采用，除非内容或上下文另有明确规定。
125.还应注意，如在本说明书和所附权利要求中使用的，短语“配置成”描述了被构造或配置成执行特定任务或采用特定配置的系统、装置或其他结构。短语“配置成”可以与其他类似短语(诸如布置成和配置成、构造成和布置成、构造成、制造成和布置成等)互换使用。
126.如本文所使用的，通过端点对数值范围的引用应包括该范围内包含的所有数字(例如，2至8包括2、2.1、2.8、5.3、7、8等)。
127.将认识到，所示和所述的图形不一定是按比例绘制的，并且它们是为了便于参考和理解以及为了结构的相对定位而提供的。
128.本文中使用的标题是为了与37cfr 1.77下的建议保持一致或以其他方式提供组织线索。这些标题不应被视为限制或表征可能从本公开发布的任何权利要求中阐述的发明。作为示例，在“背景”中对技术的描述并不承认技术是本公开中任何发明的现有技术。“概述”或“摘要”也不能被认为是所发布的权利要求中阐述的发明的特征。
129.在本文中描述的实施例不旨在是穷尽性的或将本发明限制为在以下详细描述中公开的精确形式。更确切地说，选择和描述实施例使得本领域的其他技术人员能够理解和明白原理和实践。因此，已经参考各种特定的和优选的实施例和技术描述了各个方面。然而，应当理解，在保持在本文的精神和范围内的同时，可以进行许多改变和修改。
130.应理解，尽管本文已经示出和描述了导管系统的许多不同的实施例，但是任何一个实施例的一个或更多个特征可以与一个或更多个其他实施例的一个或更多个特征组合，只要这样的组合满足本发明的意图即可。
131.虽然上文已经讨论了导管系统的许多示例性的方面和实施例，但是本领域的技术人员将认识到它们的某些修改、置换、添加和子组合。因此意图是，所附权利要求以及本文引入的权利要求应被解释为包括在它们真正的精神和范围内的所有这样的修改、置换、添加和子组合，且不意图限制本文示出的构造或设计的细节。