(57)【要約】  本システムは一般に、さまざまな実施形態において、回転アテローム切除術システムおよび方法に向けられる。より特定的には、動脈硬化性プラーク、病変または閉塞の内部、および／または生物学的導管または管腔の壁の内部に位置する石灰化を入念に軟化させ、他の態様で破砕するための方法である。例示的な動脈の壁における石灰化の軟化および／または破砕は、例示的な動脈の内面上に位置する、ひいては動脈の管腔内に位置する閉塞の研磨除去とともに遂行される。この結果は、例示的な管腔内での高速回転中に、管腔壁に対して作用する力を含み、その偏向を伴う低周波の軌道運動、および／または、管腔壁に対する力の作用およびその偏向を同様に伴う高周波の脈動性周波数の組合せを生み出すことが発見された、少なくとも１つの偏心ヘッドの使用によって達成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉塞および／または生物学的導管または管腔の壁でのカルシウム沈着物を軟化させ、および／または破砕するための方法であって、
前記導管または管腔の壁に対する、周方向に送出される低周波力を生成するステップを含み、前記低周波力は、前記閉塞および／または前記導管または管腔の壁の内部に低周波エネルギー波を発生させるのに十分であり、前記方法はさらに、
前記導管または管腔の壁に対する、周方向に送出される高周波力を同時に生成するステップを含み、前記高周波力は、前記閉塞および／または前記導管または管腔の壁の内部に高周波エネルギー波を発生させるのに十分であり、それにより低周波壁力と高周波壁力との組合せを作り出し、前記方法はさらに、
前記閉塞および／または導管または管腔の壁の内部に、結果として生じる、低周波エネルギー波と高周波エネルギー波との組合せを生み出すステップと、
それにより、低周波壁力、高周波壁力、低周波エネルギー波、および高周波エネルギー波の組合せを、前記導管または管腔の壁に向けるステップと、
前記閉塞および／または前記生物学的導管または管腔の壁の内部での前記カルシウム沈着物を軟化させ、および／または破砕するステップとを含む、方法。
【請求項２】
生成された前記低周波力は、前記閉塞および／または前記導管または管腔の壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
生成された前記高周波力は、前記閉塞および／または前記導管または管腔の壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
生成された前記高周波力は、前記閉塞および／または前記導管または管腔の壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記導管または管腔の壁は動脈を含み、前記動脈の壁は内膜層と中央層とを含み、前記内膜層および中央層のうちの少なくとも１つの内部に石灰化が形成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記低周波力および前記高周波力は、質量と結果として生じる回転速度とを含む少なくとも１つの偏心ヘッドを含む高速回転アテローム切除術装置によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記偏心ヘッドは、前記低周波力および高周波力を生成しながら閉塞を除去するために同時に使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記閉塞は石灰化を含み、低周波力、高周波力、低周波エネルギー波、および高周波エネルギー波の前記組合せは、前記閉塞の石灰化、および／または、前記内膜層および／または中央層内の石灰化を破砕する、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
生成された前記低周波力および高周波力は、少なくとも１回増加される最初の大きさを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記低周波力および高周波力は、前記少なくとも１つの偏心ヘッドの質量および回転速度に直接関連する最初の大きさを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記低周波力および高周波力は、前記最初の大きさから少なくとも１回増加される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記低周波力および高周波力の増加された大きさは、前記少なくとも１つの偏心ヘッドの質量および／または前記少なくとも１つの偏心ヘッドの回転速度を増加させた結果である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記石灰化の軟化および／または破砕は、前記閉塞および／または前記動脈の前記内膜層および／または中央層の伸展性を向上させる、請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
動脈の管腔内の少なくとも部分的に石灰化した病変、動脈壁の内膜層、および／または前記動脈壁の中央層の伸展性を増加させるための方法であって、前記内膜層および／または中央層は少なくとも部分的に石灰化しており、
前記病変および前記動脈壁に対する、周方向に送出される低周波力を生成するステップを含み、前記低周波力は、前記病変および前記動脈壁の前記内膜層および中央層の内部に低周波エネルギー波を発生させるのに十分であり、前記方法はさらに、
前記病変および前記動脈壁に対する、周方向に送出される高周波力を同時に生成するステップを含み、前記高周波力は、病変および前記動脈壁の前記内膜層および中央層の内部に高周波エネルギー波を発生させるのに十分であり、それにより前記病変および前記動脈壁に対する低周波力と高周波力との組合せを作り出し、前記方法はさらに、
前記病変および前記動脈壁の内部に、結果として生じる、低周波エネルギー波と高周波エネルギー波との組合せを生み出すステップと、
それにより、低周波壁力、高周波壁力、低周波エネルギー波、および高周波エネルギー波の組合せを、病変および前記動脈壁の前記内膜層および中央層に向けるステップと、
前記病変および／または前記動脈壁の前記内膜層および／または中央層の内部でのカルシウム沈着物を軟化させ、および／または破砕するステップと、
それにより、前記病変および／または前記動脈壁の内膜層および／または中央層の前記伸展性を増加させるステップとを含む、方法。
【請求項１５】
生成された前記低周波力は、前記病変および／または前記動脈壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
生成された前記高周波力は、前記病変および／または前記動脈壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記低周波力および前記高周波力は、質量と結果として生じる回転速度とを含む少なくとも１つの偏心研磨または非研磨ヘッドを含む高速回転アテローム切除術装置によって生成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記偏心研磨または非研磨ヘッドは、前記低周波力および高周波力を生成しながら前記病変を除去するために同時に使用される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
生成された前記低周波力および高周波力は、少なくとも１回増加される最初の大きさを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記低周波力および高周波力は、前記少なくとも１つの偏心研磨または非研磨ヘッドの質量および回転速度に直接関連する最初の大きさを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記低周波力および高周波力は、前記最初の大きさから少なくとも１回増加される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記低周波力および高周波力の増加された大きさは、前記少なくとも１つの偏心研磨または非研磨ヘッドの質量および／または前記少なくとも１つの偏心研磨または非研磨ヘッドの回転速度を増加させた結果である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
閉塞および／または生物学的導管または管腔の壁でのカルシウム沈着物を軟化させ、および／または破砕するための方法であって、
前記閉塞および導管または管腔の壁に対する、周方向に送出される低周波力を生成するステップを含み、前記低周波力は、病変および導管または管腔の壁の内部に低周波エネルギー波を発生させるのに十分であり、前記方法はさらに、
それにより、低周波壁力と低周波エネルギー波との組合せを、前記閉塞および前記導管または管腔の壁に向けるステップと、
前記閉塞および前記生物学的導管または管腔の壁の内部での前記カルシウム沈着物を軟化させ、および／または破砕するステップとを含む、方法。
【請求項２４】
生成された前記低周波力は、前記病変および／または導管または管腔の壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
周方向に送出される高周波力を同時に生成するステップをさらに含み、生成された前記周方向に送出される高周波力は、前記病変および導管または管腔の壁に対するものであり、前記高周波力は、前記病変および導管または管腔の壁の内部に高周波エネルギー波を発生させるのに十分であり、それにより低周波壁力と高周波壁力との組合せを作り出す、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
周方向に送出される低周波力、周方向に送出される高周波力、低周波エネルギー波、および高周波エネルギー波の組合せを、前記病変および前記導管または管腔の壁へと生み出すステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
生成された前記高周波力は、前記病変および／または導管または管腔の壁の偏向をもたらすのに十分である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記導管または管腔の壁は動脈を含み、前記動脈の壁は内膜層と中央層とを含み、前記内膜層および中央層のうちの少なくとも１つの内部に石灰化が形成されている、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記低周波力および前記高周波力は、質量と結果として生じる回転速度とを含む少なくとも１つの偏心ヘッドを含む高速回転アテローム切除術装置によって生成される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記偏心ヘッドは、前記低周波力および高周波力を生成しながら前記閉塞を除去するために同時に使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記閉塞は石灰化を含み、低周波力、高周波力、低周波エネルギー波、および高周波エネルギー波の前記組合せは、前記閉塞の石灰化を破砕する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
生成された前記低周波力は、少なくとも１回増加される最初の大きさを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
生成された前記高周波力は、少なくとも１回増加される最初の大きさを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１回増加される最初の大きさを有する、生成された前記低周波力をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
石灰化の軟化および／または破砕は、前記病変および／または動脈の内膜層および／または中央層の伸展性を向上させる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３６】
石灰化の軟化および／または破砕は、前記病変および／または動脈の内膜層および／または中央層の伸展性を向上させる、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、２０１５年２月２０日に出願された「軌道アテローム切除術の作用の二次機構」（Secondary Mechanism Of Action Of Orbital Atherectomy）と題された出願連続番号第６２／１１８６９６号、２０１５年３月１７日に出願された「軌道アテローム切除術の作用の二次機構」と題された出願連続番号第６２／１３４４０８号、および２０１５年７月９日に出願された「軌道アテローム切除術における研磨クラウンダイナミクスの実験的調査」（Experimental Investigation Of The Abrasive Crown Dynamics In Orbital Atherectomy）と題された出願連続番号第６２／１９０４１１号の優先権を主張する。当該各出願の内容全体はここに引用により援用される。
【０００２】
発明者
ロバート・イー・コーラー（Robert E. Kohler）、米国市民、ミネソタ州（ＭＮ）レイク・エルモ（Lake Elmo）在住
ブラッド・ジェイ・マーティンセン（Brad J. Martinsen）、米国市民、ミネソタ州セント・ルイス・パーク（St. Louis Park）在住
マイケル・エックス・ヤン（Michael X. Yang）、米国市民、ミネソタ州メープル・グローブ（Maple Grove）在住
イーハオ・ジョン（Yihao Zheng）、中華人民共和国市民、ミシガン州（ＭＩ）アナーバー（Ann Arbor）在住
アルバート・シー（Albert Shih）、米国市民、ミシガン州アナーバー在住
ロフィット・デオカル（Rohit Deokar）、インド市民、ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis）在住。
【０００３】
発明の分野
本発明は一般に、高速回転アテローム切除術装置を使用する、動脈からの動脈硬化性プラークの除去および／または改質といった、身体通路または導管から組織を除去または改質するために使用される方法およびシステムに関する。より特定的には、本発明は、通路または導管、たとえば動脈の病変および／または内膜および／または中央壁層の内部の石灰化を、低周波の軌道運動および／または高周波の脈動周波数の組合せを使用することによって病変および／または壁層の伸展性を増加させて、軟化させること、または他の態様で破砕することに関する。
【背景技術】
【０００４】
関連技術の説明
一般に、本発明のさまざまな実施形態は、回転アテローム切除術を使用して、生物学的もしくは身体導管または管腔、たとえば動脈から閉塞を除去するためのシステムおよび方法を含む。さまざまな回転アテローム切除術システムが、当該技術分野において公知である。
【０００５】
たとえば、ここにその全体が引用により援用される米国特許第５，３１４，４３８号（シュターマン（Shturman））は、駆動シャフトを有し、駆動シャフトの一部が拡大直径を有し、この拡大表面の少なくとも一区分が研磨材で覆われて駆動シャフトの研磨区分を規定する、アテローム切除術装置を開示している。高速で回転されると、研磨区分は動脈から狭窄組織を除去することができる。駆動シャフトの拡大された研磨部分は偏心していないため、この装置は動脈を、駆動シャフトの拡大された研磨表面の直径とほぼ等しい直径まで開くことができる。
【０００６】
米国特許第６，４９４，８９０号（シュターマン）は、拡大された偏心部分を有する駆動シャフトを有し、この拡大部分の少なくとも一区分が研磨材で覆われている、公知のアテローム切除術装置を開示している。高速で回転されると、研磨区分は動脈から狭窄組織を除去することができる。高速運転中の軌道回転運動を一因として、この装置は動脈を、拡大された偏心部分の静止直径（resting diameter）よりも大きい直径まで開くことができる。拡大された偏心部分はともに結合されていない駆動シャフトワイヤを含むため、駆動シャフトの拡大された偏心部分は、狭窄内への配置中または高速運転中に屈曲する場合がある。この屈曲は、高速運転中により大きい直径を開けることがあるだけでなく、実際に研磨された動脈の直径にわたって提供する制御が所望されるものに満たない場合がある。加えて、狭窄組織の中には、通路を完全に封鎖してしまうものがあるかもしれず、シュターマンの装置は通路を通って配置されることができない。シュターマンは、研磨を達成するために駆動シャフトの拡大された偏心部分が狭窄組織内に配置されることを必要とするため、拡大された偏心部分が狭窄へと動かないよう防止される場合、それはあまり効果的ではないであろう。米国特許第６，４９４，８９０号の開示は、その全体がここに引用により援用される。
【０００７】
米国特許第５，６８１，３３６号（クレメント（Clement））は、研磨粒子のコーティングが好適な結合材料によってその外面の一部に固定された、公知の偏心組織除去バリを提供する。しかしながら、クレメントが第３欄第５３〜５５行目で説明しているように、非対称バリは「熱または不均衡を補償するために、高速アブレーション装置で使用される速度よりも低速」で回転されるため、この構造は限定されている。すなわち、固体バリのサイズおよび質量双方を考慮すると、アテローム切除術処置中に使用される高速、すなわち２０，０００〜２００，０００ｒｐｍでバリを回転させることは、実行不可能である。本質的に、駆動シャフトの回転軸からずれた質量中心は著しい遠心力を発生させ、動脈の壁に過度の圧力をかけ、過度の熱および過度に大きい粒子を作成する。
【０００８】
血管は、当該技術分野において周知であるように、層を含む。最内層は、内膜、すなわち内膜層である。一般に、回転アテローム切除術装置および方法は、この内膜層に沿って蓄積した閉塞を切除し、研磨し、および／またはこする。血管の内側から出てくる血管の次の層は、中央層とも呼ばれる中膜である。石灰化は、内膜層内だけではなく、この中央層内にも蓄積し得る。高速回転アテローム切除術中に内膜層の内面を単に切除したり、研磨したり、および／またはこすったりしても、動脈硬化性プラークもしくは病変、および／または内膜層もしくは中央層の内部に生じた石灰化を治療したり、軟化させたり、破砕したりはしない。
【０００９】
このため、血管の内膜層の内面から閉塞を除去するだけではなく、プラークまたは病変、血管の内膜層および／または中央層の内部に生じた石灰化を治療し、たとえば軟化させたり他の態様で破砕したりして、治療部位における血管伸展性を同時に向上させるための装置、システムおよび方法に対する要望が、当該技術分野において一般に存在する。なお、これは非限定的な例である。なぜなら、開示された発明は、プラークまたは病変、および身体管腔または導管の壁を、それらの内部に位置する石灰化を軟化させたり他の態様で破砕することによって治療し、および／またはそれらの伸展性を向上させるために使用され得るためである。
【００１０】
本発明はとりわけ、これらの要望に取り組む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の概要
本システムは一般に、さまざまな実施形態において、ここに軌道アテローム切除術とも呼ばれる回転アテローム切除術、装置、システムおよび方法に向けられる。より特定的には、管腔における動脈硬化性プラーク、たとえば病変または閉塞、および／または生物学的導管または管腔の壁の内部に位置する石灰化を入念に軟化させ、他の態様で破砕するための方法である。たとえば、血管、たとえば動脈の内膜および／または中央層壁の内部の石灰化が、この発明のさまざまな実施形態で入念に軟化され、または他の態様で破砕され得る。例示的な動脈の壁における石灰化の軟化および／または破砕は、例示的な動脈の内面上に位置する、ひいては動脈の管腔内に位置する閉塞の研磨除去とともに遂行されてもよい。しかしながら、ある実施形態では、使用される偏心ヘッドは研磨ヘッドではなく、したがって、研磨コーティングがない滑らかなヘッドであってもよい。
【００１２】
この結果は、例示的な管腔内での高速回転中に、管腔壁に対して作用する力を含み、その偏向を伴う低周波の軌道運動と、管腔壁に対する力の作用およびその偏向を同様に伴う高周波の脈動性周波数との組合せを生み出すことが初めて発見された、滑らかなまたは研磨性の少なくとも１つの偏心ヘッドの使用によって達成される。これらの力によって駆動される周方向偏向は、例示的な動脈の壁層の層内に一連の衝撃波を生成し、患者の動脈の内膜層および／または中央層内の石灰化の系統化された破砕をもたらす。加えて、閉塞または病変内の石灰化も軟化され破砕される。このため、このプロセスが進むにつれて、血管および病変自体の伸展性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】公知の回転アテローム切除術装置の斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の低周波大振幅運動を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の、低周波大振幅運動の上に重ね合わされた高周波小振幅運動を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態についてのＺ軸方向の力を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示された優位周波数を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態についてのＹ軸方向の力を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに示された優位周波数を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った応力対歪のグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に従ったマリンス効果をとりわけ示す損傷エネルギーグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
詳細な説明
この発明はさまざまな変更および代替形に従うものであるが、その詳細を一例として図面に示し、ここに詳細に説明する。しかしながら、意図は、この発明を説明された特定の実施形態に限定することではない、ということが理解されるべきである。逆に、意図は、この発明の精神および範囲内にあるすべての変更、均等物、および代替物を網羅することである。
【００１５】
本発明は、偏心研磨（または滑らかな非研磨）ヘッド、たとえば限定内ではクラウンまたはバリが搭載された高速回転駆動シャフトを含むシステム、装置、および方法を提供する。図１は、公知の回転軌道アテローム切除術装置の斜視図である。この装置は、ハンドル部１０と、拡大された偏心研磨ヘッド２８を有する細長い可撓性駆動シャフト２０と、ハンドル部１０から遠位に延在する細長いカテーテル１３とを含む。駆動シャフト２０は当該技術分野において公知であるような螺旋状に巻きつけられたワイヤから構成され、研磨ヘッド２８はそれに固定して取付けられている。カテーテル１３は管腔を有し、そこに、拡大された研磨ヘッド２８と拡大された研磨ヘッド２８から遠位にある短い部分とを除く、駆動シャフト２０の長さのほとんどが配置される。駆動シャフト２０は内部管腔も含み、駆動シャフト２０がガイドワイヤ１５上で進められ回転されるようにする。流体供給ライン１７が、冷却潤滑溶液（典型的には、生理的食塩水または別の生体適合流体）をカテーテル１３に導入するために設けられてもよい。
【００１６】
ハンドル１０は望ましくは、駆動シャフト２０を高速で回転させるためのタービン（または同様の回転駆動機構、たとえば、関連付けられた制御機構を有する電気モータ）を含む。ハンドル１０は典型的には、チューブ１６を通って送出される圧縮空気などの動力源に接続されてもよい。１対の光ファイバーケーブル２５、それに代えて単一の光ファイバーケーブルが使用されてもよく、また、タービンおよび駆動シャフト２０の回転速度を監視するために設けられてもよい（そのようなハンドルおよび関連付けられた器具類に関する詳細は業界では周知であり、たとえば、オース（Auth）に発行された米国特許第５，３１４，４０７号で説明され、ここにその全体が引用により援用される）。ハンドル１０はまた、望ましくは、カテーテル１３およびハンドルの本体に対してタービンおよび駆動シャフト２０を進めたり引っ込めたりするためのコントロールノブ１１を含む。
【００１７】
図１の研磨ヘッド２８は、駆動シャフト２０の遠心端の近くで駆動シャフト２０に取付けられた偏心固体クラウンとして図示されている。「偏心」という用語はここでは、クラウンの質量中心が駆動シャフト２０の回転軸から離れて横方向に変位する、ということを表わすために使用される。駆動シャフトが高速回転すると、クラウンの質量中心の変位により、駆動シャフトは回りながらクラウンの近傍で径方向外側に屈曲するようになり、そのため、クラウンは、それ自体の静止直径（rest diameter）よりも大きい直径にわたって研磨し得る。偏心固体クラウンは、たとえば、２００７年６月１１日に出願され、２００８年１２月１１日に米国特許出願公開番号第ＵＳ２００８／０３０６４９８号として発行され、ここにその全体が引用により援用される、「高速回転アテローム切除術装置用の偏心研磨ヘッド」（Eccentric abrading head for high-speed rotational atherectomy devices）と題された、サッチャー（Thatcher）らへの米国特許出願連続番号第１１／７６１，１２８号に詳細に開示されている。
【００１８】
駆動シャフト、および偏心研磨ヘッドは、２０，０００〜２００，０００ｒｐｍの範囲内の速度で回転されてもよい。このため、研磨ヘッドが研磨材、たとえばダイヤモンド粒で少なくとも部分的に覆われるかコーティングされる場合、それは、血管または導管の内膜層の内面上に形成された、表在性で比較的弾力があるプラークの滑らかな研磨を可能にするであろう。研磨ヘッドは、この内部プラークを除去するための切刃または他の公知の手段および機構を含んでいてもよく、滑らかにされた表面をあとに残す。他の実施形態では、滑らかな非研磨ヘッドが使用されてもよい。この場合、研磨はなく、効果は、ここに説明される力およびエネルギー波の結果としての、病変および／または患者の導管の壁の内部の軟組織および／または石灰化の軟化および／または破砕であろう。
【００１９】
特定の動作理論に制約されたくないものの、出願人らは、回転研磨（または滑らかな非研磨）ヘッドの高速回転に加えて、研磨ヘッドの質量中心を駆動シャフトの回転軸から離して径方向にずらすことが、偏心研磨ヘッドの「軌道」運動も発生させる、ということを観察した。高速回転中に研磨ヘッドが横切る「軌道」の直径はまず、生物学的導管または管腔、たとえば血管の内径によって限定される。
【００２０】
このため、偏心ヘッドの「偏心」または「偏心率」は、偏心ヘッドの質量中心を、偏心ヘッドが取付けられるかまたは他の態様で配置される駆動シャフトの回転軸から離す径方向のずれとしてここに定義される。この径方向のずれは、幾何学的に偏心した、すなわち非対称的な構造を用いて達成されてもよい。それに代えて、対称的で幾何学的に同心の構造が、質量中心を駆動シャフトの回転軸から離して径方向にずらすために、偏心ヘッドにおける異なる密度の材料を使用することにより、または偏心ヘッド内に中空区域を作成することにより、偏心していてもよい。
【００２１】
偏心ヘッドの軌道の直径はまた、駆動シャフトおよびそれに取付けられた研磨ヘッドの回転速度、ならびに研磨ヘッドの質量に依存する。したがって、軌道の直径は、駆動シャフトの回転速度、ひいては偏心ヘッドの回転速度を変更することにより、ならびに、偏心研磨ヘッドの質量を変更することにより、制御可能である。
【００２２】
偏心ヘッドの軌道がその回転速度および質量に依存するのは、患者の導管または管腔の壁が、偏心ヘッドの衝撃によって生じる加圧偏向、およびそれにより回転中に生じる遠心力の影響を受けやすいためである。回転偏心ヘッドの遠心力は以下のように、および当業者であれば容易に理解するように求められ得る。
【００２３】
Ｆｃ＝ｍｖ２／Ｒ、式中、ｍ＝質量、ｖ＝速度、およびＲ＝半径。
回転中の典型的な偏心ヘッドの質量の遠心力は、研磨ヘッドの質量およびその回転速度に依存して、０．００〜５．００Ｎの範囲に及んでいてもよい。
【００２４】
加えて、ヘッドが偏心しているため、それは、血管壁に対する圧力を生み出すために繰り返し押圧する周期的な力、脈動性の力、または代替的な力も生成するであろう。そして、押圧力が十分大きい場合、血管壁は血管管腔から離れて外側に偏向するであろう。この周期的な力は、血管壁に依然付着する残ったプラークも偏向し得る。研磨ヘッド２８（駆動シャフトなしで図示）の衝撃力が、血管壁の径方向外側の偏向をもたらすのに十分大きい場合を示すための図２Ａを参照されたい。図２Ｂは、研磨ヘッド２８の衝撃力が、血管壁を偏向させるのに十分大きくはない場合を示す。
【００２５】
以下にさらに説明されるように、出願人らは、高速回転偏心ヘッドの関連する性能特性が、（１）高速周波数の脈動性のまたは周期的な回転（Ｈｚ）をもたらす回転速度（ｒｐｍ）と、（２）同様に本質的に周期的である低周波軌道（Ｈｚ）とを含む、ということを発見した。例示的な４．８ｍの直径の血管における６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍ、および１２０，０００ｒｐｍという典型的な軌道アテローム切除術の回転速度が、（１）およそ１，０００Ｈｚ、１，５００Ｈｚ、および１，８００Ｈｚという高速周波数回転と、（２）およそ１８Ｈｚ、３８Ｈｚ、および４０Ｈｚという対応する低周波軌道との研磨ヘッド運動組合せを生み出すことが観察された。偏心ヘッドの質量およびその回転速度を含むもののそれらに限定されない多くの要因に依存して、他の組合せがそれら自体を当業者に容易に提示するであろう。
【００２６】
図３は、高速回転中の偏心ヘッドの低周波大振幅運動を示す。図４は、回転ヘッドの低周波大振幅運動の上に重ね合わされた、回転偏心ヘッドの高周波小振幅脈動周波数を示す。
【００２７】
これらの運動は、病変、および導管または管腔、たとえば動脈の壁に対する周方向の周期的な力の印加および解除を生み出し、内膜の内面上のプラークまたは病変の破砕、ならびに、内膜層および／または中央層内に形成された石灰化の破砕および軟化を生み出す。偏心ヘッドが回転すると、例示的な血管壁に対する周期的な歪の印加および解除が生じる、ということを、当業者であればここで理解するであろう。周期的な歪の印加および解除の周波数は、駆動シャフトおよび偏心ヘッドの回転速度に依存して、１００〜１０，０００Ｈｚの範囲に及んでいてもよい。この場合に生じる周期的な歪力の大きさは、回転偏心ヘッドの回転速度および質量、ならびに、駆動シャフトの回転軸から径方向に離れて位置するであろう質量中心の位置に依存する。簡潔にするために、我々は以下に偏心ヘッドを偏心研磨ヘッドとして言及する。しかしながら、偏心ヘッドは非研磨でもあり得ることが理解されるべきである。
【００２８】
この周期的な歪力は次に、内膜層および中央層を含む血管壁を通る、ならびに病変を通る、エネルギーの衝撃波を生み出す。偏心研磨ヘッドが回転すると、周期的なまたは脈動性の歪力が、血管壁の内面の周囲で周方向に送出される。周期的なまたは脈動性の歪力は非機械的手段によって生成されてもよく、たとえば、振動する、超音波の、または他の脈動性のエネルギー周波数発生器、たとえば、プラークもしくは病変および／または血管もしくは導管の壁への脈動エネルギーの周方向送出が可能な脈動バルーンによって生成されてもよい、ということも、当業者であればここで認識するであろう。
【００２９】
その結果、低周波力および／または高周波力の組合せが、病変および／または血管壁で生成される。これらの低周波力および高周波力は、病変ならびに血管壁の少なくとも内膜層および中央層を通って伝わる、関連するエネルギー波を生成して、そこに形成された石灰化の軟化および／または破砕を引き起こす。
【００３０】
閉塞材料、たとえばプラークがないように血管壁の内面を研磨し、また、それと組合せて、病変および／または例示的な血管の内膜層および／または中央層の内部の既存の石灰化を破砕することにより、血管は、補助療法、たとえば、薬でコーティングされたバルーン、ステント留置、バイオ血管足場（biovascular scaffolding）を含む血管形成術、および、たとえば再狭窄防止薬または他の治療薬を治療領域に導入する他の手段のために、より良好に準備される。
【００３１】
ここに説明される血管壁に対する周期的なまたは脈動性の歪力の印加の別の主要効果は、治療薬のより良好な吸収を保証するために、内膜層および／または中央層内の石灰化を事前治療することである。別の効果は、石灰化沈着物または形成物が破砕され、または他の態様で軟化した結果、治療領域における例示的な血管および病変の伸展性を増加させることであり、血管および病変がより柔軟になることを可能にする。
【００３２】
この発明のさまざまな実施形態は、ここに引用により援用される、「偏心回転アテローム切除術装置」（ECCENTRIC ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICE）と題された米国特許第６，４９４，８９０号に概して説明されているような回転アテローム切除術システムを使用して実践され得る。加えて、以下の共同所有された特許または特許出願の開示は、それら全体がここに引用により援用される：「回転アテローム切除術装置」（ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICE）と題された米国特許第６，２９５，７１２号；「アテローム切除術装置用の偏心駆動シャフトおよび製造方法」（ECCENTRIC DRIVE SHAFT FOR ATHERECTOMY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURE）と題された米国特許第６，１３２，４４４号；「アテローム切除術装置用の偏心駆動シャフトおよび製造方法」と題された米国特許第６，６３８，２８８号；「回転アテローム切除術用の研磨駆動シャフト装置」（ABRASIVE DRIVE SHAFT DEVICE FOR ROTATIONAL ATHERECTOMY）と題された米国特許第５，３１４，４３８号；「回転アテローム切除術装置」と題された米国特許第６，２１７，５９５号；「アテローム切除術装置」（ATHERECTOMY DEVICE）と題された米国特許第５，５５４，１６３号；「研磨クラウンを有する回転血管形成術装置」（ROTATIONAL ANGIOPLASTY DEVICE WITH ABRASIVE CROWN）と題された米国特許第７，５０７，２４５号；「径方向に拡張可能な原動機結合を有する回転アテローム切除術装置」（ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICE WITH RADIALLY EXPANDABLE PRIME MOVER COUPLING）と題された米国特許第６，１２９，７３４号；「高速回転アテローム切除術装置用の偏心研磨ヘッド」（ECCENTRIC ABRADING HEAD FOR HIGH-SPEED ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICES）と題された米国特許第８，５９７，３１３号；「閉塞された病変を開くためのシステム、装置および方法」（SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR OPENING AN OCCLUDED LESION）と題された米国特許第８，４３９，９３７号；「高速回転アテローム切除術装置用の偏心研磨要素」（ECCENTRIC ABRADING ELEMENT FOR HIGH-SPEED ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICES）と題された米国特許公開番号第２００９／０２９９３９２号；「質量中心が横方向に変位したアテローム切除術装置用のマルチ材料研磨ヘッド」（MULTI-MATERIAL ABRADING HEAD FOR ATHERECTOMY DEVICES HAVING LATERALLY DISPLACED CENTER OF MASS）と題された米国特許公開番号第２０１０／０１９８２３９号；「予め湾曲された駆動シャフトを有する回転アテローム切除術装置」（ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICE WITH PRE-CURVED DRIVE SHAFT）と題された米国特許公開番号第２０１０／００３６４０２号；「高速回転アテローム切除術装置用の偏心研磨および切断ヘッド」（ECCENTRIC ABRADING AND CUTTING HEAD FOR HIGH-SPEED ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICES）と題された米国特許公開番号第２００９／０２９９３９１号；「高速回転アテローム切除術装置用の偏心研磨および切断ヘッド」と題された米国特許公開番号第２０１０／０１００１１０号；「回転アテローム切除術の研磨クラウン」（ROTATIONAL ATHERECTOMY ABRASIVE CROWN）と題された米国意匠特許第Ｄ６１０２５８号；「回転アテローム切除術の研磨クラウン」と題された米国意匠特許第Ｄ６１０７１０２号；「回転アテローム切除術装置用の双方向拡張可能ヘッド」（BIDIRECTIONAL EXPANDABLE HEAD FOR ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICE）と題された米国特許公開番号第２００９／０３０６６８９号；「回転アテローム切除術の区分化された研磨ヘッド、および研磨効率を向上させるための方法」（ROTATIONAL ATHERECTOMY SEGMENTED ABRADING HEAD AND METHOD TO IMPROVE ABRADING EFFICIENCY）と題された米国特許公開番号第２０１０／０２１１０８８号；「電気モータを有する回転アテローム切除術装置」（ROTATIONAL ATHERECTOMY DEVICE WITH ELECTRIC MOTOR）と題された米国特許公開番号第２０１３／００１８３９８号；および「軌道アテローム切除術装置のガイドワイヤの設計」（ORBITAL ATHERECTOMY DEVICE GUIDE WIRE DESIGN）と題された米国特許第７，６６６，２０２号。ここに説明される発明により、本発明の実施形態のうちの１つ以上における特徴が、そこに説明されるシステム、装置および方法の実施形態の１つ以上の特徴と組合され得る、ということが考えられる。
【００３３】
実施例１
以下の実施例は、高速軌道アテローム切除術中の偏心研磨の運動および接触力を調査する。高速カメラおよび画像処理技術を利用して、クラウン運動およびその、組織を模したポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で作られた透明の動脈模型の壁との相互作用を視覚化し、定量化した。圧電力動力計により、そのような高速動的測定にとって十分な感度および帯域幅で、力が同時に測定された。
【００３４】
材料および方法
実験装置は、以下の項で説明される、アテローム切除術装置と、動脈模型と、測定システムという３つのモジュールから構成された。
【００３５】
アテローム切除術装置
実施例１における軌道アテローム切除術装置は、本開示の譲受人であるカーディオバスキュラー  システムズ、インコーポレイテッド（Cardiovascular Systems Inc.）（セント・ポール（St. Paul）（ミネソタ州））によって製造されたダイヤモンドバック（Diamondback）３６０（登録商標）であり、図１に示す装置と同様である。この装置は、当該技術分野において周知であるような（１）モータおよび制御ユニット、（２）カテーテル、および（３）生理的食塩水および生理的食塩水ポンプという３つのユニットから構成される。モータおよび制御ユニットは、電気モータと、６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍおよび１２０，０００ｒｐｍという３つの回転速度を生成するための１組の速度選択ボタンとを含む。
【００３６】
動脈模型
動脈および血流をシミュレートするよう意図された動脈模型は、（１）組織を模した模型、（２）血液を模した水源、（３）模型と水源とを接続するＰＶＣチューブ、および（４）ＰＶＣチューブと組織模型との間の力分離器から構成される。
【００３７】
透明の組織を模した模型は、ＰＶＣの血管および筋肉模型と、柔らかい材料を収容するための正方形のポリカーボネート（ＰＣ）チューブとから構成された。その形状寸法は、下肢アテローム性動脈硬化の最も一般的な位置のうちの１つである人間の近位膝窩動脈領域を模するように設計された［２０］。処置中の力を測定するために、外側の正方形のＰＣチューブ（外側の幅５０．８ｍｍ、壁厚２．０３ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）は、カスタム取付具を介して圧電動力計（キストラー（Kistler）のモデル９２５６−Ｃ）に搭載された。チューブの内側には、ＰＶＣの血管および筋肉模型があった。血管模型は、近位膝窩動脈の弾性特性および解剖学的構造に対処するために、柔らかいＰＶＣ（弾性率４５ｋＰａ）で作られ、内径が４．８ｍｍ、壁厚が２．０ｍｍであった。血管模型を包囲し、外側のＰＣチューブによって囲まれた筋肉模型は、より低い弾性率（約８ｋＰａ）を有するＰＶＣで作られていた。
【００３８】
管状の血管模型を作製するために、直径４．７６ｍｍのアルミニウムロッドが、１５０℃に加熱されたＰＶＣプラスチゾル（Ｍ−Ｆマニュファクチュアリング（Manufacturing）、フォートワース（Fort Worth）、テキサス州（ＴＸ））に２０分間浸漬され、真空チェンバにおいて−９０ｋＰａで１０分間ガス抜きされた。筋肉模型を作るために、ＰＶＣプラスチゾルは軟化剤と１：１の比率で混合され、（アルミニウムロッドによって支持された）血管模型と正方形の収容チューブとの間の空間へと注がれた。ＰＶＣが室温まで冷却され硬化した後で、アルミニウムロッドは取外された。冷却後、血管模型の内径は、ＰＶＣ収縮の結果、４．８ｍｍになった。
【００３９】
血液を模した水源は、図２に示すように実験装置の残りよりも１ｍ上に上げられて、水を１．３Ｌｍｉｎ−１の流量でＰＶＣチューブおよび組織模型を通って強制的に流す。ＰＶＣチューブ（内径６．３５ｍｍ、壁厚１．５９ｍｍ、長さ１．７ｍ）は、組織模型に接続された長さ０．７ｍのＸ方向の水平部分と、血液を模した水源に接続されたＺ方向の垂直部分とを有していた。カテーテルが水平部分に入って組織模型にアクセスできるようにするために、直径１．５ｍｍの穴がＰＶＣチューブに開けられた。
【００４０】
力分離器は、カテーテルの振動によって誘発されたＰＶＣチューブに対する力を分離するために、組織模型の両側に実装された。分離器は、テフロン（登録商標）テープを巻き付けることによって接続された２つの丸いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）チューブ（外径７．９４ｍｍ、内径４．７６ｍｍ）で個々に作られていた。
【００４１】
測定システム
この研究では、高速回転中に模型内で働く偏心ヘッドダイナミクスを測定するために、（１）高速カメラ（フォトロン（Photron）のモデルＦＡＳＴＣＡＭ−１０２４ＰＣＩ）と、（２）力動力計という、２つの主要装置が使用された。カメラは、クラウン運動を記録するために、（透明な模型を通して）クラウンを側面または正面から撮像するために使用された。１８，０００フレーム／秒（ｆｐｓ）で記録することにより、回転速度が１２０，０００ｒｐｍというその最高速度に設定されていても、クラウンが１回転するたびに最低で９フレームが取込まれた。光ファイバー光源（フォステック（Fostec）のモデル８３７５）を使用して、適切な画質にとって必要な明るい集中光が送出された。動力計は組織模型の下に搭載され、５，０００ＨｚのサンプリングレートでＹ方向およびＺ方向の力を測定した（図２）。この動力計のＹ軸およびＺ軸固有周波数（５，５００Ｈｚおよび５，６００Ｈｚ［２３］）は、１２０，０００ｒｐｍというクラウン回転速度で経験される周波数である２，０００Ｈｚをはるかに上回っていた。
【００４２】
実験計画
個々のテストごとに、装置の電源を入れた１０ｓ後に映像および力データ収集が始まり、５ｓ間続いた。クラウン回転速度（６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍ、および１２０，０００ｒｐｍ）ごとに、５回のテストが行なわれた。３つの回転速度でのこれら５回の繰り返されたテストの各々からの結果の平均および標準偏差（ＳＤ）が計算された。
【００４３】
実施例１の結果
偏心研磨ヘッド運動が、血管管腔の周囲で周方向に印加される高周波の回転力と低周波の軌道力との組合せとなるように、初めて実演された。測定された力は、クラウン運動で観察されたこれらの回転周波数および軌道周波数を確認した。３つのクラウン回転速度（６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍ、および１２０，０００ｒｐｍ）からの結果を表１および表２に提示し、９０，０００ｒｐｍでのクラウンダイナミクスの分析をここに一例として説明する。
【００４４】
【表１】
2018505003.tif 000002
【００４５】
偏心ヘッド運動
９０，０００ｒｐｍで回転された場合の偏心研磨ヘッド上の指定点の高周波小振幅の周期的変位は、図４に示すとおりである。図３は、高速回転中の同じ偏心研磨ヘッドの低周波大振幅の軌道運動周波数を示す。加えて、図４は、高速の回転速度での偏心研磨ヘッドの低周波運動と高周波運動との組合せを見ることを可能にするために、大振幅低周波運動の上に小振幅高周波運動を重ね合わせている。
【００４６】
３つの回転速度（６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍ、および１２０，０００ｒｐｍ）での５回のテストにおける偏心研磨ヘッド運動の回転周波数および軌道周波数の平均およびＳＤを、表１にまとめる。１，００３Ｈｚおよび１，５００Ｈｚという測定された回転周波数はそれぞれ、６０，０００ｒｐｍおよび９０，０００ｒｐｍ用の回転速度設定に整合した。１２０，０００ｒｐｍで、偏心研磨ヘッドの回転速度の不安定性により、この値は１，６６０〜１，８７０Ｈｚ（９９，６００〜１１１，２００ｒｐｍに対応）の範囲に及ぶようになった。この不安定性はおそらく、駆動モータの制限に起因する。回転速度ごとの血管管腔における偏心研磨ヘッドの軌道周波数は、１９．３Ｈｚ、３８．２Ｈｚ、および４０．５Ｈｚであった。
【００４７】
接触力
図５Ａは、回転速度９０，０００ｒｐｍで１つの軌道周期（２４．４ミリ秒）の間にＺ方向で測定された力（ＦＺ）を示し、図５Ｃは、Ｙ方向で測定された力（ＦＹ）を示す。図５Ｂおよび図５Ｄは、観察された２つの優位周波数を示す。上述の高周波数と低周波数との組合せは、図５Ａおよび図５Ｃに、高周波低振幅力が低周波高振幅力の上に重ね合わされた状態で明らかに示されている。観察された２つの優位周波数は、図５Ｂおよび図５Ｄに提供されるように、ＦＺについては１，５００Ｈｚおよび４０．６Ｈｚ、ＦＹについては１，５００Ｈｚおよび４１．３Ｈｚであった。
【００４８】
代表的な回転周波数周期および軌道周波数周期の振幅は、図８（ａ）にそれぞれＡｒおよびＡｏとして標示されている。力ＦＺは、次のように表わすことができる：
【００４９】
【数１】
2018505003.tif 000003
【００５０】
式中、ｔは時間、ｆｒおよびｆｏは回転周波数および軌道周波数、ＡｒおよびＡｏはそれぞれ、回転周波数および軌道周波数におけるＺ方向の力成分の平均振幅である。ＡｒとＡｏとを加算すると、平均ピーク力Ｆｐｅａｋが与えられる。ＦＹについて、同じ分析が繰り返される。表２は、ＦＺおよびＦＹについての、３つの回転速度での、５回の繰り返されたテストについてのｆｒ、ｆｏ、ＡｒおよびＡｏの平均およびＳＤ、ならびにＦｐｅａｋをまとめたものである。ＡｒおよびＡｏは回転速度９０，０００ｒｐｍで最も高く、１２０，０００ｒｐｍでのＡｒおよびＡｏは９０，０００ｒｐｍでのそれらに近く、６０，０００ｒｐｍでのそれらよりも高かった。Ｚ方向のＡｒおよびＡｏはＹ方向のそれらよりも高いことが分かった。これはおそらく、重力および軟組織模型の動的応答の影響に起因する。
【００５１】
３つの回転速度（６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍおよび１２０，０００ｒｐｍ）で測定された力を、以下の表２にまとめる。
【００５２】
【表２】
2018505003.tif 000004
【００５３】
画像および力に基づいて測定されたｆｒおよびｆｏの分析および比較
６０，０００ｒｐｍおよび９０，０００ｒｐｍでは、表１および表２におけるｆｒの値は非常に近い。１２０，０００ｒｐｍでは、ｆｒは、比較用の決定的な値なしで、同様の範囲内で変動した。ｆｏについては、画像に基づいた測定値（表１の１９．３Ｈｚ、３８．２Ｈｚ、および４０．５Ｈｚ）は、ＦＹ（１９．５Ｈｚ、３８．１Ｈｚ、および４０．５Ｈｚ）およびＦＺ（１９．４Ｈｚ、３８．３Ｈｚ、および４０．７Ｈｚ）についての表２の測定値とほぼ等しく、差異は１％未満であり、これはおそらく、異なるサンプリング周波数、および方法ごとに行なわれた付随する信号処理の結果である。ｆｏの値は、研磨ヘッドの軌道遠心力から生じる。ｆｏとｌｎ（Ａｏ）との間の直線関係が、３つの回転速度で、ＦＺおよびＦＹについてそれぞれ０．９２および０．９８というＲ二乗値で観察され、偏心研磨ヘッドの軌道周波数とその遠心力との二次関係が確認される。
【００５４】
熱拡散およびプラーク応力軟化
研磨ヘッドの軌道運動は、熱蓄積および組織熱傷も減少させ得る。研磨はエネルギー集約型のプロセスであり、温度上昇は、アテローム切除術中に血液凝固および組織熱傷を引き起こすおそれがある。偏心研磨ヘッドの回転運動と軌道運動との組合せにより、血管のどの特定領域もクラウンと連続的に接触しない。偏心研磨ヘッドの運動のそのような特徴的挙動は、熱拡散を助けるために活用され得る。
【００５５】
血管に対する周期的印加も、ゴム軟化におけるマリンス効果と同様にプラーク組織を軟化させることによって、処置を助けることができる。軌道アテローム切除術、もしくは、ここで考えられた必要な振動力および／または脈動力を送出するために設計された他のシステムでは、病変および血管壁は、クラウンの軌道運動により、周期的印加および解除を受ける。偏心研磨ヘッドの回転運動は追加の周期的印加および解除に寄与し、局部応力を高めて、病変または血管壁、たとえば内膜層および中央層の内部での石灰化された形成物の応力緩和をさらに強化する。組織内へのこの脈動力は、病変および血管壁の伸展性を増加させる場合があり、カルシウム沈着物の破砕を含む、血管形成術、拡散、および組織軟化におけるより高い成功率を容易にする。
【００５６】
このため、軟組織、ならびに石灰化された病変、および／または動脈壁の石灰化された内膜層および／または中央層の軟化破砕が、本発明によって提供される効果である。軟組織は漸進的な印加および解除サイクル中に損傷を受けることが知られている。図６および図７から分かるように、印加および解除は異なる経路を通り、再印加が、以前の解除と同じ経路に沿って、以前の印加の最大点まで起こる。重要なことに、マリンス効果に従った軟化は、以前の最大負荷を上回る大きさの印加が一旦起こった場合のみ、起こる。図７の損傷エネルギーグラフは、この現象を示す。
【００５７】
結論
この研究は、軌道アテローム切除術における偏心研磨ヘッドダイナミクスの重要な要素、すなわち、偏心研磨ヘッドはその軸に沿って回転し、血管軸の周囲を軌道を描いて回ること、および、この運動は、熱を促し得るクラウンと血管との間の接触力における回転周波数および軌道周波数をもたらすことを初めて明らかにした。
【００５８】
したがって、本発明の一実施形態は、例示的な動脈内で周方向の低周波力および高周波力を生成することを含む。いくつかの実施形態では、これらの力の一方または双方は、動脈管腔内および／または動脈壁内の病変において偏向をもたらすのに十分大きいであろう。次に、周期的な歪の印加および解除でのように、低周波エネルギー波および高周波エネルギー波が、内膜層および中央層を含むもののそれらに限定されない動脈壁および／または病変の内部に生成される。ある実施形態では、周方向の低周波力および高周波力は、一定の大きさのままである。他の実施形態では、マリンス効果に従って病変および／または動脈壁における石灰化された沈着物の軟化破砕を最大化するために、低周波力および／または高周波力は治療処置中に少なくとも１回増加される。
【００５９】
本発明の１つの成果または結果は、病変および／または導管または管腔、たとえば動脈の伸展性の増加を含む。この意味での伸展性は、圧力の変化に対する面積または体積の変化の比率として定義される。生体内では、伸展性は、たとえば収縮期圧と拡張期圧との間での、動脈の管腔の面積の変化として計算される。動脈壁内に形成された石灰化がここに説明された発明によって軟化し破砕されるため、動脈壁の伸展性も増加し、より柔軟になって硬くなくなるであろう。このため、本発明の１つの重要な焦点は、治療された病変および／または導管または管腔、たとえば動脈の伸展性を向上させ、または増加させることである。
【００６０】
本発明のさらに別の成果は、ここに説明されたような方法、たとえば、偏心研磨ヘッドを用いて高速の回転速度で行なわれる軌道アテローム切除術が、滑らかに研磨された、病変がない管腔、ならびに、動脈壁の内膜層および／または中央層内の石灰化の軟化および／または破砕をもたらす、ということである。状況のこの組合せは次に、上述のような補助プロセスの有効性の向上を可能にする。特に、動脈壁の内膜層および／または中央層への治療薬、たとえば再狭窄防止薬の吸収が、そこに形成された石灰化の軟化および／または破砕の結果として生じる。
【００６１】
本発明は上述の特定の例に限定されると考えられるべきではなく、むしろ、この発明のすべての局面を網羅すると理解されるべきである。この発明が向けられた技術の当業者が本明細書を調べれば、さまざまな変更、同等のプロセス、ならびにこの発明が適用され得る多くの構造が、容易に明らかになるであろう。
【図１】
2018505003.tif 000005
【図２Ａ】
2018505003.tif 000006
【図２Ｂ】
2018505003.tif 000007
【図３】
2018505003.tif 000008
【図４】
2018505003.tif 000009
【図５Ａ】
2018505003.tif 000010
【図５Ｂ】
2018505003.tif 000011
【図５Ｃ】
2018505003.tif 000012
【図５Ｄ】
2018505003.tif 000013
【図６】
2018505003.tif 000014
【図７】
2018505003.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月26日(2017.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
以下にさらに説明されるように、出願人らは、高速回転偏心ヘッドの関連する性能特性が、（１）高速周波数の脈動性のまたは周期的な回転（Ｈｚ）をもたらす回転速度（ｒｐｍ）と、（２）同様に本質的に周期的である低周波軌道（Ｈｚ）とを含む、ということを発見した。例示的な４．８ｍｍの直径の血管における６０，０００ｒｐｍ、９０，０００ｒｐｍ、および１２０，０００ｒｐｍという典型的な軌道アテローム切除術の回転速度が、（１）およそ１，０００Ｈｚ、１，５００Ｈｚ、および１，８００Ｈｚという高速周波数回転と、（２）およそ１８Ｈｚ、３８Ｈｚ、および４０Ｈｚという対応する低周波軌道との研磨ヘッド運動組合せを生み出すことが観察された。偏心ヘッドの質量およびその回転速度を含むもののそれらに限定されない多くの要因に依存して、他の組合せがそれら自体を当業者に容易に提示するであろう。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
透明の組織を模した模型は、ＰＶＣの血管および筋肉模型と、柔らかい材料を収容するための正方形のポリカーボネート（ＰＣ）チューブとから構成された。その形状寸法は、下肢アテローム性動脈硬化の最も一般的な位置のうちの１つである人間の近位膝窩動脈領域を模するように設計された。処置中の力を測定するために、外側の正方形のＰＣチューブ（外側の幅５０．８ｍｍ、壁厚２．０３ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）は、カスタム取付具を介して圧電動力計（キストラー（Kistler）のモデル９２５６−Ｃ）に搭載された。チューブの内側には、ＰＶＣの血管および筋肉模型があった。血管模型は、近位膝窩動脈の弾性特性および解剖学的構造に対処するために、柔らかいＰＶＣ（弾性率４５ｋＰａ）で作られ、内径が４．８ｍｍ、壁厚が２．０ｍｍであった。血管模型を包囲し、外側のＰＣチューブによって囲まれた筋肉模型は、より低い弾性率（約８ｋＰａ）を有するＰＶＣで作られていた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
血液を模した水源は、実験装置の残りよりも１ｍ上に上げられて、水を１．３Ｌｍｉｎ−１の流量でＰＶＣチューブおよび組織模型を通って強制的に流す。ＰＶＣチューブ（内径６．３５ｍｍ、壁厚１．５９ｍｍ、長さ１．７ｍ）は、組織模型に接続された長さ０．７ｍのＸ方向の水平部分と、血液を模した水源に接続されたＺ方向の垂直部分とを有していた。カテーテルが水平部分に入って組織模型にアクセスできるようにするために、直径１．５ｍｍの穴がＰＶＣチューブに開けられた。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
測定システム
この研究では、高速回転中に模型内で働く偏心ヘッドダイナミクスを測定するために、（１）高速カメラ（フォトロン（Photron）のモデルＦＡＳＴＣＡＭ−１０２４ＰＣＩ）と、（２）力動力計という、２つの主要装置が使用された。カメラは、クラウン運動を記録するために、（透明な模型を通して）クラウンを側面または正面から撮像するために使用された。１８，０００フレーム／秒（ｆｐｓ）で記録することにより、回転速度が１２０，０００ｒｐｍというその最高速度に設定されていても、クラウンが１回転するたびに最低で９フレームが取込まれた。光ファイバー光源（フォステック（Fostec）のモデル８３７５）を使用して、適切な画質にとって必要な明るい集中光が送出された。動力計は組織模型の下に搭載され、５，０００ＨｚのサンプリングレートでＹ方向およびＺ方向の力を測定した。この動力計のＹ軸およびＺ軸固有周波数（５，５００Ｈｚおよび５，６００Ｈｚ）は、１２０，０００ｒｐｍというクラウン回転速度で経験される周波数である２，０００Ｈｚをはるかに上回っていた。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
代表的な回転周波数周期および軌道周波数周期の振幅は、図５ＡにそれぞれＡｒおよびＡｏとして標示されている。力ＦＺは、次のように表わすことができる：
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
画像および力に基づいて測定されたｆｒおよびｆｏの分析および比較
６０，０００ｒｐｍおよび９０，０００ｒｐｍでは、表１および表２におけるｆｒの値は非常に近い。１２０，０００ｒｐｍでは、ｆｒは、比較用の決定的な値なしで、同様の範囲内で変動した。ｆｏについては、画像に基づいた測定値（表１の１９．３Ｈｚ、３８．２Ｈｚ、および４０．５Ｈｚ）は、ＦＺ（１９．５Ｈｚ、３８．１Ｈｚ、および４０．５Ｈｚ）およびＦＹ（１９．４Ｈｚ、３８．３Ｈｚ、および４０．７Ｈｚ）についての表２の測定値とほぼ等しく、差異は１％未満であり、これはおそらく、異なるサンプリング周波数、および方法ごとに行なわれた付随する信号処理の結果である。ｆｏの値は、研磨ヘッドの軌道遠心力から生じる。ｆｏとｌｎ（Ａｏ）との間の直線関係が、３つの回転速度で、ＦＺおよびＦＹについてそれぞれ０．９２および０．９８というＲ二乗値で観察され、偏心研磨ヘッドの軌道周波数とその遠心力との二次関係が確認される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ｃ】
2018505003.tif 000016
【国際調査報告】
2018505003.tif 000017