具体实施方式

对于下列定义的术语而言，除非在本说明书中的权利要求或其他地方中给出了不同的定义，否则这些定义应是适用的。

所有数值在本文均被假定为受到术语“约”的修饰，而无论是否进行了明确表示。术语“约”通常是指本领域技术人员认为等同于所引用的值(即，具有相同的功能或结果)的数字范围。在许多实例中，术语“约”可以包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。

由端点表示的对数值范围的叙述包括在该范围内的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。

如在本说明书和所附的权利要求中使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数个指示物，除非内容另有明确指示。如在本说明书和所附的权利要求中使用的，术语“或”通常是按包括“和/或”的意义而采用的，除非内容另有明确指示。

应参考附图阅读以下详细描述，其中不同附图中的类似元件具有相同的编号。不一定按比例绘制的附图描绘了说明性实施例且不旨在限制本发明的范围。

许多患者患有可能限制体液(例如，血液、胆汁等)的流动的闭塞的动脉、其他血管和/或闭塞的道或其他体腔。闭塞可能是部分闭塞，其减少通过血管的闭塞部分的血流或是完全闭塞(例如，慢性完全闭塞)，其基本上阻止了通过闭塞的血管的血流。血管再建技术包括使用各种装置通过闭塞以创建或扩张通过该闭塞的开口。动脉粥样硬化切除术是一种技术，其中上面具有切割元件的导管前进通过闭塞以形成或扩大通过该闭塞的路径。理想地，切割元件切除闭塞而不损坏周围脉管壁和/或已发生再狭窄处先前植入的支架。然而，在一些实例中，切割元件可以进行操纵和/或前进，使得其接触脉管壁和/或支架。因此，可能期望利用材料和/或设计动脉粥样硬化切除装置，其可切除闭塞而不损坏周围的脉管和/或已发生再狭窄处先前植入的支架。另外地，可能期望将切割元件用于移除硬的闭塞性材料，诸如钙化材料以及更软的闭塞性材料。本文公开的方法和系统可以被设计成克服先前动脉粥样硬化切除术装置的限制中的至少一些，同时有效地切除闭塞性材料。例如，本文公开的装置和方法中的一些可以包括具有独特切割表面几何形状和/或设计的切割元件。

图1是示例动脉粥样硬化切除术系统10的示意性框图，示例动脉粥样硬化切除术系统10包括适于可旋转地致动动脉粥样硬化切除旋磨头14的驱动机构12。动脉粥样硬化切除术系统10包括控制器16，其适于调节驱动机构12的操作。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统10可以包括用户界面18，其可以可操作地连接到控制器16，使得控制器16能够显示关于驱动机构12的性能的信息。例如，该信息可以包括驱动机构12的瞬时速度、动脉粥样硬化切除旋磨头14所经历的瞬时扭矩等中的一个或多个。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统10可以不包括用户界面18。在一些情况下，动脉粥样硬化切除旋磨头14还可以被称为是或包括切割头或切割构件，并且这些术语可以互换使用。

图2是示例动脉粥样斑块切除术系统20的示意性框图，其中驱动机构12可以包括驱动马达22和驱动电缆24，该驱动电缆24与驱动马达22以及动脉粥样硬化切除旋磨头14可操作地联接。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统20的特征可以与动脉粥样硬化切除系统10的特征相结合。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统20还可以包括手柄(未示出)。

图3是示例动脉粥样硬化切除术系统40的示意性框图，该动脉粥样硬化切除术系统40包括控制系统42，其适于调节驱动机构12的操作，以便可旋转地致动动脉粥样硬化切除旋磨头14。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统40的特征可以与动脉粥样硬化切除术系统10和动脉粥样硬化切除术系统20中的一个或多个相结合。控制系统42可以包括参考块32以及可操作地联接到参考块32的比例积分微分(PID)控制器44。在一些情况下，参考块32可以确定可在标称值、负值和零之间选择的速度参考值46。尽管在一些情况下，参考块32可以添加偏移值，但在一些情况下，PID控制器44还可以适于将偏移值添加至从参考块32接收的速度参考值46。PID控制器44还可以适于提供驱动机构12的马达速度的降低，该速度大于在其他情况下响应于在动脉粥样硬化切除旋磨头14处经历的增加的扭矩通常会发生的速度。

图4是示例动脉粥样硬化切除术系统50的示意性框图，该动脉粥样硬化切除系统50包括控制系统52，其适于调节驱动马达22的操作，以便可旋转地致动动脉粥样硬化切除旋磨头14。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统50的特征可以与动脉粥样硬化切除术系统10、动脉粥样硬化切除术系统20或动脉粥样硬化切除术系统40中的一个或多个相结合。控制系统52可操作地联接到驱动马达22并且包括反馈回路54，其适于监测驱动马达22的性能并且输出控制力信号56。驱动电路58适于接收控制力信号56并且根据控制力信号56调节驱动马达22的操作。

在一些情况下，反馈回路54可以包括用于确定速度参考值的参考块和可操作地联接到参考块用于接收速度参考值的PID控制器，PID控制器适于利用速度参考值、比例(P)增益值、积分(I)增益值和微分(D)增益值来确定控制力信号。在一些情况下，反馈回路54可以适于将偏移值添加至被提供给参考回路54的参考信号，以便在空载情况期间准确地保持驱动马达22的速度。在一些情况下，例如，如果动脉粥样硬化切除旋磨头14被卡住，控制系统52则还可以适于增加由驱动马达22提供的扭矩，直到在短时间段内达到扭矩阈值，以及随后指引驱动马达22以低速逆转，以便释放驱动机构中的能量。

图5是示例动脉粥样斑块切除术系统300的示意性框图。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统300可以被认为是动脉粥样硬化切除术系统10、20、30、40或50的示例。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统300的特征可以与例如，动脉粥样硬化切除术系统10、20、30、40或50中任一个的特征相结合。动脉粥样硬化切除术系统300包括马达302，其驱动本身接合负载306的驱动电缆304。例如，负载306表示动脉粥样硬化切除旋磨头。马达302由驱动电路308控制，例如，驱动电路308可以被认为是驱动模块22和/或控制系统16的示例或以其他方式并入驱动模块22和/或控制系统16中。在一些情况下，马达302可以相对于动脉粥样硬化切除术系统300的重量和其他尺寸将尺寸设置为能够在不到3秒，或在一些情况下在不到2秒将动脉粥样硬化切除旋磨头加速至全速。作为一个示例，马达302的额定值可以为至少60瓦。在一个特别的示例中，马达302的额定功率可以为约80瓦。这些仅仅是示例。

驱动电路308从反馈部分310接收输入。在一些情况下，反馈部分310以来自参考调度块314的参考输入312开始，该参考调度块314将参考输入312提供至PID控制器316。在一些情况下，参考调度块314可以被配置为接收附加输入，诸如来自用户和/或来自未示出的附加传感器的。作为一个示例，如果装置已经运行了太长时间段，参考调度块314则可以降低速度参考值，以便防止过热。PID控制器是包括(P)比例部分、(I)积分部分和(D)微分部分的控制器。PID控制器316将控制力值或参考电流318输出至驱动电路308。马达状态估计块320接收来自驱动电路308的电流/电压信号322和马达位置信号323，以及接收来自PID控制器316的状态反馈324。马达状态估计块320将状态反馈信号325提供回PID控制器316。

马达状态估计块320将速度值326输出回参考调度块314。虽然从马达状态估计块320到参考调度块314的反馈被示为速度值，但在一些情况下，反馈可以另外地或替代地包括位置、扭矩、电压或电流中的一个或多个，并且在一些情况下可以包括这些值中的任一个的微分或积分。在一些情况下，马达状态估计块320可以替代地接收表示速度而不是位置(如图所示)的信号323。马达位置信号323可以是马达302的输出轴的相对旋转位置的指示，并且因此是负载306的相对旋转位置的指示，如果随着时间对其进行跟踪，这则可以提供速度的指示。

在一些情况下，驱动电路308和反馈回路310可以相结合地被视为形成控制器350，其适于确定在动脉粥样硬化切除旋磨头处的估计扭矩(如图5所示的负载306)。控制器350可以被认为是控制器16(图1)的一个示例。在一些情况下，控制器350可以被认为仅包括驱动电路308和反馈回路310的一些元件。在一些情况下，控制器350的特征和功能中的一些可以发生在马达状态估计块320中。应当理解，虽然图5示出了作为独立部件的各种部件，但是在一些情况下，部件中的一个或多个的功能实际上可以散布在单独的机械部件之间。在一些情况下，部件中的一个或多个的功能可以组合进一个或多个机械部件。

如果负载306处的估计扭矩变得太高，这可能是旋磨头被卡住的指示。为了防止对驱动电缆304的可能损坏，并且防止对患者造成的可能伤害，如果估计扭矩达到或超过预定扭矩阈值，动脉粥样硬化切除术系统300可以适于停止或甚至逆转动脉粥样硬化切除术系统300的操作。应当理解，预定扭矩阈值的实际值可以根据动脉粥样硬化切除术系统300的机械结构而变化，但是可以设置在足够低的水平下以防止损坏和伤害，但不能设置得太低，以免引起由不是负载306被卡住所导致的较小的和/或临时的扭矩增加所导致的太多的错误警报。例如，当动脉粥样硬化切除术系统300通过患者的脉管系统前进时，瞬时扭矩可能会少量变化。

因此，控制器350可以适于计算负载306处的估计扭矩并且将负载306处的估计扭矩与扭矩阈值进行比较。如果估计扭矩达到或超过扭矩阈值，动脉粥样硬化切除术系统300则可以停止或甚至逆转驱动机构(例如，驱动马达302和驱动电缆304)。在一些情况下，动脉粥样硬化切除术系统300可以适于基于动脉粥样硬化切除术系统300的角速度和动脉粥样硬化切除术系统300的角加速度中的至少一个计算在负载306处的估计扭矩。

在一些情况下，控制器350可以适于确定动脉粥样硬化切除术系统300的角位置。这可能意味着确定马达302的角位置或电缆304的角位置。应当理解，控制器350可以适于通过确定相关于角位置的时间的一阶微分来确定动脉粥样硬化切除术系统300的角速度。控制器350可以适于通过确定相关于角位置的时间的二阶微分来确定动脉粥样硬化切除术系统300的角加速度。在一些情况下，例如，控制器350可以适于根据等式(1)计算由T_负载指示的在负载306处的估计扭矩：

其中

K_T是用于驱动马达的扭矩常数；

i是驱动马达电流；

C_D是摩擦系数值；

是动脉粥样硬化切除术系统300的角速度；

I是动脉粥样硬化切除术系统300的惯量；以及

是动脉粥样硬化切除术系统300的角加速度。

在一些情况下，驱动马达电流i可以是测量值或计算值。在一些情况下，可以在马达状态估计块320内估计驱动马达电流i。例如，参考电流318可以经由路径319被馈送到马达状态估计块320，并且马达状态估计块320可以比可以测量的驱动马达电流i更快地预测驱动马达电流i。在一些情况下，摩擦系数C_D可以是常数。在一些情况下，C_D可以是计算值或甚至是随时间变化的值。在一些情况下，C_D可以是被命令的电流量、系统速度和年龄(系统的总运行时间)中的一个或多个的因子。例如，控制器350可以基于这些因子中的一个或多个计算C_D。在一些情况下，控制器350可以包括查找表，例如，其为多个转速范围中的每一个提供用于C_D的特定值。这只是一个示例。表示动脉粥样硬化切除术系统300的角速度，并且如所指示的，可以通过相关于时间取动脉粥样硬化切除术系统300的角位置的一阶微分来确定。表示动脉粥样硬化切除术系统300的角加速度，并且如所指示的，可以通过相关于时间取动脉粥样硬化切除术系统300的角位置的二阶微分来确定。系统的惯量I可以基于系统的质量和几何形状而很容易地计算出来。

在一些情况下，控制器350可以适于根据等式(2)计算在负载306处的估计扭矩：

其中

T_马达是用于所述驱动马达302的估计马达扭矩；以及

T_拖曳是用于所述驱动机构的估计拖曳扭矩。

在一些情况下，控制器350可以适于根据等式(3)计算估计马达扭矩T_马达并且可以根据等式(4)由控制器计算估计拖曳扭矩T_拖曳。

T_马达＝K_T*i (3)。

应当理解，在一些情况下，当动脉粥样硬化切除术系统300在稳态下运行并且因此没有加速时，T_马达可以被认为是基本上等于T_拖曳，并且因此在稳态下，可以由控制器350根据等式(5)计算出T_负载：

因此，并且在一些情况下，当动脉粥样硬化切除术系统300处于稳态时，控制器350适于根据等式(5)计算T_负载：

以及当动脉粥样硬化切除术系统300加速时，控制器350可以适于根据等式(1)计算T_负载：

图6是PID控制器316的示意性框图，该PID控制器316可以被认为是图4中所示的PID控制器44的示例。表示在期望值和实际值之间的误差的误差信号312进入PID控制器316。PID控制器316计算与误差成比例的P项340。PID控制器316计算作为误差积分的I项342和作为误差微分的D项344。这些项在求和点346加在一起，从而产生控制力信号318的输出。

应理解的是，本发明在许多方面仅仅是说明性的。在不超过本发明范围的情况下，可以在细节，特别是形状、大小和步骤的安排的事项上进行改变。在适当的程度上，这可以包括使用在其他实施例中使用的一个示例实施例的特征中的任一个。当然，本发明的范围是由表达所附权利要求的语言进行限定的。