具体实施方式

虽然本发明可适用于各种修改和替代形式，但是其细节在附图中通过示例的方式示出并在本文详细描述。然而，应该理解的是，并非旨在将本发明限制于所描述的特定实施例。相反，意图是覆盖落于本发明的精神和范围内的所有变型、等同方案和替代方案。

提供了用于旋转医疗装置(比如旋转斑块切除系统)的旋转驱动轴的各种实施例。每个实施例产生轨道运动，其源自与驱动轴集成的特征，而不是源自附接的研磨元件。

首先，应当理解，如本文所使用和在此定义的，词语“偏心距”及其变体指的是：(1)驱动轴的几何中心与驱动轴的旋转轴线之间的位置上的差异，或者(2)驱动轴的质心与驱动轴的旋转轴线之间的位置上的差异。

此外，应该明白的是，如本文使用并在此定义的，术语“轨道运动”指的是绕轨元件，例如驱动轴，其实现了大于其静止直径的工作直径，并且其中轨道运动由偏心元件引起，所述偏心元件比如为质量或偏心研磨元件，安装在驱动轴之上或之中或沿着驱动轴，在某些实施例中集成在驱动轴的丝线匝或线丝之中、沿着所述丝线匝或线丝、或在其上。驱动轴在轨道运动期间的所得运动也可以被称为具有可预测、可定制的长度和形状的驻波。

增加在流体中旋转的驱动轴的阻力系数的机制

1.修改或调整表面粗糙度

众所周知，表面的阻力系数可以被修改或调整以增加和/或减少表面粗糙度，并且可以通过参考尤其是所得到的雷诺数来测量。例如，如果雷诺数在4x10⁴到4x10⁵的范围内，则更光滑的表面可能导致更高的阻力系数。在4x10⁵的雷诺数以上时，更粗糙的表面可能导致更高的阻力系数。一般来说，表面粗糙度将增加流线型物体在湍流环境中的阻力系数。对于圆柱体或球体等物体，表面粗糙度的增加可能会增加或减少阻力系数，这取决于雷诺数。

例如，激光或其它装置可以用于在驱动轴20的外部表面的至少一部分上建立表面缺陷150，其包括示例性的偏心部，该偏心部体现为如图7所示的和图4的呈偏心冠部28A形式的研磨元件。通常，表面缺陷可以包括外部表面中的凹坑或凹陷。替代地，一些或全部现有的表面缺陷可以通过施加覆盖层160来得到光滑化，所述覆盖层比如为聚合物保护层或护套(在图7中以虚线示出)。基于本主题的驱动轴20在比如水等流体中进行回旋和绕轨的雷诺数，阻力系数可以增加，技术人员将认识到这将增加旋转驱动轴实现轨道运动的趋势。

通过本文所述的机制增加在流体中旋转的驱动轴20的阻力系数将尤其：

1.与具有较低阻力系数的驱动轴20相比，流体在旋转驱动轴20的环境中围绕所述旋转驱动轴20的增强旋转运动；

2.由于以上第1条的增强流体循环(这将倾向于使驱动轴20移动离开其旋转轴线A并进入轨道运动)，与具有较低阻力系数的驱动轴相比，以较低的旋转速度实现轨道运动；

3.由于通过以上第1条的增强流体循环驱动的增加压力梯度，与具有较低阻力系数的驱动轴20相比，以较低的旋转速度实现轨道运动。

2.沿轴添加阻力元件以增加其阻力系数。

通常，阻力元件可以被添加至旋转驱动轴外，以在流体内旋转时增加其阻力系数。在一些情况下，如图8所示，阻力元件可以包括至少一个弹簧200，其具有外直径D1，其大于所述至少一个弹簧200所附接到的驱动轴20的外直径D2。该实施例中的弹簧200优选地是高度柔性的，使得驱动轴的刚度不会明显增加。此外，弹簧可以相对较轻，使得归因于弹簧的质量增加最小。因此，该实施例主要通过增加弹簧的直径和表面“粗糙度”来增加阻力系数。

因此，图8提供了固定到驱动轴20的近侧弹簧200P，其相对于作为可操作地附接到驱动轴20的偏心冠部28A示出的偏心研磨元件位于近侧。此外，可选的远侧弹簧200D被示出为固定到驱动轴20，在偏心冠部28A的远侧。在这两种情况下，弹簧200P、200D被示出为与偏心冠部28A纵向间隔开。然而，应该明白的是，弹簧200P、200D中的一个或两个可以接触偏心冠部28A，并因此不与其间隔开。此外，弹簧200P和200D被示出为在与驱动轴操作连接时围绕驱动轴20周向地围绕。通常，弹簧200P和200D可以是同心的，即质心C_P和C_D将沿着弹簧200P和/或200D的长度位于驱动轴20的旋转轴线A上，并且偏心冠部的质心C将沿径向偏离旋转轴线A。

替代地，弹簧200P、200D中的一个或两个可以围绕驱动轴20部分地周向缠绕。在这种情况下，部分围绕的弹簧的质心将沿着部分围绕的弹簧的长度沿径向偏离驱动轴的旋转轴线。图8B示出了具有部分缠绕的近侧弹簧200P和远侧弹簧200D的示例性驱动轴和质心C_P、C_D的相应位置以及偏心冠部28A的质心C的位置。另外值得注意的是，驱动轴20的加上部分缠绕的弹簧200P、200D的外直径D3大于驱动轴的外直径D2。图8B示出了示例性装置，其中质心C、C_P和C_D沿着同一纵向平面(即在质心位置C、C_P和C_D之间不存在旋转角)定位。

本领域的技术人员将意识到，图8A的实施例可以通过以径向不对称分布增加弹簧200P、200D的质量来得到修改，从而将质心C_P和C_D中的一个或两个径向移离驱动轴20的旋转轴线A。质心C、C_P和C_D的这些位置可以沿着同一纵向平面，即在质心C、C_P和C_D的位置之间没有旋转角。

图8C示出了图8A和8B所示任一实施例的质心C、C_P和C_D的示例性位置。这里，示例性的旋转角度α和β相应地设置在：(1)偏心冠部质心C与近侧弹簧质心C_P的位置之间，以及(2)偏心冠部质心C与远侧弹簧质心C_D的位置之间。在这些实施例中，质心C、C_P和C_D可以纵向地和旋转地间隔开，与增加的直径D1和/或D3相结合，以协助以比未修改的驱动轴更低的旋转速度激发轨道运动。

因此，在某些实施例中，研磨元件(例如冠部)不需要偏心，而是可以与驱动轴20的旋转轴线上的质心同心，其中被径向偏移并在某些情况下被旋转分离的质心C_P和/或C_D，结合以上讨论的增加的阻力系数，将驱动轴20驱离轴线并进入轨道运动。

最后，如图所示，通常优选的是，弹簧200P、200D包括比偏心研磨元件(即偏心冠部28A)的长度更大的长度，以使所得到的阻力增加最大化或或最优化。在其它实施例中，弹簧200P、200D中的一个或两个可以具有相等的长度或者可以包括不同的长度。此外，弹簧200P和/或200D的长度可以等于或小于偏心冠部28A或偏心研磨元件的长度。

下面将进一步讨论图8A中所示的实施例。

工作示例1

图8A的近侧弹簧200P和远侧弹簧200D沿着图8(修改的装置)所示的旋转驱动轴20放置在1.25mm偏心冠部28A的近侧侧部和远侧侧部上，然后以各种速度旋转。没有弹簧的公知旋转驱动轴20和1.25mm偏心冠部28A然后以相同的速度旋转(未修改的装置)。在测试的旋转速度下，监测两组条件的轨道运动频率。

图9示出了工作示例1的测量结果。

未修改的装置(即没有弹簧的装置)不能以相对较低的速度(1000Hz)或中等旋转速度(1500Hz)实现轨道运动，只能以2000Hz的指定高速来实现非常低频率的绕轨运动。

另一方面，在所有测试速度下，修改的装置都产生了轨道运动，并且处于更高的绕轨频率。数据表明了旋转速度和绕轨频率之间的线性关系。

基于这些数据的最重要的结论之一是，添加质量相对较低但外直径D1大于驱动轴20的外直径D2的弹簧200P、200D增加了驱动轴20的阻力系数，这进而导致比未修改的驱动轴和偏心冠部组合明显更低的旋转速度和明显更大的轨道频率的轨道运动。

因此，此处使用的阻力元件可以包括在驱动轴20的直径之上的直径增加，以作为一种机制来实现增加的阻力系数，并因此以比公知装置或系统中可能的更低的旋转速度实现具有更高频率的轨道运动。

有许多可能的机制来增加驱动轴的阻力系数，并且这可能依赖于如工作示例中那样增加驱动轴的外直径和/或在质量上的增加和/或所得质心的相对位置。可以添加到驱动轴以增加阻力系数的额外的示例性阻力元件如下。

2A.添加不可旋转地固定到轴的阻力元件

可以向驱动轴20添加一种示例性的阻力元件，其具有臂或径向突起302，其如10A-10C中所示的那样径向向外延伸为示例性的桨轮300(图10A)。然而，包括径向突起在内的任何阻力元件将起到增加阻力系数的作用，其中径向突起可以是直的和/或弯曲的和/或杯状的，以进一步增强流体循环。

图10A提供了一组对称的径向突起302，其中当附接到驱动轴时，质心C将在驱动轴20的旋转轴线A上。在这种情况下，阻力系数和驱动轴20进入轨道运动的所得推动力是由于旋转期间增加的流体流动。相邻的径向突起302围绕驱动轴20等距地间隔开。替代方案可以包括相邻的径向突起302之间的不等间隔。

图10B包括径向突起302围绕桨轮阻力元件320的不对称分布，使得质心C现在沿径向偏离驱动轴的标称或静止旋转轴线A，从而除了增强的流体流动之外，还有助于实现轨道运动。

最后，图10C提供了示例性的一组杯状或弯曲的径向突起330，其可以围绕驱动轴20对称或不对称地分布，其中质心相应地定位在驱动轴的旋转轴线A上或定位成沿径向离开驱动轴的旋转轴线A。

在图10A-10C的实施例中，通过修改一些径向突起长度使得它们不都相等和/或增加一个或更多个径向突起的质量，可以实现进一步的不对称，以及由此产生的相对于旋转轴线A的径向错位质心。

图10A-10C的实施例可以不可旋转地固定到驱动轴20。这些阻力元件中的一个或更多个可以固定到驱动轴20。当偏心研磨元件附接到驱动轴时，一个或更多个阻力元件可以固定到偏心研磨元件的近侧和/或远侧。当驱动轴包括源自其它手段(比如驱动轴线丝结构本身或线丝中插入的质量塞)的偏心时，阻力元件可以类似地固定在集成到驱动轴20中的偏心区域的近侧和/或远侧。

替代地，包括径向突起的阻力元件可以从驱动轴20的单个线丝41的外部表面形成，其中阻力元件从那里延伸。如上所述，径向突出的阻力元件可以永久地沿径向延伸远离驱动轴20，或者可以包括偏置的平坦轮廓，直到驱动轴20以阈值速度旋转，这导致阻力元件径向延伸并影响阻力系数。

对阻力系数的调节可以通过阻力元件的单个径向突起的表面面积、每个阻力元件上的径向突起的数量、径向突起的形状和/或曲率来进行。此外，径向突起可适于实现工作构造，由此径向突起被偏置成基本平坦地搁置抵靠驱动轴20的外表面和/或围绕驱动轴20盘绕。驱动轴20的旋转然后可以将径向突起移动到它们的工作位置中，以实现工作构造。

2B.添加可旋转操作地附接到轴的阻力元件

用于增加或调节以优化阻力系数的这种实施例类似与图10A-10C的实施例，除了径向突起实施例可以可旋转操作地附接到驱动轴20。

2C.沿着驱动轴增加质量和外直径

沿着驱动轴20增加质量将增加离心力，其将绕轨的驱动轴的驻波保持在原位并且增强绕轨轴20的偏转的幅度或工作直径。绕轨直径或偏转越大，旋转循环的流体就越多，因此与未修改的公知驱动轴相比，以更低的旋转速度产生轨道运动。用于所述目的的增加质量的示例性机制如下：

附接到具有偏心冠部的轴的盘绕丝线或线丝质量元件。

加上偏心冠部，包括盘绕丝线或线丝质量体或弹簧200(例如缠绕弹簧)的阻力元件可以在偏心冠部28A的远侧和/或近侧的点处放置在驱动轴20的至少一部分之上或周围。在所有情况下，申请人已经发现，通过将质量体或弹簧200放置在偏心冠部28A附近，可以获得最佳结果。最优选地，至少近侧和/或远侧的质量体或弹簧与偏心冠部触碰地接触。图11示出了这种配置，其中示例性的近侧弹簧200P包括一定长度，其长于附接到驱动轴20的偏心冠部28A的长度。在该示例性例证中，没有附接远侧阻力元件或弹簧200D。近侧弹簧200P可以包括至少超过偏心冠部28A的长度的两倍的长度，并且如图11所示，可以包括是偏心冠部28A的长度的5倍或更多的长度。示出为弹簧200P的阻力元件还可以采用盘绕的线丝质量体或其它类似结构的形式。

工作示例2

如在图11中看到的，与仅包括偏心冠部28A的驱动轴20(未修改的装置)相比，近侧弹簧200P放置在驱动轴20上，在偏心冠部28A近侧并与之间隔开(修改的装置)。

在图12中以图形形式示出了工作示例2的结果。

未修改的装置以大约700Hz的旋转速度实现了非常低的绕轨频率(大约20Hz)，其具有非常慢、低的增长速率，以大约1850Hz的旋转速度实现大约90Hz的最大绕轨频率。

另一方面，修改的装置以大约700Hz的最低旋转速度达到略高于50Hz的绕轨频率，并且显示出在绕轨频率上一定比未修改的装置更高的增长速率。修改的装置以大约1850Hz的旋转速度达到略高于200Hz的绕轨频率。

如可以看到的，添加近侧阻力元件200P以任何给定旋转速度增加绕轨频率，并且与未修改的装置相比引起更低旋转速度的轨道运动。

附接到没有偏心冠部的驱动轴的盘绕丝线或线丝质量元件

盘绕丝线或线丝线圈或弹簧阻力元件可以部分地缠绕住驱动轴20，和/或可以包括如上所述的偏心或不对称径向质量分布，从而通过移动局部质心C径向离开旋转轴线而提供必要的偏心，并且能够在高速选转期间引起轨道运动。在任一种情况下，阻力元件的材料可以优选为致密材料比如钨，即比驱动轴的材料更致密，驱动轴的材料可以是不锈钢。替代地，可以使用中等密度的材料，比如不锈钢，或者甚至相对较低密度的材料，比如钛(密度小于驱动轴的材料)。在该实施例中，阻力元件的丝线或线丝和/或驱动轴的丝线匝或线丝41的至少一些外部表面可以涂覆有磨料。

在其它实施例中，阻力元件的质量添加和增加的外直径将足以引起轨道运动，特别是当阻力元件纵向间隔开时。

设置在具有偏心冠部的驱动轴上的编织质量元件

另一种包括质量体的阻力元件可以包括编织结构，其在偏心冠部的近侧和/或远侧至少部分地缠绕住驱动轴。如同弹簧200的实施例，编织阻力元件可以是同心的并且具有在驱动轴的旋转轴线上的质心，或者可以是偏心的并且包括不对称的质量可以通过编织元件中的偏心或不对称的径向质量分布或者通过部分缠绕住驱动轴20来引入。

设置在没有偏心冠部的驱动轴上的编织质量元件

编织质量阻力元件可以部分地缠绕住驱动轴20，以通过移动局部质心C径向离开旋转轴线而提供必要的偏心，并且能够在高速选转期间导致轨道运动，如上所述。在这种情况下，可以不需要偏心研磨元件或例如冠部28A。在该实施例中，编织质量元件的编织体和/或驱动轴的丝线匝或线丝41的至少一些外部表面可以涂覆有磨料。

如上所述，在某些实施例中，编织质量阻力元件的质量添加和增加的外直径将足以引起轨道运动，特别是当提供超过一个的编织阻力元件并且所述编织阻力元件纵向间隔开时。

出于本文所述的原因，本文所讨论的这个实施例和所有实施例可以在需要或借助偏心研磨元件(比如偏心冠部28A)的情况下致使驱动轴20实现轨道运动。

设置在具有偏心冠部的驱动轴上的球珠

替代地，如图13所示，一个或更多个球珠可以在示例性偏心研磨元件(偏心冠部28A)的近侧和远侧附接到驱动轴。邻近冠部28A的球珠可以与冠部28A触碰地接触，或者可以与冠部28A间隔开。当在冠部28A的近侧和/或远侧设置超过一个的球珠时，相邻球珠可以触碰地接触或者可以间隔开。相邻球珠不固定到彼此，从而保持灵活性。在偏心冠部28A的近侧的球珠的数量可以等于或可以不同于在偏心冠部28A的远侧的球珠的数量。如图所示，使用了相等质量的球珠，尽管也可以使用不等质量的球珠。此外，在图13中，示出了6个近侧球珠和5个远侧球珠，其中所有球珠都具有相等质量，因此所有远侧球珠的总体远侧质量大于所有近侧球珠的总体近侧质量。

设置在没有偏心冠部的驱动轴上的球珠

类似于上文所述的其它实施例，近侧球珠和/或远侧球珠可以是偏心的(通过质量或安装或几何构造)，或者是同心的，并且相应地产生了远离驱动轴的旋转轴线定位的质心或者定位在该旋转轴线上的质心。在任一种情况下，由于本文所述的原因，驱动轴20都可以被引起轨道运动，而不需要或借助偏心研磨元件，比如示例性的冠部28A。

如同本文讨论的其它阻力元件一样，球珠可以不可旋转或可旋转操作地附接到驱动轴。球珠可以是球形的或者非同心的几何形状。

设置在具有/不具有偏心冠部的驱动轴上的小轮廓环圈

图14示出了对图13的修改，其中使用环圈来代替球珠。结合图13所述的所有其它特征、替代方案以及功能都适用于图14的修改的环圈。

用于增加旋转驱动轴的阻力系数并且具有输送构造与工作构造的铰接水翼

最后，图15A和15B示出了流体动力学原理的另一个应用，用于迫使附接到旋转驱动轴的旋转研磨元件脱离同心旋转自转，并驱动研磨元件进入轨道运动，其中在高速旋转期间绘出的工作直径大于其静止直径。因此，图15示出了水翼研磨元件，当其附接到驱动轴20并以阈值旋转速度旋转时，将引起轨道运动。水翼研磨元件的最大直径可以减小，以便输送穿过护套或输送导管，并且通过提供弯折点(例如如图所示的铰链，允许水翼延伸部围绕水翼研磨元件的本体折叠)来适应更小和/或曲折的血管。一旦输送出输送导管或护套管腔，可以通过在第一旋转方向上旋转驱动轴来致使水翼延伸元件扩张。一旦水翼延伸部通过流体的力扩张并在流体中旋转，并且被固接到工作位置，驱动轴可以在第二相反旋转方向上旋转，其中流体动力学引起轨道运动。替代地，水翼延伸铰链可以被偏置以扩张到工作位置。

替代地，水翼延伸部可以包括形状记忆材料，其被偏置以扩张到工作位置，使得水翼延伸部可以在输送导管或护套的管腔中收缩来以小轮廓输送，然后在输送出导管或护套的管腔时，水翼延伸部将被偏置地扩张，以允许旋转和导致轨道运动。通过将水翼研磨元件向近侧移动到导管或护套管腔中，水翼延伸部可以重新收缩以便撤回。

本文阐述的实施例的描述以及它们的应用应该被理解为说明性的，而并不旨在限制本公开的范围。在本公开的边界和范围内，各种实施例的特征可以与其它实施例和/或其特征组合。在研究本公开内容时，本文公开的实施例的变化和修改是可能的，并且对于本领域的普通技术人员来说，实施例的各种元件的实际替代和等同物将被理解并且变得显而易见。在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文中公开的实施例进行这样的变化和修改。因此，本领域普通技术人员可以想到的所有替代、变化、修改等被认为是在本公开的边界和范围内。