专利名称：对生物导管局部应用治疗剂的高速冠状动脉旋磨术系统、装置和方法相关工艺的描述现已研制出各种用于切除或修复生物导管(例如，但不限于血管和类似的体内通道)中的组织的方法和器械。这种方法和器械的常见目的是切除患者动脉内的粥样硬化斑块。动脉硬化的特点是脂肪沉淀(动脉粥样化)积聚在患者血管的内膜层(内皮细胞层下方)中。长期积聚后，最初沉淀下来的相对较软的、胆固醇含量丰富的动脉粥样化物质往往硬化成钙化的动脉粥样硬化斑块。这种动脉粥样化会阻碍血液流动，因此往往也称为狭窄病变或狭窄，堵塞物质称为狭窄物质。如果不及时治疗，这种动脉狭窄会造成心绞痛、高血压、心肌梗死、中风、腿疼等病症。冠状动脉内旋磨术已经成为切除这种狭窄物质的常用方法。这种手术常用于进行冠状动脉中的钙化病变开口。冠状动脉内旋磨术一般不单独使用，而是接着进行球囊血管成形术，然后进行的往往是放置支架，以便帮助维持张开动脉的未闭。对于非钙化病变，常常单独使用球囊血管成形术张开动脉，并放置支架，维持张开动脉的未闭。不过研究表明，很大一部分做过球囊血管成形术且在动脉中放置支架的患者都经历了支架再狭窄一即由于瘢痕组织在支架内生长过多而长期形成的支架堵塞。这种情况下，经皮腔内斑块旋切手术是切除支架内过多的瘢痕组织(球囊血管成形术在支架内效果不明显)、藉此恢复动脉未闭的优选方法。曾经研制出几种尝试切除狭窄物质的可选择经皮腔内斑块旋切手术装置。在其中一种装置中(见美国专利US 4，990，134 (Auth))，一个用磨料(如菱形颗粒)覆盖的毛边固定在柔性驱动轴的远端。当毛边经过狭窄时它高速旋转(典型转速范围如150，000-190，OOOrpm)。不过，当毛边清除狭窄组织时，它会阻止血液流动。一旦毛边穿过狭窄，动脉被张开到直径等于或略大于毛边的最大外径。经常必须使用不止一种规格的毛边将动脉张开到想要的直径。美国专利US 5, 314, 438 (Shturman)公开了另一种带驱动轴的经皮腔内斑块旋切手术装置，其中驱动轴的一部分直径增大，至少一段这种扩大表面被磨料覆盖，以限定驱动轴的磨削段。当磨削段高速旋转时，它能清除动脉中的狭窄组织。虽然这种经皮腔内斑块旋切手术装置在灵活性上比Auth装置具有一定的优势，但它也只能把动脉张开的直径大约等于驱动轴扩大磨削表面的直径，因为该装置本质上不是偏心的。美国专利US 6, 494, 890 (Shturman)公开了一种带驱动轴的经皮腔内斑块旋切(手)术装置，驱动轴具有扩大的偏心部分，其中至少一段这种扩大表面被磨料覆盖。当磨削段高速旋转时，它能清除动脉中的狭窄组织。这种装置能把动脉张开到直径大于扩大偏心部分的剩余直径，部分是因为高速工作时的轨道旋转运动。由于扩大偏心部分包含没有粘接在一起的驱动轴丝，驱动轴的扩大偏心部分可以在放置期间或高速工作期间在狭窄内弯曲。这种弯曲允许高速工作期间开口直径更大，但也削弱了对想要的实际磨削动脉直径的控制力。此外，一些狭窄组织会完全堵塞通道，使得Shturman装置无法通过通道放置。由于Shturman (装置)要求驱动轴的扩大偏心部分能放在狭窄组织内从而实现磨削，所以当扩大偏心部分被阻止进入狭窄时，其效果会变得稍差。本发明特此通过引用完全结合了美国专利 US 6，494，890。美国专利US 5，681，336 (Clement)提供了一种偏心组织切除毛边，其中用适当粘 接材料把一层磨削颗粒涂敷在毛边外表面上。不过这种结构是有局限性的，因为，正如在第3栏第53-55行中所解释的那样，这种非对称毛边“的旋转速度低于高速切除装置的旋转速度，以便补偿热量或不平衡”。这说明，考虑到实心毛边的规格和质量(重量)，毛边按经皮腔内斑块旋切(手)术中使用的高速(如20，000-200, OOOrpm)旋转是不可行的。基本上，中心与驱动轴旋转轴的巨大偏差会导致产生明显的离心力，在动脉壁上产生过大的压力，并产生过多热量和较大的颗粒。另一种治疗闭塞血管的方法可以包括使用支架。支架可以放在狭窄的部位并扩张以便张开血管，像血管植入体一样留在原处。无论使用什么方法张开闭塞导管(如血管)并恢复导管内的正常液体流动，仍然存在一个问题再狭窄。经过治疗的导管和血管中有一定比例会在一段时间之后出现再闭塞(再狭窄)；多达40-50%的病例会发生这种情况。当出现再狭窄时，可重复当初的手术或使用替代方法复位流体，如血液、流动。以上每种治疗方法所具有的相关共性是每种方法都会对导管壁造成一定程度的创伤。出现再狭窄的原因很多；每种原因都与创伤有关。动脉壁上会形成小凝块。血管壁上的小撕裂会使血液接触极有可能形成血栓的外来异物和蛋白质。形成的凝固会逐渐生长，甚至会含有凝块内血小板释放的生长激素(荷尔蒙)。此外，其他细胞(如巨噬细胞)释放的生长激素可能会导致受影响区域中的平滑肌细胞和纤维组织母细胞增生异常。导管壁中可能存在与以上方法有关的受伤，导致可能引起新组织生长的炎症。我们都知道，某些治疗物质可能对预防和/或抑制再狭窄具有积极作用。按治疗剂量对受影响部位应用这些物质存在一些困难。比如，需要治疗的部位非常小和局部。流体，如导管中的血液和流动是连续的，沿导管壁形成了必然破裂的流边界，使得治疗物质可以在具有疗效的剂量范围内到达局部受关注区。这种方法无法适当提供突破这个流边界而瞄准受关注区的机理；相反一般选择通过静脉注射或腔内注射的方式，按照比治疗剂量高得多的剂量把治疗物质放入导管的主流中，因为大部分治疗物质仅仅向下游流动，要么全身吸收，要么作为废弃物排出。比如，静脉用药通过静脉输送到全身，或者(比如)通过腔内注射输送到局部，而不用瞄准目标区域。这种不必要的全身性接触会在远离受关注区的区域、组织和/或器官产生未知的和不必要的不良后果。显然，全身输液和接触不适合治疗具有单一腔内受关注区的疾病或病症。局部应用治疗剂量的治疗物质的潜在用途并不仅限于治疗管状动脉。除了管状动脉输送之外，其他动脉硬化部位，如肾脏动脉、肠骨动脉、大腿动脉、小腿动脉和颈动脉，以及大隐静脉移植、合成移植和静脉透析使用的动静脉分流都是适合局部治疗物质输送方法和机理的生物导管。潜在应用既不仅仅限于血管；任何具有适合治疗的受关注区的生物导管都可以从这种治疗方法和机理中受益。本发明可以用在能插入导管的任何生物导管中。此类生物导管特别包括血管、尿道、冠状脉管、食道、气管、结肠和胆管。本发明克服了这些不足。
本发明为在生物导管内局部应用治疗物质提供了一种系统、装置和方法。优选的生物导管包含血管。优选装置包含一高速冠状动脉内旋磨术装置，在各种实施例中该装置包含一柔性、细长、不可旋转的治疗剂输送套(输送套具有从中穿过的内腔)和一柔性、细长、可旋转的驱动轴，驱动轴至少带有一柔性、偏心、扩大的研磨头，该研磨头放在输送套内腔中。操作者可以在驱动轴高速旋转期间精确控制从输送套内腔远端释放的一种或集中治疗剂的剂量。因此治疗剂被释放到因偏心研磨头高速旋转和轨道运动而产生的湍急流体环境中，有利于主动将治疗剂呈放射状地经导管中的流道边界层推入导管管壁的靶区。通过这种方式，实现了在受影响区域至少应用一个治疗剂量的治疗物质，同时减少不期望的全身曝露和附带的不良副作用。其结果是，不再需要服用超过疗效的剂量。本发明的一个目标是提供一种高速冠状动脉内旋磨术系统、方法和装置，用于向生物导管壁上的一个受影响区域输送一个治疗剂量的至少一种治疗物质。下列附图和描述更加详细地说明了本发明的这些和其他实施例。参考相应附图，通过以下对本发明各种实施例的详细描述可以更完整地理解本发明。这些附图包括图IA是表示由恒定压力梯度驱动的典型稳态Poiseuillean流的速率曲线图；图IB是表示典型血管、动脉内血液流速(在心率上取平均值)的速率曲线图；图2是本发明一个实施例的透视图；图3A是本发明偏心研磨头一个实施例的透视图；图3B是本发明偏心研磨头一个实施例的仰视图；图3C是本发明偏心研磨头一个实施例的侧剖面图；图4是表示本发明中高速冠状动脉内旋磨术装置快速旋转偏心扩大研磨头三种不同位置的横向剖面图；图5是本发明偏心研磨头在从动脉中切除狭窄时采用的一个典型螺旋轨道路径示意图；图6表示本发明偏心研磨头在各种转速下产生的最大离心力示意图；图7是本发明一个实施例的侧剖面图；图8是图7中本发明一个实施例的末端剖面图9是本发明一个实施例的侧面局部剖面图；图10是图9中本发明一个实施例的末端剖面图；图11是本发明一个实施例的侧面局部剖面图。为便于描述本发明，使用了以下术语和定义“身体病症”是指对身体机能具有不利影响的任何情况。“治疗”一词包括预防、减轻、延迟、稳定和/或消除身体病症，如血管病症。在某些实施例中，治疗包括修复因身体病症(如血管病症)造成的损伤和/或相同原因造成的干预，包括但不限于机械干预.“治疗剂”包括任何能发挥一定功效(包括但不限于治疗功效、预防功效或诊断功效)的物质。因此，治疗剂可以包含消炎药物、抗传染药物、镇痛剂、抗增殖药物和类似药物，包括但不限于抗再狭窄药物。治疗剂还包括哺乳动物肝细胞。这里使用的治疗剂还包括其他药物、遗传物质和生物材料。遗传物质是指DNA或RNA，包括但不限于编码有用蛋白质的DNA/RNA,打算插入包含病毒载体和非病毒载体的人体。病毒载体包括腺病毒、消解腺病毒、腺相关病毒、反转录病毒、阿尔法U)病毒、慢病毒、单纯疱疹病毒、体外改良细胞(如肝细胞、纤维组织母细胞、成肌细胞、卫星细胞、周细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、巨噬细胞)、可复制病毒和混合载体。非病毒载体包括人工染色体和微染色体、质体DNA载体、阳离子聚合物、接枝共聚物、中性聚合物PVP、SP1017、脂质或lipoplexe、带和不带靶序(如蛋白质转导域(PTD))的纳米颗粒和微粒。生物材料包括细胞、酵母、细菌、蛋白质、肽、细胞因子和荷尔蒙。肽和蛋白质的例子包括生长因子(FGF,FGF-I、FGF-2、VEGF,内皮有丝分裂生长因子、外皮生长因子、转化生长因子-a和-P、血小板衍化内皮生长因子、血小板衍化生长因子和类胰岛素生长因子)、转录因子、CD抑制剂、胸腺嘧啶核苷漱酶和成骨蛋白。这些二聚物蛋白质可以作为同型二聚体、异型二聚体或它们的组合单独或与其他分子一起提供。治疗剂还包括产生于人体(自体或同种异体)或来源于动物(异种)、经过遗传工程，以输送移植部位上的关注蛋白质的细胞(如果需要的话)。属于治疗剂定义范围的细胞还包括完整骨髓、骨髓衍化单核，细胞、祖细胞(如内皮祖细胞)、肝细胞(如间质细胞、造血细胞、神经元细胞)、多能性肝细胞、纤维组织母细胞、巨噬细胞和卫星细胞。治疗剂还包括非遗传物质，如抗血栓剂(如肝磷脂、肝磷脂衍生物和尿激酶)；抗增生剂(如依诺肝素、血管肽素，或者能阻止平滑肌增生的单细胞抗体、水蛭素、醋柳酸、氨氯地平和多沙唑嗪)；消炎剂，如糖(肾上腺)皮质激素、贝塔米松、地塞米松、波尼松龙、肾上腺酮、布地缩松、雌激素、硫氮磺胺吡啶和5-氨基水杨酸；抗肿瘤剂/抗增生剂/抗缩瞳剂，如紫杉酚、5-氟尿嘧唆、顺氯氨钼、长春碱、长春新碱、环氧聚微管素、甲氨蝶呤、硝基咪唑硫嘌呤、亚德里亚霉素和突变霉素；内皮他丁、厄洛替尼和胸苷激酶抑制剂、紫杉醇及其类似物或衍生物；麻醉剂，如利多卡因、布比卡因和罗哌卡因；抗凝血剂，如肝磷脂、抗凝血酶化合物、血小板受体拮抗剂、抗凝血霉素抗体、抗血小板受体抗体、阿司匹林、潘生丁、鱼精蛋白、水蛭素、前列腺素抑制剂和蜱抗血小板肽；血管细胞生长促进剂，如生长因子、血管内皮生长因子、生长因子受体、转录激活剂和转化促进剂；血管细胞生长抑制剂，如抗增生剂、生长因子抑制剂、生长因子受体对抗肌、转录抑制因子、复制抑制剂、抑制抗体、指向生长因子的抗体、由一个生长因子和一个细胞毒素组成的双功能分子、由一个抗体和一个细胞毒素组成的双功能分子；降胆固醇剂；血管扩张剂；干扰内生血管活性机理的药剂；抗氧化齐IJ，如丙丁酚；抗菌剂，如盘尼西林、头孢西丁、唑青霉素、妥布霉素血管生成物(tobranycinangiogenic substances),如酸性和碱性纤维组织母细胞生长因子、雌激素(包括雌二醇(E2)、雌素三醇(E3)和17-3雌二醇);和针对心脏衰竭的药物，如地高辛、3 -受体阻滞剂、血管紧张素-转换酶，抑制剂(包括甲巯丙脯酸和乙丙脯氨酸)。生物活性材料可以配合生物非活性材料使用，包括溶剂、载体或赋形剂，如乙酸异丁酸鹿糖、乙醇、n-甲基pymolidone(n-methyl pymolidone)、二甲基亚砜、苯甲基苯甲酸和苯甲基醋酸盐。此外，“治疗剂"”包括，特别在本发明的一个优选治疗方法中，该方法包括对受到 程序性创伤(比如通过血管成形术或冠状动脉内旋磨术)的哺乳动物血管施用至少一种治疗剂，以抑制再狭窄。这种治疗剂最好是一种细胞骨架抑制剂或一种平滑肌抑制剂，包括，t匕如，紫杉醇和其功能类似物、等效物或衍生物，如泰索帝、紫杉酹、abraxane TM、coroxaneTM或一种细胞松弛素，如细胞松弛素B、细胞松弛素C、细胞松弛素A、细胞松弛素D或其类似物或衍生物。其他可以通过使用本发明各种实施例在人体内腔上应用的“治疗剂”具体实例包括但不限于L-精氨酸；脂肪细胞；基因改造细胞，如受伤的动脉表面上用￠-半乳糖苷酶基因转染的自体内皮细胞的种子；红霉素；盘尼西林；肝磷脂；阿司匹林；氢羟肾上腺皮质素；地塞米松；毛喉素；GP IIb-IIIa 抑制剂；环己烷；Rho Kinsase 抑制剂；纳巴霉素；组织胺；甘油三硝酸脂；维生素E ；维生素C ；
肝细胞；生长激素；水蛭素；水蛭肽；阿戈托班；Vapirprost ；环前列腺素；葡萄聚糖； 红细胞生成素；内皮生长因子；外皮生长因子；核心结合因子A ;血管内皮生长因子；纤维组织母细胞生长因子；凝血酵素；凝血酵素抑制剂；和葡(萄)糖胺，以及很多其他治疗物质。本发明的装置可以用来对任何能插入导管的生物导管表面应用生物活性物质。这种生物导管包括，特别是，血管、尿道、冠状脉管系统、食道、气管、结肠和胆管。已知局部输送装置和方法特有的一个问题是，这些装置和方法没有利用扩张输送构件(包括(比如)倒钩、针等，通过机械方式向生物导管壁输送治疗剂)使治疗剂从释放点呈放射状向外移至导管壁。这是因为导管内的流体一般是湍流或层流(具体与导管类型有关)，但这两种情况下，如果能顺利通过湍流或层流区域，导管壁附近会存在一个边界层，包括为了到达导管壁而必须突破的作用力。作为非限制性的普遍情况，动脉血流完全被一个实心表面(如动脉壁)束缚，所以称为内流。内流的特点是层流或湍流。对于层流来说，流结构的特征是层内的平滑运动。层流没有湍流动能。对于湍流来说，流结构的特征是叠加在平均运动上的流体颗粒的随机三维运动。用最基本的流体力学方程可以预测均匀、恒压下管内流体的行为。这些条件下流是Poiseui I lean。图IA是表示由恒定压力驱动的典型稳态Poiseui I lean流的速率曲线图。经过管道的流体速率用图IA中的抛物曲线和对应的速度向量表示。与管壁接触的流体速率为零。边界层是与管道表面接触的、其中以粘性应力为主的流区域。在稳态Poiseuillean流中，边界层不断发展，直到它到达管道中心线。例如，图IA中边界层厚度8等于管道直径Da的一半。引用图IA的目的在于比较标准Poiseuillean流与动脉中形成的流之间的区别。在Poiseuillean流情况下,可使用雷诺数Re描述瑞流动能水平。雷诺数Re是业内熟知的惯性力与粘性力之比。对于Poiseuillean流，雷诺数Re必须大于2300才能导致层流向湍流转换。此外，在雷诺数较大的情况下(>2000)，边界层会感受到“转捩”(tripping)。转捩是指这样一个过程，在该过程中，边界层中的小扰动会放大成湍流条件。边界层对“转捩”的感受性(receptivity)与雷诺数Re成正比，当雷诺数小于2000时几乎为零。不过，动脉中的血流是由心跳导致的，是脉动的，使得以上湍流流体力学分析变得更加复杂。尽管在脉搏峰值上达到很高的速度，但高速度仅占该循环中的很小一部分。事实上，血管流速在脉搏结束时在颈动脉中达到零，暂时会反向流动。由于脉搏持续时间相对较短，动脉中的血流不会形成典型的Poiseuillean流。图IB是表示典型血管、动脉内血液流速(在心率上取平均值)的速率曲线图。注意，动脉内的大部分流速度相同。直径为Da的动脉中脉动流的特点取决于一个称为沃姆斯莱数(Womersleynumber)的无量纲参数。沃姆斯莱数是指振荡惯性力与粘性剪力的比值，也与动脉的内径成正比，而与边界层的厚度成反比。已知主动脉(Nw=15_20)和颈总动脉(Nw = 6_10)中的沃姆斯莱数相对较高。沃姆斯 莱数相对较高导致速度曲线相对迟钝，这与稳态粘性Po i seui 11 ean流的抛物线正好相反。换言之，动脉流主要由无粘性“自由流”和动脉壁附近粘性非常稀薄的边界层组成。“自由流”是指不受固体边界的存在影响、其中平均速度作为动脉内位置的函数仍然相当恒定的流。边界层内的运动主要是惯性力与粘性力之间的平衡造成的，而在自由流中，运动是惯性力与压力之间的平衡造成的。在图IB中，注意流速从自由流值衰减到零的边界层非常薄，一般为动脉直径的1/6到1/20，这种情况与Poiseuillean流中动脉直径的一半刚好相反，虽然那里的作用力相对明显，且必须克服这个力才能到达导管壁W。因此，在自由流中释放的治疗剂必须克服定向层流才能流向导管壁W，通常偏离定向层流90°。一旦成功地经过自由流层流区域，治疗剂必须克服其中的边界层运动和湍流，才能最终到达导管壁W。图2阐释了本发明的冠状动脉内旋磨术装置的一个实施例。该装置包括手柄部分10、带偏心扩大研磨头28的细长、柔性的驱动轴20、细长的柔性治疗剂输送套200 (具有从中穿过的内腔)和细长的导管13 (用虚线表示，从手柄部分10向远端延伸)。与现有技术中已知的一样，驱动轴20是用螺旋盘绕的细丝制成的，研磨头28牢固地连接在驱动轴上。导管13有内腔L，治疗剂输送套200在内腔中可滑动地放置。驱动轴20可旋转地并且可滑动地放置在治疗剂输送套200的内腔中。在一个实施例中，治疗剂输送套200可以可滑动地放置在导管内腔L内，允许操作人员把治疗剂输送套200的远端开口轴向平移到导管内腔L内的不同部位，或者向远端平移到导管内腔L外。在某些实施例中，治疗剂输送套200内腔内径小于偏心研磨头28的外径。因此，在这些实施例中，输送套200无法通过滑动方式平移到偏心研磨头28上。手柄10最好包含一个用于高速转动驱动轴20的涡轮机(或类似的旋转驱动机构)。手柄10通常可以与一个动力源连接，如通过管子16输送的压缩空气。可以提供一对光缆25 (也可以选择使用一根光缆)用于监测涡轮机和驱动轴20的转速。有关此类手柄及相关仪器的细节在业内是众所周知的。手柄10最好还包括一个用于推进和缩回(相对于导管13和手柄主体)涡轮机和驱动轴20的控制旋钮11。治疗物质储存室可以可插入(plungeable)注射器(由操作人员启动)形式提供，注射器与治疗剂输送套200的内腔是液体连通的(如名称为 “Systems and Methods for Mixing Therapeutic Agents Beforeand/or During Administration”(服用前和/或服用中混合治疗剂的系统和方法)的共同转让申请13/029,477中描述的)。申请13/029,477的全部内容这里作为参考引用。另夕卜，治疗物质储存室18也可以连接一个泵(如图2所示)，储存室18和泵可以与控制器19连接，以便控制泵的运行。两种情况下，或任何等效情况下，储存室18与输送套200的内腔都是液体连通的。另外，更优选的，低剪切方法(low shearing methods),包括但不限于在输送套200内远端装载治疗剂，或者其他输送装置也是可行的。因此，这里引用名称为“Device andMethods for Low Shearing Local Delivery of Therapeutic Agents to the Wall ofa Bodily Lumen”(低剪切局部输送治疗剂至人体内腔壁的装置和方法)的共同转让申请13/026, 567的全部内容作为参考。启动用于将治疗物质引入驱动轴内腔的泵可以用手柄10上的单独控制旋钮控制，也可以用与泵和/或治疗物质储存室18通讯的单独控制器19控制。显然，对于熟练技工来说，可以在研磨头28高速旋转前和/或研磨头28高速旋转期间，用很多方式监视并控制治疗物质经治疗物质输送套200从治疗物质储存室18注入偏心研磨头28附近一个部位 的释放剂量。例如，只能向治疗物质储存室18加入已知剂量的治疗物质，和/或可以使用一个量表帮助操作人员监视治疗物质经液体输送管17移动的量。监视液体流动量的所有此类已知方法都在本发明范围之内。现在转到图3A、3B和3C，将讨论本发明冠状动脉内旋磨术装置偏心扩大研磨头28的一个实施例。如图I所示，驱动轴20有一个旋转轴21，它与引导线15是共轴的，引导线15设置在驱动轴20的内腔19中。偏心研磨头28设置在驱动轴20上、驱动轴20远端附近。研磨头28可以在中间部分35、远端部分40和/或近端部分30上包含至少一个组织切除表面37，有利于在高速旋转过程中磨削狭窄。组织切除表面37包含一层粘在研磨头28中间部分35、远端部分40和/或近端部分30上的磨料24。磨料可以使用任何合适的材料，如钻石粉、熔凝石英、氮化钛、碳化钨、氧化铝、碳化硼或其他陶瓷材料。磨料最好由使用适当的粘接剂直接涂敷在组织切除表面上的钻石碎屑(或钻石粉尘颗粒)——可使用已知的成熟方法实现这种涂敷，如传统的电镀技术或熔融技术(例如，见美国专利US4, 018，576)。另外外部组织切除表面也可以选择包含用机械方法或化学方法使中间部分35、远端部分40和/或近端部分30的外表面变粗糙，从而提供一个适当的磨削组织切除表面37。在另一个(实施例)变体中，外表面可以蚀刻或切割(比如用激光)，从而提供面积不大但有效的磨削表面。也可以使用其他类似方法提供适当的组织切除表面37。可以沿驱动轴20的旋转轴线21经扩大研磨头28提供一个至少局部封闭的内腔或插槽23，以便用业内人士熟悉的方式把研磨头28固定在驱动轴20上。在图中所示的实施例中，提供了一个减小研磨头28质量(重量)的空心部分25，有利于无创伤磨削并提高高速(如20，000到200，OOOrpm)工作期间控制研磨头28轨道线路的可预测性。在这个实施例中，研磨头28可以牢固地固定在驱动轴20上，其中驱动轴包含一个单体。可以修改空心部分25的大小和形状，从而针对想要的速度优化研磨头28的轨道旋转线路。熟悉这种技术的人很容易就会认出各种可能的配置，每一种配置都在本发明的范围内。图3A-3C中的实施例表示形状和长度近似对称的近端部分30和远端部分40。其他实施例可以增加近端部分30或远端部分40的长度，从而形成一个非对称形状。
偏心扩大研磨头28的质心(重心)呈放射状远离驱动轴20的纵向旋转轴线21。正如将在下面详细讨论的那样，质心(重心)偏离驱动轴的旋转轴线21提供了一个扩大研磨头28，它的偏心率允许它通过轨道运动(还会特别讨论)把动脉直径张开到远远大于扩大偏心研磨头28的标称直径，张开的直径最好至少是扩大偏心研磨头28标称剩余直径的两倍。质心偏离驱动轴20的旋转轴线21的量级可以通过修改(比如)空心部分25和/或用于加工偏心研磨头28的材料密度和/或偏心研磨头28的几何形状来加以调整。偏心扩大研磨头28可能存在其他变体，包括一种结构，藉此驱动轴的线匝可以在驱动轴的一侧上扩大，而在相对一侧上不扩大，形成质心(重心)与旋转轴线21偏移。美国专利US 6，494，890 (Shturman)中披露了这种结构，其全部内容这里作为参考引入。本发明及其实施例中偏心扩大研磨头28的重要部分是形成了偏心率，即偏心扩大研磨头的质心(重心)偏离驱动轴的旋转轴线。这种偏心率驱动偏心扩大研磨头28的轨道运动(后面将继续讨论)，这是本发明各种实施例的一个重要方面。
因此，可以理解的是，正如在本文中所使用的那样，“偏心”一词在这里的定义和用法是指扩大研磨头28与驱动轴20旋转轴线21几何中心之间的位置差，或者扩大研磨头28与驱动轴20旋转轴线21质心(重心)之间的位置差。无论哪种位置差，在适当转速下，能让偏心扩大研磨头28使一个狭窄张开到直径明显大于偏心扩大研磨头28的标称直径。此夕卜，对于形状不规则的偏心扩大研磨头28，“几何中心”的概念可以通过确定一条最长弦的中点来近似，绘制这条弦时要经过驱动轴28的旋转轴线21并连接在一个横截面的圆周上所取的两个点，所取这两个点的位置要使得偏心扩大研磨头28具有最大周长。本发明的冠状动脉内旋磨术装置的研磨头28可以用不锈钢、钨、钛或类似材料制作。研磨头28可以采用单件式的整体结构，也可以采用由两件或多件研磨头零件配合并组装在一起、实现本发明目标的一个组件。动脉中的一个狭窄能张开到直径大于本发明中偏心扩大研磨头标称直径的程度与几个参数有关，包括偏心扩大研磨头的形状、偏心扩大研磨头的重量、重量分布以及研磨头内质心相对于驱动轴旋转轴线的位置和转速。转速是决定离心力大小的重要因素，偏心研磨头的组织切除表面就是依靠离心力压在狭窄组织上的，藉此允许操作人员控制组织切除的速度。控制转速在一定程度上也可以控制该装置能将一个狭窄张开到的最大直径。申请人还发现，可靠地控制这个离心力(组织切除表面就是依靠离心力压在狭窄组织上的)的能力不仅允许操作人员能够更好地控制组织切除的速度，还能更好地控制要切除的颗粒大小。图4和图5表示本发明中偏心研磨头28的各种实施例所采用的螺旋轨道线路，图中所示的研磨头28相对于引导线15 (研磨头28已经向前超过了引导线15)。为了描述实际作用在图4和图5中夸大了路线线路的节距，偏心研磨头28的每个螺旋线路仅通过研磨头28切除很薄的一层组织，而很多这种螺旋线路是随着该装置前后反复穿过狭窄(以便完全张开狭窄)而由偏心扩大研磨头28造成的。图4和图5象征性地表示了本发明中冠状动脉内旋磨术装置偏心扩大研磨头28的三种不同的旋转位置。在每个位置上，偏心扩大研磨头28的磨削表面接触要切除的斑块“P” 一这三个位置是用与斑块〃 “P”接触的三个不同点标识的，这些点在图中用B1、B2和B3表示。注意，在每个点上，接触组织一部分组织切除表面37 (这部分呈放射状远离驱动轴的旋转轴线)一的偏心扩大研磨头28磨削表面部分基本相同。尽管不希望受到任何具体工作原理的约束，但申请人相信质心偏离旋转轴线会产生偏心研磨头的“轨道”运动，“轨道”直径可通过改变，特别是，驱动轴的转速进行控制。申请人已经凭经验证明，通过改变驱动轴的转速，操作人员可以控制离心力，将偏心研磨头28的组织切除表面推向该狭窄的表面。离心力可以按如下公式确定Fc = M A X (TT n/30) 2其中F。为离心力，m为偏心扩大研磨头的质量，A X为偏心研磨头的质心与驱动轴旋转轴线之间的距离，n为转速(圈每分钟，rpm)。控制F。就可以控制组织的切除速度，控制该装置张开一个狭窄的最大直径，改善对正在切除的组织 颗粒大小的控制。此外，控制离心力F。还可以把治疗剂的冲击(碰撞)控制在高速可旋转偏心研磨头28的影响以内，因为治疗剂会被偏心研磨头28轨道运动期间产生的力呈放射状地推入生物导管壁中。图6表不以一个偏心研磨头(其最大直径约为I. 75mm,可以按高达200，OOOrpm左右的转速压在一个狭窄的表面上)为例计算最大离心力F。。控制F。就可以控制组织的切除速度，控制该装置张开一个狭窄的最大直径，改善对正在切除的组织颗粒大小的控制。利用这个离心力F。帮助把治疗物质输送到高速旋转偏心研磨头28的轨道线路中到内腔或生物导管的目标壁是本发明各实施例的重点之一。现在转到图7和图8，详细描述图2中本发明的实施例。导管13放入生物导管160中。治疗剂输送套200 (有一个经过其中的内腔，与治疗剂储存室18保持液体连通)可滑动地放置在导管13的内腔，输送套200的远端从导管13的内腔向远端突起。驱动轴20通过旋转方式放入输送套200的内腔中，其中偏心研磨头28放在输送套200的远端。治疗剂输送内腔210由驱动轴与治疗剂输送套之间的空间界定并与治疗剂储存室18保持液体连通。当偏心研磨头28高速旋转时，从输送套200的内腔至少释放一种治疗剂10，不过这种释放可以在偏心研磨头28高速旋转开始前发生。释放治疗剂10可以通过启动一泵实现，泵反过来将治疗剂10经治疗剂输送内腔210从治疗剂储存室18泵送到护套200的远端，治疗剂再从那里释放到生物导管160内的环境中。该操作可以手动发起，也可以用控制器19自动发起。在某些实施例中，治疗剂10可以在内腔(内腔由导管13与治疗剂输送套200之间的空间界定)中转移和输送，同时可以利用护套200中的内腔经一个单独的输入管输送生理盐水和/或润滑剂，这点熟练的业内人士很容易理解。正如以上所讨论的那样，偏心研磨头28高速轨道运动产生的离心力形成了径向力。治疗剂10从治疗剂输送套200的内腔远端释放到该环境中，藉此呈放射状向外推或撞入生物导管160的管壁W中。偏心研磨头28高速旋转运动产生的径向力大到足以使治疗剂10经自由流层流区域或经湍流区域移动，达到液体(如血液)在导管160内正常流动时存在的导管160管壁W附近的边界层。这些径向力还足以使治疗剂呈放射状经边界层移动，撞击可以实现治疗剂疗效的导管壁W。图9和图10详细描述了图2中系统的另一个实施例。导管13放入生物导管160中。驱动轴20及固定在那里的偏心研磨头28可旋转地并且可滑动地放置在导管13的内腔中。输送套200可滑动地放置在导管13的内腔中。如图所示，输送套200的远端放在偏心研磨头28 (图中标示研磨头28正在旋转)附近。释放治疗剂10可以通过启动一泵实现，泵反过来将治疗剂10经治疗剂输送套200的内腔从治疗剂储存室18泵送到护套200的远端，治疗剂10再从那里释放到生物导管160内的环境中。该操作可以手动发起，也可以用控制器19自动发起。图11阐述本发明的另一个实施例，其中导管13放入生物导管160中，驱动轴20可旋转地并且可滑动地放置在导管13的内腔中。在这个实施例中，驱动轴20包含一个与外部治疗剂储存室、泵和控制器(如图2所示)保持液体连通的内腔。驱动轴20还在偏心研磨头28附近包含至少一个孔A，至少一个孔与驱动轴20的内腔保持液体连通。如图所示，至少一个孔A位于偏心研磨头28附近，但这个孔A也可以选择位于偏心研磨头28的远端。另外，至少一个孔A可以位于偏心研磨头28附近和远端。治疗剂10经至少一个孔A释放可以通过启动一泵实现，泵可以手动启动，也可以用与泵保持工作连通的控制器自动启动，泵反过来又将治疗剂10从治疗剂储存室泵入驱动轴20的内腔中，最后，在偏心研磨头28高速轨道运动前和/或期间治疗剂10至少从一个孔A中释放。
在所有实施例中，附图都描述了在驱动轴20和偏心研磨头28高速旋转期间释放至少一种治疗剂，使得治疗剂10直接引入因偏心研磨头28高速轨道运动而产生的径向力中。不过，每个实施例也考虑了在驱动轴20和偏心研磨头28高速旋转前释放至少一种治疗剂(10)。所以，释放至少一种治疗剂(10)可以在本发明的各种实施例中发生，包括在驱动轴20和偏心研磨头28高速旋转前和旋转期间。任何情况下，产生的离心力将呈放射状地经流动液体和边界层将治疗剂10推向导管壁W。此外，治疗剂10会受到一般呈放射状方向的冲击力作用，如果治疗剂10接触高速旋转偏心研磨头28和/或驱动轴20的话。这个冲击力结合偏心研磨头28高速轨道旋转运动产生的径向离心力，将主动把治疗剂10经导管160中的流动液体(如血液)推入导管壁I本发明的一种方法包括提供一与治疗剂储存室和泵保持液体连通的细长、柔性治疗剂输送套；提供一细长、柔性的可旋转驱动轴；在驱动轴远端附近提供一偏心研磨头；提供一与驱动轴保持工作连通的高速旋转动力源；把治疗剂输送套和驱动轴插入生物导管受关注区附近；经输送套内腔泵送治疗剂；将治疗剂释放到生物导管中偏心研磨头附近；高速旋转驱动轴和偏心研磨头，按轨道线路驱动偏心研磨头；围绕偏心研磨头在内腔中产生离心力；呈放射状把治疗剂向外推向生物导管壁；冲击生物导管壁中的治疗剂。一种替代方法包括在把治疗剂释放到旋转偏心研磨头附近的生物导管中之前转动驱动轴和偏心研磨头。此外，另一种替代方法包括用轨道旋转偏心研磨头冲击至少部分释放的治疗剂，以呈放射状把治疗剂向外推向生物导管壁并将治疗剂撞入生物导管壁中。另一个替代实施例包括让释放的治疗剂(在偏心研磨头高速旋转开始前和/或旋转期间释放的)与轨道旋转偏心研磨头产生的冲击力和旋转偏心研磨头产生的离心力的组合接触，从而呈放射状把治疗剂向外推向生物导管壁并将治疗剂撞入生物导管壁中。本发明范围不应理解为限制于上述的具体实施例，而应理解为涵盖本发明的所有方面。对于本领域技术人员而言，在阅读本发明说明书后能够容易地实现各种修改、等效处理及结构。


本发明为在生物导管内局部应用治疗物质提供了一种系统、装置和方法。优选的生物导管包含血管。优选装置包含一个高速冠状动脉内旋磨术装置，在各种实施例中，该装置包含一柔性、细长、不可旋转的治疗剂输送套(输送套具有从中穿过的内腔)和一柔性、细长、可旋转的驱动轴，驱动轴至少带有一柔性、偏心、扩大的研磨头，该研磨头放在输送套内腔中。操作者可以在驱动轴高速旋转期间精确控制从输送套内腔远端释放的一种或几种治疗剂的剂量。因此治疗剂被释放到因偏心研磨头高速旋转和轨道运动而产生的湍急流体环境中。