用于不可逆电穿孔（IRE）的导管的可膨胀框架上的平滑边缘和等距间隔的电极的制作方法

用于不可逆电穿孔(ire)的导管的可膨胀框架上的平滑边缘和等距间隔的电极
技术领域
1.本发明整体涉及侵入式医疗探头，并且具体地涉及包括用于不可逆电穿孔(ire)的可膨胀框架的导管。


背景技术：

2.先前在专利文献中提出了各种多电极导管几何形状。例如，美国专利申请公布2018/0280080描述了装配在探头的远侧端部处的可充胀球囊。当球囊在体腔内部部署和充胀时，球囊的远侧侧面上的远侧磁极与腔壁组织进行接触。在球囊的消融电极与组织接触的同时，球囊上存在未被消融电极覆盖的间隙(即，开放空间)。在操作中，组织中的响应于由消融电极递送的消融能量(即，围绕开放空间的消融能量)而生成的热量被传导到附近组织并且消融与接触组织的任何间隙接触的组织。
3.又如，美国专利申请公布2013/0304054描述了使用可充胀球囊对体腔进行非连续周向治疗的方法和导管设备。该设备可定位在患者的体腔内，并且可在第一纵向位置和角度位置处递送能量，以在第一位置处产生小于全周向的治疗区。该设备还可在体腔内的一个或多个附加纵向位置和角度位置处递送能量，以在一个或多个附加位置处产生一个或多个小于全周向的治疗区，该一个或多个附加位置从第一治疗区纵向且成角度地偏移。第一治疗区以及一个或多个附加治疗区的叠加限定非连续的周向治疗区，而不形成连续的周向损伤。
4.美国专利申请公布2019/0183567描述了一种医疗器械，该医疗器械包括轴、可充胀球囊和射频(rf)消融电极。轴被配置用于插入患者的身体中。可充胀球囊联接到轴的远侧端部。射频(rf)消融电极设置在球囊的外表面上，每个电极具有远侧边缘，该远侧边缘被配置为减小从该远侧边缘发射的rf电场的电场角梯度。


技术实现要素：

5.下文所述的本发明的实施方案提供一种包括导管和ire脉冲发生器的系统。所述导管包括装配在所述导管的远侧端部处的可膨胀框架，所述可膨胀框架包括被配置为放置成与患者的器官中的组织接触的多个电极，其中任何一对相邻电极的相邻边缘之间的侧向距离沿着纵向轴线是均匀的，并且其中所述电极被配置为将不可逆电穿孔(ire)脉冲施加到多对所述电极之间的组织。所述ire脉冲发生器被配置为生成ire脉冲。
6.在一些实施方案中，可膨胀框架包括可膨胀球囊的膜。
7.在一些实施方案中，电极围绕远侧端部的纵向轴线等距设置。
8.在一个实施方案中，导管被配置为在相邻电极之间施加ire脉冲。
9.在一些实施方案中，器官为心脏，并且组织为肺静脉(pv)口组织。
10.根据另一个实施方案，另外提供了一种方法，该方法包括将导管的多个电极放置成与患者的器官中的组织接触，所述导管包括装配在所述导管的远侧端部处的可膨胀框
架，所述可膨胀框架包括所述多个电极，其中任何一对电极的相邻边缘之间的侧向距离沿纵向轴线是均匀的。向一对或多对电极之间施加不可逆电穿孔(ire)脉冲。
附图说明
11.结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
12.图1为根据本发明的示例性实施方案的基于导管的不可逆电穿孔(ire)系统的示意性图解；并且
13.图2为示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的使用图1的ire球囊导管来施加不可逆电穿孔(ire)脉冲的方法的流程图。
具体实施方式
14.概述
15.不可逆电穿孔(ire)还被称为脉冲场消融(pfa)，可以用作侵入式治疗模态，以通过使组织细胞经受高压脉冲来杀死组织细胞。具体地，ire脉冲可用于杀死心肌组织细胞以便治疗心律失常。尤其值得关注的是使用双极性电脉冲(例如，使用与组织接触的一对电极)来杀死电极之间的组织细胞。当跨膜电势超过阈值时会发生细胞破坏，从而导致细胞死亡，并且因此导致组织病变的发展。
16.心脏ire消融可使用装配在消融导管的远侧端部上的可膨胀框架(例如，球囊或篮状件)来执行。装配有消融电极的可膨胀框架被导航通过心血管系统并插入心脏中，以便例如消融肺静脉(pv)的口。
17.然而，并非每个电极形状都可适用于施加高电压ire双极脉冲。例如，在ire消融中应当避免在消融电极的锋利边缘处的优选电流密度，以便避免在那些区域中过多的热生成或电弧放电。此外，随着所施加的电场应高于有效的某个阈值水平，相邻电极之间的可变电极间距离(其导致电场的可变强度)可导致ire球囊消融规程的不可预测的临床结果。
18.下文所述的本发明的示例性实施方案提供使用具有针对ire消融优化的电极的可膨胀框架(例如，球囊膜)的ire消融方法和系统。所公开的球囊包括平滑边缘电极，该平滑边缘电极等角度地设置在可膨胀框架(例如，球囊的膜)上。可膨胀框架形状被设计成具有平坦的远侧部分，以使得电极之间能够具有大约恒定的距离，即使对于覆盖框架的远侧部分的电极部件也是如此。这种大约均匀的电极间距离(即，沿纵向轴线大约均匀的任何一对相邻电极的相邻边缘之间的侧向距离)允许在相邻电极之间施加一致的电场强度，同时使任何不期望的热效应最小化。另外，可选择电极，使得电场可在电极的任何组合之间生成，而不仅仅是在相邻电极之间生成。
19.存在许多方式来实现大约均匀的电极间距离，这些方式应被认为是被本技术所涵盖的。在一个示例中，下文所示的球囊具有平坦的球囊远侧部分形状，以即使在电极覆盖球囊的远侧部分的情况下，也保持相邻电极之间的距离大约恒定。又如，电极可形成为二维阵列，该二维阵列沿电极之间的相互正交方向在阵列的相邻电极之间具有大约相等的距离，例如，使用菱形电极，该菱形电极在可膨胀框架具有减小的半径的情况下朝向可膨胀框架的远侧端部和近侧端部更窄。
20.在一个示例性实施方案中，使用中的可膨胀球囊具有小直径，例如介于9mm至12mm之间，这减少了收起时的球囊折皱。所公开的扁平的球囊膜形状使得球囊能够支撑前述电极，该前述电极仍然足够长且足够大以用于在相邻电极之间施加所需的大约均匀的电场大小。
21.如本文所用，针对任何数值或数字范围的术语“约”或“大约”指示允许多个部件的部分或集合执行如本文所述的其预期目的的合适尺寸公差。更具体地，“约”或“大约”可指列举值的值
±
20％的范围，例如“约90％”可指71％至99％的值范围。
22.在另一个示例性实施方案中，由医师使用系统的处理器来选择(例如，从存储器上传)消融方案，所述消融方案指定将由多对相邻电极施加的ire脉冲的参数。使用所公开的球囊，这些参数被例如优化，以在最小限度的损伤或无附带损伤的情况下杀死pv口的心肌细胞，并且从而改善心律失常的ire治疗的临床结果。
23.使用所公开的可膨胀框架(例如，可膨胀球囊)中的一个来施加具有大约均匀的ire场强度的心脏ire消融可导致更可预测的并且因此更安全且更有效的多电极心脏ire消融。
24.用于ire的球囊导管中的平滑边缘等距间隔的电极
25.图1为根据本发明的示例性实施方案的基于导管的不可逆电穿孔(ire)系统20的示意性图解。系统20包括导管21，其中由医生30通过鞘23将导管的轴22插入通过患者28的血管系统。然后，医师30将轴22的远侧端部22a导航到患者28的心脏26内部的目标位置。
26.一旦轴22的远侧端部22a已到达目标位置，医师30便通常通过将盐水泵送到球囊40中来回缩护套23，并且使球囊40膨胀。然后，医师30操纵轴22，使得设置在球囊40上的电极50接合pv口51的内壁，以经由电极50向口51组织施加高电压ire脉冲。医师30可使用球囊40来接合患者28的心脏26的任何部分(内部或外部)。
27.如插图25和27中所见，远侧端部22a装配有包括多个等距平滑边缘ire电极50的可膨胀球囊40。由于球囊40的远侧部分的扁平形状，即使在电极50覆盖远侧部分的情况下，相邻电极50之间的距离55也保持大约恒定。因此，球囊40构型允许相邻电极50之间更有效的(例如，具有大约均匀的电场强度)电穿孔，同时电极50的平滑边缘使不期望的热效应最小化。
28.可充胀球囊的某些方面表述于例如2019年9月12日提交的标题为“balloon catheter with force sensor”的美国临时专利申请62/899,259中，以及2019年12月24日提交的标题为“contact force spring with mechanical stops”的美国专利申请16/726,605中，这两个专利申请均转让给本专利申请的受让人，并且这两个专利申请的公开内容以引用方式并入本文。
29.在本文所述的示例性实施方案中，导管21可用于任何合适的诊断目的和/或治疗目的，诸如心脏26的左心房45中的pv口51组织的电生理感测和/或前述ire隔离。
30.导管21的近侧端部连接到控制台24，所述控制台包括被配置为在相邻电极50之间施加ire脉冲的ire脉冲发生器38。电极通过在导管21的轴22中运行的电线连接到ire脉冲发生器38。控制台24的存储器48存储包括ire脉冲参数(诸如峰值双极电压和脉冲宽度)的ire方案。
31.控制台24包括处理器41，通常为通用计算机，该通用计算机具有合适的前端和接
口电路37，以用于接收来自导管21和来自通常围绕患者28的胸部放置的外部电极49的信号。为此，处理器41通过延伸穿过线缆39的导线连接至外部电极49。
32.在规程期间，系统20可使用由biosense
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webster(irvine california)提供的高级导管位置(acl)方法来跟踪电极50在心脏26内部的相应位置，该方法描述于美国专利8,456,182中，该专利的公开内容以引用方式并入本文。
33.处理器41通常在软件中编程以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。
34.具体地，处理器41运行如本文所公开的专用算法(包括在图2中示出的算法流程)，该专用算法使得处理器41能够执行所公开的步骤，如下文进一步所述。具体地，处理器41被配置为根据处理器41从存储器48上载的治疗方案来命令ire脉冲发生器38输出ire脉冲。
35.下表i中给出了可用于使用所公开的球囊40来消融心脏组织的方案中的ire消融设置的示例。
36.参数范围预设ire峰值电压500v至2000v脉冲宽度0.5微秒
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10微秒重复率1hz
‑
400hz脉冲数10
‑
200
37.表i
38.图2为示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的使用图1的球囊40来施加ire脉冲的方法的流程图。根据示例性实施方案，算法执行过程，该过程始于在球囊导管导航步骤80处，医师30使用例如电极50作为acl感测电极，将球囊导管导航至患者器官中的目标组织位置，诸如在pv口51处。
39.接着，在球囊导管定位步骤82处，医师30将球囊导管定位在口51处。下一步，在球囊充胀步骤84处，医师30使球囊40完全充胀以在pv口51的整个周长上使目标组织与电极50接触。
40.接下来，在ire规划步骤86处，处理器41上传具有ire脉冲参数的方案以施加到组织，诸如表i中给出的。
41.在ire治疗步骤88处，处理器41使用ire脉冲参数来命令发生器38将ire脉冲施加到组织。球囊40的平滑边缘、均匀距离和等角度电极50使得能够在相邻电极之间施加ire脉冲，以完全(即，在口51的整个圆周上)隔离心律失常。
42.尽管本文所述的示例性实施方案主要解决心脏应用，但本文所述的方法和系统也可以用于其他医疗应用，诸如神经学、耳鼻喉学和一般外科手术。
43.因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本技术的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。