使用具有接触力传感器和温度传感器的局灶导管来控制不可逆电穿孔消融的制作方法

1.本发明整体涉及不可逆电穿孔(ire)规程，并且具体地讲，涉及用于改善对施加到组织的ire脉冲的控制的方法和系统。


背景技术：

2.用于控制不可逆电穿孔(ire)规程的各种技术是本领域已知的。
3.例如，欧洲专利申请3459480描述了用于定位电场以对组织进行电穿孔的装置。该装置包括脉冲式dc电源以及被配置用于心内膜放置的至少一个导管尖端和电极组件，使得定位在单独心内膜位置处的电极允许在电极之间形成电场以实现电场中的组织的电穿孔。
4.美国专利申请公布2018/0214202描述了用于增强能量递送和组织标测的效率和功效的方法、系统和设备。一个系统包括处理元件和能量发生器，该处理元件具有多个电极，该能量发生器被配置为以各种模式将电能脉冲递送到电极。


技术实现要素：

5.本文所述的本发明的实施方案提供了一种导管，其包括插入管、第一电极和第二电极以及接触力传感器。所述插入管被配置为将所述导管插入患者身体中。所述第一电极和所述第二电极以彼此相距的预定义距离耦接到所述导管的远侧端部，并且被配置为：(i)经由所述插入管接收一个或多个不可逆电穿孔(ire)脉冲，以及(ii)在所述第一电极和所述第二电极之间将所述ire脉冲施加到所述患者身体的组织。所述接触力传感器设置在所述第一电极和所述第二电极之间并且被配置为产生指示施加在所述远侧端部和所述组织之间的接触力的电信号。
6.在一些实施方案中，所述导管包括处理器，所述处理器被配置为基于从所述接触力传感器接收的所述电信号来控制所述一个或多个ire脉冲向所述第一电极和所述第二电极的供应。在其他实施方案中，所述导管包括至少一个温度传感器，所述温度传感器耦接到所述远侧端部，并且被配置为产生指示所述远侧端部和所述组织中的至少一者的测量温度的温度信号。在又一些其他实施方案中，温度传感器包括热电偶。
7.在一个实施方案中，所述处理器被配置为：(i)保持温度阈值，以及(ii)基于所述测量温度和所述温度阈值之间的比较来控制所述一个或多个ire脉冲向所述第一电极和所述第二电极的所述供应。在另一个实施方案中，导管包括局灶导管。在又一个实施方案中，所述第一电极和所述第二电极沿着所述导管的轴线耦接。
8.根据本发明的实施方案，还提供了一种用于制造导管的方法，所述方法包括将第一电极和第二电极以彼此相距的预定义距离耦接到导管的远侧端部，所述第一电极和所述第二电极用于接收一个或多个不可逆电穿孔(ire)脉冲，并且在所述第一电极和所述第二电极之间将所述ire脉冲施加到患者身体的组织。在所述第一电极和所述第二电极之间，设置用于产生指示施加在所述远侧端部和所述组织之间的接触力的电信号的接触力传感器。
9.在一些实施方案中，所述方法包括将以下连接到所述导管：(i)用于供应所述一个或多个ire脉冲的ire脉冲发生器(ipg)，以及(ii)用于基于从所述接触力传感器接收的所述电信号来控制由所述ipg向所述第一电极和所述第二电极供应的所述一个或多个ire脉冲的处理器。
10.根据本发明的实施方案，还提供了一种方法，所述方法包括在第一电极和第二电极之间将导管插入患者身体中，所述第一电极和所述第二电极以彼此相距的预定义距离装配在所述导管的远侧端部上。接收指示施加在所述远侧端部和所述组织之间的接触力的电信号。在第一电极和所述第二电极之间将一个或多个不可逆电穿孔(ire)脉冲施加到所述组织。
11.在一些实施方案中，施加所述一个或多个ire脉冲包括基于所接收的电信号控制所述一个或多个ire脉冲向所述第一电极和所述第二电极的供应。在其他实施方案中，所述方法包括：(i)保持温度阈值，(ii)接收指示所述远侧端部和所述组织中的至少一者的测量温度的温度信号，以及(iii)基于以下来控制所述一个或多个ire脉冲向所述第一电极和所述第二电极的所述供应：(a)所接收的电信号，以及(b)所述测量温度和所述温度阈值之间的比较。在又一些其他实施方案中，施加所述一个或多个ire脉冲包括沿着所述导管的轴线施加所述一个或多个ire脉冲。
附图说明
12.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：
13.图1是根据本发明的示例性实施方案的基于导管的定位-跟踪和不可逆电穿孔(ire)消融系统的示意性图解；
14.图2是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方案的用于产生具有接触力传感器和温度传感器的ire局灶导管的方法的流程图；并且
15.图3是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方案的用于基于指示在ire消融规程期间测量的接触力和温度的信号来控制施加到组织的一个或多个ire脉冲的方法的流程图。
具体实施方式
16.概述
17.不可逆电穿孔(ire)可用于例如通过使用高电压施加的脉冲消融组织细胞来治疗心律失常。当跨膜电势超过阈值时会发生细胞破坏，从而导致细胞死亡和消融灶的形成。在基于ire的消融规程中，将高电压双极电脉冲施加到例如与待消融的组织接触的一对电极，以便在电极之间形成消融灶并且由此治疗患者心脏中的心律失常。
18.下文所述的本发明的实施方案提供了用于通过控制在ire消融位点处施加到组织(在本文中也称为目标组织)的一个或多个ire脉冲来控制ire消融的改进的技术。
19.在一些情况下，可能需要局灶导管来执行消融规程。原则上，在单极射频(rf)消融中，局灶导管可包括(i)用于估计施加在导管和目标组织之间的接触力的接触力感测设备，(ii)用于消融目标组织的大远侧电极，以及(iii)用于诊断测量的一个或多个环形电极。然
而，该配置不能用于施加高电压双极ire脉冲，例如因为：(a)电极之间的高接近度防止施加此类高电压双极脉冲，以及(b)电极中的至少一者可响应于施加高电压双极脉冲而过热。
20.在一些实施方案中，被配置为执行受控ire消融的系统包括导管，诸如但不限于具有插入管的局灶导管，该插入管被配置为将导管插入患者心脏中的消融位点中。导管可包括一对类似电极，在本文中也称为第一电极和第二电极，它们基本上宽于前述环形电极。
21.在一些实施方案中，第一电极和第二电极以彼此相距的预定义距离耦接到导管的远侧端部，并且被配置为：(i)例如经由插入管接收由ire脉冲发生器(ipg)产生的一个或多个ire脉冲，以及(ii)在第一电极和第二电极之间将ire脉冲施加到消融位点处的组织。
22.在一些实施方案中，导管包括接触力传感器，该接触力传感器设置在第一电极和第二电极之间并且被配置为产生指示施加在远侧端部和组织之间的接触力的电信号。
23.在一些实施方案中，导管包括一个或多个温度传感器，该一个或多个温度传感器在一个或多个相应位置处耦接到远侧端部。每个温度传感器被配置为产生温度信号，该温度信号指示远侧端部和组织中的至少一者的测量温度。
24.在一些实施方案中，在ire消融规程中，医师将远侧端部插入消融位点中并且使第一电极和第二电极与目标组织进行接触。在一些实施方案中，在ire消融期间，系统的处理器被配置为接收指示施加在远侧端部和目标组织之间的接触力以及测量温度的信号。基于所接收的信号，处理器被配置为通过控制施加在远侧端部和组织之间的接触力以及施加到组织的所述一个或多个脉冲的参数来辅助医师控制ire消融。例如，(i)在施加一个或多个ire脉冲之前，如果远侧端部和组织之间的接触不在ire规程的指定接触力范围内，则处理器可警示医师，(ii)在施加一个或多个ire脉冲期间和之后，处理器可检查由温度传感器测量的温度是否在ire规程的指定温度范围内。
25.在一些实施方案中，处理器可保持温度阈值并在测量温度和温度阈值之间进行比较，使得如果测量温度超过温度阈值，则处理器可警示医师以便控制ipg或者可自主地控制ipg以停止向组织施加ire脉冲。
26.所公开的技术改善对ire消融的控制，并且由此改善患者安全性并且减小ire消融规程的持续时间。
27.系统描述
28.图1是根据本发明的实施方案的基于导管21的定位-跟踪和不可逆电穿孔(ire)消融系统20的示意性图解。在一些实施方案中，导管21包括局灶型ire消融导管，但在其他实施方案中，加以必要的变更，本文所述的技术可用于产生任何其他合适类型的ire消融导管，以及用于使用其他合适类型的ire消融导管来施加一个或多个ire脉冲。
29.在一些实施方案中，系统20包括尖端部分40，该尖端部分可偏转或不可偏转，并且装配在导管21的轴22的远侧端部22a处，其中尖端部分40包括多个电极50，如插图25所示。
30.在本文所述的实施方案中，电极50被配置用于心脏26的左心房组织的ire消融，诸如心脏26中的肺静脉口51的ire消融。电极50可另外用于感测心内(ic)心电图(ecg)信号。需注意，加以必要的变更，，本文所公开的技术适用于心脏26的其他部分(例如，心房或心室)，并且适用于患者28的其他器官。
31.在一些实施方案中，导管21的近侧端部连接到控制台24(在本文中也称为控制台24)，该控制台包括被配置为递送在数十kw范围内的峰值功率的消融电源，在本示例中为
ire脉冲发生器(ipg)45。控制台24包括切换箱46，该切换箱被配置为将由ipg 45施加的电力切换到电极50的一个或多个选定对。序列化ire消融协议可存储在控制台24的存储器48中。
32.在一些实施方案中，医师30例如使用被配置用于插入导管21的轴22的插入管，将轴22的远侧端部22a通过护套23插入躺在手术台29上的患者28的心脏26中。医师30通过使用靠近导管21的近侧端部的操纵器32操纵轴22以及/或者从护套23偏转，来将轴22的远侧端部22a导航至心脏26中的目标位置。在远侧端部22a的插入期间，尖端部分40由护套23保持在拉直配置中。通过包含处于拉直配置的尖端部分40，护套23还用于在医师30将导管21移动通过患者28的脉管系统到达目标位置(诸如心脏26中的消融位点)时最小化血管创伤。
33.一旦轴22的远侧端部22a已到达消融位点，医师30回缩护套23，并且在可偏转尖端部分的情况下，使尖端部分40偏转，并且进一步操纵轴22以将设置在尖端部分40上方的电极50放置成与消融位点处的口51接触。
34.在一些实施方案中，电极50通过延伸穿过前述轴22的插入管的导线连接到处理器41，该处理器被配置为控制位于控制台24中的接口电路44的切换箱46。
35.现在参考插图25。在一些实施方案中，远侧端部22a包括位置跟踪系统的位置传感器39，该位置传感器例如在尖端部分40处耦接到远侧端部22a。在本示例中，位置传感器39包括磁性位置传感器，但在其他实施方案中，可使用任何其他合适类型的位置传感器(例如，除基于磁性的之外)。在远侧端部22a在心脏26中的导航期间，控制台24的处理器41响应于来自外部场发生器36的磁场，接收来自磁性位置传感器39的信号，例如，用于测量尖端部分40在心脏26中的位置，并且任选地，在控制台24的显示器27上显示叠加在心脏26的图像上的跟踪位置。
36.现在参见回到图1的大体视图。在一些实施方案中，磁场发生器36放置在患者28外部的已知位置处，例如，在手术台29下方。控制台24还包括被配置成驱动磁场发生器36的驱动电路34。
37.使用外部磁场的位置感测方法在各种医疗应用中实现，例如在由biosense webster inc.(diamond bar，calif.)生产的carto
tm
系统中实现，并且详细地描述于美国专利号5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089、pct专利公布wo 96/05768、以及美国专利申请公布号2002/0065455 a1、2003/0120150 a1和2004/0068178 a1中，这些专利的公开内容均以引用方式并入本文。
38.通常，控制台24的处理器41包括通用计算机的通用处理器，具有合适的前端部和接口电路44，其用于接收来自导管21的信号，以及用于经由导管21将消融能量施加在心脏26的左心房中，并用于控制系统20的其他部件。处理器41通常包括系统20的存储器48中的软件，该软件被编程为实施本文所述的功能。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。
39.监测和控制施加到组织的不可逆电穿孔脉冲
40.不可逆电穿孔(ire)(也称为脉冲场消融(pfa))可用作用于通过向组织施加高压脉冲而在消融位点处形成消融灶(例如，杀死组织细胞)的微创治疗方法。在本示例中，ire脉冲可用于杀死心肌组织细胞，以便治疗心脏26中的心律失常。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。因此，特别要关注的是使用高压双极电脉冲(例如，使用与消融位点处的组织接触的一对电极50)来生成高电场(例如，高于某个阈值)以杀死位于电极之间的组织细胞。
41.在本公开的上下文中，“双极”电压脉冲意指施加在导管21的两个电极50之间的电压脉冲(与例如在射频消融期间由导管电极相对于不位于导管上的某个公共接地电极施加的单极脉冲相反)。
42.为了在心脏26的相对较大的组织区域(诸如肺静脉(pv)的口或任何其他合适器官的周边)上方实现ire消融，有必要使用导管21的多对电极50，或在尖端部分40中具有多个电极50的任何其他合适类型的ire导管。为了使所生成的电场在大组织区域上尽可能空间均匀，最好选择具有重叠场或至少彼此相邻的场的成对电极50。然而，存在与ire生成的场一起发生的焦耳加热部件，并且当多对电极50连续地用于递送ire脉冲序列时，该加热可损坏电极。
43.在一个实施方案中，系统20包括图1的示例中所示的表面电极38，如通过延伸穿过线缆37到达患者28的胸部和肩部的导线来附接。在一些实施方案中，表面电极38被配置为响应于心脏26的跳动来感测体表(bs)ecg信号。bs ecg信号的采集可使用附接到体表的导电焊盘或任何其他合适的技术来执行。如图1所示，表面电极38附接到患者28的胸部和肩部，然而，附加的表面电极38可附接到患者28的其他器官，诸如肢体。
44.在一些实施方案中，电极50被配置为感测心内(ic)ecg信号，并且(例如，同时)表面电极38感测bs ecg信号。在其他实施方案中，感测ic ecg信号可足以执行ire消融，使得表面电极38可应用于其他用例。
45.在一些实施方案中，医师30可将至少一对电极50耦接到心脏26中的消融位点处的组织，在本文中也称为目标组织。旨在通过经由电极50施加一个或多个ire脉冲来消融目标组织。需注意，ire脉冲可例如在ire消融规程的不同阶段期间被多次施加到目标组织。
46.现在参见回到插图60。在一些实施方案中，装配在导管21的远侧端部22a处的尖端部分40包括一对第一电极和第二电极50，在本文中分别称为电极50a和50b。电极50a和50b以彼此相距的预定义距离耦接到远侧端部22a的尖端部分40。
47.在一些实施方案中，电极50a和50b彼此类似，并且相对较宽，例如沿着导管21的尖端部分40的轴线62大于约1mm。在本示例中，电极50a和50b沿着作为导管21的纵向轴线的轴线62设置。在其他实施方案中，电极50a和50b可相对于彼此设置在远侧端部22a中的任何合适位置处，并且可在彼此之间具有任何合适的预定义距离。例如，电极50a和50b中的至少一者可设置在尖端部分40的边缘处。
48.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(或物理参数诸如速度和时间)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。
49.在一些实施方案中，远侧端部22a的尖端部分40包括接触力传感器66，该接触力传感器设置在第一电极和第二电极(在本示例中分别为电极50a和50b)之间。接触力传感器66被配置为产生指示施加在远侧端部22a的尖端部分40与位于心脏26的消融位点处的前述组织之间的接触力的电信号。
50.在其他实施方案中，除了插图60所示的接触力传感器66之外或代替该接触力传感器，一个或多个接触力传感器66可在任何其他合适的相应位置处耦接到远侧端部22a的尖端部分40。
51.在一些实施方案中，远侧端部22a的尖端部分40包括至少一个温度传感器64，该温度传感器耦接到远侧端部22a，并且被配置为产生指示远侧端部22a和在目标位置处消融的组织中的至少一者的测量温度的温度信号。在一些实施方案中，尖端部分40可包括设置在远侧端部22a的相应多个位置处的多个温度传感器64。例如，除了插图60中示出的用于测量上述组织的温度的温度传感器64之外，尖端部分40还可包括两个附加温度传感器64，该附加温度传感器紧邻电极50a和50b耦接到远侧端部22a以便测量两个电极50a和50b的温度。
52.在一些实施方案中，温度传感器66可包括热电偶(tc)，但在其他实施方案中，至少一个温度传感器66可包括其他合适类型的温度感测装置。
53.现在参见回到图1的大体视图。在一些实施方案中，处理器41被配置为从接触力传感器66接收前述电信号。基于电信号，处理器41被配置为控制ipg 45以将该一个或多个ire脉冲供应到电极50a和50b。在本公开的上下文和权利要求中，处理器41被配置为基于所接收的电信号控制施加到组织的ire脉冲的一个或多个参数。例如，基于在ire消融期间施加在远侧端部22a和组织之间的所感测的接触力，处理器41可控制所施加的ire脉冲的能量、和/或振幅和/或频率。此外，处理器41被配置为例如在显示器27上显示指示所感测的接触力的消息或任何其他类型的显示，使得医师30可例如通过相对于消融位点处的组织略微推动或回缩远侧端部22a来调整所施加的接触力。
54.在一些实施方案中，处理器41被配置为保持至少一个温度阈值，并且基于由温度传感器66测量的温度与温度阈值之间的比较来控制该一个或多个ire脉冲(例如，向电极50a和50b)的供应。
55.通过举例的方式示出了系统20的该特定配置，以便示出通过本发明的实施方案解决的某些问题，并且展示这些实施方案在增强此类ire消融系统的性能方面的应用。然而，本发明的实施方案决不限于这种特定类别的示例性系统，并且本文所述的原理可类似地应用于其他类别的消融系统。
56.图2是示意性地示出了根据本发明的实施方案的用于产生具有接触力传感器66和温度传感器64的ire局灶导管的方法的流程图。方法在电极耦接步骤100处开始，其中将电极50a和50b耦接到ire导管(诸如导管21)的远侧端部22a。在一些实施方案中，电极50a和50b以彼此相距的预定义距离装配，并且被配置用于将ire脉冲施加到心脏26的消融位点处的目标组织，或施加到患者28体内的任何其他器官。
57.在接触力传感器设置步骤102处，在电极50a和50b之间将接触力传感器66设置并装配在远侧端部22a的尖端部分40上。如以上图1的插图60中所述，接触力传感器66被配置用于感测施加在远侧端部22a和心脏26的目标组织之间的接触力，并且产生指示所感测的接触力的电信号。
58.在温度传感器耦接步骤106处，在预定义位置处将一个或多个温度传感器64耦接到远侧端部22a的尖端部分40，以便测量温度并且产生指示所感测的温度的温度信号，如上文在图1中所述。
59.在终止该方法的处理器耦接步骤108处，将远侧端部22a经由导管21耦接到控制台
24的处理器41。在一些实施方案中，在步骤108中，处理器41电连接到导管21的若干部件，诸如但不限于：接触力传感器66、一个或多个温度传感器64和位置传感器39。
60.图3是示意性地示出了根据本发明的实施方案的用于基于指示在ire消融规程期间测量的接触力和温度的信号来控制施加到心脏26的目标组织的一个或多个ire脉冲的方法的流程图。
61.方法在ire导管插入步骤200处开始，其中将位于导管21的远侧端部22a处的尖端部分40插入心脏26中的消融位点中，并且使一对电极50a和50b与目标组织接触。如以上图1所述，尖端部分40包括至少电极50a和50b，其被配置为从ipg 45接收ire脉冲并将ire脉冲施加到心脏26的目标组织。在一些实施方案中，尖端部分40还包括一个或多个接触力传感器66，以及一个或多个温度传感器64，诸如热电偶或任何其他合适类型的一个或多个温度感测设备。
62.在接触力信号接收步骤202处，处理器41接收指示施加在远侧端部22a和心脏26的目标组织之间的接触力的电信号。如果所测量的接触力不在其指定水平内(例如，在约5克力(grf)和25grf之间)，则处理器41可例如在显示器27上向医师显示消息以调整施加在具有电极50a和50b的远侧端部22a与目标组织之间的接触力。在其他实施方案中，如果所测量的接触力不在接触力指定水平内，则处理器可防止医师将ire脉冲施加到组织。
63.在ire脉冲施加步骤204处，在验证所施加的接触力在ire规程的指定水平内之后，处理器41控制ipg 45以产生一个或多个ire脉冲。如以上图1所述，电极50a和50b被配置为从ipg 45接收该一个或多个ire脉冲，并且在电极50a和50b之间向目标组织施加一个或多个双极ire脉冲。在一些实施方案中，处理器41被配置为从一个或多个温度传感器64接收指示由温度传感器64在ire消融规程期间测量的温度的一个或多个温度信号。测量温度可包括组织温度、电极温度和导管21的任何其他部件的温度。
64.在第一决定步骤206处，医师30检查ire消融是否已完成。如果是，则方法行进到导管回缩步骤212，其中医师将导管21的远侧端部22a回缩到心脏26之外，并且结束ire规程。
65.如果ire消融尚未完成，则在第二决定步骤208处，处理器41在步骤204处测量的温度与处理器41保持的温度阈值之间进行比较，如上图1所述。基于该比较，处理器41检查测量温度是否超过温度阈值。如果测量温度超过温度阈值，则方法行进到脉冲水平调整步骤210，其中处理器41和/或医师30可调整施加到组织的ire脉冲的数量，或者减小脉冲串中的脉冲的数量，或者减小测量位置处的温度。例如，可通过在脉冲串之间再等待几毫秒和/或通过施加冲洗(未示出)以冷却消融组织和/或电极50a和50b来减小温度。
66.需注意，基于所公开的技术，可在不修改ire脉冲电压的情况下执行温度控制。与ire规程相比，当施加单极rf功率时，通常通过修改信号的振幅来执行控制。然而，在本发明中，降低ire消融中的振幅是不期望的，因为电压对于获得消融效果是关键的。
67.在一些实施方案中，施加到组织的总能量可通过修改脉冲数、和/或增加ire脉冲集合(在本文中也称为脉冲串)之间的时间间隔、和/或控制施加到组织的ire脉冲的脉冲串的数量来减小。通过使用这些功率控制技术中的一种或这些功率控制技术的任何合适的组合，甚至在不使用冲洗的情况下也防止电极和/或组织加热。
68.如果在步骤208处，测量温度低于温度阈值，则方法循环回到步骤202，以用于开始一组新的接触力和温度测量，并且用于将附加的一个或多个ire脉冲施加到目标组织直到
ire消融完成。
69.虽然本文所述的实施方案主要涉及心脏组织的ire消融，但本文所述的方法和系统也可用于其他应用，诸如用于消融人类或其他哺乳动物的其他器官以及用于治疗肺癌和肝癌。
70.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。