在短路的电极组之间施加双极消融能量的制作方法

1.本发明整体涉及组织消融，并且具体地涉及用于使用具有各种能量模态(rf或ire)的可膨胀导管来执行消融手术的方法和系统。


背景技术：

2.各种类型的导管(诸如球囊导管)可用于治疗应用中，诸如用于患者器官的消融中。
3.例如，美国专利申请公布2020/0155224描述了一种可膨胀球囊，该可膨胀球囊耦接到轴的远侧端部以用于插入患者的器官中。球囊包括可膨胀膜、一个或多个电极以及一个或多个相应的导电线圈。一个或多个电极设置在该膜的外表面上。一个或多个相应的导电线圈各自靠近相应的rf消融电极设置。
4.美国专利申请公布2019/0298441描述了一种具有带膜的球囊的电生理导管。电极可设置在膜上。每个电极可包括不透射线的标记物。标记物可具有不同的形式，例如字母数字或多边形，以有利于使用双稳态图像使电极可视化，并且允许在组织的消融期间选择适当的待通电电极。


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系统，该系统包括导管、切换组件和处理器。该导管包括耦接到导管的远侧端部的可膨胀框架，以及以径向几何形状设置在可膨胀框架上的多个电极。该切换组件电连接到导管，并且被配置成在电极中的所选电极之间电短路。对于不相交的第一组电极和第二组电极，处理器被配置成控制切换组件以使第一组和第二组中的每一者内的电极电短路，以用于当电极被放置成与器官的目标组织接触时在第一组和第二组之间施加一个或多个双极消融脉冲。
6.在一些实施方案中，电极中的至少一个电极沿着导管的轴线设置。在其他实施方案中，切换组件包括机械开关或电子开关。在其他实施方案中，电极设置在可膨胀框架的顶点与可膨胀框架和导管的远侧端部之间的耦接点之间。
7.在一个实施方案中，可膨胀框架包括球囊或篮状物。在另一个实施方案中，当被放置成与目标组织接触时，电极被配置成感测来自器官的电信号。
8.在一些实施方案中，患者器官包括患者心脏，并且所感测的电信号包括用于标测患者心脏的心内电信号。在其他实施方案中，一个或多个双极消融能量包括一个或多个不可逆电穿孔(ire)脉冲。
9.在一个实施方案中，该系统包括脉冲发生器，该脉冲发生器被配置成至少产生：(i)一个或多个双极消融脉冲的第一集合，以及(ii)一个或多个双极消融脉冲的第二集合，该第二集合不同于该第一集合。在另一个实施方案中，对于彼此不相交且与第一组和第二组不相交的第三组电极和第四组电极，处理器被配置成：(i)控制切换组件以使第三组和第四组中的每一者内的电极电短路，以及(ii)控制脉冲发生器以：(a)在第一组和第二组之间
施加第一集合，以及(b)在第三组和第四组之间时间第二集合。
10.根据本发明的实施方案，还提供了一种方法，该方法包括将导管插入患者器官中，该导管包括：(i)可膨胀框架，该可膨胀框架耦接到导管的远侧端部；和(ii)多个电极，该多个电极以径向几何形状设置在可膨胀框架上。电极中的至少一些电极被放置成与器官的目标组织接触。对于不相交的第一组电极和第二组电极，第一组和第二组中的每一者内的电极在它们之间电短路。当电极被放置成与目标组织接触时，在第一组和第二组之间施加一个或多个双极消融脉冲。
11.在一些实施方案中，器官包括心脏，并且施加一个或多个双极消融脉冲包括通过将一个或多个双极消融脉冲施加到心脏的目标组织来治疗心脏中的心律失常。
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：
附图说明
13.图1为根据本发明的实施方案的基于导管的位置跟踪和能量发生器系统20的示意性图解；
14.图2a为根据本发明的实施方案的消融系统的导管末端的示意性侧视图；
15.图2b为根据本发明的实施方案的消融系统的导管末端的示意性轴向视图；
16.图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于使用导管末端将不可逆电穿孔(ire)脉冲施加到组织的方法的流程图，该导管末端包括球囊和以径向几何形状布置的多个电极；
17.图4为示出根据本发明的实施方案的单个双极电极组的数量的排列的表；并且
18.图5为示出根据本发明的另一个实施方案的双个双极电极组的数量的排列的表。
具体实施方式
19.概述
20.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，从而导致细胞死亡并且形成病变。在基于ire的消融手术中，向例如与要消融的组织接触的一对电极施加高电压双极电脉冲，以便在电极之间形成消融灶，并由此治疗患者心脏中的心律失常。
21.下文所述的本发明的实施方案提供了用于将一个或多个ire脉冲施加到患者心脏中的目标组织(诸如肺静脉(pv)的口)的改进技术。
22.在一些实施方案中，被配置成执行ire消融手术的系统包括消融导管，该消融导管具有耦接到导管的远侧端部的可膨胀框架，诸如球囊。球囊被配置用于插入消融部位诸如pv口中，该消融部位具有旨在被消融的组织。
23.在一些实施方案中，消融导管包括多个电极，该多个电极以径向几何形状设置在球囊上，并且由医师放置成与消融部位处的目标组织接触。
24.在一些实施方案中，该系统包括切换组件，该切换组件电连接到导管，并且被配置成在设置在球囊上的电极中的所选电极之间电短路。
25.在一些实施方案中，该系统包括处理器，对于不相交的第一组电极和第二组电极，
该处理器被配置成控制切换组件以使第一组和第二组中的每一者内的电极电短路。该处理器进一步被配置成控制射频(rf)发生器，以用于当电极被放置成与患者心脏的目标组织接触时在第一组和第二组之间施加一个或多个双极消融能量。
26.所公开的技术使得能够使用导管将ire脉冲施加到目标组织，该导管具有相对小的球囊或篮状物(例如，可膨胀至约10mm)和小的电极间距离。
27.系统描述
28.图1为根据本发明的实施方案的基于导管的位置跟踪和能量发生器系统20的示意性图解。
29.现在参考插图25。在一些实施方案中，系统20包括导管末端40，该导管末端装配在图1的全视图中所示的导管21的轴22的远侧端部22a处。
30.在一些实施方案中，导管末端40包括下文图2a和图2b中详细描述的可膨胀框架。在本示例中，可膨胀框架包括具有多个电极(诸如但不限于多个rf消融电极55)的可充胀球囊66。在一些实施方案中，电极55被配置成感测来自患者28的心脏26中的肺静脉(pv)的口51的双极心内信号。此外，电极55被配置用于将一个或多个双极消融脉冲消融到心脏26中的口51。在本示例中，一个或多个双极消融能量包括下文详细描述的不可逆电穿孔(ire)脉冲。
31.ire(也称为脉冲场消融(pfa))可以用作微创治疗模态，以通过向组织施加高压脉冲来杀死消融部位处的组织细胞。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。下文详细描述了在双极消融手术期间将ire脉冲施加到组织。
32.现在参见回到图1的全视图。在一些实施方案中，导管21的近侧端部连接到控制台24，该控制台包括脉冲发生器，在本示例中为用于将ire脉冲施加到口51的组织的脉冲(或rf)发生器45。包括消融参数的消融方案存储在控制台24的存储器48中。如本文所用，双极消融能量可为“ire”或“ire脉冲”的形式，其是指特定持续时间的离散的非斜坡式或阶跃式脉冲，或者为具有交替波形或连续交替射频波形的离散的阶跃式斜坡的“rf”信号的形式。
33.在一些实施方案中，医师30将轴22的远侧端部22a通过护套23插入躺在工作台29上的患者28的心脏26中。医师30通过使用导管21的近侧端部附近的操纵器32操纵轴22来将轴22的远侧端部推进到心脏26中的口51(本文也称为目标组织)。在插入远侧端部22a期间，导管末端40被保持在护套23内部，以便最小化沿着到达目标组织的路径的血管创伤。
34.在一些实施方案中，系统20包括基于阻抗的有功电流定位(acl)系统，医师30可使用该系统来导航和跟踪导管末端30在心脏26中的位置。
35.在一个实施方案中，医师30通过跟踪导管末端40的位置来将轴22的远侧端部导航到目标组织。在心脏26中的远侧端部22a的导航期间，控制台24从线圈(未示出)或从被配置成用作acl系统的基于阻抗的位置传感器的任何其他元件(例如，电极55中的任一个电极)接收信号。
36.在一些实施方案中，acl系统包括多个电极38，这些电极例如经由贴附于患者28的皮肤的贴片29耦合到患者28的身体。在图1的示例中，系统20包括六个电极，其中电极38a、38b和38c耦接到患者28的前部(例如，胸部)，并且电极38d、38e和38f耦接到患者28的背部。如图1所示，这些电极如下成对布置：电极38a和38d在患者28的右侧处面向彼此，电极38c和
38f在患者28的左侧处面向彼此，并且电极38b和38e在患者28的胸部和背部的上部处面向彼此。
37.在其他实施方案中，系统20可包括任何合适数量的电极，这些电极以任何合适的布置耦合到患者皮肤。
38.在一些实施方案中，电极38a-38f通常经由缆线37连接到系统20的处理器41，该处理器被配置成从电极38a-38f接收指示所测量的阻抗的电信号，并且基于所接收的信号，使用本文所述的技术来估计导管末端40在心脏26内的位置。
39.在一些实施方案中，电极38a-38f通常用于使用前述基于阻抗的acl系统和跟踪技术在患者28的体内对导管21进行导航，诸如例如在美国专利8,456,182和美国专利申请公布2015/0141798中所述的技术，这些专利的公开内容以引用方式并入本文。
40.在一些实施方案中，acl系统被配置成响应于在耦接到导管末端40的前述线圈或电极55与电极38a-38f中的每个电极之间测量的不同阻抗来估计导管末端40的位置。
41.在一些实施方案中，处理器41被配置成估计导管末端40在心脏26中的位置，并且在控制台24的显示器27上显示覆盖在心脏26的解剖图像42(或合成模型)上的标记物(未示出)。医师30可使用该标记物来例如将导管末端40导航到口51中。
42.在一些实施方案中，一旦轴22的远侧端部22a已到达心脏26，医师30就缩回护套23，并且进一步操纵轴22以将导管末端40导航至肺静脉的口51或心脏26的任何其他目标组织。
43.在一些实施方案中，系统20包括切换组件52，该切换组件电连接到导管21，并且被配置成在导管末端40的所选电极55之间电短路。在本示例中，切换组件52在控制台24中实现，并且可包括机械开关、电子开关、它们的组合或任何其他合适类型的开关。需注意，使所选电极55在两个不相交的组(本文称为第一组和第二组)中短路。
44.在一些实施方案中，对于不相交的第一组和第二组电极55，处理器41被配置成控制切换组件52以使第一组和第二组中的每一者内的电极55电短路。处理器41进一步被配置成当所选电极55被放置成与心脏26的目标组织接触时，控制功率发生器45以经由导管21在第一组和第二组之间施加ire脉冲。
45.在一些实施方案中，当导管末端40被放置成与组织接触时，医师30可控制系统20以用于例如使用与目标组织接触的电极55从心脏26的目标组织采集双极心内电信号。
46.处理器41通常为通用计算机，其具有合适的前端和接口电路44，以用于接收来自导管21的信号和来自电极38的ecg信号，并且用于控制系统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。
47.以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。
48.在其他实施方案中，代替球囊66，导管末端40可具有任何其他合适的部件，诸如可膨胀篮状体或任何其他合适类型的可膨胀框架。
49.通过在消融球囊导管的所选电极之间短路来执行双极消融
50.图2a为根据本发明的实施方案的导管末端40的示意性侧视图。
51.在一些实施方案中，导管末端40包括耦接到轴22的远侧端部22a的球囊66。球囊66包括膜60，该膜是可膨胀的并且具有冲洗孔62以用于在消融手术中冲洗目标组织。以举例的方式提供了冲洗孔62的构型，并且在其他实施方案中，球囊66可具有在球囊66的表面上的任何合适位置中形成的任何合适数量的冲洗孔62。
52.在一些实施方案中，球囊66包括沿着球囊66的轴线74设置的电极55，电极55以径向几何形状设置在膜60的表面上，如将在下文图2b中更清楚地示出。通常，导管21的每个电极55经由沿着导管21延伸的一个或多个电线64电连接到切换组件52。
53.在一些实施方案中，电极55沿着轴线74设置在球囊66的顶点77与电极55和电线64之间的耦接点70之间。需注意，顶点77和耦接点70两者在电极55之间是电绝缘的。
54.在图2a的示例中，球囊66具有交替定位在电极55之间的裸露区域54，以便在相邻电极55之间电绝缘。在其他实施方案中，球囊66可具有用于在相邻电极55之间电绝缘的任何其他合适的构型。
55.如上图1所述，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。然而，球囊66具有介于约9mm和12mm之间的直径，并且因此，电极55，特别是55a、55b、55c、55d、55e、55f、55h，以相对较短的距离(例如，裸露的或非导电的分离区域54)分隔，这在电极55用于口51的双极消融时是个问题，因为每个电极55的有效区域可能不足以通过施加双极消融能量(无论是通过ire脉冲还是rf双极能量)在口51中形成期望的消融灶。
56.在本公开和权利要求的上下文中，针对任何数值或范围的术语“约”或“大致”指示合适的尺寸公差，该合适的尺寸公差允许部件的一部分或集合为本文所述的预期目的起作用。
57.在一些实施方案中，可使用与消融部位处的组织接触的两组电极55来实施施加高电压双极电能(即，通过用于ire的脉冲或用于rf的波)。使用上述第一组和第二组可产生每组电极足够大的面积(例如，约10mm2)，并且在组之间产生足够大(例如，约15mm2)的裸露区域54，以便产生高电场(例如，高于某个阈值)以杀死位于第一组和第二组之间的组织细胞。因此，切换组件可被配置成在电极中的所选电极之间电短路，使得所选电极的组合表面积为至少约10平方毫米，并且组合的分隔面积为至少约15平方毫米。并且如本文所用，术语“裸露区域”是指不具有电极或导电表面的区域，即，任意两个相邻电极之间的非导电分隔区域。
58.在本公开的上下文中，“双极”电压脉冲是指施加在导管21的不相交的两组或更多组电极55之间的离散非斜坡式电压脉冲(例如，与例如在射频消融期间由导管电极相对于未位于导管上或受试者体内的某个公共接地电极施加的交替渐进射频波信号相反)，因此该技术被称为“单极”消融。即，在双极ire消融的上下文中，将第一极性(例如，正极)的一个或多个脉冲施加到第一组电极(或第二组电极)，并且将第二极性(例如，负极)的一个或多个脉冲施加到第二组电极(或第一组电极)。术语“脉冲”是指电压在极性之间非常快速地切换(没有任何明显的阶跃式或连续斜坡变化)，使得从一个极性到另一个极性不存在有效的渐进斜坡变化(例如诸如以正弦波)。在rf双极消融的上下文中，在限定双极电极集合的任
何两组或更多组电极之间施加预定频率的rf波形(例如，正弦波)。
59.为了在心脏26的相对较大的组织区域(诸如上述pv的口51或任何其他合适器官的周围)上实施ire消融，有必要必须在多组中的至少一组中使用多个电极55和在第一组和第二组之间分隔的足够大的裸露区域54。
60.在一些实施方案中，切换组件52被配置成在电极55中的所选电极之间电短路。如上图1所述，对于不相交的第一组和第二组电极55，处理器41被配置成控制切换组件52以使第一组和第二组中的每一者内的电极55电短路。不相交的组的示例描述于下图2b中。
61.在一些实施方案中，当至少一些电极55被放置成与心脏26的目标组织接触时，处理器41被配置成控制功率发生器45以用于在第一组和第二组电极55之间施加一个或多个ire脉冲(或任何其他类型的双极消融能量，诸如射频或rf)。
62.图2b为根据本发明的实施方案的导管末端40的球囊66的示意性轴向视图。在一些实施方案中，球囊66包括八个电极55，在本文中称为电极55a、55b、55c、55d、55e、55f、55g和55h，它们以径向几何形状布置，在任意两个相邻电极之间具有非导电分隔区域54。
63.在一些实施方案中，处理器41被配置成控制切换组件52以使第一组和第二组中的每一者内的所选电极55短路。例如，处理器41被配置成选择并控制切换组件52以在(i)第一组的电极55a和55c与(ii)第二组的电极55b和55d之间短路。在该示例中，当处理器41控制功率发生器45以施加ire脉冲时，在电极55a和55d之间与球囊66接触的目标组织将被消融。
64.在另一个示例中，处理器41被配置成选择并控制切换组件52以在(i)双极电极的第一组的电极55h、55a和55b与(ii)另一个双极电极的第二组的电极55d和55e之间短路(并且第一组和第二组一起限定双极电极集合。在该示例中，当处理器41控制功率发生器45以施加ire脉冲时，在电极55b和55d之间以及电极55h和55e之间与球囊66接触的目标组织将被消融。
65.在一些实施方案中，在图2b的构型中，第一组和第二组中的每一者可包括一至七个电极。例如，第一组可包括电极55a，并且第二组可包括电极55b和55h，以便消融在电极55b和55h之间接触的目标组织。需注意，第一组和第二组是不相交的，使得为不同的第一组和第二组选择不同的电极55。换句话讲，当应用于电极时的术语“不相交的”是指多个电极55a至55h中没有电极可以同时被选择用于第一组和第二组。
66.在一些实施方案中，可基于来自医师30的指令来实施为第一组和第二组选择电极55。在其他实施方案中，可例如通过处理器41在标测之后，例如，通过从相应的电极55接收在目标组织中感测到的心内信号，自主地实施为第一组和第二组选择电极55，其中电极55与目标组织接触。
67.在另选的实施方案中，处理器41可从与目标组织接触的电极55接收心内信号，并且可例如基于预定义的消融计划向医师30推荐要为第一组和第二组选择的电极55。此外，基于从电极55接收的心内信号，处理器41可识别与目标组织接触不足的电极。例如，在应用于口51的pv隔离消融手术中，处理器41可基于从电极55接收到的心内信号或基于从接触力传感器(未示出)接收到的指示一个或多个电极55与口51的目标组织之间的接触力不足的信号来检测。在此类实施方案中，处理器41可推荐医师30调整球囊66的位置和充胀水平，使得所有电极55与口51的目标组织具有足够的接触力。
68.以举例的方式提供了如图2a和图2b中所示球囊66的构型，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消融导管的导管末端的性能方面的应用。然而，本发明的实施方案决不限于这种特定类别的示例性导管末端，并且本文所述的原理可类似地应用于其他类别的消融导管。
69.图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于使用球囊66和多个电极55将ire脉冲施加到组织的方法的流程图，该多个电极以径向几何形状布置。
70.该方法从导管插入步骤100开始，其中将导管末端40的球囊66插入患者心脏26中，该导管末端具有以径向几何形状设置在球囊66上的多个电极55。在电极放置步骤102处，将电极55中的至少一些电极放置成与心脏26的目标组织(例如，在口51处)接触，如上文图1、图2a和图2b中详细描述。
71.在所选电极短路步骤104处，处理器41控制切换组件52以在不相交的第一组和第二组电极55内的所选电极55之间电短路，如上文图1、图2a和图2b中详细描述。
72.在结束该方法和双极消融的双极消融步骤106处，当第一组和第二组中的所选电极被放置成与目标组织接触时，处理器41控制功率发生器45以在第一组和第二组之间施加双极消融能量，如上文图1、图2a和图2b中详细描述。
73.在结束双极消融之后，医师30可从患者28的体内取出导管末端40。
74.尽管本文在一个示例性实施方案中描述的实施方案用于不可逆电穿孔(ire)消融程序，但本文所述的方法和系统也可用于其他应用中，诸如用于任何种类的双极rf消融以及电外科手术中。
75.图4为示出根据本发明的实施方案的单个双极电极55组的数量的排列的表1。在表1中，每一列是指双极组的示例，并且术语“a1”和“a2”是指向组织施加能量的相应的第一组和第二组电极55。在第一示例中，电极55a和55b构成表示为“a1”的第一组电极，并且电极55c和55d构成表示为“a2”的第二组电极。在该示例中，电极55e、55f、55g和55h不向组织施加能量，因此表示为“off”。
76.在一些实施方案中，处理器41可将脉冲施加到所有电极55，如上文图2b中所述。例如，如表1的最后一列(即，最右侧)所示，电极55a、55c、55e、55f和55g在表1中用组“a1”(55a、55c、55e、55f、55g)标记并构成第一组组合的双极电极，并且电极55b、55d和55h在表1中用“a2”(55b、55d、55h)标记并构成第二组组合的双极电极。实际上，组a1中的电极的组合构成第一大双极电极，并且组a2中的组合电极构成另一个大(或第二大)双极电极，并且组a1和组a2一起限定用于双极消融的两个极。应当注意，虽然示例示出每组至少两个电极，但在一个双极组中具有仅一个电极(例如，a1中的55a)并且在另一个双极组中仅具有两个或更多个电极(例如，对于a2为55b、55c、55d、55e、55f、55g、55h)也是在本发明的范围内的。
77.图5为示出根据本发明的另一个实施方案的双个双极电极组的数量的排列的表2。在一些实施方案中，处理器41被配置成控制功率发生器45以将一个或多个双极消融能量的不同集合施加到不同组的电极55。这些集合可在电压和/或频率和/或能量的任何其他属性方面不同。在表2中，每一列是指两个双极性基团“a”和“b”的示例。术语“a1”和“a2”是指将双极能量的第一集合施加到组织的相应的第一组和第二组电极55，并且术语“b1”和“b2”是指将双极能量的第二集合施加到组织的相应的第三组和第四组电极55。
78.例如，如表2的最右列所示，(i)用“a1”标记的电极55a和55b构成第一组双极电极，并且(ii)用“a2”标记的电极55e和55g构成第二组双极电极。第一组a1和第二组a2均限定双
极电极的第一集合以向组织施加该双极能量的第一集合。组a1和a2可被配置成在第一持续时间内递送第一量级的能量。类似地，(i)用“b1”标记的电极55b和55d构成另一个双极电极的第三组，并且(ii)用“b2”标记的电极55f和55h构成用于组b1的对应极的第四组电极55。第三组b1和第四组b2均限定双极电极的第二集合以向组织施加该双极能量的第二集合。即，双极电极b1和b2可被配置成在第二持续时间(不同于双极电极a1和a2的第一持续时间)递送第二量级的能量(不同于双极电极a1和a2的第一量级)。换句话讲，该系统可被配置成：(i)向第一组双极电极(a1和a2)提供一个或多个双极消融脉冲的第一集合，以及(ii)向第二组双极电极(b1和b2)提供一个或多个双极消融脉冲的第二集合，该第二集合不同于该第一集合。如在图4的示例中，具有组a1(或a2)中的仅一个电极和组a2(或a1)中的两个或更多个电极以及组b1(或b2)中的仅一个电极和组b2(或b1)中的两个或更多个电极是在本发明的范围内的。
79.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。