CN101636195B - 用于在对象内施加能量的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在病人的对象内施加能量的装置。该装置包括：能量施加单元(8，9)，其包括用于在对象内输出能量的能量发射元件(9)，和可位于对象内的能量存储单元(8)，该能量存储单元耦合到能量发射元件并位于能量发射元件附近。该装置还包括耦合到能量施加单元的电控制线(12)，其用于通过控制能量从能量存储单元向能量发射元件的传输来控制对象内能量的施加。本发明还涉及相应的方法和相应的计算机程序。

Description

用于在对象内施加能量的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在对象内施加能量的装置、方法和计算机程序。
背景技术
US2003/0204207A1公开了一种导管装置，其包括从位于导管远端的电池或电容接受能量的心脏起搏器。能量从电池或电容向心脏起搏器的传输由光控制线控制。通过光控制线的控制需要光路和用于把光信号转变成电信号的转换设备。这些光和光电组件需要许多空间，其中在导管内和心脏内的空间是有限的。因此该导管装置是非常大的，难以制造和难以操作。
发明内容
本发明的目的是减小在病人的对象内施加能量的装置的尺寸。
本发明的第一方面，介绍一种用于在对象内施加能量的装置，其中，该装置包括：
-能量施加单元，其包括用于在对象内输出能量的能量发射元件和可位于对象内的能量存储单元，该能量存储单元耦合到能量发射元件并且在能量发射元件附近，以及
-电控制线，其耦合到能量施加单元，用于通过控制能量从能量存储单元向能量发射元件的传输来控制对象内能量的施加。
本发明基于以下想法：如果使用电控制线，不需要光路和用于把光信号转换成电信号的转换设备。这减小了装置的尺寸。
所述用于在对象内施加能量的装置例如是，通过位于远端导管尖端处的电极来在对象内施加能量的导管装置。对象可以是病人的器官，例如，像病人心脏的器官。出于消融或者感知的目的，能量发射元件可以例如在对象内输出能量。对象也可以是技术上的对象。
优选的，电控制线是高电阻的。如果电控制线是高电阻的，外部电场就不会在控制线中感生电流，其中有可能由感生电流引起的负面效应减小或不再存在。例如，如果磁共振成像系统用于确定对象内能量发射元件的位置，或用于在对象中引导能量发射元件和能量存储单元，那么电磁辐射(特别是RF场)在电控制线中仅感生小电流或不感生电流，由此，对控制线的加热(例如，局部加热)以及对由感生电流产生的电磁场成像的干扰可以减小或者不再存在。
优选的，高电阻控制线包括大于2kOhm/m的阻抗，进一步优选地大于5kOhm/m，进一步优选地大于10kOhm/m，且其进一步优选的是，阻抗大于20kOhm/m。特别地，如果电场，特别是优选为1至10kV/m，进一步优选为3至8kV/m，进一步优选为5至6kV/m，且进一步优选为5.5kV/m，优选地具有50-80MHz的频率，进一步优选地具有55-70MHz的频率，进一步优选地具有60-65MHz的频率，进一步优选地具有63-64MHz的频率，且进一步优选地具有63.86MHz的频率的磁共振成像系统(优选地是1.5特斯拉的磁共振成像系统)的电场，作用于控制线，这些阻抗是优选的。
在优选实施例中，该装置还包括：控制单元，其经由电控制线与能量施加单元耦合，该电控制线用于通过控制能量从能量存储单元向能量发射元件的传输来控制对象内能量的施加。只要控制单元仍然经由控制线与能量施加单元耦合，控制单元可以位于任意位置。优选地，控制单元位于对象外部，其中，用于在对象内施加能量的装置在对象内所需要的空间进一步减小。因此，优选的，能量施加单元和能量存储单元位于装置的远端，并且控制单元优选地位于装置的近端。例如，如果用于在对象内施加能量的装置是，例如用于在病人的器官内施加能量的导管装置，则能量施加单元和能量存储单元优选地位于导管远端，并且控制单元优选地位于导管近端。
优选地，能量施加单元还包括：开关，其(a)与用于控制开关的控制线耦合，且(b)在能量发射单元和能量存储单元之间，用于切换能量从能量存储单元向能量发射元件的传输。这允许以很低的技术作用力对具有各个应用所需要的频率和能量的能量施加进行切换。
进一步优选地，装置包括：导管，其用于把能量施加单元、能量存储单元和电控制线引入对象。这允许把能量施加单元、能量存储单元和至少一部分电控制线插入到对象中，例如病人的器官(如，病人的心脏)中。
能量存储单元优选地是可充电的。这允许能量存储单元和因此用于在对象内施加能量的装置能使用更长的时间，而不需要替换能量存储单元。
优选地，装置还包括：充电线，其连接到能量存储单元并且其可耦合到用于为能量存储单元充电的充电单元。充电单元可以位于任意位置。优选地，使用中，充电单元位于对象外部。由此，能量存储单元可以通过能量施加单元充电，同时能量存储单元和至少一部分电控制线可以保持在对象内部。这种情况下，装置优选包括：导管，其用于把能量施加单元、能量存储单元、至少部分电控制线和至少一部分充电线引入对象中。
充电线优选地是高电阻的，便于减小或消除充电线中感生电流引起的效应。充电线优选地具有与控制线相同的阻抗。
优选地，装置优选还包括：监测单元，其是用于监测能量发射元件、能量存储单元和开关中的至少一个的磁共振成像系统。其允许监测能量发射元件、能量存储单元和开关的至少一个，特别是能量发射元件、能量存储和开关的至少一个的位置，其中例如，定位可以使用监测结果来校正。
用于施加能量到对象的装置还可以包括：监测系统，其用于监测病人对象内的能量施加单元的位置。该监测单元是例如磁共振成像系统、计算机X线断层摄影系统，或超声波成像系统。
本发明的另一方面，介绍一种用于在对象内施加能量的方法，其中该方法包括以下步骤：
-在对象内施加能量，通过
-在病人的对象内定位能量发射元件和能量存储单元，该能量存储单元耦合到能量发射单元并且在能量发射元件附近，
-通过能量发射元件在病人的对象内输出能量，
其中，在病人对象内的能量施加通过由电控制线控制能量从能量存储单元向能量发射元件的传输来控制。
在本发明的另一方面，提供一种用于在病人对象内施加能量的计算机程序，其中，计算机程序包括：程序代码工具，其用于当在计算机上运行计算机程序从而控制装置时，使得装置执行以下步骤：
-在对象内施加能量，通过
-在病人的对象内定位能量发射元件和能量存储单元，该能量存储单元耦合到能量发射单元并且在能量发射元件附近，
-通过能量发射元件在病人的对象内输出能量，
-通过由电控制线控制能量从能量存储单元向能量发射元件的传输来电控制病人对象内的能量施加。
应当理解，如权利要求1的装置，权利要求9的方法和权利要求10的计算机程序具有与从属权利要求中所限定的、相似和/或相同的优选实施例。应当理解，本发明的优选实施例可以是从属权利要求的任意组合。
应当注意，EP-A-0090467公开了一种心脏刺激器，其包括：充电至高电压的能量存储电容，和用于产生所需类型刺激所需要波形的波形发生器。波形发生器经由电缆线连接到导管。心脏刺激器还包括用于提供控制电压的控制放大器，和用于根据控制电压产生跨过一对输出端子的高电压、从而使电流流过高电阻负载电路的端级(end stage)。心脏刺激器还包括：感知设备，其用于根据跨过负载电路的电流产生控制放大器的参考信号，其中，感知设备和控制放大器经由控制线连接。
附图说明
参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的且被阐述。在下面的附图中：
图1示意性地示出了一种用于在对象内施加能量的装置的实施例，
图2示意性和更详细地示出了一种用于在对象内施加能量的装置的导管远端，
图3示意性地示出了用于在对象内施加能量的装置的另一实施例，
图4示意性地示出了用于在对象内施加能量的装置的另一实施例的导管远端，以及
图5示出了说明用于在对象内施加能量的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了一种用于在对象内施加能量的装置，其在该实施例中是导管装置1。该导管装置1包括具有远端(distal end)15和近端(proximal end)16的导管(catheter)4。在图2中示意性地更详细示出了导管的远端。用于在对象2、3内输出能量的两个能量发射元件9和能量存储单元8位于导管4的远端15处。在该实施例中，能量发射元件9是能量发射电极，特别是用于感测(sensing)或消融(ablation)过程。在该实施例中，能量存储单元8是电池。在该实施例中，能量发射元件是起搏(pacing)电极。能量发射元件9经由开关10耦合到能量存储单元8。开关10经由电控制线12耦合到控制单元6。在该实施例中，控制单元6位于导管4近端处的对象2，3外部。电控制线12必须足够长，以到达对象2、3外部的控制单元6。在图2中用虚线示出了电控制线的该长度。
在该实施例中，对象2、3是病人2的心脏3。因此，在图1中示出的情况中，包括能量发射元件9、能量存储单元8和开关10的导管4的远端15已经插入了病人2的心脏3。病人2位于病人手术台5上。该装置1还包括监测单元7，其用于监测能量发射元件9、能量存储单元8和开关10的至少一个。在该实施例中，监测单元7是磁共振成像系统。
图3示意性地示出了用于在对象内施加能量的装置101的另一实施例。与图1中所示出的元件相似的元件将由相似的附图标记表示，且在下文中将不会再次详细说明。
装置101包括控制和充电设备14，其包括控制单元6和充电单元11。控制和充电设备14耦合到导管4，特别地，控制单元6耦合到电控制线12，并且充电单元11耦合到电充电线13，正如其在图4中示意性地示出的。
图4中示意性地示出了导管4的远端115。
在图4中示出的实施例中，能量存储单元8经由充电线13耦合到充电单元11。在该实施例中，充电单元11位于对象2、3外部，并且由此，充电线13必须足够长。该大长度在图4中由虚线示意性地说明。
能量发射元件9，能量存储单元8和开关10形成了能量施加单元，其可以由控制单元经由电控制线来控制。
在下文中，将参考附图5中示出的流程图描述用于在对象内施加能量的方法的实施例。
在步骤201中，导管4的远端15、115位于对象2，3内，即，在该实施例中在病人2的心脏3内。特别地，能量发射元件9位于对象2，3内的所需位置处，在该处将施加能量。
在步骤202中，能量由在已经定位能量发射元件的位置处的能量发射元件输出，其中能量的发射(即，对象内能量的施加)由电控制线12控制能量从能量存储单元8向能量发射元件9的传输来控制。在该实施例中，开关10通过控制单元6经由电控制线12来控制，该电控制线用于控制能量从能量存储单元8向能量发射元件9的传输。
在图3中示出的实施例中，能量存储单元8可以通过经由充电线13把能量存储单元8与充电单元11连接来充电。充电线13优选是高阻线，且因此，即使能量发射元件9的位置仍然由电磁共振成像系统7监测，能量存储单元8仍可以被充电。由此，能量存储单元8在例如电生理干涉的期间仍可以被充电。
同样，电控制线优选为高电阻，便于当能量发射元件9和能量存储单元8仍位于对象2、3内时允许电磁共振成像。
使用高电阻线允许在磁共振引导的情况下进行电生理干涉(intervention)，而不会出现RF加热的危险，因为在电生理干涉期间，与导管尖端(其放置在对象内部)处能量施加单元的电连接不能在磁共振成像系统的工作频率处产生谐振，并且由此不能作为导致过度加热的所应用RF场的天线。能量发射元件具体地是心脏起搏电极。
由于在对象内必须施加的能量存储在能量发射元件附近的能量存储单元中，通向优选在对象外部(即，在导管近端处)的控制单元的电控制线仅需要控制所述开关，且由此可以是高电阻电连接。
能量存储单元可以是电容，电池或蓄电池，优选是微型化的锂-离子或锂-聚合物电池，其优选地装配到导管的远端内腔(lumen)内。几个供能单元(即，例如电容、电池和/或蓄电池)可以串联连接，便于增加在对象内施加的可能电压，即能量。
如果电控制线是高电阻的，能量在对象内可以以受控的方式施加，同时能量发射元件的位置通过使用磁共振成像系统来监测，即，不再需要用于监测的X射线系统，其中，施加到对象(其优选是病人)的辐射和对比剂都可以避免。使用高电阻电控制线和优选使用高电阻充电线克服了常规电生理仪器和设备固有的安全风险，并且由此为用于磁共振引导的电生理干涉的磁共振安全心脏内经导管起搏(magnetic resonancesafe intracardial transcatheter pacing)提供了解决方案。
如果用于在对象内施加能量的装置是用于电生理心脏应用的导管装置，并且如果能量发射元件是起搏电极，起搏信号包括优选为1至10ms脉冲宽度的优选为1至30mA的电流脉冲，以及优选为0.6至6Hz的重复速率。如果2.8V的优选电压假定典型地在起搏器中使用，大约1000个脉冲所需要的能量优选约为1Ws。优选地，能量存储单元优选可以在导管远端处的导管尖端小内腔(若干立方毫米)中存储约1Ws。
如上已经所述，能量存储单元可以是锂离子和锂聚合物电池以及蓄电池中的单个或其组合。特别地，可以使用在手持设备(如，手机、数码相机和摄像机)中使用的电池和蓄电池，优选的，如果它们足够小以能装配到导管尖端的小内腔内。同样可以使用通常用在起搏器中的锂离子电池，优选地，如果它们的尺寸足够小以能装配到导管尖端的小内腔内。同样，薄膜、软性的、纳米级的锂离子电池(如，2006年5月12的Science：第312卷、5775号、885-888页，Ki Tae Nam，等人的“Virus-Enabled Synthesis and Assembly of Nanowires for LithiumIon Battery Electrodes”中所公开的)可以用作能量存储单元。优选地，能量存储单元包括电池的一个或多个组合，以使得其提供典型地用于外部起搏电源的、直到40V的电压。
虽然在优选实施例中，用于在对象内施加能量的装置已经用于在病人内(特别是在病人心脏内)施加能量，本发明并不局限于在病人内施加能量，特别是在病人心脏内施加能量。能量还可以在病人的另一器官内或在技术对象的内腔内施加。
虽然本发明已经被描述为包括用于监测对象内能量发射元件的位置的监测单元，但是本发明并不局限于用于在具有监测单元的对象内施加能量的装置。并且，如果监测单元存在，该监测单元不必是磁共振成像系统。同样其它的监测单元可以用于监测对象内能量发射元件的位置，例如，诸如X射线投影系统的X射线成像系统。
虽然在图2和图4中已经示出了导管内的仅仅几个部分，但是导管还可以包括更多部件，特别是通常在导管内用作例如到导管尖端处电极的导线、附加线或把低温流体输送到导管尖端的外部内腔。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员应当可以理解和实现所公开实施例的其它变体，并且实践所要求权利的发明。
虽然在附图和前述描述中已经详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当认为是说明性的和示例性的，而不是限制性的。本发明不局限于所公开的实施例。
在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一个”不排除多个。
在多个不同的从属权利要求中叙述某些方法的仅有事实并不表示这些方法的组合不能被有利地使用。
计算机程序可以存储/分布在适当的媒介上，例如一起提供或作为其它硬件的一部分的光学存储媒介或固态媒介，但是也可以以其它形式分布，例如经由因特网或其它有线或无线通信系统。
在权利要求中的任意附图标记不应当解释为限制其范围。

Claims (7)

1.一种用于在病人(2)的对象(3)内施加能量的装置，其中该装置包括：
-能量施加单元(8，9)，其包括用于在对象内输出能量的能量发射元件(9)，和可位于对象内的能量存储单元(8)，该能量存储单元耦合到能量发射元件并且在能量发射元件附近，以及
-电控制线(12)，其耦合到能量施加单元，用于通过控制能量从能量存储单元向能量发射元件的传输来控制对象内能量的施加，
-控制单元(6)，其经由电控制线与能量施加单元耦合并且位于病人的对象外部，
其中所述电控制线包括大于2kOhm／m的电阻。
2.如权利要求1所述的装置，其中该能量施加单元还包括：开关(10)，其(a)与用于控制该开关的控制线耦合，和(b)耦接在能量发射元件和能量存储单元之间，用于切换能量从能量存储单元向能量发射元件的传输。
3.如权利要求1所述的装置，其中该装置包括：导管(4)，其用于把能量施加单元(8，9)、能量存储单元(8)和电控制线(12)引入对象。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述能量存储单元(8)是可充电的。
5.如权利要求4所述的装置，其中该装置还包括：充电线(13)，其连接到能量存储单元(8)，并且还可耦合到用于为所述能量存储单元(8)充电的充电单元(11)。
6.如权利要求5所述的装置，其中充电线(13)包括大于2kOhm／m的电阻。
7.如权利要求1所述的装置，其中该装置还包括：监测单元(7)，其是用于监测能量发射元件、能量存储单元(8)和开关(10)中至少一个的磁共振成像系统。
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