CN102164555B - 用于使生物组织失活的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于使生物组织失活的装置以及用于控制使生物组织失活的装置的方法。根据一个实施方式，在低的第一温度，失活开始，以及在更高的第二温度，失活结束。本发明还涉及操作被冷却的HF消融探针的装置和方法，其中该探针的温度主要由提供给探针的冷却功率来控制。根据进一步的实施方式，在组织区域的治疗期间，首先以恒定电流操作提供到探针的HF能量，然后以恒定电压来操作提供到探针的HF能量。根据进一步的实施方式，根据组织区域的阻抗来控制冷却功率。

Description

用于使生物组织失活的装置

技术领域

本发明涉及分别根据权利要求1和9的前序部分的用于使生物组织失活(devitalize)的装置和用于控制相应装置的方法。 

背景技术

已知电外科装置，尤其是用于使组织失活的探针(消融探针)，包括探针针体，其具有用于施加HF电压的至少一个电极；和冷却装置。HF电压经由HF(高频)发生器生成。 

在高频外科手术中，交流电以高频率通过人体以选择性地破坏组织。高频外科的一个应用领域是使肿瘤组织失活。高频外科利用加热的热效应，由此达到失活的目的。 

下面描述HF电流的双极应用与单极应用之间的区别。在单极应用中，电外科装置的仪器只包括一个电极，而另一中性电极直接位于患者上。电流以与组织中的电阻成反比的关系从仪器的电极流到中性电极。在紧邻仪器的电极的附近，电流密度高到足以发生所述热效应。距离该电极越远，电流密度以与该距离成反平方关系而减小。因此HF电流的失活效果受空间限制。 

在双极应用中，仪器包括两个电极。例如，探针针尖可以被配置作为第一电极，而探针的近端部分用作第二电极。HF电压被施加在彼此绝缘的这两个电极之间。通过位于这两个电极之间的组织形成完整电路。集中于探针周围的电流分布场被产生。 

不证自明，不管是什么类型的HF电流应用(单极或双极)，在紧邻仪器的附近均会形成高的场密度。该场密度能够导致周围组织脱水，甚至被碳化。这种效应是不期望的，至少在使肿瘤失活过程中是不期望的，因为脱水 或被碳化的组织具有很强的绝缘效果，并妨碍了更深的组织区域中的治疗。此外，身体不能轻易地分解这些被碳化的组织。 

出于这种原因，使用冷却装置来冷却紧邻的组织，从而防止邻近组织的脱水和/或碳化。 

根据肿瘤的尺寸，使用一个仪器所达到的失活效果在体积和/或速度方面不足以完全使肿瘤失活(包括肿瘤安全余量)。在这种情况中，成群的电极(cluster electrodes)和/或类似成群的电极那样作用的多个消融探针被使用。成群的电极可以包括两个至四个独立电极，它们从几何学上相对于彼此被排列并被提供HF电压。在应用中，使用单极和双极类型，其由发生器供电并以并行或复用操作来运行。 

在以一个发生器提供的恒定功率并行操作多个被冷却的应用探针的情况中，由于不同的开始条件(阻抗、热容量以及热传导特性)，在开始应用时在电极之间会产生非对称电流分布。 

已知以负载相关的方式调节电外科仪器使得之前所述的脱水或碳化不会发生(见DE 4233467A1)，但是这种方案因具有成群的电极而不能够被使用。 

这例如可以导致第一电极对具有低电流输入(从而只有一点点HF能量给到组织)，而第二电极对具有相当高的电流输入。假定对第一电极对持续冷却，由于温度降低，接触电阻增大，使得该第一电极对处的电流输入减少。在不利的情况中，这能够导致在第二电极对处的电流输入进一步增加。然后在第二电极对处产生所施加的冷却功率与HF功率之间的不匹配。组织变干，使得在第二电极处的接触电阻也增大。 

通过测量在各个电极处的接触电阻，可以确定是失活过程还是凝结过程可以被认为已经进行。随着所述的在第一电极对处(由于过度冷却)和第二电极对处(由于过高的HF功率)的接触电阻的增大，可能产生错误估计， 使得错误地估计进行了凝结过程。很明显，对到第一电极的HF电流的施加不足或施加得非常弱会对干预的整体结果带来负面影响。在第二电极对处在高电压下短暂施加HF电流也能够导致远离电极的组织不能被失活。 

如果失活过程没有被中断，由于在第一电极对和第二电极对处的接触电阻的增大，会产生自调节效应。由于在第二电极对处接触电阻的增大远大于在第一电极对处，因此HF功率分布朝着有利于第一电极对的方向转移。从在第二电极对处“仅”发生脱水的程度来说，组织液可以再次往回扩散。可能会由于组织脱水，而导致在第二电极对处的接触电阻减小，而在第一电极对处的接触电阻增大。因此，系统将在两个状态之间来回摆动，即在每个电极对处的HF功率上升然后再下降。这种现象的前提条件是在接触组织处没有发生不可逆效应。 

但是，系统倾向于超调(overshoot)，尤其是在电极群之间存在相对大的距离的情况下，这是因为在一个探针处的太多的冷却能量不能够由来自另一个探针的热扩散来补偿。 

假定对成群或成阵列的探针进行多种操作，可通过使用特定算法，一个接一个地操作消融探针、探针或探针对，以防止阻抗的过多增大。但是，这存在的缺点是，不可能实现通过将能量持续输入到组织以进行有效失活。即使只使用一个消融探针，常规的控制算法也不足以防止紧邻的组织的过度冷却或过度加热。例如，已知基于电流下降(dI/dt)或阻抗上升(dZ/dt)的梯度来执行调节。但是，这种类型的调节还不够。 

发明内容

因此，本发明的目的是改进在单个操作和群操作(cluster operation)中的被冷却的消融探针的控制。具体地，将提供一种用于使生物组织失活的装置，其能够使预定义的组织部分失活，该装置可靠并能够减轻患者的负担。 还一个目的是定义相应的方法。 

使用根据权利要求1的装置和根据权利要求9的方法可以实现上述目的。 

具体地，用于使生物组织失活的装置解决了上述问题，该装置包括： 

至少一个消融探针，其具有冷却装置，该冷却装置被配置并安排为使得接近消融探针的组织区域能通过该冷却装置的冷却功率而被冷却，该至少一个消融探针具有电极单元，该电极单元被安排并配置为使得HF发生器生成的HF治疗电流能被导入所述组织；以及 

调节单元，其被配置并被连接到冷却装置以及HF发生器，由此在失活开始时，使用低的第一温度，在失活结束时，使用升高的第二温度。 

本发明的实质基于以下认识：由于过度冷却导致的组织变化本质上是可逆的，而由于过度加热导致的组织脱水和/或碳化是不可逆的，或只能非常慢地再生。因此，通过以调节以及及时的方式(即，从开始的时候)使用冷却装置来进行干预是非常有用的。因此，根据本发明，在失活开始时，非常强地施加冷却，而随着过程的结束，温度升高。可以通过调节冷却功率或通过调节HF功率和冷却功率之间的比来控制温度。在第一温度，电流能够被输入到距离更远的组织区域，由此保证了凝结区扩展得足够大。在达到期望的凝结半径之后，应用第二温度，邻近消融探针的组织被失活。 

可以配置调节单元以使得温度被设定以防止组织结冰。有利的是，操作该装置，以使得第一温度被选为接近受治疗组织的冰点，具体地在1℃与8℃之间。但是，应当配置调节单元以防止组织结冰。在组织结冰时，电阻率增大，这就是为什么会导致输入到组织的电流低的原因。 

调节单元可以被配置为用于通过定义第一治疗电流来设定第一温度以及通过定义第一治疗电压来设定第二温度，在每种情况中均存在相应的冷却功率调整。由于接近第一温度的大区域中的电阻变化是负的，因此使用基本 上恒定的第一治疗电流进行操作时，可以确保凝结过程的稳定调节。由于接近第二温度的大区域中的电阻变化是正的，因此在该第二操作模式中，可以使用基本恒定的治疗电压实现凝结过程的稳定设定。 

调节单元可以包括用于设定第一治疗电流的恒流源。 

调节单元可以包括用于设定第一治疗电压的恒压源。 

调节单元可以被设定为使得从电流调节到电压调节的平滑过渡被执行。 

为了确定第一和/或第二温度，调节单元可以包括阻抗测量设备，用于测量电极单元与周围组织之间的阻抗。例如，中性电极与应用电极之间的阻抗可以被测量。可替换地，提供有用于施加HF电流的电压的电极对之间的阻抗可以被测量。单独电极也可以被构建成具有多个部分，由此可以在电极部分之间进行测量。有利地，可以进行阻抗测量，以得出关于存在于消融探针处的状况(尤其是主导(prevailing)温度)的结论。 

所述装置可以包括多个消融探针和调节单元，其中提供更高级的调节/控制单元，其被配置使得各个消融探针可由相关联的调节单元一起控制。具体地，在操作多个消融探针时，有利的是，可通过以较低的第一温度操作每个消融探针，以在失活或凝结过程开始时防止水汽形成和脱水。 

以上提出的问题还可以通过一种用于调节使生物组织失活的装置的方法来解决，其中该装置包括至少一个消融探针，其包括冷却装置，该冷却装置被配置并安排为使得由于该冷却装置的冷却功率，接近消融探针的组织区域可以被冷却，且所述装置包括电极单元，其被配置并安排为使得治疗电流可以被导入组织，其中，在失活开始时，使用低的第一温度，以及在失活结束时，使用升高的第二温度。 

在从属权利要求中包含进一步有利的实施方式。根据本发明的方法所实现的优点基本对应于之前描述的装置的优点。 

附图说明

下面基于参照附图更详细解释的一些示例性实施方式，更具体地描述本发明，其中： 

图1示出了根据本发明的用于使生物组织失活的装置的基本组件； 

图2示出了根据本发明的具有调节/控制单元的多个消融探针；以及 

图3示出了显示生物组织的电阻率与温度的相关性的图。 

具体实施方式

在以下描述中，相同的附图标记用于相同的部件和以相同方式动作的部件。 

根据本发明的用于使生物组织失活的装置10的第一示例实施方式包括消融探针20和调节/控制单元30(见图1)。为了给消融探针20提供HF电压，所述探针连接到HF发生器50。还存在到冷却液源40的液体连接，该冷却液源40提供用于冷却消融探针20的冷却液。调节/控制单元30控制或调节冷却液源40，以使用预定义冷却功率P_K来冷却消融探针。调节/控制单元30还控制或调节HF发生器50，以使得消融探针20输出预定义的HF功率P_HF到组织。 

为了合适地调节HF功率P_HF和冷却功率P_K，调节/控制单元30从消融探针20接收测量信号。 

在所示的示例实施方式中，组织的电导率或电阻率ρ将被测量。 

如图2中示意性所示，装置10包括用于该目的的测量装置32，其检测实际存在的阻抗R_ist。该实际阻抗R_ist可以在一个或多个电极对之间被测量。还可以想到，一个电极可被构建成具有两个或更多个部分，且可以在该电极的各个部分之间测量电阻。 

组织的电导率显示了关于组织温度和组织状况(例如，结冰、脱水或碳 化)的信息。 

在治疗过程中，组织的电导率受到引入或导出的能量(即，HF功率P_HF和冷却功率P_K)的影响。因此，如果组织温度接近冰点，则电导率降低(电导率＝1/ρ)(见图3)。相反，如果出现高温度，尤其是大于或等于100℃，会发生水汽形成和组织脱水。因此，如果组织温度高于或等于100℃，则电导率显著降低。 

根据本发明的调节/控制单元30使用调整变量HF功率P_HF和冷却功率P_K来在预定温度处使组织凝结。具体地，在受治疗组织中实现预定的温度梯度是本发明的一部分。 

简言之，将目标阻抗R_soll与所测量的实际阻抗R_ist进行比较，并根据期望的结果设定调整变量。为了调节HF功率P_HF和调节冷却功率P_K，调节/控制单元30包括冷却功率调节器34和HF功率调节器35。 

HF功率调节器35例如可以控制HF发生器50，该HF发生器50经由线路52给消融探针20提供HF电流。冷却功率调节器34可以通过对阀41进行调节来调节来自冷却液源40的冷却液供应，由此设定冷却功率P_K。 

根据本发明，用于使组织失活的装置10具有至少两个工作状态。在第一工作状态中，消融探针20在第一工作点AP1被操作，且在第二工作状态，消融探针20在第二工作点AP2被操作。第一工作点AP1的特点是低的第一温度，尤其是在2℃与10℃之间，第二工作点AP2的特点是显著较高的第二温度，尤其是在80℃到110℃的范围内。温度数据尤其与紧邻消融探针20的组织有关，和/或与消融探针20的外套管处的温度有关。 

在第一工作点AP1，由于探针表面周围的组织冷却，电流可以输入到距离更远的组织。因此，可在距离施加消融探针20相对较远的区域中发生用于组织失活的热效应。在于第一工作点AP1附近进行失活的情况下，不会由于脱水而在组织中发生不可逆变化(相较于在第二工作点AP2的性质改变)。 邻近组织的结冰可以是可逆变化，其相对来说不是什么问题。具体地，组织在很短时间内会再次解冻。因此，存在这样一温度分布，其中相对低的温度(例如，第一温度)存在于直接相邻的位置，且随着距离增加，温度升高，直到达到最大值。在达到最大值后，温度再次下降到体温。 

在达到期望的凝结半径后，装置10呈现第二工作状态，并调节调整变量以达到第二工作点AP2。还可以想到，采取从在第一工作点的调节到在第二工作点AP2的调节的连续过渡。因此，凝结半径可以逐步减小。由于电阻率(Δρ/ΔT)在第一工作点AP1附近的大区间内是负的，因此以恒定电流操作时，可以实现稳定的工作点。 

同时，电阻率变化(Δρ/ΔT)在第二工作点AP2附近的大区间内是正的，因此由于该原因，在以恒定电压的操作期间，能够实现稳定的第二工作点。 

参考图3，其示出了作为主导温度的函数的生物组织的电阻率(横坐标表示温度(℃)，而纵坐标表示电阻率(单位Ohm))，很明显，这里选择的工作点AP1和AP2示出了对应的电阻变化。还明显的是，在约4℃处的第一工作点AP1是尤其有利的，这是因为在更低的温度处，电阻率急剧增大。该工作点AP1因此可以很容易地被检测到。 

还明显的是，第二工作点AP2在约100℃的温度处也是非常独特的，这是因为在更高温度，电阻率也急剧增大。因此，可以相对容易找到该独特的工作点AP1和AP2并维持在该工作点。 

在进一步的示例性实施方式中，如图2所示，使用多个调节/控制单元30同时操作多个消融探针20、20′、20″，以使一大的肿瘤区域不处于活动状态。在如上所述那样类似调节并控制各个消融探针20、20′、20″的情况下，可进行有利的组织失活。具体地，可以以最小损害患者的方式来实现大组织部分的完全失活。 

参考标记 

10             用于使组织失活的装置 

20、20′、20″ 消融探针 

30             调节/控制单元 

32             测量装置 

34             冷却功率调节器 

35             HF功率调节器 

40             冷却液源 

14             阀 

42             供应 

50             HF发生器 

52             线路 

P_HF            HF功率 

P_K             冷却功率 

ρ             电阻率 

R_ist           实际阻抗 

R_soll          目标阻抗 

AP1            第一工作点 

AP2            第二工作点 

Claims (6)

1.一种用于使生物组织（300）失活的装置（10），该装置（10）包括：

至少一个消融探针（20，20′，20′′），该消融探针（20，20′，20′′）具有冷却装置，该冷却装置被配置并安排为使得接近所述消融探针（20，20′，20′′）的组织区域能通过该冷却装置的冷却功率而被冷却，且该至少一个消融探针（20，20′，20′′）具有电极单元，该电极单元被安排并配置为使得由HF发生器（50）生成的HF治疗电流能被导入所述组织，

调节单元（30），该调节单元（30）被配置并被连接到所述冷却装置和所述HF发生器（50），以在失活开始时，低的第一温度被使用，从而防止紧邻所述消融探针（20，20′′，20′′）的组织出现不可逆变化，以及在所述失活结束时，升高的第二温度被使用，

其中，所述调节单元（30）被配置为用于通过定义第一治疗电流和通过调整所述冷却功率来设定所述第一温度，其中所述调节单元（30）被配置为用于通过定义第一治疗电压和通过调整所述冷却功率来设定所述第二温度，其中为了确定所述第一温度和/或所述第二温度，所述调节单元包括用于测量所述电极单元与周围组织之间的阻抗的阻抗测量设备（32）。

2.根据权利要求1所述的装置（10），其特征在于，

所述调节单元（30）被配置为使得所述第一温度被设定，以防止所述组织结冰。

3.根据权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于，

所述调节单元（30）包括用于设定所述第一治疗电流的恒流源。

4.根据权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于，

所述调节单元包括用于设定所述第一治疗电压的恒压源。

5.根据权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于，

所述调节单元被配置为使得从电流调节到电压调节的平滑过渡被执行。

6.根据权利要求1或2所述的装置（10），其特征在于，

所述至少一个消融探针（20，20′，20′′）为多个，并且每个消融探针与一个调节单元（30）相关联，以及

所述装置（10）还包括另一个调节单元，该另一个调节单元被配置为使得各个消融探针能被相关联的调节单元一起控制。

Images