CN104939916A - 导管中的温度测量 - Google Patents
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Abstract
本发明题为“导管中的温度测量”。本发明公开了心脏组织的消融的执行方式:将具有消融电极和多个微电极的探头插入活体受检者的体内以在微电极中的两个微电极和靶组织之间建立接触,并且使消融电极通电。当消融电极被通电时,在微电极之间测量阻抗,并根据阻抗来调节消融电极的功率水平。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时申请61/971,135的权益,该临时申请以引用方式并入本文。
背景技术
技术领域
本发明涉及侵入式医疗装置。更具体地,本发明涉及使用此类装置对组织进行消融。
相关领域的描述
使用电能来消融身体组织在本领域中是已知的。通常用以下方法执行消融:以足以破坏靶组织的功率向电极施加交流电,例如射频能量。通常,电极安装在导管的远侧尖端上,该导管的远侧尖端插入受检者体内。可以使用本领域已知的多种不同方式来跟踪远侧尖端,例如,通过测量在远侧尖端处由受检者体外的线圈生成的磁场来跟踪远侧尖端。
使用射频能量消融心脏组织的已知困难在于控制组织的局部加热。在过度局部加热产生不良效应与期望产生足够大的消融灶以有效消融异常的组织病灶或阻止异常传导模式这两者之间存在权衡取舍。如果射频装置产生的消融灶太小,则医疗手术可能不太有效,或可能需要太多时间。另一方面,如果组织被过度加热,则会由于过热而出现局部炭化效应、凝结物和/或蒸汽爆裂声。此类过热区域可形成高阻抗,并可形成对热量通道的功能性障碍。使用较慢的加热可更好地控制消融,但是会不当地延长手术时间。
已提出自调节组织消融器以获得期望的控制。例如,PCT国际公布WO9600036论述了对身体组织进行消融,在该消融中,消融能量以功率脉冲序列被单独传输至多个发射器。每个发射器的温度被周期性地感测并与针对所有发射器确立的期望温度进行比较,以基于该比较为每个发射器单独地生成信号。到每个发射器的功率脉冲基于针对该发射器的信号单独地变化,以在组织消融期间将所有发射器的温度基本上保持在期望温度。
以引用方式并入本文的共同转让的美国专利申请公布2012/0157890公开了通过确定组织的测量的温度以及到探头的传输能量的所测量的功率水平来执行组织消融,以及响应于所测量的温度和所测量的功率水平的函数来控制功率输出水平。
发明内容
根据本发明所公开的实施例,温度是根据导管上的一对冲洗电极之间的阻抗的变化来测量的。存在于此类导管上的通常的温度传感器可被省略。
根据本发明的实施例提供了消融方法,该消融方法通过将具有消融电极和多个微电极的探头插入活体受检者的体内来执行。该方法通过在微电极中的两个微电极和靶组织之间建立接触关系并使消融电极通电而被进一步执行。当消融电极被通电时,该方法通过测量两个微电极之间的阻抗并响应于该阻抗来调节消融电极的功率水平而被进一步执行。
该方法的另一方面包括迭代地测量阻抗,以及根据阻抗的两次测量之间的变化来估计组织温度。
该方法的另一方面包括确定组织温度超过预先确定的极限,以及响应于该确定来降低消融电极的功率。该功率可降低至零以去激活消融电极。
根据该方法的另一方面,测量阻抗通过对微电极进行轮询来执行,以确定微电极之间的成对阻抗。所述一对所选的微电极可具有最高的测量阻抗和第二高的测量阻抗。
根据该方法的另一方面,测量阻抗包括测量所选的一对微电极之间的双极阻抗。
根据该方法的另外的方面,建立接触关系包括利用六自由度来确定探头的尖端相对于靶组织的位置和取向。
根据该方法的另一方面,测量阻抗包括对微电极进行轮询以确定微电极和无关电极之间的阻抗。
该方法的一个方面包括穿过探头的内腔来部署充气式球囊,其中微电极围绕该球囊的纵向轴线被周向设置在球囊的外壁上。
该方法的另一方面,该球囊包括具有在球囊的外壁上纵向延伸的多个条的子组件,并且微电极被设置在条上。
根据本发明的实施例,还提供一种用于实施上述方法的设备。
附图说明
为更好地理解本发明,就本发明的详细说明以举例的方式做出参考,该详细说明应结合以下附图来阅读,其中类似的元件用类似的附图标号来表示,并且其中:
图1为用于执行消融手术的系统的插图,该系统是根据本发明所公开的实施例构造和操作的;
图2为根据本发明的实施例的导管的远侧部分的示意图;
图3为根据本发明的实施例的沿图2的线3-3截取的剖面图;
图4为根据本发明的实施例的用于在消融期间进行阻抗测量的电路的电原理图;
图5为根据本发明的实施例的导管的远侧部分的示意图;
图6为根据本发明的实施例的沿图5的线6-6截取的剖面图;
图7为根据本发明的实施例的消融电极的一部分的示意性剖面图;
图8为根据本发明的另选实施例的用于心脏导管的球囊组件的绘画视图;
图9为根据本发明的实施例的在导管的两个微电极之间测量的双极阻抗的描记;并且
图10为根据本发明的实施例的在导管插入手术期间的组织温度确定的方法的流程图。
具体实施方式
为了能够全面理解本发明的各种原理,在以下说明中陈述了许多具体细节。然而,对于本领域技术人员将显而易见的是,并非所有这些细节为实施本发明所必需的。在这种情况下,为了不使一般概念不必要地模糊,未详细示出众所周知的电路、控制逻辑器、以及用于常规算法和进程的计算机程序指令细节。
现在转到附图,首先参见图1,其为用于在活体受检者的心脏12上执行消融手术的系统10的插图,所述系统是根据本发明的公开实施例构造和操作的。所述系统包括导管14,所述导管由操作者16经由皮肤穿过患者的血管系统插入心脏的腔室或血管结构中。操作者16(通常为医师)将导管的远侧尖端18在消融目标部位处与心脏壁接触。然后可按照美国专利6,226,542和6,301,496以及共同转让的美国专利6,892,091中所公开的方法制备电激活图,这些专利的公开内容均以引用方式并入本文中。尽管相对于图1描述的实施例主要涉及心脏消融,本发明的原理以必要的变更可应用于其他导管和探头并应用于心脏之外的身体组织。
通过对电激活图的评估而被确定为异常的区域可通过施加热能来被消融,例如通过使射频电流通过导管中的线到达位于远侧尖端18处的一个或多个电极,这些电极将射频能量施加至心肌。能量被吸收进组织中,从而将组织加热到一定点(通常为60℃以上),在该点处,组织会永久性地失去其电兴奋性。当手术成功后,在心脏组织中产生非传导性的消融灶,这些消融灶可破坏导致心律失常的异常电通路。或者可使用施加消融能量例如如美国专利申请公布2004/0102769中所公开的超声能量的其他已知方法,该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。当存在多种不同的心律失常时,本发明的原理可应用于不同的心室。
导管14通常包括柄部20,在柄部上具有合适的控制器以使操作者16能够按消融手术所需对导管的远侧尖端进行操纵、定位和定向。为了辅助操作员16,导管14的远侧部分包含位置传感器(未示出),其向位于控制台24中的定位处理器22提供信号。控制台24通常包含消融功率发生器25。导管14可适于利用任何已知的消融技术将消融能量诸如射频能量、超声能量和激光能量传导至心脏。在共同转让的美国专利6,814,733、6,997,924和7,156,816中公开了此类方法,这些专利以引用方式并入本文。
定位处理器22为系统10的定位子系统的元件,该元件测量导管14的位置和取向坐标。
在一个实施例中,定位子系统包括磁定位跟踪构造,该磁定位跟踪构造通过在预定的工作空间中生成磁场并感测导管处的这些磁场来确定导管14的位置和取向。磁定位跟踪构造通常包括一组外部辐射器,诸如场生成线圈28,该场生成线圈位于患者外部的固定的已知位置。场生成线圈28由场发生器(未示出)驱动,该场生成线圈通常位于控制台24中,并在心脏12附近生成场,通常为电磁场。
在另选的实施例中,导管14中的辐射器诸如线圈,生成电磁场,该电磁场由患者体外的传感器(未示出)接收。
可用于该目的的一些位置跟踪技术描述于例如上述美国专利6,690,963以及共同转让的美国专利6,618,612和6,332,089,和美国专利申请公布2004/0147920和2004/0068178,其公开内容均以引用方式并入本文。尽管图1所示的定位子系统使用磁场,下文所述的方法可使用任何其他合适的定位系统来实施,例如基于电磁场、声学测量或超声测量的系统。
如上所述,导管14耦接到控制台24,该控制台使得操作者16能够观察并调控导管14的功能。控制台24包括处理器,优选地为具有适当信号处理电路的计算机。所述处理器被耦接以驱动监视器30。信号处理电路通常接收、放大、过滤并数字化来自导管14的信号,这些信号包括由上述传感器和在导管14内位于远侧的多个感测电极(未示出)所产生的信号。由控制台24接收并使用数字化信号,以计算导管14的位置和取向并用来分析来自电极的电信号。从分析得出的信息可用于生成心脏12或诸如肺静脉口等结构的至少一部分的电生理标测图以用于诊断目的,诸如定位心脏中的致心律失常性区域或促进治疗性消融。
通常,系统10包括其他元件,但为了简洁起见未在图1中示出这些元件。例如,系统10可包括心电图(ECG)监视器,其被耦接以接收来自一个或多个体表电极的信号以向控制台24提供ECG同步信号。系统10通常还包括基准位置传感器,其或者位于附接到受检者身体外部的外部施加基准贴片上,或位于被插入心脏12中并相对于心脏12保持在固定位置的内置导管上。设置了用于使液体循环穿过导管14以冷却消融部位的常规泵和管路。
体现系统10的上述特征的一个系统是3系统(可购自Biosense Webster,Inc.,3333Diamond Canyon Road,Diamond Bar,CA91765)。该系统可由本领域的技术人员修改以体现本文所述的本发明的原理。
现在参见图2,其为根据本发明的实施例的导管32的远侧部分的示意图,该导管适于在系统10(图1)中使用。消融电极34被设置在导管32的尖端处。当消融电极34为有源的时,液压管路36供应冲洗流体以使消融部位冷却。孔38为冲洗流体提供出口。尽管孔38可被设置为穿过消融电极34,但这并非必需的,只要从孔38排出的冲洗流体能够冲洗消融部位。标测电极40可被提供用于常规的电生理标测目的。
一系列微电极42在导管32的外表面上被定位在远侧。这些微电极围绕导管的纵向轴线44被周向设置并靠近消融电极34,使得当执行消融时,微电极42中的至少两个微电极和消融电极34可同时与靶组织稳固接触。发明者已发现对两个接触微电极42之间的双极阻抗进行测量对于确定靶组织的温度是有用的。
识别一对接触微电极42的一种方式是例如通过轮询来确定它们的成对阻抗。可使用阻抗的幅值和相位中的任一者或两者。由于微电极的体积较小,另一种方法是测量微电极和背贴片(无关电极)之间的阻抗以识别接触。另选地,识别一对接触微电极42可通过利用位置跟踪系统(图1)诸如前述CARTO系统的能力来实现,以利用六自由度来确定导管32的位置和取向。特定的一对微电极42之间的接触可通过参考导管的末端相对于靶组织的位置和取向来确定。
现在参见图3,其为根据本发明的实施例的沿图2的线3-3截取的剖面图。微电极42大体均匀地分布在围绕导管32的圆周所分布的穿孔中。微电极42可通过合适的胶或粘结材料被粘结在穿孔中。在该实例中示出了外表面的平坦轮廓,其暴露于组织。然而,微电极42的轮廓可为凸形的或正弦形的。微电极42的轮廓可与导管32的外表面齐平或高于导管的外表面。线46将微电极42经由缆线48电连接至阻抗测量电路(未示出)。液压导管50将冲洗流体传导至孔38(图1)。
微电极42由导电材料诸如铂、钯、金、不锈钢、银或氯化银构成,这些导电材料均趋于使微电极和靶组织之间的耦合最大化。微电极42为基本上实心的,但可包括镗孔52,该镗孔可接收并确保线46和微电极42之间的电连接。线46可例如通过焊料54、胶或其他便利的方法被固定至微电极42。制造微电极42的进一步细节示出于美国专利申请公布2014/0058375和美国专利8,414,579中,其公开内容以引用方式并入本文。
微电极42的尺寸设定成使得所需数量的微电极可围绕导管32的圆周被容纳。微电极42的直径应当不大于消融电极34的长度的一半,优选地不大于消融电极34的长度的四分之一。微电极42应当彼此间隔开不超过微电极42的直径的一半(或就非圆形实施例而言最短尺寸的一半)。
现在参见图4,其为根据本发明的实施例的用于在消融期间进行阻抗测量的电路56的电原理图以用于温度确定。多个微电极58由通过导管柄部(未示出)的相应导线60连接。信号发生器62(SG)以约10kHz至约100kHz,优选地约50kHz的频率范围经由高输出阻抗缓冲器66(IB)发送高频测试信号,例如约2μamps的交流电(AC)信号至复用器64。
复用器64具有多个信道68,该多个信道中的每个信道与微电极58中的一个微电极进行通信,这些微电极接收相同的电流。
返回电极70也由信号发生器102驱动。至返回电极70的信号首先由反相器72进行反相,并由高输出阻抗缓冲器74调整。
阻抗测量电路76(IMC)测量微电极58中的一个微电极的阻抗作为其相应组织接触程度和正进行消融的组织的状况的指标。阻抗测量电路76包括差分放大器78(DA)、放大器80(AMP)和同步检测器82(SD)。差分放大器78测量差分信号,具体地为返回电极70和所选微电极58两端的电压。差分信号被放大器80进一步放大,该放大器的输出被发送至同步检测器82,该同步检测器将AC信号转换为直流(DC)信号并降低电路56对外部噪声的灵敏度。来自同步检测器82的信号随后被微控制器84使用以控制复用器64。为此,微控制器84将来自同步检测器82的与复用器64中的多个信道68(其为导管上的至少多个微电极58)相等的多个不同的阻抗信号、连同信道68的与每个所存储的阻抗值相关联的识别信息一起连续地存储在存储器86中。
正因如此,微控制器84随时能够识别信道68,并因此能够识别表现出最高阻抗值的微电极58,其应为具有最大组织接触的微电极。电路56的进一步细节存在于共同转让的美国专利申请公布2011/0106075中,该专利申请公布以引用方式并入本文。
可随后测量两个微电极之间的适当的双极阻抗。该测量可通过选择具有最高阻抗和第二高阻抗的微电极以及提供来自微控制器84的信号以将两个微电极中的一个配置为返回电极70来完成。
第一另选实施例
现在参见图5,其为根据本发明的实施例的导管88的远侧部分的示意图。安装在消融电极90上的是一系列微电极92。微电极92在导管88的纵向上为细长的,从而与具有相同表面积的圆形微电极相比而言,使得能够容纳更多的微电极92。该细长构型不是必需的,也可使用微电极的其他构型。微电极92与消融电极90通过隔离层94热隔离且电隔离。
现在参见图6,其为根据本发明的实施例的沿图5的线6-6截取的剖面图。微电极92被设置在穿过消融电极90的穿孔内。隔离层94围绕微电极92并将微电极92与消融电极90分开。如上述美国专利申请公布2014/0058375中所描述,隔离层94可由合适的电隔离且热隔离的材料构成,诸如具有高介电特性的高温热固性塑料,例如由酚基构成的聚酰亚胺或塑料,诸如或塑料。隔离层94和微电极92可使用合适的粘结材料诸如环氧树脂在穿孔内粘结。
第二另选实施例
该实施例与图5和6的实施例类似,不同的是,在该实施例中无需在消融电极中设置大的穿孔。现在参见图7,其为根据本发明的实施例的消融电极96的一部分的示意性剖面图。微电极98被嵌入在形成于消融电极96的壁中的凹槽100内,并且与消融电极96通过热隔离及电隔离层102分开。从凹槽100的基部延伸穿过消融电极96的壁的相对较小的穿孔104将线106携带至导管的内部,以最终连接至阻抗测量电路(未示出)。
第三另选实施例
在该实施例中,套索或套环、导管的具有消融能力的电极可被配置用于双极阻抗测量。此类导管例如从共同转让的美国专利申请公布2010/0168548中已知,该专利申请公布据此以引用方式并入。与组织接触的电极可如上所述来确定。
第四另选实施例
在该实施例中,微电极被设置在柔性电路衬底上,并粘附到球囊的外部,该球囊可穿过导管被插入并施加至靶,如在名称为“Balloon forAblation around Pulmonary Veins”的共同未决的申请14/578,807中所述,该申请以引用方式并入本文。现在参见图8,其为根据本发明的另选实施例的用于心脏导管的球囊组件的绘画视图。子组件例如柔性电路板101被配置为从轴103辐射出的多个条或带,该多个条或带纵向延伸并粘附至球囊105的外壁。微电极107阵列被设置在电路板101上。
操作
现在参见图9,其为根据本发明的实施例的描记线108的预期实例,该描记线指示在消融手术期间在导管的两个微电极之间测量的双极阻抗。在时间T0之前,微电极没有与组织接触,如相对较低的阻抗所证实的那样。在时间T0处,电极与组织接触,并且双极阻抗升高。在时间T1处,消融器被通电。组织温度在介于时间T1和T2之间的间隔期间升高,如逐渐增大的双极阻抗所证实的那样。在时间T2处,随着阻抗接近由虚线110所指示的阈值,消融器功率被降低。然而,在时间间隔T2-T3期间,阻抗继续减小,尽管其减小的速率比时间T2之前低。在时间T3处,已达到线110的阈值,并且消融器被去激活。实际的阻抗值根据微电极的表面积而变化,并且通常为大约几百欧姆。
现在参见图10,其为根据本发明的实施例的用于导管插入术期间的组织温度确定的方法的流程图。在初始步骤112处,根据上述实施例中的任一个实施例的导管被插入为与受检者的靶组织接触。该靶通常为心脏腔室的心内膜表面。
接下来,在步骤114处,导管的两个微电极被确定为与靶接触。该确定可例如使用上述CARTO系统的位置处理器通过以下两种方式中的任一者或两者的组合来进行:成对地对微电极进行轮询直到识别出与组织接触相符合的阻抗水平,或测量微电极和后贴片(无关电极)之间的阻抗。
接下来,在步骤116处,消融器被通电且其功率水平被设定。使得冲洗流体流至消融电极和靶组织上。
接下来,在步骤118处,当消融器为有源的时,在步骤114中所识别的一对电极之间进行双极阻抗测量。
接下来,在步骤120处,基于阻抗测量中的变化(为绝对值或百分比)、并使用例如来自模拟的揭示了与图9中的曲线图类似的相关性的经验数据来估计组织温度。
接下来,在决定步骤122处,确定温度对于继续消融而言是否过高。如果在决定步骤122处的确定是否定的,则控制返回至步骤116。
如果在决定步骤122处的确定是肯定的,则控制行进至最终步骤124,在最终步骤处,消融器的功率水平被降低。消融器的功率水平可由控制器根据已知算法来手动地或自动地调节,例如如在共同转让的美国专利申请公布2012/0157890中所教导的那样,该专利申请公布以引用方式并入本文。该过程迭代直到为消融器设定的时间结束,在该时间处,消融器的功率被降低,或者通过将功率降低到零来完全去激活消融器。
本领域的技术人员会认识到,本发明并不限于已经在上文中具体示出和描述的内容。相反,本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合,以及这些特征的不在现有技术内的变型和修改,这些变型和修改是本领域技术人员在阅读上述说明后可想到的。
Claims (24)
1.一种消融方法,包括以下步骤:
将探头插入活体受检者的体内,所述探头具有尖端、消融电极和多个微电极;
在所述微电极中的两个微电极和靶组织之间建立接触关系;
以一定功率水平使所述消融电极通电;
当所述消融电极被通电时,测量所述两个微电极之间的阻抗;以及
响应于所述阻抗来调节所述消融电极的所述功率水平。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:
迭代地执行测量阻抗的步骤;以及
从测量阻抗的第一次执行和第二次执行之间的变化来估计组织温度。
3.根据权利要求2所述的方法,还包括以下步骤:
确定所述组织温度超过预先确定的极限;以及
响应于所述确定来降低所述消融电极的功率。
4.根据权利要求3所述的方法,其中降低所述功率包括通过将所述功率降低至零来去激活所述消融电极。
5.根据权利要求1所述的方法,其中测量阻抗包括对所述微电极进行轮询以确定所述微电极之间的成对阻抗。
6.根据权利要求1所述的方法,其中建立接触关系包括选择具有最高阻抗和第二高阻抗的一对微电极。
7.根据权利要求6所述的方法,其中测量阻抗包括测量所选择的一对微电极之间的双极阻抗。
8.根据权利要求1所述的方法,其中建立接触关系包括利用六自由度来确定所述探头的所述尖端相对于所述靶组织的位置和取向。
9.根据权利要求1所述的方法,其中测量阻抗包括对所述微电极进行轮询以确定所述微电极和无关电极之间的阻抗。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述探头具有内腔,所述方法还包括穿过所述内腔来部署充气式球囊的步骤,所述球囊具有纵向轴线和外壁,所述微电极围绕所述纵向轴线被周向设置在所述外壁上。
11.根据权利要求10所述的方法,所述球囊还包括子组件,所述子组件包括在所述球囊的所述外壁上纵向延伸的多个条,其中所述微电极被设置在所述条上。
12.一种设备,包括:
探头,所述探头具有消融电极和多个微电极;
第一电路,所述第一电路连接至所述微电极以用于确定所述微电极的阻抗,并且所述第一电路操作以识别具有最高阻抗和第二高阻抗的一对所述微电极,以用于确定所述一对微电极之间的双极阻抗;
第二电路,所述第二电路用于响应于所述双极阻抗来确定组织温度;和
功率发生器,所述功率发生器连接至所述消融电极。
13.根据权利要求12所述的设备,还包括处理器,所述处理器用于响应于所述组织温度来调节所述功率生成器的输出。
14.根据权利要求12所述的设备,还包括:
位置传感器,所述位置传感器被设置在所述探头上;和
位置处理器,所述位置处理器响应于来自所述位置传感器的信号以利用六自由度来确定所述探头的尖端相对于靶组织的位置和取向。
15.根据权利要求12所述的设备,其中所述微电极围绕所述探头的圆周分布。
16.根据权利要求12所述的设备,其中所述微电极的外表面具有平坦轮廓。
17.根据权利要求16所述的设备,其中所述微电极的所述外表面与所述探头的外表面齐平。
18.根据权利要求16所述的设备,其中所述微电极的所述外表面高于所述探头的外表面。
19.根据权利要求12所述的设备,其中所述微电极的外表面具有凸形轮廓。
20.根据权利要求12所述的设备,其中所述微电极具有直径,并间隔开不超过所述直径的一半。
21.根据权利要求12所述的设备,其中所述微电极的直径不超过所述消融电极的长度的一半。
22.根据权利要求12所述的设备,其中所述微电极在所述探头的纵向轴线的方向上是细长的。
23.根据权利要求12所述的设备,其中所述探头具有内腔并包括能够穿过所述内腔部署的充气式球囊,所述球囊具有纵向轴线和外壁,所述微电极围绕所述纵向轴线被周向设置在所述外壁上。
24.根据权利要求23所述的设备,还包括子组件,所述子组件包括在所述球囊的所述外壁上纵向延伸的多个条,其中所述微电极被设置在所述条上。
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