CN108567480A - 蒸汽爆裂检测 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“蒸汽爆裂检测”。医疗设备包括用于插入到患者的身体中的细长探头。探头包括设置在探头的远侧端部处的消融元件和声换能器。声传感器的阵列被放置于身体之上。当探头的远侧端部被定位在身体中的目标位置中时，控制单元在训练阶段中驱动声换能器以发出声信号，响应于声学信号接收来自声传感器的电信号，并且处理电信号以便导出聚焦在目标位置处的相位轮廓。在操作阶段中，控制单元驱动消融元件以消融目标位置处的身体中的组织，并且接收来自声传感器的电信号，并且使用相位轮廓对来自声传感器的电信号进行过滤，以便检测目标位置处的声学活动。

Description

蒸汽爆裂检测
技术领域
本发明整体涉及医疗装置和系统，并且明确涉及侵入式医学规程的监测。
背景技术
基于导管的心肌组织消融通常用于治疗心律失常。此类治疗通常涉及施加射频(RF)电能以消融组织，并且因此阻断不期望的激活电流。医师施加足够强度的RF能量以产生所需深度的消融灶以完全阻断不期望的电流是至关重要的。然而，太多的RF能量易于造成过度组织损伤，并且甚至刺穿心脏壁，带有危及生命的后果。
由于组织中的流体以爆炸力蒸发，所以过度的消融能量频繁引起气穴。该现象通常称之为“蒸汽爆裂”。通常，当将能量施加到给定的位置时，蒸汽爆裂将以小规模开始，并且然后将逐步升高(往往非常快速地)到强大到足以在身体之外可听见的爆炸。然而，到蒸汽爆裂达到该水平时，可能太晚了而不能减小消融能量且防止严重的组织损伤。
已提出了用于感测与消融相关联的声学活动的各种技术。例如，美国专利申请公开2001/0039419描述了包括操纵机构、附接到设备的导电元件、附接到设备的传感器以及与传感器通信的输出装置的消融设备。传感器在消融规程期间感测振动，并且向输出装置发送信号以减少到导电元件的功率。
又如，美国专利5,733,281描述了用于检测电外科能量对组织的影响的电外科反馈系统。反馈系统可包括声学检测元件，该声学检测元件在声学上检测能量对组织的影响，并且然后生成指示这些能量影响的声输出信号。功率调节元件响应于声输出信号，调节供应到组织的电外科能量。
发明内容
下文描述的本发明的实施方案提供用于监测患者的身体中的消融规程的改善的方法和系统。
因而，根据本发明的实施方案提供了包括被配置用于插入到患者的身体中的细长探头的医疗设备。探头包括设置在探头的远侧端部处的消融元件和声换能器。声传感器的阵列被配置成放置于患者的身体之上。当探头的远侧端部被定位在身体中的目标位置中时，控制单元被配置成在训练阶段中驱动声换能器以发出声信号，响应于声学信号接收来自声传感器的电信号，并且处理电信号以便导出聚焦在目标位置处的相位轮廓。在操作阶段中，控制单元还被配置成驱动消融元件以消融目标位置处的身体中的组织，并且接收来自声传感器的电信号，并且使用相位轮廓对来自声传感器的电信号进行过滤，以便检测目标位置处的声学活动。
在本发明所公开的实施方案中，声传感器被安装在背心上，该背心被配置成放置于患者的胸部之上。
在一些实施方案中，声传感器包括麦克风。除此之外或另选地，声换能器包括压电晶体，并且控制单元被配置成用电脉冲驱动压电晶体。
在一些实施方案中，消融元件包括电极，并且控制单元被配置成用射频(RF)电能驱动电极，并且探头包括导管，该导管被配置用于插入到患者的心脏腔室中，以便消融目标位置处的心肌组织。在本发明所公开的实施方案中，控制单元被配置成处理所过滤的电信号以便检测发生在目标位置处的蒸汽爆裂。
根据本发明的实施方案还提供了用于监测治疗的方法，该方法包括将具有设置在探头的远侧端部处的消融元件和声换能器的细长探头插入到患者的身体中。声传感器的阵列被放置于患者的身体之上。在训练阶段中，当探头的远侧端部被定位在身体中的目标位置中时，驱动声换能器以发出声信号，并且响应于声学信号接收来自声传感器的电信号，并且处理电信号以便导出聚焦在目标位置处的相位轮廓。在操作阶段中，当探头的远侧端部被定位在目标位置中时，驱动消融元件以消融目标位置处身体中的组织，并且接收来自声传感器的电信号，并且使用相位轮廓对来自声传感器的电信号进行过滤，以便检测目标位置处的声学活动。
从以下结合附图的本发明的实施方案的详细描述将更全面地理解本发明，在附图中：
附图说明
图1为根据本发明的实施方案的用于心脏内消融和监测的系统的示意性图示；以及
图2为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于监测消融规程的方法的流程图。
具体实施方式
当在消融规程期间刚开始发生蒸汽爆裂时，蒸汽爆裂的早期检测可为避免严重组织损伤的有价值的工具。然而，当小蒸汽爆裂的微弱声音可被背景声音掩盖时，现有的检测技术缺乏在该早期阶段检测蒸汽爆裂的灵敏度。到蒸汽爆裂变成清晰可听见时，可已完成对组织的损伤。
本文所述的本发明的实施方案通过使得对从消融位点发出的声音更灵敏、集中的检测，解决该难题。这些实施方案使用放置于患者的身体之上的声传感器的阵列作为相控阵列。对阵列中的相位进行调谐，以便聚焦在源自消融位置的声音上，同时有效消除源自周围区域的声音。阵列因此充当高度定向的麦克风，该高度定向的麦克风允许通过自动信号处理和/或现场人员以高灵敏度检测在消融位置处的蒸汽爆裂-甚至非常微弱的蒸汽爆裂。
在本发明所公开的实施方案中，细长探头诸如导管被插入到患者的身体中。探头包括消融元件诸如电极，以及声换能器诸如压电晶体，消融元件和声换能器都被设置在探头的远侧端部处。将声传感器的阵列(诸如安装在合适的背心上的微型麦克风的阵列)放置于患者的身体之上，围绕探头要执行消融规程的身体中目标位置。
一旦探头的远侧端部已定位在目标位置处，控制单元就以两个连续的阶段操作探头和传感器阵列：在训练阶段中，控制单元驱动压电换能器以发出声信号，并且响应于该声学信号接收来自声传感器的电信号。控制单元处理这些电信号以便导出有效聚焦在目标位置处的相位轮廓。接下来，在操作阶段中，控制单元驱动消融元件以消融目标位置处身体中的组织，同时继续接收来自声传感器的电信号。控制单元使用训练阶段中导出的相位轮廓对这些信号进行过滤，并且因此能够在抵制背景声音时以增强的灵敏度检测目标位置处的声学活动。
虽然本发明所公开的实施方案明确涉及心肌组织的射频(RF)电消融，但本文所述用于身体中位置处的训练的、相控阵列声检测的技术可另选地使用其它种类的探头、消融元件、声换能器和传感器应用于监测各种医疗规程中。所有此类另选的具体实施都被认为在本发明的范围内。
图1为根据本发明的实施方案的用于心脏内消融和监测的系统20的示意性图示。操作者22(通常为医师)将导管24通过患者的血管系统插入到患者的心脏26的腔室中。如图1中的插图所示，一个或多个电极28设置在导管24的远侧端部之上。一旦操作者22已将导管24的远侧末端导航到心脏26中的目标位置，控制单元30就以RF电能驱动电极28以消融该位置处的组织。为此，如本领域中已知的，控制单元30通常包括RF频率发生器和高功率放大器，RF频率发生器和高功率放大器通过导管24中的导体(未示出)连同合适的频率和功率控制电路一起驱动RF电能。
可通过本领域中已知的技术(诸如磁或电位置感测和/或基于图像的跟踪)促进导管24的导航。例如，由拜尔斯韦伯斯特公司(Biosense Webster Inc.)(加利福尼亚钻石吧(Diamond Bar，California))生产的CARTO系统给予了合适的磁和电位置感测能力。然而，系统20的这些操作方面超出了本公开的范围。
为了能够检测可由系统20中的组织消融造成的微弱蒸汽爆裂，将包括小型麦克风34的阵列的背心32放置于患者的胸部之上。在该上下文中的术语“背心”是指由织物或其它合适的材料制成的柔性的覆盖物，该柔性的覆盖物牢固地配合在胸部周围，使得麦克风34稳定地保持在抵靠胸部的适当的位置。麦克风34可包括任何合适种类的声学传感器，诸如响应于声学振动输出电信号的全向压电元件。
控制单元30中的相敏声处理器36接收和处理由麦克风34输出的电信号。在处理这些信号中，处理器36应用选择的相位轮廓以便将声接收聚焦在导管24的远侧端部的位置上。随着导管24在心脏26中从一个位置移动到另一个位置，该轮廓被动态地计算和更新。为了使处理器36能够精确地计算相位轮廓，导管24在其远侧端部中包括声换能器38，诸如微型压电元件(也称为音频换能器)。下文参考图2描述了在计算相位轮廓中换能器38和麦克风34的使用。
在消融规程期间，处理器36将适当的相位轮廓应用于对由麦克风34输出的电信号进行过滤，以便生成输出，其中源自导管24的远侧端部的当前位置的声音被放大，而背景声音被抑制。处理器36可例如经由扬声器40以模拟音频形式播放该输出，使得操作者22可听到且响应于该声音(特别是微弱的、早期阶段的蒸汽爆裂)。除此之外或另选地，处理器36可将数字音频识别应用于输出，以便例如通过频域匹配至蒸汽爆裂模板来识别蒸汽爆裂。在该后面的情况下，处理器36可在检测怀疑的蒸汽爆裂时，自动减少或切断RF消融能量。除此之外或另选地，处理器36可驱动显示器42或其它用户输出装置以警告操作者22可能发生的蒸汽爆裂。
处理器36通常包括合适的通用计算机处理器，连同用于放大和过滤来自麦克风34的信号且将信号转换成数字形式以供处理的前端电路。处理器以软件编程以实行本文所描述的功能，并且还可用于执行控制单元30的其它功能。另选地或除此之外，处理器36可包括被编程以实行这些处理功能的一个或多个可编程数字信号处理器。另外另选地或除此之外，可通过硬连线数字逻辑或模拟处理电路来实行处理器36的至少一些功能。所有此类另选的具体实施都被认为在本发明的范围内。
图2为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于监测消融规程的方法的流程图。为了具体和清晰起见，参考图1中所示的系统20的元件来描述该方法，但该方法的原理可另选地在其它系统配置中实施，用于监测这种和其它种类的消融规程。
作为系统20的操作中的初始步骤，在阵列定位步骤50处，包含麦克风34的阵列的背心32被牢固地定位在患者的胸部之上。在导管插入步骤52处，操作者22然后将导管24插入到心脏26中，并且将导管的远侧端部定位在要实行消融的目标位置处。
在音频致动步骤54处，处理器36现在通过驱动声换能器38以发出声信号，启动训练阶段。处理器36响应于该声学信号接收由麦克风34输出的电信号，并且在检测调谐步骤56处处理这些信号以便导出聚焦在目标位置处的相位轮廓。相位轮廓通常包括由每个麦克风34输出的信号中的相应的相位延迟。换句话讲，如果换能器38在步骤54处被驱动以发出短音频脉冲，则相对于预定义的参考，每个麦克风的相应的相位延迟可仅通过对应的脉冲出现在由麦克风输出的电信号中所花费的时间来表示。另选地，可应用频域分析，以便导出更复杂的光谱相位轮廓。
在步骤54和步骤56处确定的相位轮廓为局部的，即该相位轮廓被应用于导管24的远侧端部当前被定位的心脏26中的具体位置。虽然相同的相位轮廓可用于相互接近的多个位置处(例如，当将形成一系列消融灶时)，当导管偏移到新的位置时，可期望重复训练阶段。
一旦在训练阶段中已经确定相位轮廓，则在消融步骤58处，控制单元30启动操作阶段，驱动电极(或多个电极)28以消融目标位置处心脏26中的组织。在声学检测步骤60处，处理器36接收来自麦克风34的电信号，并且使用相位轮廓对来自麦克风34的电信号进行过滤，以便检测明确在消融位置处的声学活动。处理器36因此通过将适当的、相应的相位调整(提前或延迟)应用于来自每个麦克风的信号，且然后对相位调整后的信号求和，将麦克风34的阵列作为相控阵列进行操作。在上面给出的简单实施例中，其中响应于由换能器38发出的音频脉冲为每个麦克风测量相位延迟，处理器36可通过将所测量的延迟的倒数应用于来自每个麦克风的信号，实现期望的相控阵列性能。(换句话讲，如果在参考时间之前的X毫秒接收来自给定麦克风的脉冲，则处理器36将会将X毫秒的延迟应用于来自该麦克风的信号，并且反之亦然。)
基于在步骤60处发现的所过滤的、求和的信号，操作者22或处理器36(或两者)决定任何蒸汽爆裂是否是可听见的。如果不是可听见的，则在消融完成步骤62处继续消融直至结束。然而，如果检测到初期蒸汽爆裂，则在消融中断步骤64处停止消融。该步骤可由控制单元30自动实行，并且/或者由操作者22手动实行。另选地，如果仅听到非常微弱的蒸汽爆裂，则可能以减少的RF能量继续消融。
应当理解，上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。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，以及本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到的且未在现有技术中公开的上文描述的各种特征的变型和修改。

Claims (14)

1.医疗设备，包括：
细长探头，所述细长探头被配置用于插入到患者的身体中，所述探头包括设置在所述探头的远侧端部处的消融元件和声换能器；
声传感器的阵列，所述声传感器的阵列被配置成放置于所述患者的身体之上；以及
控制单元，当所述探头的所述远侧端部被定位在所述身体中的目标位置中时，所述控制单元被配置成在训练阶段中驱动所述声换能器以发出声信号，响应于所述声学信号接收来自所述声传感器的电信号，并且处理所述电信号以便导出聚焦在所述目标位置处的相位轮廓，并且所述控制单元还被配置成在操作阶段中驱动所述消融元件以消融所述目标位置处的所述身体中的组织，并且接收来自所述声传感器的所述电信号，并且使用所述相位轮廓对来自所述声传感器的所述电信号进行过滤，以便检测所述目标位置处的声学活动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述声传感器被安装在背心上，所述背心被配置成放置于所述患者的胸部之上。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述声传感器包括麦克风。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述声换能器包括压电晶体，并且其中所述控制单元被配置成用电脉冲驱动所述压电晶体。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述消融元件包括电极，并且其中所述控制单元被配置成用射频(RF)电能驱动所述电极。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元被配置成处理所过滤的电信号以便检测发生在所述目标位置处的蒸汽爆裂。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述探头包括导管，所述导管被配置用于插入到所述患者的心脏腔室中，以便消融所述目标位置处的心肌组织。
8.一种用于监测治疗的方法，包括：
将细长探头插入到患者的身体中，所述探头包括设置在所述探头的远侧端部处的消融元件和声换能器；
将声传感器的阵列放置于所述患者的身体之上；
在训练阶段中，当所述探头的所述远侧端部被定位在所述身体中的目标位置中时：
驱动所述声换能器以发出声信号；
响应于所述声学信号接收来自所述声传感器的电信号；以及
处理所述电信号以便导出聚焦在所述目标位置处的相位轮廓；以及
在操作阶段中，当所述探头的所述远侧端部被定位在所述目标位置中时：
驱动所述消融元件以消融所述目标位置处的所述身体中的组织；以及
接收来自所述声传感器的所述电信号，并且使用所述相位轮廓对来自所述声传感器的所述电信号进行过滤，以便检测所述目标位置处的声学活动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述声传感器被安装在背心上，所述背心被放置于所述患者的胸部之上。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述声传感器包括麦克风。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述声换能器包括压电晶体，并且其中驱动所述声换能器包括将电脉冲施加到所述压电晶体。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述消融元件包括电极，并且其中驱动所述消融元件包括将射频(RF)电能施加到所述电极。
13.根据权利要求8所述的方法，并且包括处理所过滤的电信号以便检测发生在所述目标位置处的蒸汽爆裂。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述探头包括导管，所述导管被配置用于插入到所述患者的心脏腔室中，以便消融所述目标位置处的心肌组织。
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