CN108852503A - 基于频率可控的多源射频消融系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗电子技术领域，具体为一种频率可控的多源射频消融系统。本发明系统包括频率可控的多源射频电压发生器、多极消融导管和参考极板；多源射频电压发生器包括多源射频功率发生器、多源射频电流和电压传感器、射频电参数检测模块、多路高速ADC模块和处理器/控制器；多源射频电压发生器输出多路具有频率差的射频电压，通过多极导管将射频电压施加到生物组织上；参考极板紧贴在体表作为多源射频电压的回流端。本发明系统可在生物组织上快速实现线性损伤、环形损伤、盒式损伤、十字损伤和点状损伤等。本发明为临床房颤射频消融损伤尺寸和形态的控制提供了新的方案，可克服传统单路心脏射频消融系统较难快速形成连续损伤的缺点。

Description

基于频率可控的多源射频消融系统

技术领域

本发明属于医疗电子技术领域，具体涉及一种频率可控的多源射频消融系统，可在生物组织上快速实现连续消融损伤、多点离散损伤或单点离散损伤的效果。

背景技术

心房颤动是临床常见的心律失常，房颤及其并发症严重影响人类生命健康及生活质量。据统计，目前我国成人的房颤发病率大约为0.77%，80岁上人群达7.5%。研究表明，肺静脉肌袖内存在的异位兴奋灶是房颤发生和维持的一个重要来源。因此，采用射频能量隔离肺静脉与心房之间的异常兴奋传导路径是治疗房颤的常用方法。经过20多年的探索，房颤射频消融发展出了多种术式，其中肺静脉前庭和左心房后壁是常规的消融靶点。术中医生会根据具体的房颤类型，对心房的病灶部位实施线性消融、环形消融、盒式消融、单点或多点离散消融等。目前，临床大都使用传统的单路心脏射频消融仪并搭配单极消融导管对心房实施射频消融，其存在以下不足：现有单路心脏射频消融系统通常只在心内消融电极与体外参考电极之间释放单路射频电流，每次放电只能产生一个点状损伤，从而导致消融效率不高。现有单路心脏射频消融系统需要医生在术中不断移动消融电极的位置，逐点消融肺静前庭或左心房后壁，通过两两交汇的点状损伤实现心房连续损伤，从而增加了手术操作难度。现有单路心脏射频消融系统较难形成连续的消融损伤，且在两消融靶点之间容易出现消融缝隙，从而导致环肺静脉隔离不彻底，以至房颤治疗的成功率下降。

发明内容

为了克服现有单路心脏射频消融仪的不足，本发明提供了一种基于频率可控的多源射频消融系统，可快速实现心肌组织的连续消融损伤、多点离散损伤或单点离散损伤，并能有效地控制心肌消融损伤的长度和尺寸。

本发明提出的频率可控的多源射频消融系统，用于心脏射频消融，系统包括频率可控的多源射频电压发生器、多极消融导管和参考极板；其结构参见图1所示，其中：

所述多源射频电压发生器，包括多源射频功率发生器、多源射频电流传感器、多源射频电压传感器、射频电参数检测模块、多路高速ADC模块和处理器/控制器；

所述多极消融导管，具有多个电极，可同时释放多路射频电流或选点释放多路射频电流；

所述参考极板，作为多路射频电流回路连接至多源射频消融系统的多源射频电压发生器。

多源射频电压发生器与多极消融导管和参考极板配套使用；频率可控的多源射频电压发生器可输出多路具有频率差的射频电压，通过多极导管将射频电压施加到生物组织上；参考极板紧贴在体表作为多源射频电压的回流端。

所述的频率可控的多源射频电压发生器中，所述多源射频功率发生器由多组独立频率源、功率放大电路、选频滤波电路组成，用于产生多路具有频率差的射频电压，每路射频电压幅值可单独设置；其中，频率源产生射频方波信号，由功率放大器进行功率放大，得到射频功率方波；之后，射频功率方波分别由选频滤波电路进行滤波，得到射频正弦电压，每路射频正弦电压的频率由各自的频率源决定；所述多源射频电流传感器和多源射频电压传感器分别隔离衰减多源射频电压和电流信息，得到与输出的射频电压和电流强度成一定比例的信号；所述射频电参数检测模块由两路对称的电路组成，分别对射频电压和电流感知信号进行幅值调理和滤波处理；所述多路高速ADC模块用于对射频电压和电流检测信号进行模数转换。

附图3给出了多源射频功率发生器的电路构架（4路），其中，频率源S11-S14产生的射频方波信号可由功率放大器S19-S22进行功率放大，得到射频功率方波；之后，射频功率方波分别由选频滤波电路S23-S26进行滤波，得到4路射频正弦电压，每路射频正弦电压的频率由各自的频率源决定。

附图4给出了单路的射频电参数检测模块电路；其中，调理电路完成幅值调整和差分信号转单端信号处理；得到的单端信号通过一个有源滤波电路，以滤除干扰信息，并产生最终的单端检测信号，即射频电压和电流检测信号。

所述处理器/控制器协调整个系统的工作；在系统开始消融前，处理器/控制器根据指令设置多源射频电压放电路数、设置多电极放电方式、设置多源射频电压频率差值、设置射频电压输出功率值、放电时间和阻抗限制值；在系统消融时，处理器/控制器根据射频电参数检测模块实时反馈的射频电压和电流信息，计算消融功率、消融阻抗、电压和电流幅值；处理器/控制器将这些数据与设置参数比较，进而调节多源射频电压的输出占空比，从而实现多源射频电压的恒功率控制；当达到所设置的消融时间或阻抗限制值时，处理器/控制器将控制系统停止本次消融。

本发明提出的频率可控的多源射频消融系统，可根据临床消融需求将具有频率差的多源射频电压接至多个消融电极上，可对生物组织产生单极和双极同时消融的效果；当具有频率差的射频电压接至相邻的消融电极时，由于频率差的存在，相邻电极之间将产生横向流动的消融电流（双极电流）；同时消融电极与体表参考极板之间也可产生纵向流动的消融电流（单极电流）；双极电流有助于心肌产生线性损伤，而单极电流则有助于增加损伤深度；这种消融方式可提高消融效率，控制消融损伤的形态，特别有利于快速形成具有一定深度的线性损伤或多点离散损伤。

附图11-14列举了多源射频消融系统实现的基本损伤形态，分别是单点离散损伤、两点离散损伤、短连续损伤和长连续损伤；当多源射频功率发生器输出两路具有频率差的射频电压到相邻的电极时，可实现单点的离散损伤；当多源射频功率发生器输出4路射频电压，且外侧两个电极和内侧两个电极分别施加不同频率的射频电压时，可实现两点的离散损伤；当多源射频功率发生器输出3路射频电压到3个相邻的电极，且中间电极施加的射频电压频率与外侧两个电极不同时，可实现短连续损伤；当多源射频功率发生器输出4路射频电压到4个相邻的电极，且相邻电极上施加的射频电压频率不同时，可实现长连续损伤；在实际临床应用中，可将上述基本损伤形态进行组合可得到线性损伤、环形损伤、盒式损伤、十字损伤等；例如，众多单点离散损伤依次叠加可实现线性损伤、长连续损伤的少次叠加也可实现线性损伤、导管90度移动且进行长连续损伤消融，可实现十字损伤；同时通过控制射频电压输出占空比、消融时间、恒电压幅值可实现对损伤尺寸的控制。

本发明提供的具有频率差的多源射频电压会在相邻电极之间产生出一个合成的非正弦射频电压R，该合成电压的频率是关于基础频率f1和f2的函数；在实际应用中，为了避免低频电压产生的神经刺激，两个基础频率f1和f2之差应不小于200kHz；详细地，本发明可提供多种具有频率差的射频电压，包括但不限于500kHz和250kHz频率差、500kHz和750kHz频率差、500kHz和1MHz频率差、500kHz和1.25MHz频率差、500kHz和1.5MHz频率差；合成的非正弦射频电压R的形式为。

本发明提供的消融系统为临床房颤射频消融损伤尺寸和形态的控制提供了新的方案，克服了传统单路心脏射频消融系统较难快速形成连续损伤的缺点。

附图说明

图1为本发明频率可控的多源射频消融系统结构示意图。

图2多源射频电压发生器的结构框图。

图3多源射频功率发生器。

图4射频电参数检测模块。

图5多源射频消融系统工作流程图。

图6频率为500kHz和250kHz的射频电压及其合成射频电压波形。

图7频率为500kHz和750kHz的射频电压及其合成射频电压波形。

图8频率为500kHz和1MHz的射频电压及其合成射频电压波形。

图9频率为500kHz和1.25MHz的射频电压及其合成射频电压波形。

图10频率为500kHz和1.5MHz的射频电压及其合成射频电压波形。

图11基于频率可控的多源射频消融实现单点离散损伤的方法。

图12基于频率可控的多源射频消融实现两点离散损伤的方法。

图13基于频率可控的多源射频消融实现短连续损伤的方法。

图14基于频率可控的多源射频消融实现长连续损伤的方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提出的频率可控的多源射频消融系统作进一步说明。

本实施例实现了一种频率可控的4路射频消融。附图1是多源射频消融系统结构示意图，包含多源射频电压发生器S1、多极消融导管S2和参考极板S3；多源射频电压发生器S1、多极消融导管S2、组织S10、参考极板S3共同构成电流回路；将多源射频电压发生器S1产生的多路具有频率差的射频电压作用于组织S10；多源射频电压发生器S1由多源射频功率发生器S4、多源射频电流传感器S5、多源射频电压传感器S6、射频电参数检测模块S7、多路高速ADC模块S8和处理器/控制器S9组成；多源射频电压发生器S1可产生多路具有频率差的射频电压且多路射频电压的幅值为所设置的恒定值。

多源射频功率发生器S4可对处理器/控制器输出的射频小信号进行功率放大，得到设定幅值的多路射频电压；多源射频电流传感器S5和多源射频电压传感器S6可检测各路射频电流和电压信号；射频电参数检测模块S7将对多路射频电流和电压感知信号进行幅值调节、滤波抗干扰处理、差分信号转单端信号；多路高速ADC模块S8将对射频电参数检测模块输出的模拟信号进行高速采样和模数转换；处理器/控制器S9将根据实时反馈的射频电压和电流信息，计算消融功率和消融阻抗；处理器/控制器S9可设置频率源S11-S14的输出频率值以及输出占空比，从而实现对多源射频电压S27-S30输出频率差和占空比的调节；多源射频电压S27-S30为恒电压输出，通过调节其输出占空比实现恒功率控制。

附图2是4路射频电压发生器S1的详细结构框图；图2列举了一种4路射频电压发生器S1的配置方式；该配置方式可产生4路具有频率差的射频电压，并通过电极E1-E4作用到生物组织；本发明包括但不限于输出4路具有频率差的多源射频电压，可根据具体要求减少或增加射频电压通道；例如，多源射频电压发生器S1可配置为12路具有频率差的多源射频电压通道；为了在实现设计目标的基础上简化问题，本发明中的多路（包括4路）射频电压的频率被设置为两种，并满足两种射频频率差大于200kHz的条件。功率放大电路S19-S22完成对射频方波小信号S15-S18的功率放大；选频滤波电路S23-S26在大功率环境下完成滤波处理，分别得到4路具有频率差的多源射频电压S27-S30；多源射频电压S27-S30的波形为正弦形式，其电压幅值恒定，每路射频电压初始相位相同，其频率值和输出占空比分别由频率源S11-S14控制。

附图3是多源射频功率发生器的电路结构；频率源S11-S14产生射频方波，其频率可由处理器/控制器设置；功率放大器S19-S22对频率源S11-S14产生的射频方波进行功率放大，得到射频功率方波；之后，射频功率方波分别由选频滤波电路S23-S26进行滤波，得到4路射频正弦电压，每路射频正弦电压的频率由各自的频率源决定。

所述射频电参数检测模块由两路对称的电路组成，分别对射频电压和电流感知信号进行幅值调理和滤波处理；附图4列举了单路的检测电路；其中，调理电路将完成幅值调整和差分信号转单端信号处理；得到的单端信号将通过一个有源滤波电路，以滤除干扰信息并产生最终的单端检测信号，即射频电压和电流检测信号。

本发明提出的频率可控的多源射频消融系统，其操作流程如下（见图5所示）；

（1）开机自检和初始化；

（2）判断系统状态；

（3）自检不通过时，系统报警；

（4）自检通过时，可进行消融参数设置：包括设置消融模式、放电路数、多电极放电方式、射频电压幅值和放电时间、多源射频电压频率值及频率差、设置阻抗和功率限制值；

（5）开始消融，此时系统正常工作；

（6）检测并显示多路消融功率、心肌阻抗值、剩余放电时间；

（7）判断是否达到阻抗和功率限制值；

（8）判断结果为“是”时，暂停消融，同时重新设置消融参数；

（9）判断结果为“否”时，可继续消融并根据检测值，调节射频电压输出占空比以实现恒功率消融；

（10）放电时间结束停止消融。

附图6-10列举了4种频率差的射频电压波形及其合成射频电压波形；附图6为500kHz和250kHz的射频电压波形；附图7为500kHz和750kHz的射频电压波形；附图8为500kHz和1MHz的射频电压波形；附图9为500kHz和1.25MHz的射频电压波形；附图10为500kHz和1.5MHz的射频电压波形；附图6-10中列举的非正弦合成射频电压R是关于基础频率f1和f2的函数；为了避免低频电压产生的神经刺激，两个基础频率f1和f2之差应不小于200kHz。

附图11-14列举了多源射频消融系统的放电模式；本发明提供的多源射频频率可控的消融系统通过对特定电极施加具有频率差的射频电压，可在生物组织上实现多种损伤形态；附图11-14列举了4种基本的损伤形态实现方法，分别是单点离散损伤、两点离散损伤、短连续损伤和长连续损伤；在实际临床应用中，将上述基本损伤形态进行叠加和组合可得到线性损伤、环形损伤、盒式损伤、十字损伤等；同时通过控制射频电压输出占空比、消融时间、恒电压幅值可实现对损伤尺寸的控制。

附图11是实现单点离散损伤的方式；在该放电模式下，处理器/控制器通过使能信号开通频率源S12和S13，关闭频率源S11和S14，并设置频率源S12的频率为f1、频率源S13的频率为f2；此时，多源射频功率发生器输出两路射频电压，其中频率为f1的射频电压S28施加到E2电极、频率为f2的射频电压S29施加到E3电极；电极E1和E4上不输出射频电压；参考极板连接至参考零电位；在该模式下，可实现单点的离散损伤，损伤形态如图11B所示。

附图12是实现两点离散损伤的方法；在该放电模式下，处理器/控制器通过使能信号开通频率源S11、S12、S13和S14，并设置频率源S11和S14的频率为f2、频率源S12和S13的频率为f1；此时，多源射频功率发生器输出4路射频电压，其中频率为f1的两路射频电压S28和S29施加到电极E2和E3、频率为f2的两路射频电压S27和S30施加到电极E1和E4；参考极板连接至参考零电位；在该模式下，可实现两点的离散损伤，损伤形态如图12B所示。

附图13是实现短连续损伤的方法；在该放电模式下，处理器/控制器通过使能信号开通频率源S11、S12和S13，关闭频率源S14，并设置频率源S11和S13的频率为f1、频率源S12的频率为f2；此时，多源射频功率发生器输出三路射频电压，其中频率为f1的两路射频电压S27和S29施加到电极E1和E3、频率为f2的射频电压S28施加到电极E2；电极E4上不输出射频电压；参考极板连接至参考零电位；在该模式下，可实现短连续损伤，损伤形态如图13B所示。

附图14是实现长连续损伤的方法；在该放电模式下，处理器/控制器通过使能信号开通频率源S11、S12、S13和S14，并设置频率源S11和S13的频率为f1、频率源S12和S14的频率为f2；此时，多源射频功率发生器输出四路射频电压，其中频率为f1的两路射频电压S27和S29施加到电极E1和E3、频率为f2的两路射频电压S28和S30施加到电极E2和E4；参考极板连接至参考零电位；在该模式下，可实现长连续损伤，损伤形态如图14B所示。

Claims (8)

1.一种频率可控的多源射频消融系统，用于心脏射频消融，其特征在于，系统包括频率可控的多源射频电压发生器、多极消融导管和参考极板；其中：

所述多源射频电压发生器，包括多源射频功率发生器、多源射频电流传感器、多源射频电压传感器、射频电参数检测模块、多路高速ADC模块和处理器/控制器；

所述多极消融导管，具有多个电极，可同时释放多路射频电流或选点释放多路射频电流；

所述参考极板，作为多路射频电流回路连接至多源射频消融系统的多源射频电压发生器；

多源射频电压发生器与多极消融导管和参考极板配套使用；频率可控的多源射频电压发生器输出多路具有频率差的射频电压，通过多极导管将射频电压施加到生物组织上；参考极板紧贴在体表作为多源射频电压的回流端。

2.根据权利要求1所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，所述的频率可控的多源射频电压发生器中，所述多源射频功率发生器由多组独立频率源、功率放大电路、选频滤波电路组成，用于产生多路具有频率差的射频电压，每路射频电压幅值可单独设置；其中，频率源产生射频方波信号，由功率放大器进行功率放大，得到射频功率方波；之后，射频功率方波分别由选频滤波电路进行滤波，得到射频正弦电压，每路射频正弦电压的频率由各自的频率源决定；所述多源射频电流传感器和多源射频电压传感器分别隔离衰减多源射频电压和电流信息，得到与输出的射频电压和电流强度成一定比例的信号；所述射频电参数检测模块由两路对称的电路组成，分别对射频电压和电流感知信号进行幅值调理和滤波处理；所述多路高速ADC模块用于对射频电压和电流检测信号进行模数转换。

3.根据权利要求2所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，所述处理器/控制器协调整个系统的工作：在系统开始消融前，处理器/控制器根据指令设置多源射频电压放电路数、设置多电极放电方式、设置多源射频电压频率差值、设置射频电压输出功率值、放电时间和阻抗限制值；在系统消融时，处理器/控制器根据射频电参数检测模块实时反馈的射频电压和电流信息，计算消融功率、消融阻抗、电压和电流幅值；处理器/控制器将这些数据与设置参数比较，进而调节多源射频电压的输出占空比，从而实现多源射频电压的恒功率控制；当达到所设置的消融时间或阻抗限制值时，处理器/控制器将控制系统停止本次消融。

4.根据权利要求3所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，多路具有频率差的射频放电方式，根据临床消融需求将具有频率差的多源射频电压接至多个消融电极上，可对生物组织产生单极和双极同时消融的效果；当具有频率差的射频电压接至相邻的消融电极时，由于频率差的存在，相邻电极之间将产生横向流动的消融电流即双极电流；同时消融电极与体表参考极板之间也可产生纵向流动的消融电流即单极电流；双极电流有助于心肌产生线性损伤，而单极电流则有助于增加损伤深度。

5.根据权利要求4所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，对于多源射频功率发生器的电路为4路时，实现如下基本损伤形态，分别是单点离散损伤、两点离散损伤、短连续损伤和长连续损伤；当多源射频功率发生器输出两路具有频率差的射频电压到相邻的电极时，实现单点的离散损伤；当多源射频功率发生器输出4路射频电压，且外侧两个电极和内侧两个电极分别施加不同频率的射频电压时，实现两点的离散损伤；当多源射频功率发生器输出3路射频电压到3个相邻的电极，且中间电极施加的射频电压频率与外侧两个电极不同时，实现短连续损伤；当多源射频功率发生器输出4路射频电压到4个相邻的电极，且相邻电极上施加的射频电压频率不同时，实现长连续损伤。

6.根据权利要求5所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，将所述基本损伤形态进行组合可实现线性损伤、环形损伤、盒式损伤、十字损伤；同时通过控制射频电压输出占空比、消融时间、恒电压幅值可实现对损伤尺寸的控制。

7.根据权利要求5所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，具有频率差的多源射频电压在相邻电极之间产生出一个合成的非正弦射频电压R，该合成电压的频率是关于基础频率f1和f2的函数；两个基础频率f1和f2之差不小于200kHz。

8. 根据权利要求7所述的频率可控的多源射频消融系统，其特征在于，可提供多种具有频率差的射频电压，包括：500kHz和250kHz频率差，500kHz和750kHz频率差，500kHz和1MHz频率差，500kHz和1.25MHz频率差，500kHz和1.5MHz频率差；合成的非正弦射频电压R的形式为。