CN109700523A - 具有传输线圈的食道探头 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有传输线圈的食道探头”。本发明提供一种用于心脏治疗的系统，该系统包括监测探头，该监测探头具有探头远侧端部、耦接到探头远侧端部的磁场发生器；导管，该导管具有导管远侧端部、耦接到导管远侧端部的磁性传感器；和控制台。监测探头被配置用于插入到患者的食道中。导管被配置用于插入到患者的心脏中。控制台被配置成驱动磁场发生器发射磁场，以响应于磁场从磁性传感器接收信号，并且基于信号估计导管远侧端部和探头远侧端部之间的相应距离。

Description

具有传输线圈的食道探头
技术领域
本发明整体涉及侵入式医疗装置和治疗方法，并且具体地涉及监测消融探头在活体内的位置。
背景技术
用于获取关于放置在活体内的物体的实时空间信息的系统通常用于监测侵入式治疗。例如，美国专利9,131,853描述了包括适于插入到患者的食道中的探头的装置。第一温度传感器和第二温度传感器耦接到探头。电极也耦接到探头。控制器至少部分地基于从温度传感器和电极接收的信息在消融手术期间生成食道的实时且连续更新的三维解剖图和三维热图。
作为另一个示例，美国专利6,593,884描述了用于跟踪探头的位置和取向的系统和方法。三个至少部分地重叠的平面天线用于同时传输电磁辐射，其中由每个天线发射的辐射具有其自身的光谱。探头内部的接收器包括传输场的三个部件的传感器。接收器的位置和取向相对于天线非迭代地确定。
美国专利8,617,152描述了用于消融组织和治疗心律失常的装置、系统和方法。消融系统包括：消融导管，该消融导管具有消融元件阵列和定位元件；食道探头，该食道探头还包括定位元件；和接口单元，该接口单元向消融导管提供能量。通过系统的计算装置确定的位置元件之间的距离可被系统用以设置或修改一个或多个系统参数。
美国专利8,355,801描述了用于在映射、消融或其他基于心内膜导管的手术期间在连续、实时的基础上确定食道与心内膜导管的接近度的系统和方法，该系统和方法包括食道探头导管和适于在彼此之间进行近侧信号传输的心内膜导管。包括信号处理单元以处理和比较接近信号的特性，该接近信号随两个导管之间的距离变化或衰减，诸如阻抗、振幅和/或相位。该系统和方法可包括具有位置传感器的导管的调整和用于导管的非荧光镜位置确定的映射/导航系统。
美国专利8,271,095描述了一种用于在消融手术期间确定食道与消融导管的消融电极的接近度的系统。该系统包括具有至少一个消融电极的消融导管、具有至少一个电极的食道探头导管、以及信号处理单元。消融电极和食道探头导管两者电连接到信号处理单元。信号处理单元接收来自消融导管上的消融电极和食道探头导管上的电极的电信号，并且比较信号以确定食道与消融电极的接近度。
美国专利申请公布2006/0116576描述了用于相对于解剖体(诸如心脏)导航医疗探头(诸如导管)的系统和方法。在解剖体的表示上显示表示感兴趣的解剖区域(诸如针对治疗的组织或未针对治疗的组织)的标记(诸如点或线)。在三维坐标系内确定医疗探头和标记的位置，并且基于这些位置确定医疗探头和标记之间的接近度。
美国专利8,265,732描述了一种导管和辐射线圈在人体内的位置的方法，并且具体地在导管插入时以及在导管在体内使用期间随时间确定导管的尖端的位置。具体地，当辐射线圈与导管结合使用时，线圈定位装置可用于确定线圈距装置的距离以及因此其在患者的身体中的深度。这通过将线圈定位装置定位在患者的身体上的预定界标上或上方实现。
美国专利申请公布2010/0030098描述了一种用于监测受治疗者体内组织或器官表面温度的温度探头，该温度探头包括具有基本上二维布置的节段和定位在由基本上二维布置限定的区域上的多个温度传感器。此类设备可与用于治疗患病组织的手术结合使用。具体地，温度探头可用于监测位于经治疗的组织附近的组织或器官的表面的区域上的温度，以防止被监测组织或器官受到潜在破坏性温度的影响。
发明内容
本发明的实施方案提供了一种用于心脏治疗的系统，该系统包括监测探头，该监测探头具有探头远侧端部、耦接到探头远侧端部的磁场发生器；导管，该导管具有导管远侧端部、耦接到导管远侧端部的磁性传感器；和控制台。监测探头被配置用于插入到患者的食道中。导管被配置用于插入到患者的心脏中。控制台被配置成驱动磁场发生器发射磁场，以响应于磁场从磁性传感器接收信号，并且基于信号估计导管远侧端部和探头远侧端部之间的相应距离。
在一些实施方案中，该系统还包括一个或多个电极，该一个或多个电极设置在导管远侧端部上并且被配置成施加电能以消融心脏中的组织，并且控制台被配置成估计电极中的一个或多个和探头远侧端部之间的相应距离。
在一些实施方案中，一个或多个电极包括设置在导管远侧端部周围的相应位置处的多个电极，并且控制台被配置成基于信号估计导管远侧端部的取向，并且响应于估计的取向，估计电极和探头远侧端部之间的相应距离。
在一些实施方案中，导管远侧端部包括可在心脏内充胀的球囊，一个或多个电极包括分布在球囊的外表面周围的多个电极，并且控制台被配置成响应于由估计的取向指示的球囊的旋转角度识别最靠近食道的电极中的一个。
在一个实施方案中，控制台被配置成限制施加到电极中的该识别的一个的消融能量。
在另一个实施方案中，导管包括邻近电极安装的温度传感器，并且控制台被配置成响应于由邻近电极中的该识别的一个的温度传感器中的一个或多个指示的温度而控制一个或多个消融参数。
在一些实施方案中，控制台被配置成响应于距离设置用于将电能施加到电极的不同的相应消融参数。
在一个实施方案中，消融参数包括电功率水平和施加电能的持续时间中的至少一者。
在一个实施方案中，该系统还包括针，该针安装在导管远侧端部上并且被配置成注入流体或植入物。在另一个实施方案中，该系统还包括活检工具，该活检工具安装在导管远侧端部上并且被配置成执行活检。在一些实施方案中，监测探头包括被配置成生成和检测回波信号的超声换能器。
另外，根据本发明的一个实施方案提供了一种用于心脏治疗的方法，该方法包括将监测探头插入到患者的食道中，该监测探头包括探头远侧端部，该探头远侧端部具有耦接到该探头远侧端部的磁场发生器。导管被插入到患者的心脏中，该导管包括导管远侧端部，该导管远侧端部具有耦接到该导管远侧端部的磁性传感器。当探头远侧端部在食道中时，驱动磁场发生器发射磁场。当导管远侧端部在心脏中时，响应于磁场，基于从磁性传感器接收的信号估计导管远侧端部和探头远侧端部之间的相应距离。
以下结合附图根据本发明的实施方案的详细说明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基于导管的定位-跟踪和消融系统的示意性图解；
图2为示出根据本发明的实施方案的定位在肺静脉的口处的食道探头和充气球囊的细节的示意性图解；并且
图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于执行消融手术的方法的流程图。
具体实施方式
概述
食道和心脏的左心房之间的解剖关系可导致左心房中目标组织的导管消融问题，诸如用于治疗心房颤动的肺静脉隔离手术。食道位于左心房的后面，并且导致相对于邻近右肺静脉或左肺静脉或心脏的后壁的左心房的可变的路线。因此，当在左心房后部的任何地方执行消融时，由于高温发生而存在食道损伤的风险。
为了防止这种损伤，一些从业者使用装配有温度传感器的食道探头来给出食道加热的指示。但是在一些情况下，指示可需要一些时间，并且可太晚而不能防止损伤。
本文所述的本发明的实施方案在射频(RF)消融球囊导管或其他多电极消融导管用于消融的情况下为该问题提供解决方案，并且可控制各个电极的消融参数。测量从电极到食道的距离，并且对最靠近食道的一个或多个电极的消融参数是有限的，如下面所解释的。
在所公开的实施方案中，例如，具有磁场发生器的食道探头被插入到食道中，该磁场发生器包括一个或多个传输线圈。消融导管中的一个或多个磁性传感器诸如接收线圈提供指示导管电极和磁场发生器之间的距离的信号。
知道这些距离，消融系统可在消融之前，向最靠近食道的一个或多个电极提供对消融参数的自动限制以避免对食道的损伤。受限的典型参数包括施加的RF功率的水平和/或持续时间。此外，可测量最接近的一个或多个电极的温度，并且该温度也可用于控制消融参数。
基于这些原理，下文描述的本发明的实施方案提供用于消融手术的改善的治疗系统，并且具体地用于在执行心脏消融时防止对食道的附带损伤。
在一些实施方案中，导管的远侧端部被插入到患者的心脏的左心房中。导管的远侧端部包括磁性传感器和一个或多个消融电极，该消融电极被配置成施加电能以消融左心房中的组织。
监测探头的远侧端部被插入到食道中，并且定位在大致邻近左心房的位置处，其中食管壁组织被认为存在由心脏消融手术引起的附带的热损伤的风险。监测探头的远侧端部包括磁场发生器。
心脏导管和监测探头两者在它们的近侧端部处耦接到控制台。控制台驱动监测探头中的磁场发生器发射磁场，并且响应于磁场从导管中的磁性传感器接收信号。基于这些信号，控制台中的处理器估计消融电极和监测探头的远侧端部之间的相应距离。处理器响应于估计的距离控制由电极施加的电能。
在一些实施方案中，处理器被配置成基于来自磁性传感器的信号估计导管远侧端部的取向，并且响应于估计的取向，进一步估计电极和探头远侧端部之间的相应距离。
在一个实施方案中，在导管的远侧端部处装配的充气球囊用于执行消融治疗。球囊包括分布在其外表面周围的电极。处理器被配置成基于充气球囊的旋转角度识别电极中的哪些最靠近处于危险中的食道组织，如通过导管远侧端部的估计的取向指示的。然后处理器可限制施加到这些具体电极的消融参数，该消融参数具有损伤食道组织的最大风险，例如通过限制电功率水平和/或将电能施加到这些电极的持续时间。
在一个实施方案中，导管包括邻近电极的温度传感器。处理器读取最靠近被发现最靠近食道的电极的传感器的温度并且相应地控制消融参数。
所公开的基于电极和处于危险中的食道壁组织之间的估计的距离设置消融参数的方法尤其具有以下优点：便于早期检测由于食道壁组织过热引起的风险。相比之下，如前所述，当食道中的温度传感器检测到过高的温度时，可太晚而不能防止损伤。
系统说明
图1为根据本发明的实施方案的基于导管的定位-跟踪和消融系统20的示意性图解。系统20包括导管21，该导管具有远侧端部22，该远侧端部经由血管系统由医师30导航到患者28的心脏26中。在图示示例中，医师30将导管21插入穿过护套23，同时使用接近导管的近侧端部的操纵器32操纵远侧端部22。
如插图25所示，远侧端部22包括容纳在远侧端部和球囊50内的磁性传感器52。(球囊以收缩状态插入穿过护套23，并且然后在心脏26内充气。)在本文所述的实施方案中，导管21用于心脏26中的组织的消融。虽然图示实施方案具体地涉及使用球囊导管用于心脏组织的消融，但是系统20的元件和本文所述的方法可另选地应用于使用其他种类的多电极导管诸如套索、篮状和多臂导管控制消融。
系统20还包括监测探头43，该监测探头具有通过护套46插入到患者28的食道48中的远侧端部42。如插图45所示，探头远侧端部42包括磁场发生器62。在本文所述的实施方案中，监测探头43用于估计食道48的壁组织和充气球囊50上的电极之间的距离。磁场发生器62还可作为传感器操作，以便获得探头远侧端部42在外部位置跟踪系统的坐标系中的位置，如下所述。
导管21和监测探头43的近侧端部连接到控制台24。控制台24包括处理器41(通常为通用计算机)，该处理器具有用于接收来自导管21的信号以及用于经由导管21施加能量以消融心脏26中的组织并且用于控制系统20的其他部件的合适的前端和接口电路38。控制台24还包括被配置成驱动磁场发生器62的驱动电路34。
在插入导管远侧端部22期间，球囊50保持在塌缩配置中。一旦导管远侧端部22已到达心脏26内的目标位置，医师30将球囊50充气。控制台24中的处理器41响应于由磁场发生器62产生的磁场而接收来自磁性传感器52的信号，并且估计不同的消融电极和食道壁组织之间的距离。处理器41然后针对电极中的一个或多个设置相应消融参数，并且相应地将消融能量施加到目标消融位点位置处的组织。
在一些实施方案中，磁性传感器52还响应于来自外部磁场发生器36的磁场生成位置信号，例如用于测量球囊50在心脏腔中的位置。磁场发生器36放置在患者28外部的已知位置处，例如，在患者躺在其上的台29下方。这些位置信号指示充气球囊50在位置跟踪系统的坐标系中的位置。处理器41还可响应于磁场发生器36的场来接收来自磁场发生器62的信号输出，并且因此可导出食道48中的监测探头43的远侧端部42的位置坐标。
使用外部磁场的该位置感测方法在各种医疗应用中实现，例如在由BiosenseWebster Inc.(Diamond Bar,Calif.)生产的CARTOTM系统中实现，并且详细地描述于美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089、PCT专利公布WO96/05768，以及美国专利申请公布2002/0065455 A1、2003/0120150 A1和2004/0068178 A1中，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文。另选地，可使用本领域已知的其他位置感测技术(诸如超声波或基于阻抗的位置感测)加以必要的变更而实现本发明的原理。
处理器41通常包括通用计算机，该通用计算机以软件编程以执行本文描述的功能。该软件可以电子形式经网络而被下载到计算机，例如另选地或除此之外，该软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质诸如磁性存储器、光学存储器、或电子存储器上。
使用具有传输线圈的食道探头进行心脏消融
图2为示出根据本发明的实施方案的监测探头43的远侧端部42和定位在心脏26的左心房中的肺静脉72的口71处的充气球囊50的细节的示意性图解。球囊50包括分布在其外表面周围的多个电极80。图2中可见的电极80被标记为电极80a-80d。如附图所示，电极80a面朝并且最接近食道48的壁。球囊50还包括温度传感器81，其中每个温度传感器81邻近电极80。
如图2所示，监测探头43的远侧端部42邻近处于危险中的食道壁组织49而放置在食道48中。如上所述，磁场发生器62容纳在探头远侧端部内。在该实施方案中，磁场发生器62包括至少一个三轴传输线圈组件82，如插图85所示。三轴线圈组件82包括三个传输线圈89，该传输线圈沿相应的相互正交的轴取向。每个单独的传输线圈89与延伸穿过监测探头43的布线88集成在一起以与控制台24连接。
磁性传感器52包括一个或多个感测线圈90，如插图95所示。希望至少一个此类感测线圈垂直于导管远侧端部22的长轴取向。因此，可由处理器41处理来自线圈90的信号，以发现导管远侧端部22相对于探头远侧端部42的取向的角度，并且具体地是围绕导管轴线的旋转角度。处理器41因此能够基于测量的旋转角度和电极80相对于导管远侧端部22的长轴的已知取向确定电极80中的哪一个最靠近食道48。
处于危险中的食道壁组织49包括面朝口71的后侧的食道壁的节段。基于电极80相对于导管远侧端部22的估计的取向，并且基于食道48的解剖结构和口71的解剖结构的众所周知的空间关系，处理器41识别面向处于危险中的食道组织的节段的电极并且估计它们与处于危险中的组织49相距的相应距离。具体地，在本示例中，电极80a被识别为最接近处于危险中的组织49。基于来自感测线圈90的信号，处理器41估计电极80a和处于危险中的食道壁组织49之间的距离55。然后，处理器41根据上述原理设置电极的消融参数，并且具体地限制电功率水平和电极80a施加电能的持续时间中的至少一者。
除此之外或另选地，处理器41可基于由邻近电极80a的温度传感器81中的一个或多个指示的温度控制施加到电极80a的消融参数。
图2所示的示例配置是完全为了概念清楚而选择的。可使用系统部件和设置类似地应用所公开的技术。例如，系统20可包括其他种类的消融装置，诸如圆形多电极导管(例如，由Biosense Webster Inc.制造的导管)或多分支多电极导管(例如，由Biosense Webster Inc.制造的)。
作为另一个示例，所公开的治疗方法可利用基于激光消融功率的装置诸如装配到导管远侧端部的激光消融球囊。目标组织上的激光瞄准点与被定位成与组织物理接触的球囊外表面重合。使用上述相同的方法，估计激光瞄准点和处于危险中的食道组织之间的不同距离。然后，设置激光功率水平和激光消融持续时间中的至少一者以避免引起附带的热损伤。
图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的涉及消融肺静脉72的口71周围的组织的医疗手术的流程图。手术从在探头推进步骤100处医师30将探头远侧端部42推进通过食道开始。
然后，在导管推进步骤102处，医师30将导管远侧端部22推进至心脏。
在球囊定位步骤104处，医师30将充气球囊50定位在肺静脉72的目标口71处。
在探头定位步骤106处，医师30将探头远侧端部42定位成邻近食道壁中处于危险中的组织49。
在距离估计步骤108处，处理器41致动磁场发生器62并且从感应线圈90接收对应的信号。处理器41分析这些信号以便估计电极距处于危险中的食道组织49的相应距离。
在消融参数设置步骤110处，医师30设置用于消融手术的消融参数。处理器41自动限制最靠近食道组织49的电极80中的一个或多个的消融功率和/或时间，例如图2中的电极80a。
在治疗步骤112处，医师30指示处理器41施加所需的消融能量。处理器监测最靠近食道组织49的电极80的消融参数和/或温度，以确保它们不超过步骤110处设定的极限。
在手术完成时，在回缩步骤114处，医师30从心脏回缩导管远侧端部22。
在回缩步骤116处，医师30还从食道回缩探头远侧端部42。
图3所示的示例性流程图仅在这里示出完全为了概念清楚。在另选的实施方案中，所公开的技术可使用不同的和/或附加步骤，例如使用对应的温度传感器81监测每个电极温度并且相应地修改治疗。
尽管附图中所示的实施方案涉及具体器官和治疗类型，但是本发明的原理可应用于防止在其他种类的侵入式手术诸如例如针定位中对附近器官的附带损伤，其中针可用于注入植入物或用于进行活检。在一个实施方案中，针装配到导管远侧端部22。在另一个实施方案中，活检工具装配到导管远侧端部22。在一个实施方案中，导管远侧端部22包括用于采集电描记图的感测电极。在另一个实施方案中，监测探头43的远侧端部42还包括超声换能器。超声换能器可被配置成生成和检测回波信号，并且传输检测到的信号以由处理器41分析，该处理器耦接以驱动超声换能器并且分析检测到的回波信号，以证实使用磁性传感器获得的测量结果并且/或者提供与导管远侧端部22相关的附加测量，诸如针或装配在导管远侧端部22处的活检工具的位置。
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所述的各种特征的组合和子组合两者，以及本领域技术人员在阅读上述说明时会想到且未在现有技术中公开的其变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，但是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (22)

1.一种用于心脏治疗的系统，包括：
监测探头，所述监测探头具有被配置用于插入到患者的食道中的探头远侧端部以及耦接到所述探头远侧端部的磁场发生器；
导管，所述导管具有被配置用于插入到所述患者的心脏中的导管远侧端部，并且包括耦接到所述导管远侧端部的磁性传感器；和
控制台，所述控制台被配置成驱动所述磁场发生器发射磁场，以响应于所述磁场从所述磁性传感器接收信号，并且基于所述信号估计所述导管远侧端部和所述探头远侧端部之间的相应距离。
2.根据权利要求1所述的系统，并且包括一个或多个电极，所述一个或多个电极设置在所述导管远侧端部上并且被配置成施加电能以消融所述心脏中的组织，其中所述控制台被配置成估计所述电极中的一个或多个和所述探头远侧端部之间的相应距离。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个电极包括设置在所述导管远侧端部周围的相应位置处的多个电极，并且其中所述控制台被配置成基于所述信号估计所述导管远侧端部的取向，并且响应于所述估计的取向，估计所述电极和所述探头远侧端部之间的所述相应距离。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述导管远侧端部包括能够在所述心脏内充胀的球囊，其中所述一个或多个电极包括分布在所述球囊的外表面周围的多个电极，并且其中所述控制台被配置成响应于由所述估计的取向指示的所述球囊的旋转角度识别最靠近所述食道的所述电极中的一个。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制台被配置成限制施加到所述电极中的所述识别的一个的消融能量。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述导管包括邻近所述电极安装的温度传感器，并且其中所述控制台被配置成响应于由邻近所述电极中的所述识别的一个的所述温度传感器中的一个或多个指示的温度而控制一个或多个消融参数。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制台被配置成响应于所述距离设置用于将所述电能施加到所述电极的不同的相应消融参数。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述消融参数包括电功率水平和施加所述电能的持续时间中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的系统，并且包括针，所述针安装在所述导管远侧端部上并且被配置成注入流体或植入物。
10.根据权利要求1所述的系统，并且包括活检工具，所述活检工具安装在所述导管远侧端部上并且被配置成执行活检。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述监测探头包括被配置成生成和检测回波信号的超声换能器。
12.一种用于心脏治疗的方法，包括：
将监测探头插入到患者的食道中，所述监测探头包括探头远侧端部，所述探头远侧端部具有耦接到所述探头远侧端部的磁场发生器；
将导管插入到所述患者的心脏中，所述导管包括导管远侧端部，所述导管远侧端部具有耦接到所述导管远侧端部的磁性传感器；
当所述探头远侧端部在所述食道中时，驱动所述磁场发生器发射磁场；以及
当所述导管远侧端部在所述心脏中时，响应于所述磁场，基于从所述磁性传感器接收的信号估计所述导管远侧端部和所述探头远侧端部之间的相应距离。
13.根据权利要求12所述的方法，并且包括使用设置在所述导管远侧端部上的一个或多个电极施加电能以消融所述心脏中的组织，其中估计所述距离包括估计所述电极中的一个或多个和所述探头远侧端部之间的相应距离。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个电极包括设置在所述导管远侧端部周围的相应位置处的多个电极，并且其中估计所述距离包括基于所述信号估计所述导管远侧端部的取向，并且响应于所述估计的取向，估计所述电极和所述探头远侧端部之间的所述相应距离。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个电极包括分布在球囊的外表面周围的多个电极，并且包括响应于由所述估计的取向指示的所述球囊的旋转角度而识别最靠近所述食道的所述电极中的一个。
16.根据权利要求15所述的方法，并且包括限制施加到所述电极中的所述识别的一个的消融能量。
17.根据权利要求15所述的方法，并且包括响应于由邻近所述电极中的所述识别的一个的一个或多个温度传感器指示的温度而控制一个或多个消融参数。
18.根据权利要求13所述的方法，其中施加所述电能包括响应于所述距离设置用于将所述电能施加到所述电极的不同的相应消融参数。
19.根据权利要求18所述的方法，其中设置所述消融参数包括设置电功率水平和施加所述电能的持续时间中的至少一者。
20.根据权利要求12所述的方法，并且包括使用安装在所述导管远侧端部上的针注入流体或植入物。
21.根据权利要求12所述的方法，并且包括使用安装在所述导管远侧端部上的活检工具执行活检。
22.根据权利要求12所述的方法，并且包括使用装配在所述探头远侧端部处的超声换能器生成和检测回波信号。
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