CN110693605B - 一种用于心脏消融的高压脉冲系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了心脏消融设备技术领域的一种用于心脏消融的高压脉冲系统。系统包括主控模块、高压脉冲模块、贴靠检测模块、不应期检测模块、电极开关模块和多电极消融导管，系统可以在心脏不应期时间段内输出正弦包络高压脉冲信号，并具有消融导管贴靠检测的功能。本发明的系统使得输出的高压脉冲是具有包络的正弦信号的高压脉冲，进而系统可以根据此包络正弦频率进行滤波，从而减小了高压脉冲对有用信号的干扰。由于贴靠检测模块的作用，在实际应用中，在保证高压脉冲对病灶点的消融的同时，不会因为贴靠程度不合理，造成其他非靶的细胞组织受损。

Description

一种用于心脏消融的高压脉冲系统

技术领域

本发明涉及心脏消融设备技术领域，特别涉及一种用于心脏消融的高压脉冲系统。

背景技术

现有治疗快速心律失常往往采用射频、微波以及冷冻等热消融技术。其中，射频技术可以产生固定频率的正弦波。所产生的射频能量通过射频导管或者射频电极作用到需要治疗的病灶点，使其达到阻断或者调理的作用，进而达到治疗的效果。并且射频技术由于采用特定的频率的正弦波信号，虽然输出较高的能量，但是由于其频率固定，使得与之相连的系统可以通过带阻滤波的方式去除射频信号对于其他信号的干扰。

但是这些消融技术在临床实际应用中受限于热池效应，很难达到全层透壁的消融目标，从而影响治疗效果，另外，属于热消融技术的射频消融技术，由于不具备细胞的选择性，因此会将非靶的细胞也一并进行消融损毁。

鉴于以上热消融技术的缺陷，高压脉冲技术作为一项非热消融技术日渐得到了临床应用的关注。高压脉冲技术是通过产生一种脉宽为毫秒、微秒甚至纳秒级的高压脉冲电场，在短时间内释放极高的能量，其能使得细胞膜甚至是细胞内的细胞器如内质网、线粒体、细胞核等会产生大量的不可逆的微孔。进而造成病变细胞的凋亡，从而达到预期的治疗目的。

在治疗快速心律失常的应用中，采用高压脉冲技术可以选择性的处理心肌细胞，而不对其他非靶的细胞组织产生影响，同时其还具有彻底的全层消融、精准、快速、保护冠脉的特点。因此高压脉冲射频技术有望成为理想的心脏消融手段。

虽然高压脉冲技术有以上的优点，但是高压脉冲强干扰性往往会影响心脏微创手术过程中的电生理、磁定位、压力检测等有用信号，进而影响医生在手术中的判断。另外，消融导管手术的效果很大程度上与导管贴靠程度有关，为了使得导管贴靠良好，需要对贴靠后的一些特定参数进行评估，如压力、阻抗等，而现有的高压脉冲用于心脏消融并未考虑导管贴靠程度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于心脏消融的高压脉冲系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于心脏消融的高压脉冲系统，包括主控模块、高压脉冲模块、贴靠检测模块、不应期检测模块、电极开关模块和多电极消融导管，

高压脉冲模块接收主控模块输出的控制信号，在心脏不应期时间段输出正弦包络高压脉冲信号到电极开关模块；

电极开关模块接收正弦包络高压脉冲信号，电极开关模块还接收主控模块输出的信号选通控制信号，根据信号选通控制信号打开一个或多个通道的开关，使得正弦包络高压脉冲信号通过一个或多个通道输出到多电极消融导管；电极开关模块还将多电极消融导管采集的人体心脏的电生理信号，通过选通的通道输出到不应期检测模块；

多电极消融导管接收电极开关模块输出的一个或多个正弦包络高压脉冲信号，并将正弦包络高压脉冲信号输出到病灶点，多电极消融导管还采集人体心脏的电生理信号，并将人体心脏的电生理信号通过电极开关模块选通的通道输出到不应期检测模块；

不应期检测模块接收主控模块的不应期检测控制指令，通过电极开关模块选通的通道和多电极消融导管采集人体心脏的电生理信号，从人体心脏的电生理信号中检测出心脏不应期时间段，并将心脏不应期时间段信号输出到主控模块；

贴靠检测模块接收主控模块的贴靠检测指令，检测多电极消融导管与病灶点的贴靠程度，输出贴靠信号到主控模块；

主控模块分别给高压脉冲模块、不应期检测模块、贴靠检测模块、电极开关模块输出控制指令，并从高压脉冲模块、不应期检测模块、贴靠检测模块、电极开关模块获取运行数据，运行数据用于人机交互。

进一步的，高压脉冲模块包括：高压直流电源和高压脉冲发生电路，

高压直流电源接收交流供电电源，将交流供电电源通过第一级整流滤波、逆变、隔离和第二级整流滤波，输出高压直流输出信号到高压脉冲发生电路的输入端；

高压脉冲发生电路接收高压直流输出信号，将高压直流输出信号转换为高压脉冲信号，高压脉冲信号与正弦包络信号叠加，输出正弦包络高压脉冲信号。

进一步的，高压脉冲发生电路包括Marx电路或者Blumlein电路，将高压直流输出信号转换为高压脉冲信号，高压脉冲信号包括正高压脉冲信号、负高压脉冲信号、正负高压脉冲信号。

进一步的，高压脉冲信号的脉宽、幅值、时间间隔可调，正弦包络高压脉冲信号的频率可调，频率范围是1Hz～20MHz。

进一步的，正弦包络高压脉冲信号包括多个基础脉冲群，基础脉冲群包括正高压脉冲群、负高压脉冲群、正负高压脉冲群，

构成正高压脉冲群的脉冲信号为正高压脉冲信号；

构成负高压脉冲群的脉冲信号为负高压脉冲信号；

构成正负高压脉冲群的脉冲信号为正高压脉冲信号和负高压脉冲信号的组合。

进一步的，多个基础脉冲群之间的时间间隔为高压脉冲信号高压脉冲间隔时间的10倍以上。

进一步的，不应期检测的方式包括：通过自主心律R波检测、通过起搏信号结合R波检测。

通过自主心律R波检测的步骤包括：

第一步，不应期检测模块接收主控模块的不应期检测控制指令，通过电极开关模块选通的通道，接收多电极消融导管采集的人体心脏电生理信号，将人体心脏电生理信号发送给主控模块，人体心脏电生理信号包括R波；

第二步，从人体心脏电生理信号的周期起点时刻延迟时间段Tdelay1后，主控模块给高压脉冲模块发送高压脉冲控制指令，给电极开关模块发送通道开启指令，在高压脉冲控制指令和通道开启指令的控制下，正弦包络高压脉冲信号通过多电极消融导管输出，正弦包络高压脉冲信号输出的时间长度小于不应期的持续时间。

进一步的，贴靠检测模块采用检测电阻的方式或检测压力的方式，获取贴靠检测参数，贴靠检测的步骤包括：

多电极消融导管内的应变片将压力信号转换为电信号；

贴靠检测模块采集电信号，并将电信号的均值与预设的第一阈值和第二阈值作比较，当电信号的均值大于等于第一阈值，并且小于等于第二阈值时，输出贴靠合适信号给主控模块，主控模块根据贴靠合适信号控制高压脉冲模块输出正弦包络高压脉冲信号。

进一步的，高压脉冲模块还输出同步脉冲信号，在正弦包络高压脉冲信号输出的时刻，输出同步脉冲信号到外部设备。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、采用本发明的系统，使得输出的高压脉冲是具有包络的正弦信号的高压脉冲，进而系统可以根据此包络正弦频率进行滤波，从而减小高压脉冲对有用信号的干扰。

2、输出的正弦包络高压脉冲信号包括正高压脉冲群、负高压脉冲群、正负高压脉冲群及其组合。本系统可灵活设置正弦包络高压脉冲信号的构成和参数，以适于实用。

3、本发明还增加了贴靠检测模块，用于检测消融导管和心肌组织的贴合程度，在实际应用中，在保证高压脉冲对病灶点的消融的同时，不会因为贴靠程度不合理，造成其他非靶的细胞组织受损。

4、本系统还结合R波感知实现绝对不应期检测的功能，使得单次完整的消融能量输出在绝对不应期中完成，保证输出的安全性。

附图说明：

图1为本发明一种用于心脏消融的高压脉冲系统框图；

图2为实施例1中由2个完整的正脉冲正弦包络组成的基础脉冲群图；

图3为实施例1中由2个完整的负脉冲正弦包络组成的基础脉冲群图；

图4为实施例1中由2个完整的正负脉冲正弦包络组成的基础脉冲群图；

图5为实施例1中由多种基础脉冲群组成的单次消融能量输出图；

图6为实施例1中对自主心律使用R波感知的绝对不应期检测示意图；

图7为实施例2中包含刺激信号产生单元的用于心脏消融的高压脉冲系统框图；

图8为实施例2中利用起搏技术产生起搏心律并结合R波感知实现绝对不应期检测示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种用于心脏消融的高压脉冲系统如图1所示，系统包括主控模块、高压脉冲模块、贴靠检测模块、不应期检测模块、电极开关模块和多电极消融导管。

其中，高压脉冲模块接收主控模块输出的控制信号，在心脏不应期时间段输出正弦包络高压脉冲信号到电极开关模块。

高压脉冲模块主要包括：高压直流电源和高压脉冲发生电路。高压直流电源接收外部交流供电电源，将交流供电电源通过第一级整流滤波、逆变、隔离和第二级整流滤波后，输出高压直流输出信号到高压脉冲发生电路的输入端。

高压脉冲发生电路输入端接收高压直流输出信号，将高压直流输出信号转换为高压脉冲信号，高压脉冲发生电路还实现了高压脉冲信号与正弦包络信号叠加，输出正弦包络高压脉冲信号。

作为一种具体的实施方式，高压脉冲发生电路采用Marx电路或者Blumlein电路将高压直流输出信号转换为正高压脉冲信号、负高压脉冲信号或正负高压脉冲信号，高压脉冲信号的脉宽、幅值、时间间隔可调。正弦包络高压脉冲信号的频率可设置为1Hz～20MHz。

可以通过切换电极开关模块的开关将正弦包络高压脉冲信号输出到多电极消融导管的不同的电极，形成多电极高压脉冲消融。

通过主控模块的设置和控制，输出的正弦包络高压脉冲信号可以是仅具有正高压脉冲的正脉冲正弦包络信号，如图2所示，该正脉冲正弦包络信号由2个完整的正脉冲正弦包络组成的基础脉冲群构成；可以是仅具有负高压脉冲的负脉冲正弦包络信号，如图3所示，该负脉冲正弦包络信号由2个完整的负脉冲正弦包络组成的基础脉冲群构成；也可以是由正脉冲正弦包络和负脉冲正弦包络组合的正负脉冲正弦包络信号，如图4所示，该正负脉冲正弦包络信号由2个完整的正负脉冲正弦包络组成的基础脉冲群构成，正脉冲正弦包络和负脉冲正弦包络对称设置。

基础脉冲群作为完成消融能量输出时候的基础单元，通过不同脉冲个数、参数、时间间隔的基础脉冲群组合，输出形成完整的消融能量。一种由多种基础脉冲群组成的单次消融能量输出图如图5所示，基础脉冲群之间的间隔至少为基础脉冲群中的高压脉冲间隔的10倍以上。由于采用了包络正弦的输出方式，可以通过带阻滤波器对正弦包络高压脉冲信号的频率进行滤除，可以在一定程度上减小高压脉冲对于诸如心电信号、磁信号、压力检测信号的干扰。

其中，电极开关模块内包含有开关阵列，主控模块输出开关选通信号，电极开关模块根据开关选通信号，切换开关阵列的开关，使得电极开关模块中的一个或多个通道可以输出正弦包络高压脉冲信号，正弦包络高压脉冲信号通过一个或多个通道输出到多电极消融导管。

多电极消融导管用于接收电极开关模块输出的一个或多个正弦包络高压脉冲信号，并将正弦包络高压脉冲信号输出到病灶点。多电极消融导管还用于采集人体心脏的电生理信号，并将人体心脏的电生理信号通过电极开关模块选通的通道输出到不应期检测模块。本实施例采集的是R波信号，并将R波信号通过电极开关模块选通的通道输出到不应期检测模块。

不应期检测模块接收主控模块的不应期检测控制指令，通过电极开关模块选通的通道，通过多电极消融导管采集人体心脏的电生理信号，从人体心脏的电生理信号中检测出心脏不应期时间段，并将心脏不应期时间段信号输出到主控模块，本实施例中，具体采集的是R波信号。

对自主心律使用R波感知的绝对不应期检测示意图如图6所示，不应期检测的步骤包括：

第一步，不应期检测模块接收主控模块的不应期检测控制指令，通过电极开关模块选通的通道和多电极消融导管，采集人体心脏自主心律R波，将R波发送给主控模块；

第二步，主控模块根据R波确定自主心律的周期起点时刻，从自主心律的周期起点时刻延迟时间段Tdelay1后，主控模块给高压脉冲模块发送高压脉冲控制指令，给电极开关模块发送通道开启指令，高压脉冲控制指令中包含了高压脉冲模块输出正弦包络高压脉冲信号的起始时刻和时间长度，通过多电极消融导管输出正弦包络高压脉冲信号，正弦包络高压脉冲信号输出的时间长度小于不应期的持续时间，同时，并且通道开启指令也使得输出通道开启状态的持续时间小于心脏不应期时间，提高安全性。

此系统还可以进行贴靠检测，通常采用阻抗检测以及压力检测的方式。通过阻抗的大小以及压力的大小进行贴靠程度的判断。其中压力检测可以采用导管内部的应变片将压力信号转化为电信号的方式实现检测。也可以通过通信信号直接得到贴靠的评估值。通过判断贴靠程度，就可以判断是否能够进行高压脉冲能量的输出。

贴靠检测的步骤包括：

多电极消融导管内的应变片将压力信号转化为电信号；

贴靠检测模块采集电信号，并将电信号的均值与预设的第一阈值和第二阈值作比较，当电信号的均值大于等于第一阈值，并且小于等于第二阈值时，输出贴靠合适信号给主控模块；

当贴靠合适信号满足预设的条件时，主控模块才控制高压脉冲模块输出正弦包络高压脉冲信号，否则，高压脉冲模块不能输出正弦包络高压脉冲信号。

贴靠检测，还可以采用光学传感器和超声传感器。

主控模块分别给高压脉冲模块、刺激信号产生单元、不应期检测模块、贴靠检测模块、电极开关模块输出控制指令，并从高压脉冲模块、不应期检测模块、贴靠检测模块、电极开关模块获取运行数据，运行数据用于人机交互。

为了更好的降低高压脉冲对外部设备如心脏三维系统或电生理记录仪的影响，高压脉冲模块还输出同步脉冲信号，这样就可以保证外部设备知晓输出高压脉冲的时刻，这样就可以让外部设备能够根据同步信号自主地在此期间对高压脉冲的干扰进行处理，如阻断高压脉冲输出与外部设备的连接，增大对高压脉冲信号的滤波。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，系统还包括刺激信号检测单元，系统框图如图7所示，包括主控模块、高压脉冲模块、贴靠检测模块、刺激信号产生单元、不应期检测模块、电极开关模块和多电极消融导管。

由于刺激信号产生单元的增加，刺激信号产生单元接收所述主控模块的控制指令，输出刺激信号到所述电极开关模块。

电极开关模块还接收刺激信号产生单元输出的刺激信号，将刺激信号通过一个或多个通道输出到多电极消融导管。

多电极消融导管接收刺激信号，将刺激信号输出到心脏，并采集人体心脏的电生理信号，并将人体心脏的电生理信号通过电极开关模块选通的通道输出到所述不应期检测模块。

主控模块还给刺激信号产生单元输出控制指令，并从刺激信号产生单元获取运行数据。

不应期检测模块还可以接收主控模块的不应期检测控制指令，通过电极开关模块选通的通道，并通过多电极消融导管采集人体心脏的电生理信号，从人体心脏的电生理信号中检测出心脏不应期时间段，并将心脏不应期时间段信号输出到主控模块，一般地，将起搏信号作为刺激信号，通过检测自主心律R波来和起搏信号来确定自主心律的周期起点时刻，从自主心律的周期起点时刻延迟时间段Tdelay2后，主控模块给高压脉冲模块发送高压脉冲控制指令，给电极开关模块发送通道开启指令，高压脉冲控制指令中包含了高压脉冲模块输出正弦包络高压脉冲信号的起始时刻和时间长度，通过多电极消融导管输出正弦包络高压脉冲信号，正弦包络高压脉冲信号输出的时间长度小于不应期的持续时间，同时，并且通道开启指令也使得输出通道开启状态的持续时间小于心脏不应期时间，提高安全性。

对于自主心律不太符合R波感知要求的病人，可以利用起搏技术产生起搏心律并结合R波感知实现绝对不应期检测。利用起搏技术产生起搏心律并结合R波感知实现绝对不应期检测示意图如图8所示。

不应期检测的步骤包括：

第一步，刺激信号产生单元根据主控模块的刺激信号控制指令，输出起搏信号到电极开关模块，起搏信号通过一个或多个通道输出到多电极消融导管，多电极消融导管将起搏信号传输给心脏；

第二步，不应期检测模块接收主控模块的不应期检测控制指令，通过电极开关模块选通的通道和多电极消融导管，采集人体心脏的R波和起搏信号，将起搏信号和R波发送给主控模块；

第三步，主控模块根据起搏信号和R波确定起搏心律的周期起点时刻，从起搏心律的周期起点时刻延迟时间段Tdelay2后，主控模块给高压脉冲模块发送高压脉冲控制指令，给电极开关模块发送通道开启指令，通过多电极消融导管输出正弦包络高压脉冲信号，正弦包络高压脉冲信号输出的时间长度小于不应期的持续时间。

刺激信号产生单元输出刺激信号作为起搏信号，只是用于实现心脏起搏信号输出的一种方式，用于确定起搏心律的周期起点时刻的起搏信号，也可以用其他设备产生。

实施例2的其他系统结构和实施步骤和实施例1相同，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，包括主控模块、高压脉冲模块、贴靠检测模块、不应期检测模块、电极开关模块和多电极消融导管，

所述高压脉冲模块接收所述主控模块输出的控制信号，在心脏不应期时间段内输出正弦包络高压脉冲信号到所述电极开关模块；

所述电极开关模块接收所述正弦包络高压脉冲信号，所述电极开关模块还接收所述主控模块输出的信号选通控制信号，根据所述信号选通控制信号打开一个或多个通道的开关，使得所述正弦包络高压脉冲信号通过一个或多个通道输出到所述多电极消融导管；所述电极开关模块还将所述多电极消融导管采集的人体心脏的电生理信号，通过选通的通道输出到所述不应期检测模块；

所述多电极消融导管接收所述电极开关模块输出的一个或多个所述正弦包络高压脉冲信号，并将所述正弦包络高压脉冲信号输出到病灶点，所述多电极消融导管还采集人体心脏的电生理信号，并将所述人体心脏的电生理信号通过所述电极开关模块选通的通道输出到所述不应期检测模块；

所述正弦包络高压脉冲信号包括多个基础脉冲群，所述基础脉冲群包括正高压脉冲群、负高压脉冲群、正负高压脉冲群，

构成所述正高压脉冲群的脉冲信号为正高压脉冲信号；

构成所述负高压脉冲群的脉冲信号为负高压脉冲信号；

构成所述正负高压脉冲群的脉冲信号为正高压脉冲信号和负高压脉冲信号的组合；

所述多个基础脉冲群之间的时间间隔为所述高压脉冲信号高压脉冲间隔时间的10倍以上；

所述不应期检测模块接收所述主控模块的不应期检测控制指令，通过所述电极开关模块选通的通道和所述多电极消融导管采集人体心脏的电生理信号，从所述人体心脏的电生理信号中检测出心脏不应期时间段，并将心脏不应期时间段信号输出到所述主控模块；

所述贴靠检测模块接收所述主控模块的贴靠检测指令，检测所述多电极消融导管与病灶点的贴靠程度，输出贴靠信号到所述主控模块；

所述主控模块分别给所述高压脉冲模块、不应期检测模块、贴靠检测模块、电极开关模块输出控制指令，并从所述高压脉冲模块、不应期检测模块、贴靠检测模块、电极开关模块获取运行数据，所述运行数据用于人机交互。

2.如权利要求1所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，所述高压脉冲模块包括：高压直流电源和高压脉冲发生电路，

所述高压直流电源接收交流供电电源，将所述交流供电电源通过第一级整流滤波、逆变、隔离和第二级整流滤波，输出高压直流输出信号到所述高压脉冲发生电路的输入端；

所述高压脉冲发生电路接收所述高压直流输出信号，将所述高压直流输出信号转换为高压脉冲信号，所述高压脉冲信号与正弦包络信号叠加，输出正弦包络高压脉冲信号。

3.如权利要求2所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，所述高压脉冲发生电路包括Marx电路、Blumlein电路，将所述高压直流输出信号转换为高压脉冲信号，所述高压脉冲信号包括正高压脉冲信号、负高压脉冲信号、正负高压脉冲信号。

4.如权利要求3所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，所述高压脉冲信号的脉宽、幅值、时间间隔可调，所述正弦包络高压脉冲信号的频率可调，所述频率范围是1Hz~20MHz。

5.如权利要求1所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，不应期检测的方式包括：通过自主心律R波检测、通过起搏信号结合R波检测。

6.如权利要求5所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，所述通过自主心律R波检测的步骤包括：

第一步，所述不应期检测模块接收所述主控模块的不应期检测控制指令，通过所述电极开关模块选通的通道，接收所述多电极消融导管采集的人体心脏电生理信号，将所述人体心脏电生理信号发送给所述主控模块，所述人体心脏电生理信号包括R波；

第二步，从所述人体心脏电生理信号的周期起点时刻延迟时间段Tdelay1后，所述主控模块给所述高压脉冲模块发送高压脉冲控制指令，给所述电极开关模块发送通道开启指令，在所述高压脉冲控制指令和通道开启指令的控制下，所述正弦包络高压脉冲信号通过所述多电极消融导管输出，所述正弦包络高压脉冲信号输出的时间长度小于不应期的持续时间。

7.如权利要求1-6任一所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，所述贴靠检测模块采用检测电阻的方式或检测压力的方式，获取贴靠检测参数，贴靠检测的步骤包括：

所述多电极消融导管内的应变片将压力信号转换为电信号；

所述贴靠检测模块采集所述电信号，并将所述电信号的均值与预设的第一阈值和第二阈值作比较，当所述电信号的均值大于等于第一阈值，并且小于等于第二阈值时，输出贴靠合适信号给所述主控模块，所述主控模块根据所述贴靠合适信号控制所述高压脉冲模块输出所述正弦包络高压脉冲信号。

8.如权利要求7所述的一种用于心脏消融的高压脉冲系统，其特征在于，所述高压脉冲模块还输出同步脉冲信号，在所述正弦包络高压脉冲信号输出的时刻，输出所述同步脉冲信号到外部设备。

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