CN111134837A - 具有可选择面积的无关电极 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有可选择面积的无关电极”。公开了一种系统，该系统包括无关电极、电切换电路和处理器。被配置用于放置在患者的身体上的无关电极包括彼此电绝缘的多个导电子电极。电切换电路被配置成接收指定子电极的选定子集的控制信号，并且响应于电连接该选定子集，以便闭合穿过患者的身体的电路。处理器被配置成确定无关电极的所需表面积、选择一起具有所需表面积的子电极的子集、并且指示电切换电路电连接子电极的选定子集。

Description

具有可选择面积的无关电极
技术领域
本发明整体涉及牵涉电流通过生物组织的医疗手术，并且具体地涉及工具，诸如射频(RF)消融、烧灼、解剖和/或切割工具。
背景技术
提出了用于临床应用的各种射频(RF)消融系统。例如，美国专利申请公布2009/0171345描述了与RF消融发生器一起使用的导管和贴片电极系统，该系统具有用于改善阻抗测量的四线接口。四线接口包括一对源连接器(在该一对源连接器上产生激发信号)和一对感测连接器线(在该一对感测连接器线上测量阻抗)。RF消融发生器还可在源线和无关返回贴片电极上产生消融信号。该导管包括具有远侧端部的轴，其中消融尖端电极设置在远侧端部处。源引线电耦合到尖端电极。任选的感测引线也电耦合到尖端电极。该系统还包括源返回电极和感测返回电极(例如，皮肤贴片)，它们中的任一者或没有一者可与无关返回组合，并且如果使用，则可将其放置在患者的相对侧上以改善性能。阻抗传感器电路在源连接器上产生激发信号，该激发信号随后被传送到尖端电极，行进穿过复合负载(组织体积)，并且经由贴片电极返回至发生器。通过观察由激发信号引起的在感测连接器上的电压降来测量阻抗。
又如，美国专利申请公布2008/0021446描述了一种内部无关电极装置，其包括柔性轴、被适配为插入支撑在轴上的主体中的能量传输装置、以及被适配为与电源设备的电源返回连接器配合的连接器。示例性内部无关电极设置有八个间隔的电极，所述八个间隔的电极一起作用为大的单个无关返回电极，从而消除对常规外部贴片电极的需要。无关贴片电极连接到电外科单元的一对电源返回连接器。多个电极全部短接在一起或在两个返回连接器中的一个返回连接器处短接在一起。
发明内容
本发明的实施方案提供包括无关电极、电切换电路和处理器的系统。被配置用于放置在患者的身体上的无关电极包括彼此电绝缘的多个导电子电极。电切换电路被配置成接收指定子电极的选定子集的控制信号，并且响应于电连接该选定子集，以便闭合穿过患者的身体的电路。处理器被配置成确定无关电极的所需表面积、选择一起具有所需表面积的子电极的子集、并且指示电切换电路电连接子电极的选定子集。
在一些实施方案中，处理器被配置成基于来自阻抗测量的指示来确定所需表面积。
在一些实施方案中，处理器被配置成基于来自用户的输入来确定所需表面积。
在一个实施方案中，处理器被配置成在基于导管的射频(RF)消融手术期间自动调节无关电极的表面积。
在另一个实施方案中，处理器被配置成在基于探针的RF烧灼手术期间自动调节无关电极的表面积。
在一些实施方案中，子电极包括同心导电环。
在一些实施方案中，子电极具有形成二进制序列的相应面积。
在一个实施方案中，控制信号包括二进制字，其中每个比特指定相应子电极是否待被激活。
根据本发明的一个实施方案，还提供了一种方法，该方法包括将无关电极放置在患者的身体上，该无关电极包括彼此电绝缘的多个导电子电极。确定无关电极的所需表面积。选择一起具有所需表面积的子电极的子集。子电极的选定子集被电连接，以便闭合穿过患者的身体的电路。
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的基于导管的心脏消融系统的示意性图解，该系统包括无关电极；
图2是根据本发明的实施方案的图1的消融系统的元件和无关电极的详细视图；并且
图3是根据本发明的实施方案的示意性地示出用于选择无关电极的面积的方法的算法的流程图。
具体实施方式
概述
在射频(RF)消融或电烧灼治疗期间，可能需要精确量的电能以在患者的器官中的给定位置处耗散。在典型的基于导管的消融(例如，神经切除)或侵入性烧灼(例如，密封出血动脉)手术中，将包括RF消融或烧灼电极的探针插入器官中，并且使电极与待消融的给定位置接触。在电极与附接至患者的皮肤的外部返回电极(也称为无关电极)之间应用RF脉冲。
在给定位置处耗散的RF能量的量取决于由无关电极提供的阻抗。该阻抗取决于各种因素，包括在患者的身体上附接无关电极的位置、患者到患者的变化、以及无关电极的激活面积。除非考虑，否则无关电极的电阻抗可因此在相对较大范围内变化，并且这种变化可导致与射频消融或烧灼能量在体内耗散的方式和确切位置(例如，到组织中的深度如何)相关的非期望的临床副作用。
如上所述，由于无关电极所提供的阻抗取决于电极所附接的身体上的位置，因此在消融或烧灼之前，想要控制阻抗读数的医师可能需要将无关电极贴片移位到患者的身体上的不同位置，以尝试获得所期望的阻抗。
例如，在心脏消融手术中，通常将无关电极放置在患者的躯干上，但作为另外一种选择，电极可放置在大腿上。这种放置搜索例程需要额外的时间，并且导致一定程度的不确定性，因为医师不知道放置贴片的确切位置。如果粘合剂在过程期间受到损害，则该贴片也可能需要更换。
下文描述和示出的本发明的实施方案提供了具有可选择面积的无关电极，其可用于实现更一致的RF消融或烧灼。虽然本文所述的实施方案主要是指心脏RF消融，但所公开的技术可用于各种工具和手术中，例如用于烧灼、解剖和/或切割。在本发明的上下文中，术语“烧灼”意味着是指解剖、切割和类似手术。
在一个实施方案中，在第一次消融或烧灼之前，RF消融/烧灼系统的处理器选择待被激活(即，待进行电接触)的无关电极的适当量的表面积。例如，如果医师将无关电极直接放置在患者的心脏之上，则处理器选择待被激活的小面积。如果医师将无关电极放置在患者的大腿上，则处理器选择待被激活的大面积。
在一些实施方案中，所公开的无关电极被分成彼此电绝缘的多个导电板(也称为子电极)。在一个实施方案中，处理器指示被包括在RF消融/烧灼系统中的电切换电路将板中的一个或多个板电连接到RF发生器，以便实现所需表面积，如例如由RF消融/烧灼系统的处理器所确定的。
在一些实施方案中，处理器被配置成基于来自阻抗测量的指示来估计所需表面积。在一个实施方案中，在导管/探针的无关电极与消融/烧灼电极之间测量阻抗。在另一个实施方案中，在手术开始时激活无关电极的多个分离的子电极，以在第一次消融/烧灼之前并且在患者接收将改变设置阻抗的显著盐水之前使给定的起始阻抗标准化。
在一些实施方案中，所公开的无关电极被分成多个同心环电极。每个同心电极环的面积是紧邻其内部的环的面积的两倍，并且该环通过由处理器控制的切换电路独立地布线到RF消融/烧灼发生器(即，每个环电极可独立地电连接)。
例如，如果最小电极的面积为“AR”，并且无关电极包括如上所述的总共八个同心电极板环，则因此可通过选择不同的环而在1*AR至255*AR的范围内选择无关电极的实际面积。在该方案中，八个面积各自独立地布线到RF发生器，产生255个不同的表面积值，范围为1*AR至255*AR，分辨率为1*AR。通过使每个环的表面积两倍于紧邻其内部的电极的表面积，使连接到电极的线的数量最小化，同时使可选择面积的范围以及离散面积选择的数量最大化。
处理器被编程在包含特定算法的软件中，该算法使得处理器能够执行上述处理器相关的步骤和功能中的每一个。
因此，所公开的具有可选择面积的无关电极能够精确地选择返回电极(无关电极)的阻抗，这可分别改善RF消融手术或RF电烧灼手术(诸如心脏RF消融或脑血管RF电烧灼手术)的精确性和稳定性，从而改善功效和安全性。
系统说明
图1是根据本发明的实施方案的基于导管的心脏消融系统的示意性图解，该系统包括无关电极。图1描绘了医师28使用消融导管22对患者26执行单极消融手术。
在该手术中，医师28首先将导管22的远侧末端40插入患者26中，然后将远侧末端40导航到待消融的组织。例如，医师可以推进远侧末端穿过患者26的脉管系统，直到远侧末端与位于患者26的心脏24内的组织接触。
接下来，当远侧末端40接触组织时，医师致使射频(RF)电流在远侧末端40上的一个或多个电极与无关(即，中性)电极贴片30之间传递，该无关电极贴片在外部联接到受试者，例如联接到受试者的背部。
在使RF电流穿过无关电极贴片30之前，处理器36选择在该电极上待被激活的无关电极贴片30的适当量的表面积，以便优化消融，如下文进一步所述。
通常，导管22连接到包括控件35的控制台34，医师使用该控件来控制消融电流的参数。具体地讲，响应于医师28对控件35的操纵，处理器36可以通过将合适的指令输出至生成电流的RF发生器32来调节消融电流的参数。如图所示，无关电极贴片30经由电切换电路33连接到RF发生器32，该电切换电路能够经由缆线42选择无关电极30的面积，如下所述。在一些实施方案中，系统20还包括显示器38，并且处理器36致使显示器38在手术期间向医师28显示相关输出。
尽管图1中示出了特定类型的手术，但应当指出的是，本文所述的实施方案可应用于任何合适类型的手术，该手术需要具有可选择面积的无关电极，诸如例如电外科手术。
处理器36通常包括通用计算机，该通用计算机被编程在软件中，以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者该软件可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。具体地，处理器36运行如本文所述的专用算法，包括在图3中，该算法使得处理器36能够执行所公开的步骤。
具有可选择面积的无关电极
图2是根据本发明的实施方案的图1的消融系统20的元件和无关电极30的详细视图。如图所示，RF发生器32在导管22的远侧末端40上的消融电极50与返回无关电极30之间递送RF电流，该返回无关电极经由另一个引线连接回到RF发生器32。电极30经由包括继电器55的切换电路33连接到RF发生器32。继电器55的单个继电器由处理器36控制，并且处理器36的指令作为控制信号被接收在切换电路33中。在一个实施方案中，电切换电路接收来自RF发生器32的控制信号。
在本示例中，无关电极30包括以同心几何形状彼此围绕的八个子电极300-307。每个子电极的面积是下一个内部子电极的面积的两倍。换句话讲，子电极307的面积是子电极306的面积的两倍，子电极306的面积是子电极305的面积的两倍，等等。
基于所需的激活面积，从1*AR至255*AR，其中AR为无关电极30的最内侧子电极300的面积，处理器36引导八个继电器55中的每一个将无关电极30的八个相应环中的一个与RF发生器32连接或断开。
在一个实施方案中，所期望的面积能够以二进制格式表示，即，如果期望170*AR的面积，则十进制格式的170被转换为二进制10101010，其直接对应于布线示意图(例如，其中面积128*AR的最外侧环307被连接，面积64*AR的下一个内环306被断开，32*AR的下一个内环305被连接，16*AR的下一个内环304被断开，面积8*AR的下一个内环303被连接，4*AR的下一个内环302被断开，2*AR的下一个内环301被连接，并且最内侧面积AR 300被断开)。
图2中所示的示例性示意图完全是为了概念清晰而选择的。例如，无关电极30的实际形状可为椭圆形或甚至非同心的，诸如包括通过交错矩形板电极制成的网格的构型。然而，所公开的实施方案(其中每个电极的尺寸为前一个电极的尺寸的两倍)允许需要最少连接的具有均匀步长的最大数量的面积。又如，使用继电器的切换方法以举例的方式提出，而可使用其他切换装置，诸如例如切换二极管。
图3是根据本发明的实施方案的示意性地示出用于选择无关电极的面积的方法和算法的流程图。根据本发明的实施方案的算法执行以处理器36开始的过程，该过程在阻抗确定步骤52处确定无关电极贴片30的位置的最佳RF阻抗。例如，基于在无关电极30与消融导管22的电极50之间测量的阻抗来确定最佳阻抗。接下来，在电极面积选择步骤54处，处理器36使用专用算法来选择待被激活的无关电极贴片30的适当量的表面积。
在第一次消融之前，处理器可选择在无关电极上待被激活的适当量的表面积，这允许手术起始阻抗更一致。如果医师将无关电极直接放置在患者的心脏之上，则处理器然后选择待被激活的小面积。如果医师将无关电极放置在患者的大腿上，则处理器然后选择待被激活的大面积。
取决于发生器，通常可允许的起始阻抗在50Ω和250Ω之间的范围内。在临床上，典型值比上述范围窄，但基于实验室在患者身上应用无关电极的位置，平均而言，在医院地点之间仍存在>50Ω的差值。从患者到患者，由于身体大小、血液传导性、皮肤传导性等，也可能存在一些可变性。
一旦导管位于心脏中，处理器就通过贴片面积的各种组合为手术选择所期望的无关电极起始阻抗。这可例如紧接在第一次消融之前完成。在一个实施方案中，发生器连接给定面积值AR，测量阻抗，然后连接面积值255*AR并重新测量阻抗。介于值之间的线性插值为下一个待尝试的面积(例如，133*AR)提供了良好的预测。在两个极值的133*AR之间的新线性插值之后，提供对尝试的新值的附加预测。在几次尝试中，处理器应能够确定可用255选项中的最佳选择，从而减小起始阻抗的可变性。
在一个实施方案中，处理器36在手术期间重新选择贴片面积。例如，发生器可在每次消融之前尝试使阻抗标准化。在优化贴片阻抗的同时，导管漂浮在血液中以提供更一致的测量，否则，如果导管正在接触组织，则其所接触的组织类型以及有多少表面积被接触可改变所测量的阻抗。
接下来，医师28开始对患者26的心脏消融治疗，该治疗包括调节，诸如对导管在心脏24内的接触位置的调节。该调节改变了初始电设置，基于该初始电设置，在步骤52处初始选择无关电极面积。处理器36例如通过在选定面积验证步骤56处接收阻抗读数来监测电设置。如果选定面积是无效的，则选择过程通过返回至步骤52来重复。如果选定面积是有效的，则消融过程继续而不调节无关电极30面积等，直到消融治疗结束。
图3所示的示例性流程图完全是为了概念清晰而选择的。本发明实施方案还包括算法的附加步骤，诸如应用冲洗，其已为了提供更简化的流程图而有意地从本文的公开内容中省略。
虽然本文描述的实施方案主要解决心脏应用，但本文描述的方法和系统也可以用于其他应用，诸如神经学、耳鼻喉科学、肾脏学以及利用RF消融或烧灼工具的普通外科中。
因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。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它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。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，不同的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，则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims (16)

1.一种系统，包括：
无关电极，所述无关电极被配置用于放置在患者的身体上，所述无关电极包括彼此电绝缘的多个导电子电极；
电切换电路，所述电切换电路被配置成接收指定所述子电极的选定子集的控制信号，并且响应于电连接所述选定子集，以便闭合穿过所述患者的所述身体的电路；和
处理器，所述处理器被配置成：
确定所述无关电极的所需表面积；
选择一起具有所述所需表面积的所述子电极的所述子集；以及
指示所述电切换电路电连接所述子电极的所述选定子集。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成基于来自阻抗测量的指示来确定所述所需表面积。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成基于来自用户的输入来确定所述所需表面积。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成在基于导管的射频(RF)消融手术期间自动调节所述无关电极的所述表面积。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成在基于探针的RF烧灼手术期间自动调节所述无关电极的所述表面积。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述子电极包括同心导电环。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述子电极具有形成二进制序列的相应面积。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制信号包括二进制字，其中每个比特指定相应子电极是否待被激活。
9.一种方法，包括：
将无关电极放置在患者的身体上，所述无关电极包括彼此电绝缘的多个导电子电极；
确定所述无关电极的所需表面积；
选择一起具有所述所需表面积的所述子电极的子集；以及
电连接所述子电极的所述选定子集，以便闭合穿过所述患者的所述身体的电路。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述所需表面积包括基于来自阻抗测量的指示来确定所述所需表面积。
11.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述所需表面积包括基于来自用户的输入来确定所述所需表面积。
12.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述所需表面积包括在基于导管的射频(RF)消融手术期间自动调节所述无关电极的所述表面积。
13.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述所需表面积包括在基于探针的RF烧灼手术期间自动调节所述无关电极的所述表面积。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述子电极包括同心导电环。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述子电极具有形成二进制序列的相应面积。
16.根据权利要求15所述的方法，其中接收所述控制信号包括接收二进制字，其中每个比特指定相应子电极是否待被激活。
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