CN113995497A - 在心脏不应期间自动执行不可逆电穿孔消融 - Google Patents

在心脏不应期间自动执行不可逆电穿孔消融 Download PDF

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Abstract

本发明的主题是“在心脏不应期间自动执行不可逆电穿孔消融”。本发明公开了一种方法，该方法包括将消融导管插入患者心脏中的消融位点中。采集多个心电图(ECG)信号。基于所采集的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期。在所检测到的不应期期间使用所述消融导管消融所述消融位点。

Description

在心脏不应期间自动执行不可逆电穿孔消融
技术领域
本发明整体涉及组织消融，并且具体地涉及用于在不可逆电穿孔消融规程中改善患者安全性的方法和系统。
背景技术
用于通过施加不可逆电穿孔(IRE)脉冲来消融心脏组织的各种技术在本领域中是已知的。
例如，美国专利号10,531,914描述了一种用于通过施加至少一个脉冲串的脉冲场能量来消融组织的方法。该方法包括将具有预定频率的脉冲串的能量递送到心脏组织。
美国专利号10,322,286描述了一种包括脉冲波形发生器和耦接到脉冲波形发生器的消融装置的系统。消融装置包括至少一个电极，该至少一个电极被配置用于使用期间的消融脉冲向组织的递送。脉冲波形发生器被配置成将电压脉冲以脉冲波形的形式递送到消融装置。
发明内容
本文所述的本发明的实施方案提供了一种方法，所述方法包括将消融导管插入患者心脏中的消融位点中。使用所述导管采集多个心电图(ECG)信号。基于所采集的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期。在所检测到的不应期期间使用所述消融导管消融所述消融位点。
在一些实施方案中，采集所述多个ECG信号包括采集以下中的至少一者：(i)所述消融位点处的心内(IC)ECG信号；以及(ii)身体表面(BS)ECG信号。在其它实施方案中，检测所述不应期包括：在所采集的ECG信号中的至少一者中指示窦性节律。
在一个实施方案中，消融所述消融位点包括：在所检测到的不应期期间向所述消融位点处的组织施加一个或多个不可逆电穿孔(IRE)脉冲。在另一个实施方案中，施加所述一个或多个IRE脉冲包括：响应于接收到所述ECG信号中指示窦性节律的至少一者，控制IRE脉冲发生器以及向所述组织施加所述IRE脉冲。
根据本发明的实施方案，另外提供了一种包括一个或多个电极和处理器的系统。所述一个或多个电极被配置成感测患者心脏的多个心电图(ECG)信号。所述处理器被配置成基于所采集的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期，并且在所检测到的不应期期间控制消融位点处的消融。
在一些实施方案中，所述电极包括：(i)至少第一电极，所述至少第一电极被装配在导管上并且被配置成感测所述消融位点处的心内(IC)ECG信号；以及(ii)第二电极，所述第二电极耦接到患者的体表并且被配置成感测所述患者心脏的身体表面(BS)ECG信号。在其它实施方案中，所述处理器被配置成基于所述ECG信号中指示窦性节律脉冲的至少一者来检测所述不应期。在其它实施方案中，所述系统包括不可逆电穿孔(IRE)脉冲发生器，所述不可逆电穿孔(IRE)脉冲发生器被配置成在所检测到的不应期期间向所述消融位点处的组织施加IRE脉冲。
在一个实施方案中，所述IRE脉冲发生器被配置成在一对所述电极之间施加一个或多个双极IRE脉冲，所述一对所述电极与所述消融位点处的组织接触。在另一个实施方案中，所述一个或多个电极中的至少一个电极被装配在导管上并且被配置成执行以下中的至少一者：(i)感测所述消融位点处的心内ECG信号；以及(ii)向所述消融位点处的组织施加一个或多个不可逆电穿孔(IRE)脉冲。
根据本发明的实施方案，还提供了一种系统，所述系统包括：(i)接口，所述接口被配置成接收患者心脏的多个心电图(ECG)信号；以及(ii)处理器，所述处理器被配置成基于所接收的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期，并且在所检测到的不应期期间控制消融位点处的消融。
附图说明
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：
图1为根据本发明的示例性实施方案的基于导管的定位-跟踪和不可逆电穿孔(IRE)消融系统的示意性图解；以及
图2为根据本发明的示例性实施方案的示意性地示出用于在心脏不应期期间自动执行IRE消融的方法的流程图。
具体实施方式
概述
不可逆电穿孔(IRE)可用于例如通过使用高电压施加的脉冲消融组织细胞来治疗心律失常。当跨膜电势超过阈值时会发生细胞破坏，从而导致细胞死亡并且形成病变。在基于IRE的消融规程中，向例如与要消融的组织接触的一对电极施加高电压双极电脉冲，以便在电极之间形成病变，并由此治疗患者心脏中的心律失常。
尤其通过由心脏的窦房结发起的电激活脉冲来确定患者心脏的节律。因此，同时施加IRE脉冲和激活脉冲可干扰心律，并且因此对患者有害。
下文所述的本发明的实施方案提供了用于在窦房结的电激活脉冲之间的不应期期间施加一个或多个IRE脉冲的改进技术。
在一些实施方案中，医师将消融导管插入患者心脏中具有打算消融的组织的消融位点中。消融导管包括与消融位点处的心脏组织接触的至少一对电极。
该对电极(在本文中也称为第一电极)被配置成在患者心脏的消融位点处采集心内(IC)心电图(ECG)信号，并且还被配置成向位于该对的两个电极之间的心脏组织施加双极IRE脉冲。
在一些实施方案中，第二组多个电极耦接到例如患者皮肤，以便从患者心脏采集身体表面(BS)ECG信号。
在一些实施方案中，处理器被配置成接收IC ECG信号和BS ECG信号两者，并且检查所采集的ECG信号中的一者或多者是否处于窦房结的节律。响应于识别处于窦房结的节律的一个或多个IC ECG信号和/或BS ECG信号，处理器被配置成检测患者心脏的不应期，并且控制IRE脉冲发生器(IPG)以在所检测到的不应期期间(经由至少一对第一电极)向消融位点施加一个或多个IRE脉冲。需注意，上述整个过程自动实施，而例如无需医师的干预，然而，医师可具有用于干预的手段，并且如果需要的话，可具有用于调整或中止IRE消融规程的手段。
本发明所公开的技术通过以下方式改善了组织消融的质量和安全性：防止在窦房结施加激活脉冲的同时向组织施加IRE脉冲的事件，以及确保IRE脉冲在不应期期间施加到消融位点的组织。此外，本发明所公开的技术为医师减去了与执行IRE规程相关联的一些负担，并且允许他/她监测IRE规程的质量。
系统描述
图1为根据本发明的实施方案的基于导管的定位-跟踪和不可逆电穿孔(IRE)消融系统20的示意性图解。
现在参考插图25。在一些实施方案中，系统20包括可偏转尖端区段40，该可偏转尖端区段被装配在导管21的轴22的远侧端部22a处，其中可偏转尖端区段40包括多个电极50。
在本文所述的实施方案中，电极50被配置成感测心内(IC)心电图(ECG)信号，并且可另外用于心脏26的左心房组织的IRE消融，诸如心脏26中的肺静脉(PV)的口51的IRE消融。需注意，本文所公开的技术以必要的变更适用于心脏26的其它区段(例如，心房或心室)，并且适用于患者28的其它器官。
现在参考回到图1的总体视图。在一些实施方案中，导管21的近侧端部连接到控制台(control console)24(为了简明起见，在本文中也称为控制台(console)24)，该控制台包括消融功率源，在本示例中为IRE脉冲发生器(IPG)45，该IRE脉冲发生器被配置成递送在数十千瓦(kW)的范围内的峰值功率。控制台24包括切换箱46，该切换箱被配置成将由IPG45施加的功率切换到所选择的一对或多对电极50。序列IRE消融协议可存储在控制台24的存储器48中。
在一些实施方案中，医师30将轴22的远侧端部22a通过护套23插入躺在工作台29上的患者28的心脏26中。医师30通过使用靠近导管21的近侧端部定位的操纵器32操纵轴22来将轴22的远侧端部22a导航到心脏26中的目标位置。在远侧端部22a的插入期间，可偏转尖端区段40由护套23保持在伸直构型中。通过将尖端区段40包含在伸直构型中，护套23还用于在医师30将导管21通过患者28的脉管系统移动到心脏26中的目标位置(诸如消融位点)时使血管创伤最小化。
一旦轴22的远侧端部22a已到达消融位点，医师30就回缩护套23并且使尖端区段40偏转，并且进一步操纵轴22以将设置在尖端区段40之上的电极50放置成与消融位点处的口51接触。在本示例中，消融位点包括心脏26的一个或多个PV，但在其它实施方案中，医师30可选择任何其它合适的消融位点。
在一些实施方案中，电极50通过穿过轴22的导线连接到处理器41，该处理器被配置成使用控制台24的接口电路44控制切换箱46。
如插图25中进一步所示，远侧端部22a包括位置跟踪系统的位置传感器39，该位置传感器例如在尖端区段40处耦接到远侧端部22a。在本示例中，位置传感器39包括磁位置传感器，但在其它实施方案中，可使用(例如，除基于磁性的传感器之外的)任何其它合适类型的位置传感器。在远侧端部22a在心脏26中的导航期间，处理器41响应于来自外部场发生器36的磁场，接收来自磁位置传感器39的信号，例如，用于测量尖端区段40在心脏26中的位置，并且任选地，用于将覆盖在心脏26的图像上的跟踪位置显示在控制台24的显示器27上。磁场发生器36放置在患者28外部的已知位置处，例如，在工作台29下方。控制台24还包括被配置成驱动磁场发生器36的驱动电路34。
使用外部磁场的位置感测方法在各种医疗应用中实现，例如，在由BiosenseWebster Inc.(加利福尼亚州尔湾(Irvine,Calif.))生产的CARTOTM系统中实现，并且详细地描述于美国专利号5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089、PCT专利公布WO 96/05768以及美国专利申请公布号2002/0065455 A1、2003/0120150A1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。
通常，控制台24的处理器41包括通用计算机的通用处理器，具有合适的前端和接口电路44，以用于接收来自导管21的信号，以及用于经由导管21将消融能量施加在心脏26的左心房，并用于控制系统20的其它部件。处理器41通常包括系统20的存储器48中的软件，该软件被编程为实施本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其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。
在心脏不应期期间执行不可逆电穿孔消融
不可逆电穿孔(IRE)(也称为脉冲场消融(PFA))可以用作微创治疗模态，以通过向组织施加高压脉冲来杀死消融位点处的组织细胞。在本示例中，IRE脉冲可用于杀死心肌组织细胞，以便治疗心脏26中的心律失常。当跨膜电势超过阈值时会发生细胞破坏，从而导致细胞死亡，并且因此导致组织病变的发展。因此，特别感兴趣的是使用高压双极电脉冲(例如，使用与消融位点处的组织接触的一对电极50)产生(例如，高于特定阈值的)高电场来杀死位于电极之间的组织细胞。
在本公开的上下文中，“双极”电压脉冲意指施加在导管21的两个电极50之间的电压脉冲(例如与例如在射频消融期间由导管电极相对于不位于导管上的一些公共接地电极施加的单极脉冲相反)。
为了在心脏26的相对大的组织区域(诸如肺静脉(PV)的口的周长或任何其它合适的器官)上实现IRE消融，有必要使用在可偏转尖端区段40中具有多个电极50的导管21的多对电极50。为了使所产生的电场在大的组织区域上尽可能在空间上均匀，最好选择具有重叠场或至少彼此相邻的场的成对电极50。然而，存在伴随着IRE产生的场的焦耳加热部件，并且此加热可在多对电极50连续地用于递送IRE脉冲序列时损坏电极。
在一个实施方案中，系统20包括图1的示例中所示的如通过穿过缆线37的导线附接到患者28的胸部和肩部的表面电极38。在一些实施方案中，表面电极38被配置成响应于心脏26的跳动来感测身体表面(BS)ECG信号。BS ECG信号的采集可使用附接到身体表面的导电垫或任何其它合适的技术来实施。任何一对电极38可测量两个对应的附接位置之间的电势差。这样的一对形成引线。然而，“引线”也可在物理电极和虚拟电极(称为威尔逊中心端子)之间形成。例如，附接到身体的十个电极38用于形成12个ECG引线，其中每个引线测量心脏26中的特定电势差。如图1所示，表面电极38附接到患者28的胸部和肩部，然而，另外的表面电极38可附接到患者28的其它器官，诸如肢体。在本公开的上下文和权利要求中，在表面电极38之间测量的电势差在本文中称为身体表面(BS)ECG信号。
在心脏26中，窦性节律是其中心肌的去极化在窦房结处开始的任何心律。窦性节律的特征在于在ECG上存在正确取向的P波。窦性节律对于心脏内的正常电活动是必要但非充分的。在动作电势(例如，通过窦房结)发起之后，心脏26的心肌细胞无法在一定持续时间内发起另一个动作电势。此时间段在本文中称为不应期，其持续时间为约250ms并且有助于保护心脏。
在一些实施方案中，电极50被配置成感测前述IC ECG信号，并且(例如，同时)表面电极38正在感测BS ECG信号。
在一些实施方案中，处理器41被配置成接收来自表面电极38的身体表面(BS)ECG信号以及来自电极38的心内(IC)ECG信号。处理器41还被配置成检查IC ECG信号或BS ECG信号是否处于窦房结的节律。
在一些实施方案中，如果所采集的ECG信号中的任一者都不处于窦房结的节律，则处理器41随时间推移继续接收和分析另外的IC ECG信号和BS ECG信号。
在一些实施方案中，基于所采集的BS ECG信号和IC ECG信号，并且响应于处于窦房结的节律的ECG信号，处理器41被配置成检测心脏26的不应期。需注意，出于安全原因，允许在不应期期间而不是在发起动作电势期间施加IRE脉冲。
在一些实施方案中，处理器41被配置成控制IPG 45以经由由切换箱46选择的一对或多对电极50向心脏26的消融位点处的组织施加一个或多个IRE脉冲。例如，医师30可以例如通过按压脚踏开关向处理器21发送命令以激活IPG 45(或者可以直接激活IPG 45的控制器)。处理器41被配置成接收分别来自电极50和38的IC ECG信号和BS ECG信号，并且在ICECG信号和/或BS ECG信号中的至少一者指示窦性节律时控制IPG 45以在所检测到的不应期施加IRE脉冲。换句话讲，当检测到心脏26的不应期时，处理器41控制IPG 45以向心脏26的消融位点的组织施加IRE脉冲。
在一些实施方案中，处理器41被配置成自动实施IRE消融规程。在此类实施方案中，处理器41被配置成控制：(i)从心脏26采集的IC ECG信号和BS ECG信号的数量和质量；(ii)用于(在一个或多个不应期期间)向组织施加IRE脉冲的定时；以及(iii)所施加的IRE脉冲的至少一些参数。需注意，在定位与消融位点处的组织接触的至少一对电极50之后，医师30可命令处理器41自动控制ECG信号的采集和IRE脉冲的施加。然而，如果需要的话(例如，在紧急情况下)，医师30可例如通过调整和/或中止由处理器41实施的过程来干预IRE规程。
图2为根据本发明的实施方案的示意性地示出用于在心脏26的不应期期间自动执行IRE消融的方法的流程图。
该方法在导管插入步骤100处开始，其中医师插入导管21，并且使用位置跟踪系统以用于定位附接到心脏26的消融位点的一对或多对电极50，如上文图1所述。
在ECG信号采集步骤102处，处理器41被配置成接收分别来自电极50和38的心内(IC)ECG信号和身体表面(BS)ECG信号，如上文图1所述。
在窦性节律检测步骤104处，处理器41被配置成检查一个或多个IC ECG信号和/或BS ECG信号是否处于窦房结的节律。如果无ECG信号存在于窦房结的节律，则该方法循环回到步骤102并且处理器41继续检查分别由电极50和38采集的另外的IC ECG信号和BS ECG信号。如果处理器识别处于窦房结的节律的IC ECG信号和/或BS ECG信号，则该方法继续到IRE消融步骤106，该步骤终止该方法。
在IRE消融步骤106处，基于处于窦房结的节律的IC ECG信号和/或BS ECG信号，处理器41被配置成：(i)检测患者心脏的不应期；并且(ii)控制IPG 45以在所检测到的不应期期间施加IRE脉冲以用于消融心脏26的消融位点处的组织。需注意，经由通过切换箱46或使用任何其它合适的选择机构选择的一对或多对电极50向组织施加IRE脉冲。
需注意，图2中所述的方法自动执行，而例如无需医师30的干预，然而，医师30可具有用于干预的手段，并且如果需要的话，可具有用于调整或中止上述自动IRE消融规程的手段。
虽然本文所述的实施方案主要涉及心脏组织的IRE消融，但本文所述的方法和系统也可用于其它应用中，诸如用于消融人类或其它哺乳动物的其它器官。
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 (18)

1.一种用于在心脏不应期期间执行不可逆电穿孔的方法，所述方法包括：
将消融导管插入患者心脏中的消融位点中；
采集多个心电图(ECG)信号；
基于所采集的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期；以及
在所检测到的不应期期间使用所述消融导管消融所述消融位点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，采集所述多个ECG信号包括采集以下中的至少一者：(i)所述消融位点处的心内(IC)ECG信号；以及(ii)身体表面(BS)ECG信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述不应期包括：在所采集的ECG信号中的至少一者中指示窦性节律。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，消融所述消融位点包括：在所检测到的不应期期间向所述消融位点处的组织施加一个或多个不可逆电穿孔(IRE)脉冲。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，施加所述一个或多个IRE脉冲包括：响应于接收到所述ECG信号中指示窦性节律的至少一者，控制IRE脉冲发生器以及向所述组织施加所述IRE脉冲。
6.一种用于在心脏不应期期间执行不可逆电穿孔的系统，所述系统包括：
一个或多个电极，所述一个或多个电极被配置成感测患者心脏的多个心电图(ECG)信号；以及
处理器，所述处理器被配置成基于所采集的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期，并且在所检测到的不应期期间控制消融位点处的消融。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述电极包括：(i)至少第一电极，所述至少第一电极被装配在导管上并且被配置成感测所述消融位点处的心内(IC)ECG信号；以及(ii)第二电极，所述第二电极耦接到患者的体表并且被配置成感测所述患者心脏的身体表面(BS)ECG信号。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器被配置成基于所述ECG信号中指示窦性节律脉冲的至少一者来检测所述不应期。
9.根据权利要求6所述的系统，并且所述系统包括不可逆电穿孔(IRE)脉冲发生器，所述不可逆电穿孔(IRE)脉冲发生器被配置成在所检测到的不应期期间向所述消融位点处的组织施加IRE脉冲。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，响应于接收到所述ECG信号中指示窦性节律脉冲的至少一者，所述处理器被配置成控制所述IRE脉冲发生器以用于施加所述IRE脉冲。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述IRE脉冲发生器被配置成在一对所述电极之间施加一个或多个双极IRE脉冲，所述一对所述电极与所述消融位点处的组织接触。
12.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个电极中的至少一个电极被装配在导管上并且被配置成执行以下中的至少一者：(i)感测所述消融位点处的心内ECG信号；以及(ii)向所述消融位点处的组织施加一个或多个不可逆电穿孔(IRE)脉冲。
13.一种用于在心脏不应期期间执行不可逆电穿孔的系统，所述系统包括：
接口，所述接口被配置成接收患者心脏的多个心电图(ECG)信号；以及
处理器，所述处理器被配置成基于所接收的ECG信号来检测所述患者心脏的不应期，并且在所检测到的不应期期间控制消融位点处的消融。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述接口被配置成接收以下中的至少一者：(i)所述消融位点处的心内(IC)ECG信号；以及(ii)身体表面(BS)ECG信号。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过在所接收的ECG信号中的至少一者中指示窦性节律来检测所述不应期。
16.根据权利要求13所述的系统，并且所述系统包括不可逆电穿孔(IRE)脉冲发生器，所述不可逆电穿孔(IRE)脉冲发生器被配置成在所检测到的不应期期间向所述消融位点处的组织施加IRE脉冲。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，响应于接收到所述ECG信号中指示窦性节律脉冲的至少一者，所述处理器被配置成控制所述IRE脉冲发生器以用于施加所述IRE脉冲。
18.根据权利要求13所述的系统，并且所述系统包括一个或多个电极，所述一个或多个电极被装配在插入所述患者心脏的所述消融位点中的导管上，并且被配置成执行以下中的至少一者：(i)感测所述消融位点处的心内ECG信号；以及(ii)向所述消融位点处的组织施加一个或多个不可逆电穿孔(IRE)脉冲。
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