CN113995498A - 用于避免气泡产生的谨慎的不可逆电穿孔(ire)方案 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不可逆电穿孔(IRE),其包括设定用于通过被放置成与器官中的组织接触的导管的电极施加IRE脉冲的初始IRE方案。在确定初始IRE方案预期在血液中引起气泡时,向用户发出通知。响应于该通知,从用户处接收用户输入,该用户输入在初始IRE方案和预期不引起气泡的另选方案之间进行选择。取决于用户输入,根据初始IRE方案或另选IRE方案来施加IRE脉冲。
Description
技术领域
本发明整体涉及侵入性消融,并且具体地涉及心脏组织的不可逆电穿孔(IRE)。
背景技术
先前已在专利文献中提出了对侵入性消融参数的估计以及根据该估计来控制消融。例如,美国专利申请公开号2013/0006228描述了用于局部输送能量的装置以及使用此类装置的方法,尤其是用于生物组织的治疗处理。所公开的方法可以涉及将能量输送构件定位和部署在目标部位,以及通过能量输送构件输送能量。在实施方案中,射频(RF)占空比和/或脉冲持续时间可以被配置成响应于一个或多个所选择的参数而变化,这些参数可以包括处理信号的频率、处理信号的功率或对处理信号的组织阻抗。
作为另一个示例,美国专利申请公开号2016/0066977描述了一种用于在电穿孔处理规程期间利用实时监测来消融组织部位的医疗系统。脉冲发生器在处理规程之前产生具有至少1MHz的频率的预处理测试信号以及在处理规程期间产生处理内测试信号。处理控制模块根据预处理测试信号和处理内测试信号确定阻抗值,并在处理进行的同时基于确定的阻抗值实时确定电穿孔的进程和处理的结束点。
发明内容
下文所述的本发明的实施方案提供了一种不可逆电穿孔(IRE)方法,该方法包括设定用于通过被放置成与器官中的组织接触的导管的电极施加 IRE脉冲的初始IRE方案。在确定初始IRE方案预期在血液中引起气泡时,向用户发出通知。响应于该通知,从用户处接收用户输入,该用户输入在初始IRE方案和预期不引起气泡的另选方案之间进行选择。取决于用户输入,根据初始IRE方案或另选IRE方案来施加IRE脉冲。
在一些实施方案中,接收用户输入包括接收将初始IRE方案的IRE脉冲的序列分割成给定数量的脉冲串,其中脉冲串之间具有相应的给定停顿。
在一些实施方案中,初始IRE方案和另选IRE方案具有相同总数量的 IRE脉冲。在其他实施方案中,另选IRE方案具有比初始IRE方案更少数量的IRE脉冲。
根据本发明的另一个实施方案,另外提供了一种不可逆电穿孔(IRE) 系统,该系统包括用户界面和处理器。用户界面被配置用于设定用于通过被放置成与器官中的组织接触的导管的电极施加IRE脉冲的IRE方案。处理器被配置成(i)在确定初始IRE方案预期在血液中引起气泡时,向用户发出通知;(ii)响应于该通知,经由用户界面接收用户输入,该用户输入在初始IRE方案和预期不引起气泡的另选方案之间进行选择;以及(iii)取决于用户输入,根据初始IRE方案或另选IRE方案施加IRE脉冲。
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不可逆电穿孔 (IRE)系统的示意性图解;并且
图2为示意性地示出根据本发明的示例性实施方案使用图1的系统来施加不可逆电穿孔(IRE)脉冲的方法的流程图。
具体实施方式
概述
不可逆电穿孔(IRE)还被称为脉冲场消融(PFA),可以用作侵入式治疗模态,以通过使组织细胞经受高压脉冲来杀死组织细胞。具体地,IRE 脉冲可用于杀死心肌组织细胞以便治疗心律失常。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,并且因此导致组织病变的发展。因此,特别要关注的是使用高电压双极电脉冲(例如,使用与组织接触的选定电极对)来产生高电场(例如,高于某个阈值)以杀死电极之间的组织细胞。
然而,用于消融组织的IRE脉冲在脉冲足够强烈时也可以引起潜在的临床危害的不想要和/或不期望的影响。例如,100Ω血液阻抗两端的1kV脉冲电压(两个可能的值)在血液中瞬时产生10A(即10kW)的局部峰值电流。施加在电极之间以形成双极IRE脉冲序列的此电压也可能足够高,以产生足够的焦耳热,该焦耳热如果不迅速耗散,则可能在血液中产生气泡。一些医师可能选择接受一些气泡形成的风险,但其他医师可能倾向于不接受,这通常归因于患者的状态,例如近期的中风。
下文所述的本发明的实施方案提供了用于IRE的方法和系统。在一些实施方案中,先验地评估各种IRE消融方案(也称为“初始方案”)以确定它们是否可能产生气泡。在实验室中执行的评估还可以确定要向用户提出的一个或多个另选方案。如果在消融规程期间,医师(或其他用户)初始设定了可能产生气泡的IRE消融方案,则系统通知医师,然后由医师选择使用(在下文中也称为“接收选择…的用户输入”)“原样”方案或经过调整的、更加谨慎的不会产生气泡的IRE消融方案。
在一些实施方案中,确定所选择的方案可能产生气泡意味着对给定电极对中的电极之间的阻抗进行估计或测量,并将该阻抗与阈值进行比较。如果估计或测量的阻抗低于阈值,则处理器确定电极对之间的血液中的耗散功率可能产生气泡。
在一些实施方案中,更谨慎的IRE消融方案将所选方案的IRE脉冲序列分割成包括多个脉冲串的脉冲序列,其中脉冲串之间具有停顿。停顿允许任何脉冲产生的焦耳热充分耗散,从而不形成气泡。
在一些实施方案中,为了保持临床效果,更谨慎的IRE消融方案不改变耗散的总能量。相反,该方案扩展了脉冲施加时间,以便允许所产生的热更多地扩散并降低由加热引起的最高温度。此外,在谨慎的IRE消融方案中,脉冲峰值电压通常不降低,因为这会影响所产生的电穿孔场。如果峰值电压有所降低,则其仍然必须保持在使IRE消融临床有效所需的预定义最低水平之上。
在其他实施方案中,医师(或其他用户)可以从用户界面修改谨慎方案的任何参数,并且更具体地是脉冲串的数量和最小停顿长度。例如,医师可以将所选方案的IRE脉冲序列分割成包括多个脉冲串的脉冲序列,其中脉冲串之间具有停顿。停顿允许任何脉冲产生的焦耳热充分耗散,从而不形成气泡。用户还可以决定减少脉冲的总数量,以便进一步降低输送到组织的累积(即,总体)电功率。
在实施方案中,系统选通脉冲串,以与心脏的跳动同步地施加,例如,以在组织的不应期期间施加脉冲串。通常,通过例如在每个相应心腔的壁组织部分的电生理标测期间与位置导管处的组织接触的电极采集心室组织位置处或心房组织位置处的心室电描记图和心房电描记图。心室不应期或心房不应期是组织位置处(上述心腔中的任一心腔的组织中)发生激活之后的神经活动停顿的持续时间。不应期通常很大程度上与心动周期的 QRST间隔部分重合,该心动周期显示在该位置处获取的心室电描记图和心房电描记图中。可以在心脏的组织部分处故意诱发不应期,例如,使用起搏导管在组织位置处对组织进行起搏。
根据所公开的技术,可以使用装配在消融导管的远侧端部上的可膨胀框架(例如,球囊或篮状结构)来执行心脏IRE消融。在示例性规程中,将设置有消融电极的可膨胀框架导航穿过心血管系统并插入心脏中,以例如消融肺静脉(PV)的口。
通过提供更为谨慎的方案作为初始IRE方案的替代,可以使IRE消融规程(例如,在使用可膨胀框架导管的PV的口中)更安全,同时保持临床疗效。
系统描述
图1为根据本发明的实施方案的基于导管的不可逆电穿孔(IRE)系统 20的示意性图解。系统20包括导管21,其中医师30通过护套23将导管的轴22插入患者28的血管系统中。然后,医师30将轴22的远侧端部22a导航到患者的心脏26内的目标位置,如插图25所示。
一旦轴22的远侧端部22a已到达目标位置,医师30便通常通过将盐水泵送到球囊40中来缩回护套23,并且使球囊40膨胀。然后,医师30操纵轴22,使得设置在球囊40导管上的电极50接合PV口51的内壁,以经由电极50向口51组织施加高电压IRE脉冲。
如插图25和插图27中所示,远侧端部22a装配有可膨胀球囊40,该球囊包括多个等距平滑边缘IRE电极50。由于球囊40的远端部分的平坦形状,即使在电极50覆盖远侧部分的情况下,相邻的电极50之间的距离也保持大致恒定。因此,球囊40构型允许相邻的电极50之间更有效的电穿孔(例如,具有大致均匀的电场强度),同时电极50的平滑边缘使不想要的热效应最小化。
例如,在2019年9月12日提交的标题为“Balloon Catheter with Force Sensor”的美国临时专利申请号62/899,259和2019年12月24日提交的标题为“Contact ForceSpring with Mechanical Stops”的美国专利申请号 16/726,605中解决了可膨胀球囊的某些方面,所述专利申请均被转让给本专利申请的受让人,并且其公开内容通过引用并入本文。
在本文所述的实施方案中,导管21可以用于任何合适的诊断目的和/或治疗目的,诸如心脏26的左心房45中的PV口51组织的电生理感测和/或上述IRE隔离。
导管21的近侧端部连接到控制台24,该控制台包括被配置成在相邻的电极50之间施加IRE脉冲的IRE脉冲发生器38。电极通过在导管21的轴 22中延伸的电线连接到IRE脉冲发生器38。控制台24的存储器48存储包括IRE脉冲参数(诸如峰值双极电压和脉冲宽度)的IRE方案。
控制台24包括处理器41,通常为通用计算机,该通用计算机具有合适的前端和接口电路37,以用于接收来自导管21和来自通常围绕患者26的胸部放置的外部电极49的信号。为此,处理器41通过延伸穿过线缆39的导线连接至外部电极49。
在规程期间,系统20可以使用由Biosense-Webster(Irvine California) 提供的有功电流定位(ACL)方法跟踪心脏26内电极50的相应位置,该方法在美国专利号8,456,182中进行了描述,该专利的公开内容以引用方式并入本文。
在一些实施方案中,在处理器41通知医师30使用初始设定的IRE方案的气泡风险的情况下,医师30可以选择更加谨慎的方案,该方案将所选方案的IRE脉冲输送55分(分割)成多个脉冲串57,其中脉冲串之间具有停顿59,如插图27所示。停顿允许任何脉冲产生的焦耳热充分耗散,从而不形成气泡。
在其他实施方案中,医师30可以从用户界面47修改谨慎方案的任何参数,并且更具体地是脉冲串的数量和最小停顿长度。例如,用户可以决定移除序列中的脉冲以便减少要施加的脉冲的总数量。用户界面47可以包括任何合适类型的输入装置,例如键盘、鼠标、轨迹球等。
处理器41通常在软件中编程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。
具体地,处理器41运行如本文所公开的包括图2中的专用算法,该专用算法使得处理器41能够执行所公开的步骤,如下文进一步所述。具体地,处理器41被配置成根据处理器41从存储器48上载的处理方案命令IRE 脉冲发生器38输出IRE脉冲。
用于避免气泡产生的谨慎的IRE方案
图2为示意性地示出根据本发明的实施方案使用图1的系统20施加不可逆电穿孔(IRE)脉冲的方法的流程图。根据所呈现的实施方案,算法执行过程,该过程始于:在球囊导管导航步骤80处,医师30使用例如电极 50作为ACL感测电极将球囊40导管导航至患者器官中的目标组织位置(诸如在PV口51处)。
接下来,在IRE规划步骤82处,处理器41上载由医师30初始设定的方案,该方案具有要施加到组织的IRE脉冲的参数。表I中给出了初始方案中的IRE消融设定的示例,该初始方案可以用于使用所公开的球囊40消融心脏组织。
参数 | 范围 |
预设IRE峰值电压 | 1000V |
脉冲宽度 | 0.5毫秒 |
重复率 | 1Hz |
脉冲数 | 40 |
表I:初始方案
接下来,在通知步骤84处,处理器41通知医师30初始IRE方案可能在血液中产生气泡。作为响应,医师可以在方案决定步骤86处决定原样使用该方案(即,使用初始方案)。另选地,在方案替换决定步骤88处,医师决定将方案更改为例如表II中给出的另选方案。
表II:谨慎方案
如表II中所示,在更为谨慎的方案中,表I的脉冲序列被分为八个脉冲串,每个脉冲串具有五个脉冲,其中脉冲串之间的最小停顿为2秒。
在实施方案中,医师30可以从用户界面47修改表II的任何参数,并且具体地是脉冲串的数量和脉冲串之间的最小停顿。另选地,另选方案的参数可以由处理器41自动设定。在一个此类的实施方案中,处理器41为受支持的每个初始方案持有相应的另选方案。在另一个实施方案中,处理器 41根据一些预定义的规则或方法从初始方案的参数中得出另选方案的参数。
一旦选择了IRE方案(根据步骤86的初始方案或根据步骤88的另选方案),处理器41就在IRE处理步骤90处命令发生器38向组织施加IRE 脉冲。将IRE脉冲施加在球囊40的选定电极之间,以隔离经由口51产生或传播的心律失常。
虽然本文所述的实施方案主要涉及心脏应用,但本文所述的方法和系统也可用于其他医疗应用,诸如神经病学和耳鼻喉科学中。
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 (8)
1.一种不可逆电穿孔(IRE)方法,包括:
设定用于通过被放置成与器官中的组织接触的导管的电极施加IRE脉冲的初始IRE方案;
在确定所述初始IRE方案预期在血液中引起气泡时,向用户发出通知;
响应于所述通知,从所述用户处接收用户输入,所述用户输入在所述初始IRE方案和预期不引起所述气泡的另选方案之间进行选择;以及
取决于所述用户输入,根据所述初始IRE方案或另选IRE方案施加所述IRE脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法,其中接收所述用户输入包括接收将所述初始IRE方案的所述IRE脉冲的序列分割成给定数量的脉冲串,其中在所述脉冲串之间具有相应的给定停顿。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述初始IRE方案和所述另选IRE方案具有相同总数量的所述IRE脉冲。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述另选IRE方案具有比所述初始IRE方案更少数量的所述IRE脉冲。
5.一种不可逆电穿孔(IRE)系统,包括:
用户界面,所述用户界面被配置用于设定用于通过被放置成与器官中的组织接触的导管的电极施加IRE脉冲的IRE方案;和
处理器,所述处理器被配置成:
在确定初始IRE方案预期在血液中引起气泡时,向用户发出通知;
响应于所述通知,经由所述用户界面接收用户输入,所述用户输入在所述初始IRE方案和预期不引起所述气泡的另选方案之间进行选择;以及
取决于所述用户输入,根据所述初始IRE方案或另选IRE方案施加所述IRE脉冲。
6.根据权利要求5所述的系统,其中所述处理器被配置成在所述用户输入中接收将所述IRE脉冲的序列分割成给定数量的脉冲串,其中在所述脉冲串之间具有相应的给定停顿。
7.根据权利要求5所述的系统,其中所述初始IRE方案和所述另选IRE方案具有相同总数量的所述IRE脉冲。
8.根据权利要求5所述的系统,其中所述另选IRE方案具有比所述初始IRE方案更少数量的脉冲。
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