CN1777396A - 用于射频组织消融的电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于电操作装置的电极，包括：中空电极，其为从封闭顶端延长的中空管形状，并在除封闭顶端侧的预定长度外的外表面上具有绝缘涂层；制冷剂管，直径小于中空电极的直径并插入中空电极，制冷剂管将冷却与封闭顶端和中空电极接触的活体组织的制冷剂供应到中空电极中，并通过制冷剂管和中空电极之间的间隙将热交换过的制冷剂从活体组织向外排出；至少一个第一孔，形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，从中空电极将通过制冷剂管供应的一些制冷剂排出；和流量控制装置，形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力作用，以控制制冷剂流量，提供了采用水冷电极内部及排出盐水溶液两种方法的电极结构。

Description

用于射频组织消融的电极
技术领域
本发明涉及一种用于电操作装置的电极，更具体地涉及一种用于采用RF电能将活体组织消融并使之坏死的电操作装置的电极。
背景技术
一般而言，通过将长的中空管状电极插入到活体组织中来利用RF能量消融(或凝结)所期望的活体组织的技术是已经公知的。当向活体组织施加电流时，活体组织被加热，从而通过复杂的生物化学过程将活体组织和血管消融。该过程依靠通过细胞蛋白质在大约60℃以上热转变来消融细胞。这里，所述细胞是指组织、血管和血液。然而，电极附近的活体组织和血液会被过度消融而碳化。电极附近的碳化的活体组织起绝缘体作用，也就是成了阻碍活体组织的消融区域扩大的阻碍物。
为了解决上述问题，在USP6210411中公开了一种技术，其通过电极的中空管供应盐水溶液，并通过形成在电极顶端处的多孔烧结体将该盐水溶液向外排出的技术。如上所述，从电极排出盐水溶液的技术通过盐水溶液的汽化潜热防止了电极附近的活体组织碳化。此外，盐水溶液渗透入电极附近的组织的毛细血管中，从而提高了导电性并扩大了活体组织的消融区域。然而，当将大量盐水溶液注入到活体组织中时，会对病人有害。因此，注入到活体组织中的盐水溶液量受到限制。当施加到活体组织上的RF能量超过极限点时，电极附近的组织就会碳化。因此，消融区域未有效扩大。
此外，在USP6506189中公开了这样一种技术，即：在电极中安装直径比该具有封闭顶端的中空管状电极的直径小的制冷剂管，并通过制冷剂循环来冷却该电极，该制冷剂循环，即通过制冷剂管将制冷剂供应到电极中，交换电极中的热量，并通过制冷剂管和电极之间的间隙来收集制冷剂。当通过电极施加RF能量时，最靠近电极的组织受热最大从而很可能碳化。这里，可通过水冷该电极来冷却接触该电极的最靠近的组织，从而防止该组织碳化。因此，可以扩大活体组织的消融区域。但是，当施加在活体组织上的RF能量超过极限点时，电极附近的组织就会碳化。因此，消融区域未有效扩大。
已知，上述方法会形成距电极半径大约为2cm的球形消融区域。
传统的用于电操作装置的电极通过将盐水溶液直接排到活体组织或者通过使盐水溶液在电极中循环来冷却该电极附近的活体组织。但是，当产生超过极限点的RF能量时，电极附近的组织就会碳化，因此消融区域未有效扩大。
发明内容
本发明解决了上述问题。本发明的一个目的在于提供一种用于电操作装置的电极，它通过提供采用通过盐水溶液冷却电极内部以及直接将盐水溶液排放到活体组织的两种方法的电极结构，可扩大活体组织的消融区域，并可降低活体组织的消融和坏死时间。
本发明的另一个目的在于提供一种用于电操作装置的电极，它通过提供将加压注入到电极中的一些盐水溶液逐渐排到活体组织周边的电极结构，可扩大活体组织的消融区域，并可降低活体组织的消融和坏死时间。
为了实现本发明的上述目的，提供了一种用于电操作装置的电极，它包括：中空电极，其形成为从封闭顶端延长的中空管形状，并在除封闭顶端侧的预定长度外的外表面上具有绝缘涂层；制冷剂管，其直径小于所述中空电极的直径，并插入到该中空电极中，该制冷剂管将用于冷却与封闭顶端和中空电极接触的活体组织的制冷剂供应到中空电极中，并通过制冷剂管和中空电极之间的间隙将热交换过的制冷剂从活体组织中向外排出；至少一个第一孔，它形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，用于从中空电极中将通过制冷剂管供应的制冷剂中的一些向外排出；以及流量控制装置，它形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，并对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用，从而控制制冷剂的流量。
优选的是，中空电极是导电的，并且通过该中空电极外部地施加能量。
优选的是，所述用于电操作装置的电极还包括一盐水溶液管，它以预定间隙插入到中空电极的外表面上，且在除封闭顶端侧的预定长度外的外表面上具有绝缘涂层，该盐水溶液管通过所述间隙注入盐水溶液，并将该盐水溶液通过形成在未形成绝缘涂层的外表面上的至少一个第二孔排出。这里，中空电极和盐水溶液管都是导电的，将不同的能量施加给中空电极和盐水溶液管，并在中空电极的表面上形成有绝缘元件，该绝缘元件用于防止由通过中间电极和盐水溶液管之间的间隙供应的盐水溶液引起的短路。
优选的是，所述绝缘元件包括形成在中空电极表面上的绝缘涂层，以及设置在中空电极和盐水溶液管之间的绝缘填料。
更优选的是，中空电极的封闭顶端是导电矛头(sphearhead)，且中空电极和该矛头相互结合。
优选的是，流量控制装置为一中空管，它插入到未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，并在外表面上具有至少一个第三孔，该流量控制装置通过交替安装中空电极的第一孔和所述中空管的第三孔来控制所排出的制冷剂的量，并对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用。更优选的是，中空管的压缩单元成之字形形成在第一孔、第三孔、以及中空管的两个端部的排出通道上，并对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用，从而控制所排出的制冷剂的量。
优选的是，流量控制装置为形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上的多孔金属烧结体层，该烧结体层对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用，从而控制所排出的制冷剂的量。
附图说明
参照附图将更清楚地理解本发明，附图仅以示例的方式给出而不是本发明的限制，在这些附图中：
图1A为一立体图，显示出在根据本发明一个优选实施方案的用于电操作装置的电极中，形成在未形成绝缘涂层的中空电极表面上的第一孔；
图1B为一立体图，显示出在根据本发明一个优选实施方案的用于电操作装置的电极中，插入到未形成绝缘涂层的外表面上的具有第三孔的中空管；
图2为一分解立体图，显示出根据本发明优选实施方案的用于电操作装置的电极；
图3为一剖视图，显示出图2的用于电操作装置的电极；
图4为一分解立体图，显示出根据本发明另一个优选实施方案的用于电操作装置的电极；
图5为一剖视图，显示出图4的用于电操作装置的电极；以及
图6A和图6B为曲线图，分别表示出施加在传统电极和本发明电极上的RF能量和电流，以及安装在其中的热电偶的阻抗值。
具体实施方式
现在将参照附图对根据本发明的用于电操作装置的电极进行详细描述。
图1A显示出一种用于电操作装置的电极，它包括在外表面上具有制冷剂排出孔22的中空电极20，而图1B显示出插入到中空电极20的外表面上并起流量控制装置作用的中空管50。
所述电操作装置可用在各种应用领域中。为方便起见，例如将该电操作装置应用于肝癌患者的手术中。
医生将如图1A和图1B中所示的用于电操作装置的电极穿过皮肤插入到体内，移动该用于电操作装置的电极至活体组织(例如，肝的预定区域)以进行消融而使之坏死，从外部电源供应RF电流，并在该用于电操作装置的电极的顶端10中通过RF电流对活体组织进行消融而使之坏死。因为中空电极20的大部分上通过采用诸如特氟隆(Teflon)的绝缘材料而形成有绝缘涂层24，所以消融和坏死是在中空电极20未形成绝缘涂层24的部分和顶端10的周边进行的。结果，消融和坏死在活体组织上以球形形状进行。在这种情况下，与中空电极20接触的活体组织可被碳化而起绝缘体作用。因此防止活体组织碳化是非常重要的，以扩大消融和坏死区域。
除了通过将制冷剂供应到中空电极20中来水冷中空电极20和与中空电极20接触的活体组织的传统技术之外，本发明还将一些制冷剂排放到正在进行消融和坏死的活体组织中。
在非常高的压力下(加压到大约700至1060千帕下)将通过制冷剂管30供应到中空电极20中的制冷剂注入到中空电极20中，用于冷却中空电极20的内表面及顶端10，并排出。图2和图3显示出中空电极20和制冷剂管30的结构。作为顶端10的矛头与中空电极20结合在一起。这里，顶端10通过使用导电矛头形成，并通过焊接与中空电极20结合在一起。
中空电极20的大部分涂覆有绝缘涂层24。即使在通过中空电极20施加RF电流的情况下，也会将RF能量施加到未形成绝缘涂层24的区域上，而不是施加到其它区域上。附图标记40表示温度传感器线。温度传感器线40被插入到制冷剂管30中，用来检测顶端10和中空电极20内的温度，并将检测到的温度用在随后的电极输出控制中。
在用于电操作装置的电极中，制冷剂通过制冷剂管30向内供应以在中空电极20的顶端区域交换热量，并通过中空电极20和制冷剂管30之间的间隙向外排出。图1A和1B表示供应管82和排出管84。通过供应管82供应的制冷剂通过手柄100和制冷剂管30向内传送。热交换过的制冷剂通过中空电极20和制冷剂管30之间的间隙从身体中排出，然后通过手柄100和排出管84排出。为了通过直径很小(约为0.4mm)的制冷剂管30供应制冷剂，制冷剂的压力必须如以上所述的那样非常高。因此，仍然参照图1A，当在未形成绝缘涂层24的中空电极20的外表面上形成有至少一个第一孔22时，即使是通过机械加工形成的很小的孔，也不能防止加压的制冷剂爆炸式喷出。本发明提供了用于在电操作装置的电极中有效排出少量加压的制冷剂，从而通过该加压的制冷剂进行水冷的结构。
在本实施方案中，中空管50具有预定的直径，从而使得该中空管50可紧密地插入到中空电极20上，中空管50用作流量控制装置，该流量控制装置在从中空电极20的第一孔22排出的制冷剂的通道上起排出阻力的作用，从而控制所排出的制冷剂的流量。中空管50在外表面上还包括至少一个第三孔52。这里，形成在中空电极20上的第一孔22和形成在中空管50上的第三孔52交替布置。例如，中空管50插入到中空电极20上以使第一孔22和第三孔52可彼此间隔180°。此外，中空管50可插入到中空电极20上以使彼此间隔180°的多个第一孔22和彼此间隔180°的多个第三孔52相互间隔90°或120°。就是说，第一孔22和第三孔52的数量和角度可变。因为制冷剂被排放到活体组织中，所以优选采用生理盐水溶液。例如，可采用0.9％生理盐水，即等渗溶液。
如在图3中示意性地所示，一些通过制冷剂管30供应并热交换过的制冷剂从形成在中空电极20的外表面上的第一孔22排出。因为中空管50在排出通道上起排出阻力的作用，所以制冷剂流动穿过中空管50和中空电极20之间的间隙，并从形成在中空管50上的第三孔52排出。图3表示在其中分别以180°间隔形成的第一孔22和第三孔52彼此成90°间隔交替布置的状态下的制冷剂的排出。仍然参照图3，所述制冷剂可通过中空管50的两端排出。
当通过在中空电极20的第一孔22和中空管50的第三孔52之间的中空管50的外表面上进行挤压来形成之字形的压缩单元54时，压缩单元54在排出通道上起排出阻力的作用，以有效控制在高压下排出的制冷剂流量。每幅图都示出了压缩单元54。从第一孔22排出的制冷剂不是通过中空管50和中空电极20之间的间隙直接排出到第三孔52，而是经由压缩单元54排出到第三孔52。为了更好地理解，每个孔、中空管50以及中空电极20的尺寸在每个图中都进一步放大了。
当在中空管50中形成了起排出阻力作用的过滤器或肋条单元并将中空管50插入到中空电极20的外表面上时，这种附加元件在排出通道上起排出阻力的作用，从而有效控制在高压下排出的制冷剂流量。
虽然未示出，但是可在中空电极20包括第一孔22的部分上形成多孔金属烧结体层作为流量控制装置，该多孔金属烧结体层由对人体无害的金属构成。在这种情况下，即使在多孔金属烧结体层上未形成专门的第三孔52，该多孔金属烧结体层也会在排出通道上起排出阻力的作用。因此，可通过调节第一孔22的尺寸和数量以及多孔金属烧结体层的孔隙率来有效控制排出流量。
上述电极为用于形成导电中空电极并通过中空电极从外部供应RF能量的单极电极。这里，接收相反极性的电极与身体的其他部分接触。
根据本发明的另一实施方案，如在图4和图5中所示，用于电操作装置的电极还包括盐水溶液管60，其与中空电极20的外表面相隔预定间隙插入地到中空电极20的外表面上，用来排出盐水溶液。如上所述，第一孔22形成在中空电极20的顶端侧中，且中空管50插入到中空电极20上以使第一孔22和第三孔52可交替布置。此外，盐水溶液管60插入到中空电极20的外表面上，用于通过盐水溶液管60的内表面和中空电极20的外表面之间的间隙经由与制冷剂管30不同的管来供应盐水溶液，并通过形成在盐水溶液管60上的第二孔62将盐水溶液排出。这里，在盐水溶液管60的大部分上都形成有绝缘涂层。在前面的实施方案中，通过制冷剂管30供应的制冷剂通过流量控制装置排出，但是在当前实施方案中，通过盐水溶液管60供应的盐水溶液另外通过第二孔62排出。通过盐水溶液管60的内表面和中空电极20的外表面之间的间隙供应的盐水溶液具有相对较低的压力。因此，可通过调节盐水溶液的供应量来控制通过第二孔62排出的盐水溶液量，而不用使用专门的流量控制装置。
仍然参照图4，中空电极20的直径与靠近顶端10的矛头的总体中空电极20的直径保持一致，并在第一孔22之后变小。因此，盐水溶液管60的直径保持与总体中空电极20的直径相等或近似。所述用于电操作装置的电极易于插入到活体组织中，因而减小了病人的痛苦或负担。在本实施方案中，所述电极也可为用于形成导电中空电极并通过该中空电极外部地供应RF能量的单极电极。这里，接收反向极性的电极与身体的其他部分接触。
如在图4和图5中所示，当在中空电极20的表面上形成绝缘涂层24以及形成绝缘填料26时，所述电极可用作双极电极。图4和图5示出了直径减小的中空电极20。这里，中空电极20的直径基本上没有减小。尤其重要的是要消除双极电极中两个电极之间的短路。这里，施加给中空电极20的能量与施加给盐水溶液管60的能量不同。因为盐水溶液是导体，它在盐水溶液管60和中空电极20之间流动可能会产生短路。因此，必须给中空电极20的插入盐水溶液管60的部分设置绝缘元件。在本实施方案中，形成有绝缘涂层24，然后形成绝缘填料26以防止在通过盐水溶液管60和绝缘涂层24之间的间隙将盐水溶液注入到未形成绝缘涂层24的中空电极20上时发生短路。
在该状态下，在为中空电极20和盐水溶液管60施加不同的能量时，就可在未形成绝缘涂层24的区域中对活体组织进行消融并使其坏死。靠近顶端10的中空电极20通过由制冷剂管30供应的加压的制冷剂进行水冷。一些制冷剂通过第一孔22排出，并通过第三孔52和/或中空管50的两个端部经由压缩单元54在排出通道上产生的排出阻力向外排出。此外，盐水溶液通过盐水溶液管60的第二孔62向外排出。因此，盐水溶液浸透活体组织并起导体作用，从而通过双极电极开始消融和坏死并扩大消融和坏死区域。图5示意性地表示出制冷剂和盐水溶液的排出。
实施例
试验对象为母牛肝部，且射频发生器为480kHz射频发生器(美国，射电电子学(Radionics))。在电极中以80-120ml/min的速度供应5.85％的盐水溶液，并将其以1ml/cm的速度注入到活体组织中。通过顺次供给30秒-1.2A(大约120W)、30秒-1.6A(大约160W)以及12～15秒-2A(大约200W)的输出，并将阻抗保持在50至110Ω之间，进行50次消融和坏死试验。通过核磁共振成像(MRI)测量消融和坏死区域。
这里，将热电偶嵌入在电极中。通过热电偶的阻抗测量电极附近的活体组织的温度，并根据测量出的温度来控制施加到电极上的RF能量和电流，由此防止了活体组织被过度加热而碳化，并可在更宽阔的区域中的活体组织上进行消融和坏死。
一般来说，在电操作中允许的盐水溶液注入量大约为120cc/小时。在该不超过15分钟的试验中的盐水注入量为15至30ml，这是符合标准的。
根据这样的试验过程，其采用通过使冷却剂在电极中循环来冷却电极周边的传统电极，如图6A所示，热电偶的阻抗急剧增大，因此最大平均阻抗为114.5±1.6。因此，RF能量和电流可施加357±17秒。
相反地，根据这样的试验过程，其采用通过使冷却剂在电极中循环并将一些冷却剂直接排出到活体组织上来冷却电极周边的本发明的电极，如图6B所示，热电偶的阻抗逐渐增大，因此最大平均阻抗为83.5±4.4。因此，RF能量和电流可施加540±18秒。
也就是说，本发明的电极的冷却效率高于传统电极。可通过逐渐增加电极附近的活体组织的温度并长时间提供RF能量和电流，来在所期望的部分活体组织上实现短时间消融和坏死。
当在上述条件下进行试验时，对传统电极来说，消融和坏死区域的最小直径、最大直径和体积分别为3.6±0.34cm、4.1±0.38cm和23.1±8.7cm3，而对本发明的电极来说，消融和坏死区域的最小直径、最大直径和体积分别为5.3±0.7cm、5.7±0.61cm和80±34cm3。采用本发明电极的方法中，半径仅仅比在采用传统电极的方法中的半径增大了50％。但是，就半径增大50％对消融体积的影响而言，消融和坏死区域显著扩大了。
虽然已经对本发明的优选实施方案进行了描述，但要理解的是本发明并不局限于这些优选实施方案，而是本领域的技术人员可在如权利要求中所要求的本发明的精神和范围内进行各种变化和改进。

Claims (9)

1.一种用于电操作装置的电极，它包括：
中空电极，其形成为从封闭顶端延长的中空管形状，并在除封闭顶端侧的预定长度外的外表面上具有绝缘涂层；
制冷剂管，其直径小于所述中空电极的直径，并且插入到该中空电极中，该制冷剂管将用于冷却与封闭顶端和中空电极接触的活体组织的制冷剂供应到中空电极中，并通过制冷剂管和中空电极之间的间隙将热交换过的制冷剂从活体组织中向外排出；
至少一个第一孔，它形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，用于从中空电极中将通过制冷剂管供应的制冷剂中的一些向外排出；以及
流量控制装置，它形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，并对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用，从而控制制冷剂的流量。
2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述中空电极是导电的，且通过该中空电极外部地施加能量。
3.如权利要求1所述的电极，其特征在于，还包括盐水溶液管，该盐水溶液管以预定间隙插入到所述中空电极的外表面上，并在除封闭顶端侧的预定长度外的外表面上具有绝缘涂层，该盐水溶液管通过所述间隙注入盐水溶液，并通过至少一个第二孔将该盐水溶液排出，该第二孔形成在未形成绝缘涂层的外表面上。
4.如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述中空电极和所述盐水溶液管都是导电的，将不同的能量施加给中空电极和盐水溶液管，并在中空电极的表面上形成有绝缘元件，该绝缘元件用于防止通过中空电极和盐水溶液管之间的间隙供应的盐水溶液引起的短路。
5.如权利要求4所述的电极，其特征在于，所述绝缘元件包括形成在中空电极表面上的绝缘涂层，以及设置在中空电极和盐水溶液管之间的绝缘填料。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电极，其特征在于，所述中空电极的封闭顶端是导电矛头，且中空电极和该矛头相互结合。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电极，其特征在于，所述流量控制装置为一中空管，它插入到未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上，且在外表面上具有至少一个第三孔，该流量控制装置通过交替设置中空电极的第一孔以及中空管的第三孔来控制所排出的制冷剂的量，并对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用。
8.如权利要求7所述的电极，其特征在于，所述中空管的压缩单元成之字形形成在第一孔、第三孔以及中空管的两个端部的排出通道上，并对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用，从而控制所排出的制冷剂的量。
9.如权利要求1至5中任一项所述的电极，其特征在于，所述流量控制装置为形成在未形成绝缘涂层的中空电极的外表面上的多孔金属烧结体层，该烧结体层对从第一孔排出的制冷剂起排出阻力的作用，从而控制所排出的制冷剂的量。
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