DE19850671A1 - Ablation catheter for removal of damaged tissue - Google Patents

Ablation catheter for removal of damaged tissue

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Abstract

The catheter has a controlled voltage supply to an ablation electrode and an internal sensor for the ambient conditions adjacent to the electrode. A control unit receives the sensor signal and generates a signal varying the output signal from the voltage supply. The sensor has a detector reacting to non-ionised ambient radiation, and the control unit so processes the sensor signal as to determine the presence of boiling blood.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ablationskatheter­ system und insbesondere eins, in dem das Ausgangssignal der Ablationsvorrichtung in Abhängigkeit von den abgefühlten, umgebenden Konditionen steuerbar ist.The present invention relates to an ablation catheter system and in particular one in which the output signal of the Ablation device depending on the sensed, surrounding conditions is controllable.

Ablationskathetersysteme werden allgemein bei der sogenannten "minimal invasiven Operation" verwendet, um beschädigtes Gewebe aus dem Inneren eines Patienten zu entfernen. Ein der­ artiges Kathetersystem ist in der EP 0 739 189 beschrieben und weist eine an einem Katheter angebrachte Ablationselek­ trode auf, die von einer steuerbaren Spannungsversorgung ge­ speist wird, und deren Ausgangssignal dadurch bestimmt wird, daß die Temperatur an der Ablationselektrode mit Hilfe eines in Kontakt mit der Elektrode innerhalb des Ablationskatheters angebrachten Thermoelements abgefühlt wird. Da die Temperatur innerhalb des Ablationskatheters abgefühlt wird, kann die ex­ terne Temperatur nur geschätzt werden und lokales Kochen des Blutes kann nahe der Ablationselektrode auftreten, wenn sie während des chirurgischen Eingriffes erhitzt wird. Ein alter­ natives Temperaturmeßschema wird in der WO 93/08755 offen­ bart, das ein Temperaturmeßelement aufweist, das so angeord­ net ist, daß es die Temperatur des zu entfernenden Gewebes mißt. Jedoch muß eine sehr gute thermische Isolation zwischen der Elektrode und dem Sensor vorgesehen sein, um störende Effekte der durch die Elektrode gebildeten großen thermischen Masse zu vermeiden. Das erhöht die Komplexität, die Größe und den Preis des Kathetersystems.Ablation catheter systems are commonly used in the so-called "minimally invasive surgery" used to damage Remove tissue from inside a patient. One of the Like catheter system is described in EP 0 739 189 and has an ablation electrode attached to a catheter trode on ge from a controllable power supply is fed, and its output signal is determined by that the temperature at the ablation electrode using a in contact with the electrode within the ablation catheter attached thermocouple is sensed. Because the temperature is sensed within the ablation catheter, the ex temperature can only be estimated and local cooking of the Blood can occur near the ablation electrode if it is is heated during the surgical procedure. An old one native temperature measurement scheme is open in WO 93/08755 Beard, which has a temperature measuring element, which is so arranged net is that it is the temperature of the tissue to be removed measures. However, a very good thermal insulation between the electrode and the sensor can be provided to be disruptive Effects of the large thermal formed by the electrode Avoid mass. That increases complexity, size and the price of the catheter system.

Diese Probleme werden in gewissem Grad durch Verwendung eines gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichneten Systems gemildert. Daher kann durch eine automatische Reduzierung oder ein Ab­ schalten der Spannung an der Ablationselektrode, wenn die überwachte, nichtionisierende Strahlung das vorliegen kochen­ den Blutes anzeigt, das Kochen eliminiert und damit der Abla­ tionskatheter sicherer betrieben werden. Da die Temperatur nicht direkt abgefühlt wird, können darüber hinaus irgend­ welche thermischen Effekte der Elektrode auf die Abfühlan­ ordnung reduziert werden.To some extent, these problems are solved by using a System characterized according to claim 1 mitigated. Therefore, an automatic reduction or an Ab switch the voltage on the ablation electrode when the monitored, non-ionizing radiation that is boiling  indicates the blood, eliminates the boiling and thus the discharge tion catheter can be operated more safely. Because the temperature is not directly sensed, what thermal effects of the electrode on the sensor order can be reduced.

Der Sensor kann einfach einen akustischen Detektor wie z. B. ein Mikrophon aufweisen, um die durch das kochende Blut er­ zeugten Schallwellen abzufühlen.The sensor can simply be an acoustic detector such. B. have a microphone to it through the boiling blood witnessed sound waves.

Vorteilhafterweise kann das Ablationskathetersystem eine kom­ plementäre Sender-Detektor-Anordnung aufweisen, in der der Detektor dazu vorgesehen ist, die nichtinvasive Strahlung wie den von dem Sender abgegebenen Ultraschall nach seiner Wech­ selwirkung mit dem umgebenden Blut zu detektieren. Verände­ rungen des auf den Detektor auftreffenden Strahlungsniveaus können detektiert werden, um eine durch das kochende Blut hervorgerufene erhöhte Streuung zu bestimmen.The ablation catheter system can advantageously be a com have complementary transmitter-detector arrangement in which the Detector is designed to like the non-invasive radiation the ultrasound emitted by the transmitter after its change detect interaction with the surrounding blood. Changes of the radiation level impinging on the detector can be detected by a through the boiling blood to determine the increased scatter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen der beigefügten Figuren beschreiben, von denen:An embodiment of the invention will now be referred to describe on the drawings of the accompanying figures of to whom:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ablationskatheter­ systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1 shows a schematic representation of the ablation catheter system according to the present invention.

Fig. 2 zeigt das distale Ende eines Ablationskatheters mit einer alternativen Sensoranordnung. Fig. 2 shows the distal end of an ablation catheter with an alternate sensor array.

Bezugnehmend nun auf Fig. 1 enthält das Ablationssystem 1 eine Ablationselektrode 2, die in der Nähe des distalen En­ des, üblicherweise an der distalen Spitze eines Katheters 3 angeordnet ist. Eine komplementäre Sender- und Detektor- An­ ordnung 4, 5 mit zwei piezoelektrischen Kristallen, die axial mit Abstand zueinander und proximal zu der Elektrode 2 an dem Katheter 3 angeordnet sind, ist ebenfalls vorgesehen. Drähte 6a, 6b, 6c schaffen über einen konventionellen Stecker 7 die elektrischen Verbindungen zu einer externen Ausrüstung 8, 9, 10. Spannungsversorgungen 8 bzw. 9 versorgen die Ablations­ elektrode 2 und den piezoelektrischen Ultraschallsender 4 mit Spannung. Eine Steuereinrichtung 10 in der Form eines passend konfigurierten Personalcomputers ist vorgesehen, um ein Sen­ sorsignal von dem piezoelektrischen Detektor 5 über die Ver­ bindung 11 zu empfangen, das Signal wie unten beschreiben zu bearbeiten, um über die Verbindung 12 ein Steuersignal für die steuerbare Spannungsversorgung 8 zu schaffen, wenn die Steuereinrichtung 10 bestimmt, daß das Sensorsignal ein An­ zeichen für das Vorliegen kochenden Blutes ist.Referring now to FIG. 1, the ablation system 1 includes an ablation electrode 2, which is usually located at the distal tip of a catheter 3 in the vicinity of the distal en of the. A complementary transmitter and detector arrangement 4 , 5 with two piezoelectric crystals which are arranged axially at a distance from one another and proximal to the electrode 2 on the catheter 3 is also provided. Wires 6 a, 6 b, 6 c create the electrical connections to external equipment 8 , 9 , 10 via a conventional plug 7 . Power supplies 8 and 9 supply the ablation electrode 2 and the piezoelectric ultrasonic transmitter 4 with voltage. A control device 10 in the form of a suitably configured personal computer is provided in order to receive a sensor signal from the piezoelectric detector 5 via the connection 11, to process the signal as described below, in order to use the connection 12 to produce a control signal for the controllable voltage supply 8 to create when the control device 10 determines that the sensor signal is a sign of the presence of boiling blood.

Die Steuereinrichtung 10 kann wahlweise mit einem Eingangs­ signal von einem Oberflächenelektrokardiographmonitor (EKG) 13 versehen sein. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung 10 angepaßt, um ein Steuersignal zu erzeugen, um die elektrische Spannungsversorgung 8 an bestimmten Stellen in dem Herzzyk­ lus, wie er aus dem Ausgangssignal des EKG-Monitors 13 be­ stimmt wird, zu betätigen.The control device 10 can optionally be provided with an input signal from a surface electrocardiograph monitor (EKG) 13 . In this case, the control device 10 is adapted to generate a control signal to actuate the electrical voltage supply 8 at certain points in the cardiac cycle, as determined from the output signal of the EKG monitor 13 .

Bei der Anwendung wird die Ablationselektrode 2 durch Einführen über eine Vene oder Arterie eines Patienten bis zu einer Operationsstelle, zum Beispiel dem Inneren des Herzens, geleitet. Die distale Spitze des Katheters 3 kann dann über konventionelle Mittel wie ein vorher eingeführter Steuer­ katheter manipuliert werden, bis sie das Innere des Herzens erreicht. Die Elektrodenspitze kann dann weiter manipuliert werden, bis sie an der Operationsstelle anliegt. Über die Spannungsversorgung 8 wird dann Spannung an die Elektrode 2 angelegt, um das Gewebe an dieser Stelle zu entfernen.In use, the ablation electrode 2 is guided by insertion through a patient's vein or artery to an operating site, for example the inside of the heart. The distal tip of the catheter 3 can then be manipulated by conventional means, such as a previously introduced control catheter, until it reaches the inside of the heart. The electrode tip can then be manipulated further until it rests on the surgical site. Voltage is then applied to the electrode 2 via the voltage supply 8 in order to remove the tissue at this point.

Gleichzeitig mit dem Ablationsverfahren wird auch an den piezoelektrischen Sender 4 Spannung angelegt. Ultraschallwel­ len werden daraufhin von dem Sender 4 in das umgebende Blut abgegeben. Der piezoelektrische Detektor 5 ist vorgesehen, um das Niveau der zum Beispiel von in der Nähe liegendem Gewebe auf den Detektor 5 reflektierten Ultraschallstrahlung zu de­ tektieren und ein dieses Niveau anzeigendes Sensorsignal zu erzeugen, das über die Verbindung 11 und den Draht 6b zu der Steuereinrichtung 10 geleitet wird.At the same time as the ablation process, voltage is also applied to the piezoelectric transmitter 4 . Ultrasonic waves are then emitted from the transmitter 4 into the surrounding blood. The piezoelectric detector 5 is provided to the level of the reflected, for example, lying near tissue to the detector 5 ultrasonic radiation to de tektieren and this level to produce indicative sensor signal via the connection 11 and the wire 6 b to the control device 10 is directed.

Die Steuereinrichtung 10 ist mit der Verbindung 11 über eine physische Schnittstelle verbunden, die einen Analog/Digital- Wandler enthält, der dazu verwendbar ist, eine digitale Dar­ stellung des Sensorsignals für die nachfolgende Bearbeitung in der Steuereinrichtung 10 zu erzeugen. Ein Schwellwert, der das Niveau des Sensorsignals anzeigt, das beim Vorhandensein kochenden Blutes erzeugt wird, wird in einem Speicher der Steuereinrichtung 10 gespeichert. Der Schwellwert kann ma­ nuell vorgegeben oder automatisch erzeugt werden, beispiels­ weise durch Aufzeichnen eines Sensorsignals von dem Detektor, bevor die Ablation beginnt, und Verwenden dieses Signalni­ veaus (oder einer Ableitung davon) als Schwellwert. Diese automatische Schwellwerterzeugung hat den Vorteil, daß Be­ triebsänderungen in der Sender-Detektor-Anordnung 4, 5 ein­ fach kompensiert werden können.The control device 10 is connected to the connection 11 via a physical interface which contains an analog / digital converter which can be used to generate a digital representation of the sensor signal for the subsequent processing in the control device 10 . A threshold value that indicates the level of the sensor signal that is generated when boiling blood is present is stored in a memory of the control device 10 . The threshold value can be specified manually or generated automatically, for example by recording a sensor signal from the detector before ablation begins and using this signal level (or a derivative thereof) as a threshold value. This automatic threshold value generation has the advantage that loading changes in the transmitter-detector arrangement 4 , 5 can be compensated for a multiple.

Die Steuereinrichtung 10 ist programmiert, um die digitale Darstellung des Sensorsignals, das während der Ablation er­ worben wird, mit dem gespeicherten Schwellwert zu verglei­ chen, um zu bestimmen, ob dieser Wert erreicht wurde und da­ mit das Vorhandensein von kochendem Blut anzeigt. Wenn fest­ gestellt wird, daß kochendes Blut in der Umgebung nahe der Ablationselektrode 2 vorhanden ist, erzeugt die Steuerein­ richtung 10 ein Steuersignal, das über die Verbindung 12 zu der steuerbaren Spannungsversorgung 8 geleitet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Spannungsversorgung 8 so angepaßt, daß sie die Spannung zu der Elektrode 2 abschal­ tet, solange das Steuersignal vorliegt.The controller 10 is programmed to compare the digital representation of the sensor signal acquired during ablation with the stored threshold to determine whether that value has been reached and thereby indicates the presence of boiling blood. If it is determined that boiling blood is present in the vicinity of the ablation electrode 2 , the control device 10 generates a control signal which is passed via the connection 12 to the controllable voltage supply 8 . In the present embodiment, the voltage supply 8 is adapted so that it switches off the voltage to the electrode 2 as long as the control signal is present.

Alternativ kann die Steuereinrichtung 10 mit einem hochent­ wickelten Vergleichsalgorithmus derart programmiert werden, daß die Größe der Abweichung der digitalen Darstellung des Sensorsignals von dem Schwellwert bestimmt werden kann. Die Steuereinrichtung kann dann ein Steuersignal erzeugen, das diese Größe anzeigt, und die Spannungsversorgung 8 kann so angepaßt werden, daß die Spannungsversorgung der Elektrode 2 proportional zu dem Steuersignal reduziert wird. Das hat den Vorteil, daß der Ablationsvorgang fortgesetzt werden kann, obwohl auf einem reduzierten Niveau, bis das Blut aufgehört hat zu kochen. Das verkürzt die für die komplette Durchfüh­ rung des chirurgischen Eingriffs erforderliche Zeit vergli­ chen mit dem Fall, wenn die Spannung abgeschaltet wird, was einen deutlichen Vorteil für den Patienten bedeutet.Alternatively, the control device 10 can be programmed with a highly developed comparison algorithm in such a way that the size of the deviation of the digital representation of the sensor signal from the threshold value can be determined. The control device can then generate a control signal which indicates this quantity, and the voltage supply 8 can be adapted such that the voltage supply of the electrode 2 is reduced in proportion to the control signal. This has the advantage that the ablation process can continue, albeit at a reduced level, until the blood has stopped boiling. This shortens the time required to complete the surgical procedure compared to when the voltage is switched off, which is a clear advantage for the patient.

Bezugnehmend nun auf die Fig. 2 zeigt diese das distale Ende eines Ablationskatheters 3 mit einer alternativen Sensoran­ ordnung. Die Ultraschallsender- und Detektor- Anordnung 4, 5 der Fig. 1 wird durch ein akustisches Mikrophon 14 wie bei­ spielsweise ein passendes konventionelles piezoelektrisches Mikrophon ersetzt, das so ausgelegt ist, daß es Änderungen der durch das umgebende Blut erzeugten Schallwellen, wenn das Blut anfängt zu kochen, detektiert. Die anderen Komponenten bleiben die gleichen wie vorab beschrieben. Die Steuerein­ richtung 10 kann wie vorher konfiguriert sein, um ein Aus­ gangssignal an die Spannungsversorgung 8 abzugeben, wenn die Größe des akustischen Signals ein vorbestimmtes Schwellwert­ niveau übersteigt. Um jedoch die Anzahl der "falsche Alarme", die erzeugt werden können, wenn ein einfaches Schwellwertde­ tektionskriterium verwendet wird, zu reduzieren, kann die Steuereinrichtung 10 mit konventionellen Frequenzanalyse- Unterroutinen programmiert werden, um das Signal von dem Mi­ krophon 14 zu analysieren, um den Korrelationsgrad zwischen diesem Signal und einem für kochendes Blut repräsentativen Signal zu bestimmen. Nur wenn der Korrelationsgrad eine vor­ bestimmte Größe übersteigt, gibt die Steuereinrichtung 10 ein Ausgangssignal an die Spannungsversorgung 8 der Ablations­ elektrode ab, um das Ausgangssignal der Elektrode 2 zu redu­ zieren. Referring now to FIG. 2, this shows the distal end of an ablation catheter 3 with an alternative sensor arrangement. The ultrasonic transmitter and detector assembly 4 , 5 of Fig. 1 is replaced by an acoustic microphone 14 such as a suitable conventional piezoelectric microphone, which is designed so that it changes the sound waves generated by the surrounding blood when the blood begins to cook, detected. The other components remain the same as previously described. The control device 10 can be configured as before to output an output signal to the power supply 8 when the size of the acoustic signal exceeds a predetermined threshold level. However, to reduce the number of "false alarms" that can be generated using a simple threshold detection criterion, controller 10 can be programmed with conventional frequency analysis subroutines to analyze the signal from microphone 14 to determine the degree of correlation between this signal and a signal representative of boiling blood. Only if the degree of correlation exceeds a certain size, the control device 10 outputs an output signal to the voltage supply 8 of the ablation electrode in order to reduce the output signal of the electrode 2 .

Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß Variationen der beschriebenen Ausführungsform möglich sind, beispielsweise solche, bei denen der Schwellwertvergleich unter Verwendung eines konventionellen analogen Komparators durchgeführt wird, ohne von der beanspruchten Erfindung abzuweichen.It will be apparent to those skilled in the art that variations in described embodiment are possible, for example those using the threshold comparison a conventional analog comparator, without departing from the claimed invention.

Claims (6)

1. Ein Ablationskathetersystem mit einem Katheter (3), das eine in funktioneller Verbindung damit stehende Ablations­ elektrode (2) aufweist; einer steuerbaren Spannungsversorgung (8) für die Ablationselektrode; einem intern anordenbaren Sensor (4, 5, 14) zum Erzeugen eines von den Umgebungskondi­ tionen proximal zu der Ablationselektrode (2) abhängenden Sensorsignals; und Steuermitteln (10) zum Empfangen des Sen­ sorsignals und zum Erzeugen eines Steuersignals, um das Aus­ gangssignal der Spannungsversorgung (8) für die Ablations­ elektrode in Abhängigkeit von dem Sensorsignal zu variieren; dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen auf nichtionisierende Strahlung reagierenden Detektor (5, 14) aufweist, der so angeordnet ist, daß er die von der Umgebung ausgehende nichtionisierende Strahlung detektiert; und daß die Steuermittel (10) so konfiguriert sind, daß sie das Sen­ sorsignal bearbeiten, um das Vorliegen kochenden Blutes zu bestimmen.1. An ablation catheter system with a catheter ( 3 ) which has an ablation electrode ( 2 ) in functional connection therewith; a controllable voltage supply ( 8 ) for the ablation electrode; an internally arrangeable sensor ( 4 , 5 , 14 ) for generating a sensor signal depending on the ambient conditions proximal to the ablation electrode ( 2 ); and control means ( 10 ) for receiving the sensor signal and for generating a control signal in order to vary the output signal of the voltage supply ( 8 ) for the ablation electrode as a function of the sensor signal; characterized in that the sensor has a detector ( 5 , 14 ) which reacts to non-ionizing radiation and which is arranged such that it detects the non-ionizing radiation emanating from the surroundings; and that the control means ( 10 ) are configured to process the sensor signal to determine the presence of boiling blood. 2. Ein Ablationskathetersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Mikrophon (14) aufweist, das so konfiguriert ist, daß es das Sensorsignal erzeugt, das das Vorhandensein von durch kochendes Blut er­ zeugter Schallwellen anzeigt.2. An ablation catheter system according to claim 1, characterized in that the detector comprises a microphone ( 14 ) which is configured so that it generates the sensor signal which indicates the presence of sound waves generated by boiling blood. 3. Ein Ablationskathetersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor weiterhin einen zum De­ tektor (5) komplementären Sender (4) aufweist, wobei der De­ tektor (5) angepaßt ist, das Sensorsignal zu erzeugen, das das Vorhandensein der von dem Sender (4) ausgestrahlten, nichtionisierenden Strahlungswellen nach der Wechselwirkung mit dem umgebenden Blut anzeigt, und daß die Steuermittel (10) angepaßt sind, um Änderungen in dem Sensorsignal zu be­ stimmen, die eine verstärkte Streuung der Strahlung anzeigen. 3. An ablation catheter system according to claim 1, characterized in that the sensor further comprises a complementary to De Tektor (5) transmitter (4), said De Tektor is adapted (5) to generate the sensor signal indicative of the presence of of the Transmitter ( 4 ) emits non-ionizing radiation waves after interaction with the surrounding blood, and that the control means ( 10 ) are adapted to determine changes in the sensor signal be indicative of increased scattering of the radiation. 4. Ein Ablationskathetersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4, 5) angepaßt ist, ein Sensorsignal zu erzeugen, das eine Größe hat, die das Niveau der vorkommenden Strahlung anzeigt, und daß die Steuermittel (10) angepaßt sind, ein Steuersignal zu erzeugen, wenn das Niveau des Sensorsignals unter einen Schwellwert fällt.4. An ablation catheter system according to claim 3, characterized in that the sensor ( 4 , 5 ) is adapted to generate a sensor signal which has a size which indicates the level of the radiation occurring, and in that the control means ( 10 ) are adapted, generate a control signal when the level of the sensor signal falls below a threshold. 5. Ein Ablationssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) und Sender (4) der komplementären Detektor-Sender-Anordnung jeder einen oder mehrere Ultraschallwandler aufweisen.5. An ablation system according to claim 3 or 4, characterized in that the detector ( 5 ) and transmitter ( 4 ) of the complementary detector-transmitter arrangement each have one or more ultrasonic transducers. 6. Ein Ablationssystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4, 5, 14) zusammen mit dem Katheter (3) proximal zu der Ablations­ elektrode (2) angeordnet ist.6. An ablation system according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 4 , 5 , 14 ) is arranged together with the catheter ( 3 ) proximal to the ablation electrode ( 2 ).
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