DE69730824T2

DE69730824T2 - Ablationsvorrichtung und Anwendungsverfahren mit mehreren Antennen und Kühlelementen

Info

Publication number: DE69730824T2
Application number: DE69730824T
Authority: DE
Inventors: J. Edward GOUGH; A. Alan STEIN
Original assignee: Rita Medical Systems Inc
Current assignee: Angiodynamics Inc
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: WO1997033524A1; US5810804A; DE69730824D1; EP0891158B1; AU2327197A; JP2007125414A; ES2229345T3; KR19990087805A; EP0891158A1; JP4001210B2; JP2000506415A

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein eine Ablationsvorrichtung mit einer intern gekühlten Elektrode, und insbesondere eine Elektrode mit einer Kühlvorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs, die in einem Elektrodenlumen angeordnet ist, und einem Anschluß in der Seitenwand der Elektrode, der von einem Kühlmedium isoliert ist, welches durch den geschlossenen Kreislauf der Kühlvorrichtung fließt.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Derzeitige äußere Verfahren zur Behandlung von Tumoren sind äußerst disruptiv und verursachen einen großen Schaden an gesundem Gewebe. Während des chirurgischen Verfahrens muß der Art Sorge tragen, daß der Tumor nicht in einer Weise geschnitten wird, die ein Streuen bzw. Ausstreuen des Tumors erzeugt, welches zu Metastasenbildung führt. In den letzten Jahren war die Entwicklung von Produkten betont auf die Minimierung der traumatischen Eigenschaft der traditionellen chirurgischen Verfahren gerichtet.
Es gab eine relativ große Menge an Aktivität auf dem Gebiet der Hyperthermie als ein Hilfsmittel zur Behandlung von Tumoren. Es ist bekannt, daß Erhöhung der Temperatur von Tumoren für die Behandlung und Steuerung von karzinomatösem Gewebe hilfreich ist. Die Mechanismen der selektiven Ausmerzung der Krebszellen durch Hyperthermie sind nicht völlig verstanden. Es wurden jedoch vier Zelleffekte der Hyperthermie auf karzinomatöses Gewebe vorgeschlagen, (i) Veränderungen in der Zell- oder Nuklearmembran-Permeabilität oder -Fluidität, (ii) zytoplasmische lysomale Zersetzung, welche die Freisetzung von verdauungsfördernden Enzymen verursacht, (iii) thermische Beschädigung der Proteine, die die Zellatmung und die Synthese von DNA oder RNA beeinflußt und (iv) potentielle Anregung des Immunsystems. Behandlungsverfahren zum Zuführen von Wärme zu Tumoren beinhalten die Verwendung von Direktkontakthochfrequenz-(RF-)Applikatoren, Mikrowellenstrahlung, induktiv gekoppelte Hochfrequenzfelder, Ultraschall und eine Vielzahl von einfachen thermischen Leitungstechniken.
Unter den Problemen, die mit all diesen Verfahren verbunden sind, ist die Anforderung, daß stark lokalisierte Wärme in Tiefen von einigen Zentimetern unterhalb der Hautoberfläche erzeugt werden muß.
Versuche, interstitielle lokale Hyperthermie zu verwenden, haben sich als nicht sehr erfolgreich erwiesen. Im Ergebnis ist oftmals eine ungleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Tumors erzeugt worden. Man nimmt an, daß eine Reduktion der Tumormasse durch Hyperthermie mit der thermischen Dosis in Zusammenhang steht. Die thermische Dosis ist die minimale effektive Temperatur, die innerhalb der Tumormasse für eine bestimmte Zeitdauer zugeführt wird. Da Blutfluß der Hauptmechanismus des Wärmeabbaus für aufgeheizte Tumore ist, und der Blutfluß innerhalb des Tumors variiert, wird ein gleichmäßigeres Aufheizen des Tumorgewebes benötigt, um eine effektivere Behandlung zu gewährleisten.
Dasselbe trifft für die Ablation des Tumors an sich durch die Verwendung von Hochfrequenzenergie zu. Verschiedene Methoden wurden für die Hochfrequenzablation von Massen wie Tumoren angewandt. Anstelle des Heizens des Tumors wird er durch die Zuführung von Energie abgetragen. Dieser Prozeß konnte schwer erreicht werden aufgrund einer Vielzahl von Faktoren, die (i) das Positionieren der Hochfrequenzablationselektrode zum effektiven Entfernen der gesamten Masse, (ii) die Einführung der Hochfrequenzablationselektroden zu dem Ort des Tumors und (iii) die kontrollierte Zuführung und Überwachung der Hochfrequenzenergie, um eine erfolgreiche Abtragung ohne Beschädigung des nicht-tumorartigen Gewebes zu erreichen, beinhaltet.
Hochfrequenz-Ablationselektroden neigen dazu, sich gegenseitig zu behindern, wenn sie auf hohen Energieniveaus eingesetzt werden. Das zu der Elektrodenoberfläche benachbarte Gewebe neigt zum Verkohlen. Es gibt bereits zahlreiche gekühlte Elektroden. Beispiele gekühlter Elektroden sind zu finden in den US-Patenten mit den Nummern: 4,290,435, 4,140,130, 4,881,543, 5,334,193, 5,342,357, 5,348,554, 5,423,811, 5,423,807, 5,437,662 und 5,462,521.
Es besteht ein Bedarf nach einer Ablationsvorrichtung mit einer Kühlvorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs, die in einem Elektrodenlumen positioniert ist. Es besteht weiterhin ein Bedarf nach einer Ablationsvorrichtung mit einer Kühlvorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs, die in einem Elektrodenlumen positioniert ist, und einem Anschluß in der Seitenwand der Elektrode, der von der Kühlvorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs isoliert und dafür geeignet ist, Sonden und/oder Infusionslösungen an einen ausgewählten Ort im Gewebe einzuführen bzw. zuzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, eine Ablationsvorrichtung und ein Verfahren mit einer Ablationselektrode, die nicht behindert, bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht dann, eine Ablationsvorrichtung und ein Verfahren mit einer gekühlten Ablationselektrode bereitzustellen.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Ablationsvorrichtung und ein Verfahren mit einer Ablationselektrode, die durch eine Vorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs gekühlt wird, bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht dann, eine Ablationsvorrichtung und ein Verfahren mit einer Ablationselektrode, die durch eine Vorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs gekühlt wird, und einem Anschluß in der Seitenwand der Elektrode, der von einem durch die Ablationselektrode fließenden Kühlmedium isoliert ist, bereitzustellen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ablationsvorrichtung und ein Verfahren mit einer Ablationselektrode, die durch eine Vorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs gekühlt wird, einem Anschluß in der Seitenwand der Elektrode, der von einem durch die Ablationselektrode fließenden Kühlmedium isoliert ist, und einer einen Sensor beinhaltenden Sonde, die in den Seitenwandanschluß hinein- und aus diesem herausbewegt wird, bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Ablationsvorrichtung und ein Verfahren mit einer Ablationselektrode, die durch eine Vorrichtung in Form eines geschlossenen Kreislaufs gekühlt wird, einem Anschluß in der Seitenwand der Elektrode, der von einem durch die Ablationselektrode fließenden Kühlmedium isoliert ist, und einem Infusionsmedium, welches durch den Anschluß in der Seitenwand an einen ausgewählten Ort im Gewebe zugeführt wird, bereitzustellen.
Diese und andere Ziele werden mit einer Ablationsvorrichtung erreicht, die ein Handstück, eine sich vom distalen Ende des Handstücks erstreckende Elektrode, eine Sonde, einen Wärmesensor und eine Energiequelle aufweist. Die Elektrode beinhaltet ein distales Ende, ein Lumen, eine Kühlmitteleinlaßleitung und eine Kühlmittelauslaßleitung. Beide Leitungen erstrecken sich durch das Lumen der Elektrode zu einem distalen Ende der Elektrode. Ein Anschluß in der Seitenwand, der von einem in den Einlaß- und Auslaßleitungen fließenden Kühlmedium isoliert ist, ist in der Elektrode gebildet. Die Sonde ist zumindest teilweise in dem Lumen der Elektrode positioniert und so gestaltet, daß sie aus dem Anschluß in der Seitenwand herausbewegt und wieder in ihn zurückgezogen werden kann. Der Wärmesensor wird durch die Sonde gehalten. Die Elektrode ist an eine Energiequelle gekoppelt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablationsvolumens in einer ausgewählten Gewebemasse. Eine Ablationsvorrichtung wird bereitgestellt, die ein Handstück, eine Elektrode, eine Sonde und einen von der Sonde gehaltenen Wärmesensor aufweist. Die Elektrode hat ein distales Ende, ein Lumen, eine Kühlmitteleinlaßleitung, die mit einer Kühlmittelauslaßleitung verbunden ist, wobei diese sich beide durch das Elektrodenlumen zum distalen Ende der Elektrode hin erstrecken. Ein Seitenwandanschluß ist in einer Seitenwand der Elektrode gebildet und von einem durch die Elektrode fließenden Kühlmedium isoliert. Die Elektrode wird in die ausgewählte Gewebemasse eingeführt. Ein distales Ende der Sonde wird aus der Öffnung in das ausgewählte Gewebe vorgerückt. Zumindest ein Teil der Ablationsfläche der Elektrode wird gekühlt. Elektromagnetische Energie wird von der Elektrode an die ausgewählte Gewebemasse abgegeben. Die Temperatur wird an einem Ort in der ausgewählten Gewebemasse gemessen, und es wird ein Ablationsvolumen erzeugt.
Wenn elektromagnetische Energie, einschließlich aber nicht beschränkt auf Hochfrequenzenergie, auf den ausgewählten Ort im Gewebe aufgebracht wird, kann die zu der Elektrode benachbarte Gewebegrenzfläche beginnen zu verkohlen und die Leitfähigkeit durch das Gewebe verschlechtert sich. Mit einem Kühlmedium bleibt die Gewebegrenzfläche auf einer Temperatur, die für das Aufbringen von elektromagnetischer Energie auf die Außenseite der gewünschten Ablationsstelle geeignet ist. Während ein Kühlmedium durch die Elektrode fließt, werden eine oder zwei Sonden mit angeschlossenen Sensoren am gewünschten Ablationsort eingesetzt. Die Ablation wird überwacht und gesteuert. Die Sensoren können nicht nur an den distalen Enden der Sonden, sondern auch an dazwischenliegenden Positionen angeordnet sein. Dies erlaubt eine Überwachung des Ablationsprozesses zwischen der Elektrode und der Außenseite des Ablationszielvolumens.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Querschnittsansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Elektrode mit einem Lumen, einer Kühlmitteleinlaßleitung, einer Kühlmittelauslaßleitung und zwei Sonden, die sich aus in dem Lumen gebildeten Seitenwandanschlüssen erstrecken, darstellt.
2 ist eine Querschnittsansicht des distalen Endes des geschlossenen Kreislaufs der beiden Kühlmittelleitungen von 1.
3 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des distalen Endes des geschlossenen Kreislaufs der zwei Kühlmittelleitungen.
4 ist eine Querschnittsansicht von 1 entlang der Linien 4-4.
5 veranschaulicht die Erzeugung eines 4 cm großen, sphärischen Ablationsvolumens mit einem ersten Sensor, der an der Außenseite des Ablationsvolumens positioniert ist, und einem zweiten Sensor, der auf der Sonde in der Mitte zwischen der Elektrode und dem distalen Ende der Sonde positioniert ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die zwei Sonden veranschaulicht, die sich aus einem distalen Ende der Elektrode erstrecken.
7 ist eine perspektivische Ansicht des distalen Endes der Elektrode der vorliegenden Erfindung mit Sonden, die sich aus dem distalen Ende einer Isolationshülse erstrecken.
8 ist eine perspektivische Ansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die das Einsetzen von vier Sonden aus der Elektrode veranschaulicht.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Rückkopplungssystem zeigt, das für die Überwachung der Temperatur energiezuführender Elektroden verwendbar ist.
10 veranschaulicht einen Schaltkreis, der für die Implementierung des Rückkopplungssystems von 9 verwendbar ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet eine Ablationsvorrichtung 10 ein Handstück 11, eine Elektrode 12, eine Kühlmitteleinlaßleitung 14, eine Kühlmittelauslaßleitung 16 und einen Deckel 18 mit spitz zulaufendem distalem Ende, die ein Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf erzeugen. Eine Vielzahl verschiedener Kühlmedien kann verwendet werden einschließlich, aber nicht beschränkt auf Gas, gekühlte Luft, Kühlluft, Druckluft, Freon, Wasser, Alkohol, Salzlösung usw. Ein erster Seitenwandanschluß 20 ist in einer Seitenwand der Elektrode 12 gebildet. Ein zweiter Seitenwandanschluß 22 kann auch beinhaltet sein. Erste und zweite Seitenwandanschlüsse können Fenster sein, die in der Elektrode 12 gebildet werden und die einen mechanischen Schwachpunkt in der Elektrode 12 erzeugen. Eine erste Sonde 24 ist in einem Elektrodenlumen positioniert und kann aus dem ersten Seitenwandanschluß 20 herausbewegt und wieder in diesen zurückgezogen werden. Eine optionale zweite Sonde 26 ist ebenfalls in dem Elektrodenlumen positioniert und kann durch den zwei ten Seitenwandanschluß 22 zu einem ausgewählten Gewebeablationsort vorgerückt und wieder zurückgezogen werden.
Die Elektrode 12 hat eine äußere Zuführungsfläche für Ablationsenergie, die elektromagnetische Energie an die ausgewählte Gewebeablationsmasse zuführt, und die ein verjüngt zulaufendes oder spitzes distales Ende haben kann. Für die Ablation von Tumoren kann die Elektrode 12 eine äußere Zuführungsfläche für Ablationsenergie mit einer Länge von 0,25 Zoll oder weniger und einen äußeren Durchmesser der Elektrode 12 von etwa 0,072 Zoll oder weniger haben.
Jede Sonde 24 und 26 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf rostfreien Stahl, geformte Memory-Metalle usw. Die Größe der Sonden 24 und 26 variiert abhängig von der medizinischen Anwendung. Für die Behandlung von Tumoren haben die Sonden 24 und 26 eine Länge, die sich von den Seitenwandanschlüssen bis zu 3 cm oder weniger in das Gewebe erstreckt. Ein erster Sensor 28 kann von der Sonde 24 auf einer inneren oder äußeren Oberfläche gehalten werden. Der erste Sensor 28 ist vorzugsweise an einem distalen Ende der Sonde 24 positioniert. Ein zweiter Sensor 30 kann auf der Sonde 24 irgendwo zwischen einer äußeren Oberfläche der Elektrode 12 und dem distalen Ende der Sonde 24 positioniert sein. Vorzugsweise sitzt der zweite Sensor 30 an einer Stelle, wo er die Temperatur an einem Mittelpunkt in einem ausgewählten Gewebeablationsvolumen erfassen kann. Der zweite Sensor 30 ist geeignet, um festzustellen, ob die Sonde 24 auf etwas gestoßen ist, wie z. B. ein Blutgefäß, was die Ablation behindert. Wenn der erste Sensor 28 eine höhere Temperatur mißt als der zweite Sensor 30, kann dies darauf hindeuten, daß der zweite Sensor 30 sich in der Nähe eines Kreislaufgefäßes befindet. Wenn dies geschieht, wird die Ablationsenergie durch das Blutgefäß abgeführt. In ähnlicher Weise kann die zweite Sonde 26 auch einen oder mehrere Sensoren beinhalten. Ein dritter Sensor 32 kann an einer äußeren Oberfläche der Elektrode 12 positioniert sein.
Die Sensoren 28, 30 und 32 erlauben die genaue Messung der Temperatur an einem Gewebeort, um folgendes zu bestimmen: (i) den Umfang der Ablation, (ii) die Menge der Ablation, (iii) ob weitere Ablation notwendig ist oder nicht und (iv) die Umgrenzung oder den Umfang der entfernten Masse. Weiterhin verhindern die Sensoren 28, 30 und 32, daß Nicht-Zielgewebe zerstört oder entfernt wird.
Die Sensoren 28, 30 und 32 sind von konventioneller Ausgestaltung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Thermistoren, Thermoelemente, Widerstandsdrähte und dergleichen. Geeignete Wärmesensoren 24 beinhalten ein Thermoelement vom T-Typ mit Kupferkonstantan, J-Typ-, E-Typ-, K-Typ-, Faseroptiken, Widerstandsdrähte, IR-Thermoelement-Detektoren usw. Die Sensoren 28, 30 und 32 müssen keine Wärmesensoren sein.
Die Sensoren 28, 30 und 32 messen die Temperatur und/oder die Impedanz, um eine Überwachung zu erlauben, und um ein gewünschtes Ablationsvolumen, das ohne die Zerstörung von zuviel Gewebe erzielt werden soll, zu erlauben. Dies reduziert die Schädigung von Gewebe, das die zu entfernende Zielmasse umgibt. Durch Überwachen der Temperatur an verschiedenen Punkten im Inneren der ausgewählten Masse kann eine Bestimmung des Umfangs der ausgewählten Gewebemasse erfolgen, ebenso wie eine Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem die Ablation abgeschlossen ist. Wenn die Sensoren 28, 30 und 32 zu irgendeinem Zeitpunkt feststellen, daß eine gewünschte Ablationstemperatur überschritten wurde, wird ein entsprechendes Rückkopplungssignal von der Energiequelle 34 empfangen, die dann die Menge der an die Elektrode 12 gelieferten Energie reguliert, wie es nachstehend noch genauer erläutert wird.
Die Elektrode 12 ist an eine elektromagnetische Energiequelle 34 gekoppelt durch Verdrahten, Löten, Verbindung durch eine gemeinsame Kupplung usw. Die Elektrode 12 kann unabhängig von den Sonden 24 und 26 an die elektromagnetische Energiequelle 34 gekoppelt sein. Die Elektrode 12 und die Sonden 24 und 26 können im Multiplex-Verfahren angeschlossen werden, so daß, wenn Energie an die Elektrode 12 geliefert wird, diese nicht an die Sonden 24 und 26 geliefert wird. Die elektromagnetische Energiequelle kann eine RF-Quelle, Mikrowellenquelle, Kurzwellenquelle usw. sein.
Die Elektrode 12 ist so ausgestaltet, daß sie steif genug ist, um ohne einen Inserter perkutan oder laparoskopisch durch Gewebe eingeführt zu werden. Die tatsächliche Länge der Elektrode 12 ist abhängig von der Lage der zu entfernenden Gewebemasse, ihrer Entfernung von der Haut, ihrer Zugänglichkeit sowie auch davon, ob der Arzt ein laparoskopisches, ein perkutanes oder ein anderes Verfahren auswählt oder nicht. Geeignete Längen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf 17,5 cm, 25,0 cm und 30,0 cm. Die Elektrode 12 kann durch eine Führung zu dem ausgewählten Gewebeort eingeführt werden.
Eine Isolationshülse 38 kann in der Nachbarschaft zu einer äußeren Oberfläche der Elektrode 12 positioniert sein. Die Isolationshülse 38 kann entlang der äußeren Oberfläche der Elektrode 12 bewegbar sein, um eine Ablationsenergie-Zuführungsfläche variabler Länge bereitzustellen.
In einer Ausführungsform kann die Isolationshülse 38 ein Polyimidmaterial umfassen. Ein Sensor kann im obersten Teil der Isolationshülse 38 aus Polyimid positioniert sein. Die Isolationshülse 18 aus Polyamid ist halbsteif. Der Sensor kann im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Isolationshülse 38 aus Polyimid liegen. Das Handstück 11 kann die Funktion eines Handstücks erfüllen und Markierungen beinhalten, um die Länge der Isolationshülse 38 und die Länge der freiliegenden Ablationsenergie-Zuführungsfläche der Elektrode 12 zu zeigen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist der Deckel 18 gezeigt, der einen Kühlmedium-Flußkanal des geschlossenen Kreislaufs erzeugt. Der Deckel 18 ist durch eine Vielzahl von Mitteln an den distalen Enden der Leitungen 14 und 16 befestigt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Schweißen, Löten, Aufbringen eines Epoxidharzes usw. Der Deckel 18 kann einen Abschnitt bzw. eine Stufe aufweisen, der bzw. die durch Löten, Schweißen, Preßpassung usw. am distalen Ende der Elektrode 12 befestigt ist. Anstelle des Deckels 18 kann eine "U"-förmige Verbindung an den distalen Enden der Leitungen 16 und 18 ausgebildet sein, wie in 3 gezeigt ist.
In 4 bildet nur ein Abschnitt der Elektrode eine Schnittstelle zu der Kühlmitteleinlaßleitung 14. Die Durchmesser der Kühlmitteleinlaßleitung 14 und der Elektrode 12 sind jedoch so bemessen, daß eine benachbart zu der äußeren Oberfläche der Elektrode 12 ausgebildete Gewebegrenzfläche nicht ausreichend ausgetrocknet und verkohlt wird, um die Übertragung von Energie durch die ausgewählte Gewebeablationsstelle zur Außenseite der Stelle zu verhindern.
Die Erzeugung einer sphärischen Ablation mit 4 cm Durchmesser ist in 5 gezeigt. Eine 4 cm große Ablationsenergie-Zuführungsfläche der Elektrode 12 liegt frei. Der erste Seitenwandanschluß 20 ist 2 cm von einem distalen Ende der Elektrode 12 entfernt angeordnet. Die erste Sonde 24 wird aus dem Elektrodenlumen heraus vorgerückt, wobei ihr distales Ende an der Außenseite des sphärischen Ablationsbereichs positioniert ist. Der erste Sensor 28 ist am distalen Ende der ersten Sonde 24 angeordnet und bestimmt, wann die Ablation die Außenseite des gewünschten Ablationsbereichs erreicht hat. Der zweite Sensor 30 ist in der Mitte der ersten Sonde 24 angeordnet, um die Übertragung von elektromagnetischer Energie durch den gewünschten Ablationsbereich zu überwachen und zu bestimmen, ob es an dieser Stelle irgendwelche Hindernisse für den Ablationsprozeß gibt. Sobald die Ablation abgeschlossen ist, wird die erste Sonde 24 in das Lumen der Elektrode 12 zurückgezogen.
Elektromagnetische Energie, die durch die Elektrode 12 zugeführt wird, verursacht eine Erwärmung der Grenzfläche zwischen Elektrode/Gewebe auf der Ablations-Zuführungsfläche der Elektrode und eine Rückführung der Wärme zur Elektrode 12. Wenn mehr Wärme angelegt und zurückgeführt wird, verstärkt sich der Verbrennungseffekt der Elektrode 12. Dies kann zu einem Verlust an Leitfähigkeit von elektromagnetischer Energie durch den ausgewählten Gewebeort führen. Das Einbeziehen der Kühlung in die Elektrode 12 beeinflußt nicht die wirksame Zuführung elektromagnetischer Energie an den ausgewählten Gewebeablationsort. Die Kühlung erlaubt die Ablation des gesamten ausgewählten Gewebeorts, während gleichzeitig die Erwärmung des Grenzgewebes zwischen Elektrode/Gewebe reduziert oder eliminiert wird.
In 6 werden die Sonden 24 und 26 jeweils aus dem distalen Ende der Elektrode 12 heraus eingesetzt und in die ausgewählte Gewebemasse eingeführt. Die Sonden 24 und 26 bilden eine Ebene.
Wie in 7 gezeigt, kann die Isolationshülse 38 ein oder mehrere Lumen für die Aufnahme von Nebensonden 24, 26 sowie von zusätzlichen Sonden umfassen, welche aus einem distalen Ende der Isolationshülse 38 heraus eingesetzt werden. 8 veranschaulicht vier Sonden, die aus verschiedenen, im Körper der Elektrode 12 gebildeten Seitenwandanschlüssen heraus eingesetzt werden. Einige oder alle dieser Sonden stellen eine Ankerfunktion bereit.
9 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Temperatur/Impedanz-Rückkopplungssystems, das verwendet werden kann, um die Flußrate des Kühlmittels durch die Elektrode 12 zu steuern. Elektromagnetische Energie wird von der Energiequelle 34 an die Elektrode 12 zugeführt und auf das Gewebe aufgebracht. Ein Monitor 42 bestimmt die Gewebeimpedanz basierend auf der Energie, die dem Gewebe zugeführt wird, und vergleicht den gemessenen Impedanzwert mit einem festgesetzten Wert. Wenn die gemessene Impedanz den festgesetzten Wert übersteigt, wird ein Deaktivierungssignal 44 an die Energiequelle 34 übertragen, um eine weitere Energiezufuhr an die Elektrode 12 einzustellen. Wenn die gemessene Impedanz in einem akzeptablen Rahmen liegt, wird weiterhin Energie auf das Gewebe aufgebracht. Während der Aufbringung von Energie auf das Gewebe mißt der Sensor 46 die Temperatur des Gewebes und/oder der Elektrode 12. Ein Komparator 48 empfängt ein die gemessene Temperatur repräsentierendes Signal und vergleicht diesen Wert mit einem voreingestellten Signal, das die gewünschte Temperatur repräsentiert. Der Komparator 48 sendet ein Signal an einen Flußregler 50, das den Bedarf nach einer höheren Kühlmittelflußrate darstellt, wenn die Temperatur im Gewebe zu hoch ist, oder um die Flußrate beizubehalten, wenn die Temperatur die gewünschte Temperatur nicht überschritten hat.
Eine Ausgangsgröße 52 des Temperaturvergleichers 48 kann in die Energiequelle 34 eingegeben werden, um die Menge an Energie zu regeln, die von der Energiequelle 32 geliefert wird. Die Ausgangsgröße 54 der Impedanzüberwachungseinrichtung 106 kann in die Flußsteuervorrichtung 50 eingegeben werden, um den Fluidfluß zu regulieren und somit die Temperatur des Gewebes zu steuern.
In 10 ist die Energiequelle 34 an die Elektrode 12 gekoppelt, um eine biologisch sichere Spannung an den ausgewählten Gewebeort anzulegen. In der in 10 gezeigten Ausführungsform ist die Ablationsvorrichtung 10 als bipolare Ablationsvorrichtung mit einer Energiezuführungselektrode 12 und einer Masseelektrode 56 dargestellt. Sowohl die Elektrode 12 als auch die Elektrode 56 sind mit einer Primärseite von Transformatorwicklungen 58 und 60 verbunden. Die gemeinsame Primärwicklung 58 oder 60 ist magnetisch mit einem Transformatorkern an den Sekundärwicklungen 58' bzw. 60' gekoppelt.
Die Primärwicklungen 58 des ersten Transformators t₁ koppeln die Ausgangsspannung der Ablationsvorrichtung 10 mit den Sekundärwicklungen 58'. Die Prmärwicklungen 60 des zweiten Transformators t₂ koppeln den Ausgangsstrom der Ablationsvorrichtung 10 mit den Sekundärwicklungen 60'.
Meßschaltkreise bestimmen die quadratischen Mittelwerte (RMS) oder die Größen von Strom und Spannung. Diese Werte, die als Spannungen dargestellt sind, werden in eine Teilerschaltung D eingegeben, um durch Teilen des RMS-Spannungswertes durch den RMS-Stromwert die Impedanz des Gewebeorts an dem Sensor 46 geometrisch zu berechnen.
Die Ausgangsspannung der Teilerschaltung D wird an dem positiven (+) Eingangsterminal des Komparators A gezeigt. Eine Spannungsquelle V_O liefert eine Spannung über dem Potentiometer R_V und erlaubt so eine manuelle Einstellung der Spannung, die an dem negativen Eingang des Komparators A gezeigt wird. Diese Spannung stellt einen maximalen Impedanzwert dar, über den hinaus keine Leistung an die Elektrode 12 angelegt wird. Genauer gesagt hört die Energiequelle 34, sobald das Gewebe auf eine Temperatur erwärmt wurde, die einem Impedanzwert entspricht, der größer als die maximale Abschneideimpedanz ist, auf, Energie an die Elektrode 12 zu liefern. Der Komparator A kann von irgendeinem kommerziell erhältlichen Typ sein, der in der Lage ist, die Amplituden- oder Impulsbreitenmodulation der Energiequelle 34 zu steuern.
Die Flußrate des Kühlmittels kann basierend auf der Gewebeimpedanz, wie sie durch das Signal 62 dargestellt ist, oder basierend auf der Gewebetemperatur, wie sie durch das Signal 64 dargestellt ist, gesteuert werden. In einer Ausführungsform wird der Schalter S aktiviert, so daß das Impedanzsignal 62 in den positiven (+) Eingangsanschluß des Komparators A eintreten kann. Dieses Signal, zusammen mit der an den negativen (–) Eingangsanschluß angelegten Referenzspannung, betätigt den Komparator A, so daß dieser ein Ausgangssignal erzeugt. Wenn der ausgewählte Gewebeablationsort auf eine biologisch schädigende Temperatur erwärmt wird, wird die Impedanz des Gewebes einen ausgewählten Impedanzwert überschreiten, wie er am negativen (–) Eingangsanschluß zu sehen ist, und dabei ein Deaktivierungssignal 44 erzeugen, um die Energiequelle 34 zu sperren und die Zufuhr weiterer Energie an die Elektrode 12 zu unterbinden.
Das Ausgangssignal des Komparators A kann an eine Pumpe 66 übermittelt werden. Wenn die Temperatur der ausgewählten Gewebeablationsstelle zu hoch ist, obwohl die Gewebeimpedanz innerhalb akzeptabler Grenzen liegt, stellt die Pumpe 66 die Flußrate des Kühlmediums, das der Elektrode 12 zugeführt wird, ein, um die Temperatur der Elektrode 12 zu verringern. Das Ausgangssignal des Komparators A kann entweder die Energieabgabe der Energiequelle 34 sperren, abhängig von der Temperatur des Gewebes, wie sie durch seine Impedanz dargestellt wird, oder es kann die Elektrode 12 kühlen oder beide Vorgänge gleichzeitig ausführen.
Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzise beschriebenen Formen beschränken. Es ist offensichtlich, daß viele Modifikationen und Variationen für Fachleute auf diesem Gebiet auf der Hand liegen. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Gewebeablationsvorrichtung (10), die aufweist: eine Elektrode (12) mit einem distalen Ende, das ausreichend scharf ist, um Gewebe zu durchdringen, und einem Lumen, eine Kühlmitteleinlaßleitung (14) und eine Kühlmittelauslaßleitung (16), die sich jeweils zumindest teilweise durch das Elektrodenlumen erstrecken, wobei das Lumen in zumindest einer Öffnung (20, 22) in der Elektrode, die von einem in den Einlaß- und Auslaßleitungen fließenden Fluid getrennt ist, endet, wobei die Elektrode so ausgestaltet ist, daß sie mit einer Energiequelle (34) verbunden ist, zumindest eine Sonde (24, 26), die zumindest teilweise in dem Elektrodenlumen angeordnet ist, wobei die zumindest eine Sonde einen distalen Abschnitt hat, der so ausgestaltet ist, daß er mit zumindest einem Krümmungsradius aus der Öffnung herausbewegt werden kann, und zumindest einen Wärmesensor (28, 30, 32), der mit mindestens einer der zumindest einen Sonde verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlmitteleinlaß- und -auslaßleitungen am distalen Ende der Elektrode eine geschlossene Schleife bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenlumen so ausgestaltet ist, daß es ein Infusionsmedium transportiert, welches von dem Kühlmittel isoliert bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Elektrode so ausgestaltet ist, daß sie das Infusionsmedium durch das Elektrodenlumen an einen Gewebeort durch die zumindest eine Öffnung transportiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: ein Vorrück- und Zurückziehglied, das mit der zumindest einen Sonde verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der zumindest einen Sonde so ausgestaltet ist, daß sie mit der Energiequelle verbunden ist, wobei zumindest ein Teil der Sonde eine weitere Elektrode ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Wärmesensor einen ersten Wärmesensor und einen zweiten Wärmesensor beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Wärmesensor an einem distalen Ende mindestens einer der zumindest einen Sonde angeordnet ist, und der zweite Sensor in einer nicht-distalen Endposition an derselben Sonde angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Wärmesensor an mindestens einer der zumindest einen Sonde angeordnet ist, und der zweite Wärmesensor an einer anderen der zumindest einen Sonde angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Wärmesensor an einem distalen Ende zumindest einer der Sonden angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: eine Isolationshülse, die um eine äußere Oberfläche der Elektrode herum angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Isolationshülse entlang einer Längsachse der Elektrode bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Öffnung eine erste und eine zweite Öffnung aufweist, die in der Elektrode gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlmitteleinlaß- und -auslaßleitungen jeweils so ausgestaltet sind, daß sie die Elektrode strukturell unterstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der zumindest einen Sonde aus der Öffnung heraus einsetzbar ist und die Geometrie ihres distalen Endes so ausgestaltet ist, daß sie die Elektrode fest in einer Position hält, wenn diese eingesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlmitteleinlaß- und -auslaßleitungen in dem Elektrodenlumen zueinander benachbart angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: einen Vergleichen (48), der mit dem zumindest einen Wärmesensor verbunden ist, um eine gemessene Temperatur eines Gewebeorts mit einem vorbestimmten Temperaturwert zu vergleichen und ein Signal zu erzeugen, welches dem Unterschied zwischen der gemessenen Temperatur und der vorbestimmten Temperatur entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, die weiterhin aufweist: eine Flußsteuervorrichtung (50), die mit den Einlaß- und Auslaßleitungen verbunden ist, um die Flußrate des Kühlmittels durch die Leitungen in Antwort auf das Signal von dem Komparator, welches dem Temperaturunterschied entspricht, zu steuern, um die gemessene Temperatur auf dem Wert der vorbestimmten Temperatur oder darunter zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: eine Einrichtung zur Steuerung der Energieabgabe, die mit der Energiequelle verbunden ist, um die an die Ablationsvorrichtung abgegebene Energie zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 19, die weiterhin aufweist: eine Impedanzüberwachungsvorrichtung (42) für das Bestimmen eines Werts des Gewebewiderstands auf Basis einer auf das Gewebe angelegten Energie, eine Impedanzvergleichereinrichtung zum Vergleichen der ermittelten Impedanz mit einem vorbestimmten maximalen Impedanzwert, wobei die Impedanzvergleichereinrichtung ein Signal erzeugt, wenn der ermittelte Impedanzwert den vorbestimmten maximalen Impedanzwert überschreitet, und eine Kommunikationseinrichtung für das Übermitteln eines Unterbrechungssignals an die Energiequelle, um die weitere Abgabe von Energie durch die Energiequelle an die Ablationsvorrichtung zu stoppen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, die weiterhin aufweist: eine Kühlmittelsteuervorrichtung (66) zum Steuern der Flußrate des Kühlmittels durch die Einlaßleitung und die Auslaßleitung in Reaktion auf das Signal von der Impedanzvergleichervorrichtung, welches dem Impedanzunterschied entspricht, um den gemessenen Impedanzwert auf dem vorbestimmten maximalen Impedanzwert oder darunter zu halten.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlmitteleinlaßleitung so ausgestaltet ist, daß sie mit einer Kühlmittelquelle verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Isolationshülse, die um eine äußere Oberfläche mindestens einer der zumindest einen Sonde herum angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Energiequelle (34) aus einer HF-Energiequelle und einer Mikrowellenenergiequelle ausgewählt wird.