ES2959822T3

ES2959822T3 - Aparato electroquirúrgico para el tratamiento de tejido biológico con energía de microondas

Info

Publication number: ES2959822T3
Application number: ES20772264T
Authority: ES
Inventors: Christopher Paul Hancock
Original assignee: Creo Medical Ltd
Current assignee: Creo Medical Ltd
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-09-14
Also published as: EP4031047B1; GB2587031A; IL291383A; AU2020350877A1; EP4031047C0; US20220395325A1; KR20220063172A; JP2022548885A; GB201913330D0; CA3154116A1; WO2021052913A1; EP4031047A1; CN114401689A; BR112022004792A2

Abstract

Diversas realizaciones proporcionan un aparato electroquirúrgico para tratar tejido biológico con energía de microondas. El aparato comprende: un generador de señales de energía de microondas para generar una forma de onda de energía de microondas; un instrumento electroquirúrgico dispuesto para suministrar la forma de onda de energía de microondas desde un extremo distal del mismo para tratamiento de tejido; y un controlador en comunicación con el generador de señales de energía de microondas. El generador de señales de energía de microondas está configurado para entregar la forma de onda de energía de microondas como un pulso de señal de energía de microondas. El controlador está configurado para controlar el perfil de un pulso de señal de energía de microondas para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y para evitar sustancialmente que un pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato electroquirúrgico para el tratamiento de tejido biológico con energía de microondas

Campo de la invención

La invención se refiere a un aparato electroquirúrgico para el tratamiento de tejido biológico con energía de microondas y a un método para controlar la energía de microondas suministrada desde un instrumento electroquirúrgico a un tejido biológico en el extremo distal del instrumento electroquirúrgico. En particular, la energía de microondas se entrega como uno o más pulsos de señal de energía de microondas, en donde se controla un perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y para evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico. El aparato puede usarse translumina o endoscópicamente con un dispositivo de alcance o podría usarse para cirugía abierta, procedimientos percutáneos o laparoscópicos. El aparato puede usarse para el tratamiento de tejido del interior de un vaso sanguíneo, por ejemplo, podría insertarse en la arteria femoral.

Antecedentes de la invención

Los sistemas electroquirúrgicos que utilizan energía de microondas se divulgan en los documentos US 2019/029751 A1 y US 2009/157070 A1, por ejemplo. Obtener acceso a ciertos tumores para su tratamiento puede implicar cortar y/o hacer túneles a través de otras partes del cuerpo de un paciente para llegar a un sitio objetivo donde se encuentra el tumor. Esto puede ser cierto tanto para procedimientos percutáneos como para procedimientos mínimamente invasivos, tales como, procedimientos laparoscópicos o endoscópicos. El proceso de corte y/o tunelización puede causar molestias al paciente, prolongar los tiempos de recuperación y correr el riesgo de introducir más complicaciones médicas.

Se conoce el uso de sondas emisoras de microondas para tratar diversas afecciones en el tejido corporal, por ejemplo, la radiación de microondas se puede usar para extirpar o coagular tumores o lesiones. Por poner un ejemplo, la sonda emite energía de microondas que agita las moléculas de agua en el tejido circundante, produciendo fricción y calor, induciendo así la muerte celular mediante necrosis por coagulación. Es preferible utilizar una sonda para entregar la energía de microondas en el tejido objetivo porque la parte radiante se puede colocar cerca del sitio objetivo y, por lo tanto, se puede transmitir una alta proporción de potencia en el sitio objetivo y se pierde una proporción menor en el tejido sano circundante. Esto reduce los efectos secundarios del tratamiento y aumenta la eficacia.

Las sondas se pueden insertar en el tejido mediante cirugía laparoscópica (por ejemplo, utilizando una cánula o tubo o insertadas directamente a través de la piel si son lo suficientemente rígidas y afiladas), cirugía abierta o por los conductos del cuerpo, como las vías respiratorias. El método menos invasivo es el uso de los conductos del cuerpo y esto que reduce la tensión ejercida sobre un paciente durante el procedimiento. Se pueden usar catéteres o dispositivos de alcance para ayudar a guiar el instrumento al sitio objetivo.

Sumario de la invención

En su forma más general, la invención proporciona un aparato electroquirúrgico para uso en técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas que proporciona, a muy pequeña escala, un campo de microondas localizado capaz de extirpar y coagular con precisión tejido desde el interior de un vaso sanguíneo (por ejemplo, una vena o una arteria). Esto se logra mediante la selección adecuada de la geometría y el material para una punta distal radiante. También, la invención suministra energía de microondas como uno o más pulsos de señal de energía de microondas, en donde un perfil (por ejemplo, energía, amplitud, amplitud máxima, periodo, duración, ciclo de trabajo, duración de la porción ACTIVADA, duración de la porción DESACTIVADA, etc.) de uno o más pulsos se selecciona lo que provoca la ablación o coagulación del tejido biológico durante uno o más pulsos pero sin provocar que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico de un pulso a otro.

Por poner un ejemplo, un único pulso puede suministrar suficiente energía (por ejemplo, tener una potencia máxima lo suficientemente alta y/o una porción ACTIVADA con una duración suficientemente larga) para causar ablación o coagulación durante ese único pulso. Adicionalmente o como alternativa, una pluralidad de pulsos pueden combinarse para suministrar suficiente energía para provocar la ablación o la coagulación, pero cada pulso individual puede no suministrar suficiente energía para provocar la ablación o la coagulación por sí solo. De esta manera, se realiza ablación o coagulación.

Por poner un ejemplo, es posible que el calor no se acumule en el instrumento en un único pulso porque la porción ACTIVADA de ese pulso puede ser tan corta que no se puede producir el calentamiento dieléctrico del instrumento electroquirúrgico, por ejemplo, la porción ACTIVADA puede no ser lo suficientemente larga para que la rotación del dipolo molecular genere un calor apreciable dentro de los materiales del instrumento. Adicionalmente o como alternativa, es posible que el calor no se acumule en el instrumento en un único pulso porque la porción DESACTIVADA de ese pulso puede ser lo suficientemente larga, en comparación con la porción ACTIVADA de ese pulso, para que cualquier calor acumulado en el instrumento durante la porción ACTIVADA se disipe sustancialmente durante la porción DESACTIVADA. De esta manera, el calentamiento no deseado del instrumento se reduce, minimiza o evita, lo que de otro modo podría causar resultados negativos para los pacientes y/o daños al instrumento.

Debe entenderse que se puede seleccionar coagulación o ablación variando el perfil de pulsos (por ejemplo, energía, amplitud, amplitud máxima, periodo, duración, ciclo de trabajo, duración de la porción ACTIVADA, duración de la porción DESACTIVADA, etc.). Por ejemplo, normalmente, provocar la ablación del tejido biológico requiere más energía que provocar la coagulación para detener una hemorragia en el mismo tejido. Por lo tanto, la coagulación se puede seleccionar realizando menos dosis (por ejemplo, menos pulsos o ráfagas de pulsos) de energía de microondas que las que se usarían para realizar la ablación. Adicionalmente o como alternativa, una energía (o potencia de pulso máxima o duración de la porción ACTIVADA) puede ser mayor cuando se desea ablación en comparación con cuando se desea coagulación.

El aparato puede usarse translumina o endoscópicamente con un dispositivo de alcance o podría usarse para cirugía abierta, procedimientos percutáneos o laparoscópicos. El aparato puede usarse para el tratamiento de tejido del interior de un vaso sanguíneo, por ejemplo, podría insertarse en la arteria femoral.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un aparato electroquirúrgico para el tratamiento de tejido biológico con energía de microondas, comprendiendo el aparato: un generador de señales de energía de microondas para generar una forma de onda de energía de microondas; un instrumento electroquirúrgico dispuesto para suministrar la forma de onda de energía de microondas desde un extremo distal del mismo para tratamiento de tejido; un controlador en comunicación con el generador de señales de energía de microondas; estando el generador de señales de energía de microondas configurado para entregar la forma de onda de energía de microondas como uno o más pulsos de señales de energía de microondas, y estando el controlador configurado para controlar el perfil de uno o más pulsos de señales de energía de microondas para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y para evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico.

De esta manera, el aparato electroquirúrgico puede usarse para realizar ablación o coagulación irradiando energía de microondas desde un extremo distal del instrumento sin acumular calor no deseado en otras partes del instrumento. Este calor acumulado no deseado es indeseable porque puede causar daño e incomodidad al paciente, puede retrasar la recuperación del paciente y provocar complicaciones médicas. También, dicho calor acumulado no deseado es indeseable porque puede causar daños al instrumento electroquirúrgico. Además, al seleccionar un perfil de pulsos particular para evitar la acumulación de calor no deseado en el instrumento electroquirúrgico, no hay necesidad de incluir un mecanismo de enfriamiento separado o integrado dentro del aparato. Cuando la invención se utiliza para extirpar o coagular tejido desde el interior de un vaso sanguíneo, el espacio es escaso y, así, a menudo no hay suficiente espacio para tales mecanismos de enfriamiento.

Por ejemplo, el instrumento puede incluir una estructura de alimentación (por ejemplo, línea de transmisión o cable) que transmite la forma de onda de energía de microondas del generador a una porción del extremo distal radiante (por ejemplo, antena) del instrumento. Tal calor acumulado no deseado puede provocar el calentamiento de la estructura de alimentación, lo que podría generar calor dentro de regiones sanas de un paciente a lo largo de una trayectoria desde el exterior del cuerpo del paciente hasta un sitio objetivo dentro del cuerpo del paciente, como un tumor en el cuerpo del paciente. Este calor acumulado no deseado podría causar daños a las regiones sanas. También, este calor acumulado no deseado podría dañar el instrumento.

El controlador puede configurarse para controlar el perfil del o cada pulso de manera que una energía de uno o más pulsos de señal de energía de microondas se mantenga en o por encima de un mínimo de energía que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante el o más pulsos de señal de energía de microondas. El mínimo de energía puede ser 1 kJ. Dado que la energía es una función de la potencia y del tiempo, para alcanzar el mínimo de energía, el controlador puede configurarse para controlar el perfil del o cada pulso de manera que una potencia máxima del o cada pulso se mantenga en o por encima de un mínimo de potencia máxima que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante uno o más pulsos de señal de energía de microondas. El mínimo de potencia máxima puede ser relativamente alto para aplicaciones médicas, tales como, 500 W o 1 kW. Adicionalmente o como alternativa, para alcanzar el mínimo de energía, el controlador puede configurarse para controlar el perfil del o cada pulso de manera que una porción ACTIVADA del o cada pulso se mantenga en o por encima de una duración mínima de la porción ACTIVADA que se establece para causar ablación o coagulación del tejido biológico durante uno o más pulsos de señal de energía de microondas. El mínimo de duración de la porción ACTIVADA y el mínimo de potencia máxima se pueden establecer de modo que uno o más pulsos de señal de energía de microondas en su conjunto entreguen al menos el mínimo de energía (por ejemplo, 1 kJ de energía).

El controlador puede configurarse para controlar el perfil del o cada pulso de manera que la duración de una porción ACTIVADA del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite de duración de la primera porción ACTIVADA que se establece para evitar sustancialmente que la forma de onda de energía de microondas cause calentamiento dieléctrico del instrumento electroquirúrgico durante el o cada pulso. En este sentido, la porción ACTIVADA puede estar sujeta a dos condiciones: en primer lugar, estar en o por encima de la duración mínima de la porción ACTIVADA para causar ablación o coagulación y, en segundo lugar, estar en o por debajo del límite de duración de la primera porción ACTIVADA para evitar el calentamiento dieléctrico del instrumento electroquirúrgico. Por ejemplo, cuando el generador entrega un único pulso, para realizar la ablación o coagulación sin causar calentamiento dieléctrico, el límite de duración de la primera porción ACTIVADA y el mínimo de potencia máxima pueden ser, respectivamente: 1 s y 1 kW; 0,1 s y 10 kW; 1 ms y 1 MW; y, 0,2 ms y 5 MW. En cada uno de estos casos, la energía entregada por el pulso único es al menos 1 kJ. De esta manera, la porción ACTIVADA (cuando está limitada por el límite de duración de la primera porción ACTIVADA) puede ser insuficientemente larga para que se produzca un calentamiento dieléctrico apreciable en el instrumento electroquirúrgico. Por poner un ejemplo, el calentamiento dieléctrico es causado por la rotación del dipolo molecular dentro del material del instrumento. Es decir, al menos algunas moléculas que componen el instrumento son dipolos eléctricos, lo que significa que tienen una carga parcial positiva en un extremo y una carga parcial negativa en el otro y, por lo tanto, giran mientras intentan alinearse con el campo eléctrico alterno de las microondas. Las moléculas en rotación golpean a otras moléculas y las ponen en movimiento, dispersando así la energía. Esta energía, dispersada como rotaciones, vibraciones y/o traslaciones moleculares en sólidos y líquidos elevan la temperatura del instrumento, en un proceso similar a la transferencia de calor por contacto con un cuerpo más caliente. En esta realización, la porción ACTIVADA (cuando está limitada por el límite de duración de la primera porción ACTIVADA) es tan corta que a las moléculas no se les da suficiente tiempo para generar un calentamiento apreciable del instrumento de esta manera.

El controlador puede configurarse para controlar el perfil del o cada pulso de manera que un ciclo de trabajo del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite del ciclo de trabajo que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante una porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante una porción DESACTIVADA de ese pulso. Adicionalmente, el controlador puede configurarse además para controlar el perfil del o cada pulso de modo que la porción ACTIVADA del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un segundo límite de duración de la porción ACTIVADA que se establece de tal manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas provoca que sea acumulado en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante la porción DESACTIVADA de ese pulso. En una realización, el límite del ciclo de trabajo puede ser del 10 % y/o el límite de duración de la segunda porción ACTIVADA puede estar entre 10 ps y 200 ps. De esta manera, el instrumento electroquirúrgico puede calentarse durante la porción ACTIVADA, por ejemplo, como resultado del calentamiento dieléctrico. Sin embargo, el ciclo de trabajo (y, posiblemente, la duración de la porción ACTIVADA) se elige de manera que sustancialmente todo este calor se disipe durante la porción DESACTIVADA. De esta forma, el calor no se acumula de un pulso a otro. Por consiguiente, el instrumento no genera calor acumulado no deseado que, de otro modo, aumentaría y provocaría resultados negativos para los pacientes o daños al instrumento. Dicho de otra manera, el perfil de pulsos puede seleccionarse de modo que el calor generado durante cada pulso sea insuficiente para provocar un calentamiento dañino no deseado del paciente o del instrumento. Dado que sustancialmente todo el calor generado durante cada pulso se disipa al final de ese pulso, un pulso posterior no aumentará más el calentamiento, es decir, el calor no se acumulará de un pulso a otro. También, en lugar de controlar la duración de la porción ACTIVADA (a través del límite de duración de la segunda porción ACTIVADA), el controlador puede configurarse para controlar el perfil del o cada pulso de manera que un período de pulsos del o de cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite de período de pulsos que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante la porción DESACTIVADA de ese pulso. El límite del período de pulsos puede ser de 2 ms.

En una realización, el generador de señales de energía de microondas está configurado para entregar la forma de onda de energía de microondas como una pluralidad de pulsos de señales de energía de microondas, y el controlador está configurado para controlar el perfil de la pluralidad de pulsos de señal de energía de microondas para formar una pluralidad de ráfagas de pulsos, en donde una energía de cada ráfaga se mantiene en o por encima del mínimo de energía. Es decir, el perfil de pulsos y el perfil de ráfagas se seleccionan de manera que una ráfaga (en su conjunto) proporcione suficiente energía para provocar la ablación o la coagulación, sin embargo, es posible que cada pulso individual (por sí solo) de esa ráfaga no proporcione suficiente energía para provocar la ablación o la coagulación. También, cada pulso individual (por sí solo) de esa ráfaga está configurado para evitar sustancialmente que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico, por ejemplo, debido a que la porción ACTIVADA no es lo suficientemente larga para que se produzca el calentamiento dieléctrico, o debido a que el ciclo de trabajo (y, posiblemente, duración de la porción ACTIVADA o período de pulsos) se establece de manera que cualquier calor generado durante la porción ACTIVADA se disipe sustancialmente durante la porción DESACTIVADA. En una realización, cada ráfaga tiene un ciclo de trabajo de ráfagas de hasta el 40 %. En una realización, cada ráfaga tiene una duración de porción ACTIVADA de ráfagas de hasta 200 ms. Una ventaja de disponer los pulsos en ráfagas es que una porción DESACTIVADA de las ráfagas limita aún más el calentamiento térmico en el instrumento electroquirúrgico, por ejemplo, causado por la energía de microondas. Este efecto se suma al efecto de limitación del calor térmico descrito anteriormente del perfil especialmente seleccionado de los pulsos individuales dentro de las ráfagas.

En una realización, la potencia máxima mínima es de 1 kW; el límite del ciclo de trabajo es del 10 %; y, el límite de duración de la primera porción ACTIVADA es 200 ps. En este ejemplo, se entregará un pulso de potencia máxima de 1 kW durante una duración de la porción ACTIVADA de 200 ps, esto será seguido después por una porción DESACTIVADA con una duración de 1800 ps, y en 1 segundo habrá 500 pulsos de 200 ps de duración y la energía entregada al tejido en este período de 1 segundo será de 100 J. Por lo tanto, para alcanzar el mínimo de energía de 1 kJ, puede ser necesaria una dosis de 10 segundos para realizar la ablación o la coagulación. En esta disposición, se utilizan múltiples pulsos para realizar la ablación o coagulación, sin embargo, debe entenderse que en algunas otras realizaciones el perfil de pulsos puede variarse de modo que solo se requiera un único pulso (por ejemplo, la potencia máxima mínima podría ser 5 MW en lugar de 1 kW). En cualquier caso, el perfil de cada pulso evita sustancialmente que el o cada pulso provoque que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico debido a que (i) se evita o minimiza el calentamiento dieléctrico debido a una corta duración de la porción ACTIVADA de cada pulso, y/o (ii) se da tiempo para que cualquier calor apreciable generado durante la porción ACTIVADA se disipe durante la porción DESACTIVADA debido a un ciclo de trabajo bajo (y, posiblemente, una breve duración de la porción ACTIVADA o un período de pulsos).

Ya sea que se utilice un único pulso o múltiples pulsos para realizar la ablación o la coagulación sin causar que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico, es importante que el instrumento (por ejemplo, un cable coaxial y/o una porción de punta radiante) sea capaz de soportar pulsos de alta potencia y, por ejemplo, las tensiones asociadas con pulsos de alta potencia. Por ejemplo, si se van a suministrar 100 kW durante 1 segundo a una carga de 50 ohmios (por ejemplo, carga de tejido), entonces la tensión será de aproximadamente 2.236 V (es decir, RAÍZCUADRADA[100.000 x 50]). También es importante que la antena del instrumento (por ejemplo, una parte de la punta radiante) tenga una buena impedancia adaptada a la carga del tejido para minimizar las reflexiones de voltaje que puedan superponerse. A continuación se describen con más detalle varios mecanismos para lograr esta adaptación de impedancia.

Ya sea que se utilice un único pulso o múltiples pulsos para realizar la ablación o la coagulación sin causar que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico, es importante que se establezcan controles para garantizar que no se exceda una duración de pulsos elegida o seleccionada (por ejemplo, duración de la porción ACTIVADA o período de pulsos). Esto se vuelve más importante a medida que aumenta la potencia máxima y, por lo tanto, es particularmente relevante para realizaciones en las que se usa un único pulso para realizar ablación o coagulación sin provocar que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico. Por ejemplo, entregar 1 kJ de energía usando una fuente de 5 MW tomaría una duración de 200 ps. Por lo tanto, el controlador es operable para hacer cumplir con precisión esta duración de 200 ps y para cerrar el suministro de energía de microondas al instrumento al final de esta duración. En una realización, el controlador puede incluir un circuito de apagado que realiza esta operación. Por ejemplo, el circuito de cierre puede incluir un integrador acoplado a un comparador. Durante el funcionamiento, el comparador compara una salida del integrador con un umbral preestablecido que corresponde a una duración determinada (por ejemplo, 200 ps en este caso). A medida que la salida del integrador se acumula con el tiempo, el comparador compara esta salida con el umbral y la salida del comparador cambia cuando la salida del integrador alcanza el umbral. El controlador puede apagar el generador basándose en la salida del comparador. De esta forma, se proporciona un mecanismo para apagar con precisión el generador al final de la duración. En una realización, el integrador puede estar sujeto, por ejemplo, a 5 V.

El instrumento electroquirúrgico puede incluir: un cable coaxial para transmitir la forma de onda de energía de microondas, teniendo el cable coaxial un conductor interior, un conductor exterior, y un primer material dieléctrico que separa el conductor interior y el conductor exterior; y una porción de punta radiante dispuesta en un extremo distal del cable coaxial para recibir la forma de onda de energía de microondas del cable coaxial e irradiar un campo de microondas localizado para el tratamiento de tejidos.

El conductor exterior del cable coaxial puede ser lo más grueso físicamente posible para aumentar su masa térmica y su capacidad de transporte de calor. De esta forma, todo o la mayor parte del calor generado en el cable debido al transporte de energía de microondas puede mantenerse dentro de la estructura del cable en lugar de, por ejemplo, filtrase dentro del paciente. En una realización, el conductor exterior puede tener un espesor de 0,5 mm. Adicionalmente o como alternativa, la disipación de calor se puede realizar en el extremo proximal del instrumento electroquirúrgico, tal como, en el mango del instrumento electroquirúrgico. En una realización, dicha disipación de calor puede realizarse mediante una estructura de disipación de calor (por ejemplo, un bloque sólido de metal, tal como, cobre) que está conectado al conductor exterior del cable coaxial. Además, la estructura de disipación de calor puede incluir mecanismos de enfriamiento adicionales, tales como, un ventilador de enfriamiento que dirige aire de enfriamiento hacia la estructura de disipación de calor, o un alojamiento o carcasa que sumerge la estructura de disipación de calor en un refrigerante (por ejemplo, nitrógeno líquido).

La porción de punta radiante puede incluir una estructura radiopaca, por ejemplo, un anillo o estructura anular en su superficie exterior, que es visible en un sistema de imágenes médicas. De esta forma, el instrumento puede ser visible a pesar de tener un factor de forma muy pequeño. En una realización, al menos parte de la porción de punta radiante (por ejemplo, su parte distal) puede estar hecha de un material de alta densidad, como cerámica, por ejemplo, circonita, para que pueda verse en imágenes de ultrasonido, por ejemplo, un sistema de imágenes por ultrasonido portátil o un sistema de imágenes por ultrasonido endoscópico.

En una realización, la porción de punta radiante comprende: una punta dieléctrica y una porción conductora distal del conductor interior, que se extiende longitudinalmente dentro de la punta dieléctrica. La punta dieléctrica puede formarse a partir de un segundo material dieléctrico que tiene una constante dieléctrica mayor que el primer material dieléctrico.

En una realización, el instrumento es, por tanto, un dispositivo de base coaxial con un material dieléctrico en su extremo distal para producir un patrón de radiación omnidireccional para crear una zona esférica controlable de ablación o coagulación. La geometría del radiador dieléctrico determina la forma del patrón de radiación electromagnética y los efectos tisulares producidos. El extremo distal del dispositivo está diseñado para facilitar el suministro eficiente de energía de microondas al tejido biológico para lograr un volumen localizado de ablación o coagulación. El resultado localizado, la zona de ablación o coagulación inducida térmicamente se produce como resultado del calentamiento dieléctrico o una combinación de conducción dieléctrica y térmica. Se pueden utilizar otras geometrías de antena. Por ejemplo, el instrumento puede incluir material conductor dispuesto en una superficie exterior de la punta dieléctrica para formar una línea de transmisión de microcinta estándar, una línea de transmisión coplanar, una línea de microcinta suspendida o una línea coaxial con fugas para entregar la energía de microondas al tejido biológico. Adicionalmente, la porción de punta radiante puede incluir dos elementos conductores (por ejemplo, discos) separados por un aislante, en donde un elemento conductor está conectado al conductor interior del cable coaxial y el otro elemento conductor está conectado al conductor exterior del cable coaxial. Además, la porción de punta radiante puede incluir una antena helicoidal.

El efecto de la punta dieléctrica es reducir la longitud de onda de la energía de microondas y se modela la estructura de la punta dieléctrica, usando software de análisis de campo electromagnético para producir una mejor adaptación de impedancia y control del perfil de ablación resultante en función de las pequeñas limitaciones geométricas impuestas por las dimensiones de los vasos sanguíneos. Por ejemplo, el diámetro exterior del cable coaxial y la porción de punta radiante puede ser igual o inferior a 1,9 mm, preferiblemente igual o inferior a 1,5 mm o incluso más preferiblemente inferior a 1 mm. Este tamaño permite que el instrumento encaje directamente en el vaso o sea manipulado mediante canales de instrumentos de dispositivos de exploración en miniatura disponibles comercialmente. Este tamaño permite también que el instrumento se inserte dentro y viaje dentro de un vaso sanguíneo.

Para mantener la flexibilidad del dispositivo, la longitud axial de la punta dieléctrica es igual a o inferior a 5 mm, preferiblemente igual o inferior a 2 mm. Esto permite que el segundo material dieléctrico sea relativamente rígido sin afectar negativamente a la flexibilidad del instrumento, especialmente en su extremo distal. Para reducir la longitud de la punta en una cantidad suficientemente grande, es posible que la constante dieléctrica del dieléctrico deba ser mucho mayor que la unidad, es decir, 9 o 100, donde la longitud de onda se reducirá en 3 y 10 respectivamente.

La energía de microondas puede ser una frecuencia puntual única, por ejemplo, 5,8 GHz o puede ser una frecuencia puntual que se puede aumentar o disminuir alrededor de la frecuencia puntual, por ejemplo, 5,8 GHz /-100 MHz o 2,45 GHz /-50 MHz. Esta variación de frecuencia se puede traducir en un cambio de fase que ayuda a sintonizar o igualar la energía de microondas en la carga de tejido. En una realización, la energía de microondas está dentro de un rango de frecuencia de 24 GHz a 24,25 GHz (por ejemplo, una banda ISM que tiene una frecuencia central de 24,125 GHz y un ancho de banda de 250 MHz).

La constante dieléctrica del segundo material dieléctrico se puede seleccionar basándose en la frecuencia de la energía de microondas de manera que la longitud axial de la punta dieléctrica corresponda a una fracción no despreciable de una longitud de onda de la energía de microondas cuando se propaga en la punta dieléctrica. En el presente documento, una fracción no despreciable podrá ser igual o superior a 0,05, preferiblemente más a 0,06. Esto puede garantizar que el segundo material dieléctrico proporcione un efecto de acortamiento de longitud de onda adecuado. En una realización, la constante dieléctrica del segundo material dieléctrico es igual o superior a 80. Por ejemplo, puede usarse dióxido de titanio como segundo material dieléctrico. Para el primer material dieléctrico se puede utilizar PFTE o cualquier otro dieléctrico que tenga bajas pérdidas a la frecuencia de la energía de microondas.

La porción de punta radiante puede estar dispuesta para actuar como un transformador de impedancia, por ejemplo, un transformador de impedancia de cuarto de onda para hacer coincidir la impedancia efectiva de la antena con una impedancia de carga de tejido. Dicho de otro modo, la geometría de la porción de punta radiante se selecciona de modo que los efectos del desajuste de impedancia sean invisibles cuando se mira dentro de la línea de transmisión antes del transformador de impedancia. Esto puede considerarse también como una red de adaptación de impedancia.

La porción de punta radiante puede comprender además un elemento dieléctrico intermedio que rodea una parte proximal de la porción conductora distal y separa el primer material dieléctrico de la punta dieléctrica, estando el elemento dieléctrico intermedio formado a partir de un tercer material dieléctrico que es diferente del segundo material dieléctrico. El tercer material dieléctrico puede ser igual o diferente del primer material dieléctrico. La geometría del elemento dieléctrico intermedio se puede seleccionar, por ejemplo, basándose en simulaciones electromagnéticas o similares, para facilitar la función de adaptación de impedancia analizada anteriormente. De nuevo, esto puede considerarse como una red de adaptación de impedancia.

Una realización del instrumento puede incluir un mango en el extremo proximal del cable coaxial, por ejemplo, para proporcionar una interfaz para un generador electroquirúrgico adecuado y un catéter/funda de extremo cerrado para transportar el cable coaxial y la porción de punta radiante.

El campo de microondas localizado puede ser sustancialmente esférico, por ejemplo, alrededor de la porción de punta radiante o puede ser alargada, por ejemplo, un cilindro de ablación a lo largo del eje. Una ventaja de la forma de un campo esférico es que es invariante en rotación, por lo que no es necesario controlar la orientación del instrumento en el recipiente o el canal del instrumento.

Se puede formar una funda exterior sobre la porción de punta radiante, por ejemplo, para evitar que una punta afilada dañe la pared del vaso o el canal del instrumento de un dispositivo de alcance y/o proteger el instrumento. La punta dieléctrica puede tener una geometría que ayude a la manipulación del instrumento dentro de un vaso sanguíneo. Por ejemplo, el extremo distal del dispositivo puede ser redondeado, por ejemplo, en forma de cúpula o semiesférica.

El instrumento puede incluir además un sensor de temperatura en el extremo distal del mismo. Por lo tanto, el instrumento puede proporcionar información adicional sobre las condiciones en el extremo distal del instrumento. El sensor de temperatura puede ser un termopar montado en el conductor exterior del cable coaxial o incluso en la punta radiante. Puede haber una pluralidad de termopares colocados alrededor de la punta radiante. El o los termopares pueden estar ubicados cerca de un terminal de sintonización o de una pluralidad de terminales, estando los terminales dispuestos para filtrar una señal que tiene la misma frecuencia que la energía de microondas o para forzar la tensión en o cerca del termopar a cero o cerca de cero para garantizar que la respuesta (en mV/C o V/ C) del termopar no se ve afectado por la señal de microondas. Para evitar que la energía de microondas inunde las señales de respuesta del sensor de temperatura, las mediciones de temperatura también se pueden tomar cuando la energía del microondas está apagada, es decir, en un período DESACTIVADO de la operación pulsada. Como alternativa o adicionalmente, el instrumento puede incluir un dispositivo de filtrado para eliminar el ruido en la señal de respuesta del sensor de temperatura causado por la energía de microondas, es decir, se puede utilizar un filtrado posterior para eliminar la señal de microondas (ruido) de la señal de medición: un filtro de media longitud de onda o un amplificador operacional de alta frecuencia con una relación de rechazo de modo común (CMRR) muy alta, por ejemplo, 100dB, se puede utilizar para filtrar la señal de modo común.

La disposición de filtrado puede incluir un filtro de paso bajo y un amplificador de instrumentación de inyección de modo común dispuesto para eliminar componentes de frecuencia más alta de la señal de respuesta.

La invención se puede utilizar en un método para controlar la energía de microondas suministrada desde un instrumento electroquirúrgico a un tejido biológico en el extremo distal del instrumento electroquirúrgico, comprendiendo el método: generar una forma de onda de energía de microondas; transportar la forma de onda de energía de microondas a lo largo de un canal de microondas al instrumento electroquirúrgico; entregar la forma de onda de energía de microondas desde el extremo distal del instrumento electroquirúrgico como uno o más pulsos de señal de energía de microondas; controlar el perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y para evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico.

La etapa de controlar puede incluir además controlar el perfil del o cada pulso de manera que una energía de uno o más pulsos de señal de energía de microondas se mantenga en o por encima de un mínimo de energía que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante el o más pulsos de señal de energía de microondas. El mínimo de energía puede ser 1 kJ. Para alcanzar el mínimo de energía, la etapa de controlar puede incluir controlar el perfil del o cada pulso de manera que una potencia máxima del o cada pulso se mantenga en o por encima de un mínimo de potencia máxima que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante uno o más pulsos de señal de energía de microondas. La potencia máxima mínima puede ser de 500 W o 1 kW o más. Adicionalmente o como alternativa, para alcanzar el mínimo de energía, la etapa de controlar puede incluir controlar el perfil del o cada pulso de manera que una porción ACTIVADA del o cada pulso se mantenga en o por encima de una duración mínima de la porción ACTIVADA que se establece para causar ablación o coagulación del tejido biológico durante uno o más pulsos de señal de energía de microondas. El mínimo de duración de la porción ACTIVADA y el mínimo de potencia máxima se pueden establecer de modo que uno o más pulsos de señal de energía de microondas entreguen al menos el mínimo de energía (por ejemplo, 1 kJ de energía).

La etapa de controlar puede incluir además controlar el perfil del o cada pulso de manera que la duración de una porción ACTIVADA del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite de duración de la primera porción ACTIVADA que se establece para evitar sustancialmente que la forma de onda de energía de microondas cause calentamiento dieléctrico del instrumento electroquirúrgico durante el o cada pulso. Por ejemplo, cuando se genera un único pulso, para realizar la ablación o coagulación sin causar calentamiento dieléctrico, el límite de duración de la primera porción ACTIVADA y el mínimo de potencia máxima pueden ser, respectivamente: 1 s y 1 kW; 0,1 s y 10 kW; 1 ms y 1 MW; y, 0,2 ms y 5 MW. En cada uno de estos casos, la energía entregada por el pulso único es al menos 1 kJ.

La etapa de controlar puede incluir además controlar el perfil del o cada pulso de manera que un ciclo de trabajo del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite del ciclo de trabajo que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante una porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante una porción DESACTIVADA de ese pulso.

También, la etapa de controlar puede incluir además controlar el perfil del o cada pulso de modo que la porción ACTIVADA del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un segundo límite de duración de la porción ACTIVADA que se establece de tal manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas provoca que sea acumulado en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante la porción DESACTIVADA de ese pulso. En una realización, el límite del ciclo de trabajo puede ser del 10 % y/o el límite de duración de la segunda porción ACTIVADA puede estar entre 10 ps y 200 ps. Además, en lugar de controlar la duración de la porción ACTIVADA, la etapa de controlar puede incluir además controlar el perfil del o cada pulso de manera que un período del o cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite de período de pulsos que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante la porción DESACTIVADA de ese pulso. El límite del período de pulsos puede ser de 2 ms.

La etapa de entregar puede incluir además entregar la forma de onda de energía de microondas desde el extremo distal del instrumento electroquirúrgico como una pluralidad de pulsos de señal de energía de microondas; y, la etapa de controlar puede incluir además controlar el perfil de la pluralidad de pulsos de señal de energía de microondas para formar una pluralidad de ráfagas de pulsos, en donde cada ráfaga provoca la ablación o coagulación del tejido biológico. En una realización, cada ráfaga tiene un ciclo de trabajo de ráfagas de hasta el 40 %. En una realización, cada ráfaga tiene una duración de porción ACTIVADA de ráfagas de hasta 200 ms. En una realización, cada ráfaga entrega al menos 1 kJ de energía. Sin embargo, se pueden usar otros perfiles de ráfagas en otras realizaciones.

Los efectos y ventajas del segundo aspecto descrito anteriormente son los establecidos anteriormente con respecto al primer aspecto.

El método para controlar la energía de microondas suministrada desde un instrumento electroquirúrgico a un tejido biológico en el extremo distal del instrumento electroquirúrgico puede formar parte de un método para tratar un tumor dentro de un paciente. Por poner un ejemplo, el tumor puede unirse (por ejemplo, crecer o ramificarse) a un vaso sanguíneo de un paciente y el instrumento electroquirúrgico puede insertarse a través del lumen del vaso sanguíneo hasta una unión entre el vaso sanguíneo y el tumor. El instrumento electroquirúrgico se puede insertar en el vaso sanguíneo de forma percutánea o mediante una técnica mínimamente invasiva, tal como, mediante un catéter guía o un dispositivo de alcance.

Una vez dentro del vaso sanguíneo y en la unión entre el vaso sanguíneo y el tumor, la energía de microondas pulsada se puede utilizar para realizar diversos tratamientos. Por ejemplo, la energía de microondas se puede utilizar para el tratamiento de tejido biológico en la unión para cortar el suministro de sangre al tumor y matarlo. Esta técnica puede implicar la formación de un tapón (o masa celular sólida) en el tumor en una abertura entre el tumor y el suministro de sangre para que las células tumorales no se filtren desde el tumor hacia los vasos sanguíneos. Adicionalmente o como alternativa, la energía de microondas se puede utilizar para el tratamiento de tejido biológico en la unión para separar el tumor del vaso sanguíneo. Esta técnica puede implicar la formación de un tapón (o masa celular sólida) en el tumor en una abertura entre el tumor y el suministro de sangre para que las células tumorales no se filtren desde el tumor desprendido a las partes circundantes del cuerpo del paciente. Esta técnica tiene también el efecto de matar el tumor al cortar su suministro de sangre. Adicionalmente o como alternativa, el instrumento electroquirúrgico puede insertarse a través de la unión entre el vaso sanguíneo y el tumor para entrar en el interior del tumor. A continuación, la energía de microondas se puede usar para tratar el tejido biológico dentro del tumor y matarlo. Es posible que esta operación pueda realizarse antes de que se corte el suministro de sangre al tumor. Debe entenderse que en este contexto el tratamiento de tejido incluye al menos uno de ablación y coagulación del tejido y, de esta forma, el tratamiento puede incluir el proceso de elevar la temperatura de las células cancerosas a un nivel en el que se produzca la apoptosis celular y se destruya el tumor.

También, el método puede implicar insertar un catéter (por ejemplo, un catéter guía) a través del lumen del vaso sanguíneo del paciente hasta la unión entre el vaso sanguíneo y el tumor, y luego insertar el instrumento electroquirúrgico a través del catéter. Se puede insertar un extremo distal del catéter justo antes de la unión de modo que el instrumento electroquirúrgico pueda sobresalir del extremo distal del catéter e irradiar energía de microondas directamente hacia las células en un extremo distal del instrumento.

En el presente documento, la frecuencia de microondas puede significar una frecuencia fija estable en el rango de 300 MHz a 100 GHz. Las frecuencias puntuales preferidas para la energía de microondas incluyen 915 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz, 14,5 GHz, 24 GHz y 24,125 GHz.

En el presente documento, el término "conductor" significa "eléctricamente conductor" a menos que el contexto indique lo contrario.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describen con más detalle ejemplos de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1A es un diagrama esquemático de un aparato electroquirúrgico con el que se puede usar la presente invención;

la Figura 1B es una representación gráfica de una forma de onda de energía de microondas de acuerdo con una realización;

la Figura 1C es una representación gráfica de una forma de onda de energía de microondas de acuerdo con otra realización;

la Figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema electroquirúrgico de acuerdo con una realización;

la Figura 3 es una sección transversal longitudinal de un instrumento electroquirúrgico que puede usarse en realizaciones de la invención;

la Figura 4A es una sección transversal longitudinal de una simulación del patrón de absorción de radiación producido por el instrumento electroquirúrgico de la Figura 3;

la Figura 4B es una sección transversal axial de una simulación del patrón de absorción de radiación producido por el instrumento electroquirúrgico de la Figura 3;

la Figura 5 es una vista esquemática lateral en sección transversal a través de un instrumento electroquirúrgico que es una realización de la invención; y

la Figura 6 es una sección transversal longitudinal de una simulación del patrón de absorción de radiación producido por el instrumento electroquirúrgico de la Figura 5; y

la Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un método para tratar un tumor controlando la energía de microondas suministrada de un instrumento electroquirúrgico a un tejido biológico de acuerdo con una realización.

Descripción detallada; opciones y preferencias adicionales

La Figura 1A es un diagrama esquemático de un aparato completo de electrocirugía 100 que es capaz de suministrar energía de microondas al extremo distal de un instrumento electroquirúrgico invasivo. El aparato 100 también puede ser capaz de suministrar fluido, por ejemplo, fluido refrigerante, al extremo distal. El aparato 100 comprende un generador 102 para suministrar energía de microondas de forma controlable. Un generador adecuado para este fin se describe en el documento WO 2012/076844. El generador puede estar dispuesto para suministrar una forma de onda de energía de microondas como uno o más pulsos de señal de energía de microondas. Un controlador en comunicación con el generador está configurado para controlar el perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas de manera que, en primer lugar, los pulsos causan ablación o coagulación del tejido biológico, es decir, uno o más pulsos tienen suficiente energía para causar ablación o coagulación. También, en segundo lugar, el controlador está configurado para controlar el perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas para evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico, es decir, cada pulso tiene una forma que no deja una cantidad apreciable de calor no deseado en el instrumento una vez que se completa el pulso. Se puede seleccionar específicamente un amplificador de potencia del generador 102 para permitir que el generador entregue tales pulsos, por ejemplo, el amplificador de potencia puede ser un amplificador de potencia utilizado habitualmente en aplicaciones de radar. El controlador puede formar parte del generador 102 o puede estar alojado en la misma unidad física que el generador 102.

El generador 102 está conectado a una junta de interfaz 106 mediante un cable de interfaz 104. La junta de interfaz 106 también puede estar conectada para recibir un suministro de fluido 107 desde un dispositivo 108 de suministro de fluido, tal como una jeringa. Si fuera necesario, la junta de interfaz 106 puede alojar un mecanismo de control de instrumento que se opera deslizando un gatillo 110, por ejemplo, para controlar el movimiento longitudinal (de ida y vuelta) de uno o más alambres de control o barras de empuje (no se muestran). Si hay una pluralidad de alambres de control, puede haber múltiples gatillos deslizantes en la junta de interfaz para proporcionar un control total. La función de la junta de interfaz 106 es combinar las entradas del generador 102, el dispositivo de suministro de fluido 108 y el mecanismo de control de instrumento en una sola eje flexible 112, que se extiende desde el extremo distal de la junta de interfaz 106.

El dispositivo de suministro de fluido 108, el cable de interfaz 104 y el mecanismo de control del instrumento son opcionales.

El eje flexible 112 se puede insertar a lo largo de todo el canal (de trabajo) de un dispositivo de alcance 114 (por ejemplo, un broncoscopio, endoscopio o laparoscopio).

El árbol flexible 112 tiene un conjunto distal 118 (no dibujado a escala en la Figura 1A) que está conformado para pasar a través del canal de instrumento del dispositivo de alcance 114 y sobresalir (por ejemplo, dentro del paciente) en el extremo distal del tubo del dispositivo. El conjunto de extremo distal incluye una punta activa para suministrar energía de microondas radiante al tejido biológico. La configuración de la punta se expone con más detalle a continuación.

La estructura del conjunto distal 118 que se explica a continuación puede diseñarse especialmente para su uso con un dispositivo de alcance flexible y dirigible convencional, por lo que el diámetro exterior máximo del conjunto distal 118 es igual o menor que 2,5 mm, y preferiblemente menor que 1,9 mm (y más preferiblemente menor que 1,5 mm o incluso más preferiblemente menor que 1 mm) y la longitud del eje flexible puede ser igual o superior a 1,0 m, por ejemplo, 1,5 m, 2 m, 2,5 m, etc.

El aparato descrito anteriormente es una forma de introducir el instrumento. Son posibles otras técnicas. Por ejemplo, el instrumento se puede insertar también utilizando un catéter.

La invención busca proporcionar un instrumento que pueda viajar dentro de un vaso sanguíneo (por ejemplo, una vena o arteria) y entregar energía de microondas al tejido desde el interior del vaso sanguíneo, particularmente al tejido en una región donde un tumor se une al vaso sanguíneo o al tejido dentro del propio tumor. Por ejemplo, el instrumento puede usarse para tratar (por ejemplo, extirpar o coagular) tejido en una unión o unión entre el vaso sanguíneo y el tumor para cortar el suministro de sangre al tumor y, posiblemente, para separar el tumor del vaso sanguíneo. Adicionalmente o como alternativa, el instrumento puede usarse para ingresar al interior del tumor desde el interior del vaso sanguíneo y para entregar energía de microondas cuando está dentro del tumor. Con el fin de reducir los efectos secundarios y maximizar la eficiencia del instrumento, la antena transmisora debería localizarse lo más cerca posible del tejido objetivo posible. Con el fin de llegar al sitio objetivo, será necesario guiar el instrumento a través de las vías respiratorias y sortear obstáculos. Esto significa que el instrumento será flexible idealmente y tendrá una pequeña sección transversal. Particularmente, el instrumento debería ser muy flexible cerca de la antena, donde debe ser dirigido a lo largo de vasos sanguíneos, que pueden ser estrechos y sinuosos. El tamaño de la parte de la antena del instrumento también debería reducirse siempre que sea posible para permitir que la antena funcione correctamente en lugares pequeños y aumentar la flexibilidad del instrumento cuando los componentes de la antena son rígidos. El instrumento puede comprender dos líneas de transmisión coaxiales dispuestas en serie, con una línea de transmisión coaxial proximal que tiene un diámetro exterior mayor que una línea de transmisión coaxial distal. El diámetro exterior de la línea de transmisión coaxial proximal puede ser igual o superior a 2 mm y el diámetro exterior de la línea de transmisión coaxial distal puede ser igual o inferior a 1,5 mm, por ejemplo, 1,2 mm. La línea de transmisión coaxial proximal puede extenderse a lo largo de la mayor parte del eje flexible. Por ejemplo, la línea de transmisión coaxial proximal puede tener una longitud de 1 m o más y la línea de transmisión coaxial distal puede tener una longitud igual o menor que 0,3 m. Esta disposición puede garantizar que se entregue más potencia de microondas al tejido sin que la línea de transmisión coaxial proximal se caliente demasiado.

Como se ha mencionado anteriormente, el generador 102 está controlado (por ejemplo, mediante un controlador) para suministrar uno o más pulsos de señales de energía de microondas que provocan la ablación o coagulación del tejido biológico, en donde el o cada pulso está dispuesto para prevenir o evitar sustancialmente que se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico. A continuación se describirán dos técnicas diferentes para evitar esta acumulación de calor con referencia a las Figuras 1B y 1C.

Como se observa en la Figura 1B, el generador 102 puede controlarse para suministrar energía de microondas como uno o más pulsos de señal de energía de microondas. La Figura 1B sólo ilustra un único pulso, pero debe entenderse que en algunas otras realizaciones se pueden combinar múltiples pulsos en una serie o tren de pulsos. De manera específica, se controla un perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas (i) para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y (ii) para evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico. Respecto al requisito (i), cuando solo se proporciona un único pulso (por ejemplo, como en la Figura 1B), el perfil de pulsos se controla de modo que la energía suministrada por este único pulso esté en o por encima de un mínimo de energía que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante ese pulso. Este mínimo de energía puede ser de 1 kJ. Dado que la energía es una función de la potencia y del tiempo, para alcanzar este mínimo de energía, se puede mantener una potencia de pulso máxima del pulso en o por encima de un mínimo de potencia máxima que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante ese pulso. Adicionalmente o como alternativa, una porción ACTIVADA del pulso puede mantenerse en o por encima de una duración mínima de la porción ACTIVADA que se establece para causar ablación o coagulación del tejido biológico durante el pulso. Por otro lado, cuando se proporcionan múltiples pulsos (por ejemplo, una serie de pulsos mostrados en la Figura 1B), los múltiples pulsos en su conjunto se combinan para entregar energía igual o superior al mínimo de energía, es decir, suficiente energía para provocar la ablación o la coagulación, pero es posible que cada pulso individual por sí solo no proporcione suficiente energía para provocar la ablación o la coagulación. Por lo tanto, cuando se usan múltiples pulsos, el mínimo de potencia máxima (y la duración mínima de la porción ACTIVADA) por pulso puede ser menor que en el caso en el que se utiliza un único pulso porque el requisito mínimo de energía puede distribuirse entre múltiples pulsos en lugar de ser proporcionado por un único pulso. En cuanto al requisito (ii), independientemente de si se utiliza o no un único pulso o múltiples pulsos, el perfil de cada pulso se controla de modo que la duración de la porción ACTIVADA de ese pulso se mantenga en o por debajo de un primer límite de duración de la porción ACTIVADA que se establece para evitar sustancialmente que ese pulso cause calentamiento dieléctrico del instrumento electroquirúrgico. Por lo tanto, para que un único pulso satisfaga los requisitos (i) y (ii), la energía entregada por ese único pulso debe ser mayor o igual al mínimo de energía para causar la ablación o la coagulación, pero la porción ACTIVADA de ese pulso único debe ser más corta que el límite de duración de la primera porción ACTIVADA para evitar el calentamiento dieléctrico del instrumento. Por otro lado, para una serie de pulsos que satisfagan los requisitos (i) y (ii), la energía combinada entregada por la serie de pulsos debe ser mayor o igual al mínimo de energía para que la serie de pulsos en su conjunto cause ablación o coagulación, pero la porción ACTIVADA de cada pulso en la serie debe ser más corta que el límite de duración de la primera porción ACTIVADA para evitar el calentamiento dieléctrico del instrumento.

En una realización, el mínimo de energía es 1 kJ. También, el mínimo de potencia máxima y el límite de duración de la primera porción ACTIVADA, respectivamente, pueden ser cualquiera de los siguientes: 1 kW y 1 s; 10 kW y 0,1 s; 1 MW y 1 ms; y, 0,2 ms y 5 MW.

Como se observa en la Figura 1C, el generador 102 puede controlarse para suministrar la energía de microondas como múltiples pulsos de señal de energía de microondas. Debe entenderse que en algunas realizaciones (por ejemplo, como se muestra en la Figura 1C), la energía de microondas puede entregarse como una o más ráfagas de pulsos, es decir, donde los múltiples pulsos se agrupan en ráfagas (o períodos de ráfaga) que tienen una porción de ráfagas ACTIVADA (con porciones de pulsos ACTIVADAS) y una porción de ráfagas DESACTIVADA (sin porciones de pulsos ACTIVADAS). Sin embargo, en otras realizaciones, la energía de microondas puede entregarse como una única serie o tren de pulsos (que puede ser análogo a una única porción ACTIVADA de ráfagas, como se muestra en la Figura 1C). Debe entenderse, que cada ráfaga y la serie/tren de pulsos pueden estar compuestos por cualquier número de pulsos, incluyendo un único pulso. En cualquier caso, se controla un perfil de cada pulso para mantener la energía combinada suministrada por los múltiples pulsos de señales de energía de microondas en o por encima de un mínimo de energía que provoca la ablación o coagulación del tejido biológico durante los múltiples pulsos de señales de energía de microondas. Como antes, cada pulso puede controlarse basándose en un mínimo de potencia máxima y/o un mínimo de duración de la porción ACTIVADA para garantizar que los múltiples pulsos entreguen al menos el mínimo de energía. Por poner un ejemplo, la energía de todos los pulsos en una sola ráfaga (o la serie/tren de pulsos completo) se combinan para alcanzar o exceder el mínimo de energía de manera que cada ráfaga (o la serie/tren de pulsos completo) causa ablación o coagulación, pero cada pulso individual dentro de esa ráfaga (o serie completa) puede no tener suficiente energía para causar ablación o coagulación. También, el perfil de cada pulso (es decir, cada pulso en la ráfaga o cada pulso en la serie/tren) se controla para mantener un ciclo de trabajo de ese pulso en o por debajo de un límite de ciclo de trabajo que se establece de manera que el calor que causa la forma de onda de energía de microondas que se acumula en el instrumento electroquirúrgico durante una porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante una porción DESACTIVADA de ese pulso. Debe entenderse que la disipación de calor incluye el proceso mediante el cual un objeto que es más caliente que otros objetos se coloca en un entorno en el que el calor del objeto más caliente se transfiere a los objetos más fríos y al entorno circundante. La disipación de calor puede incluir conducción, convención y/o radiación.

En una realización, en lugar de o además de controlar el ciclo de trabajo, el perfil de cada pulso se controla para mantener la duración de la porción ACTIVADA de ese pulso en o por debajo de un segundo límite de duración de la porción ACTIVADA que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante la porción DESACTIVADA de ese pulso. También, en lugar de controlar la duración de la porción ACTIVADA (a través del límite de duración de la segunda porción ACTIVADA), el perfil de cada pulso se controla de manera que un período de pulsos del o de cada pulso se mantenga en o por debajo de un límite de período de pulsos que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipa sustancialmente durante la porción DESACTIVADA de ese pulso.

Por consiguiente, al controlar el ciclo de trabajo (y/o el límite de duración de la porción ACTIVADA o el período de pulsos) se controla un perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas (i) de modo que uno o más pulsos causen ablación o coagulación del tejido biológico, y (ii) evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico. En comparación con la realización de la Figura 1B, el mecanismo mediante el que se evita la acumulación de calor no deseado en el instrumento es diferente. Es decir, en la Figura 1B, se evita la acumulación de calor no deseada del instrumento porque la duración de la porción ACTIVADA del o de cada pulso está por debajo de un umbral en el que se produce un calentamiento dieléctrico apreciable del instrumento. Por otro lado, en la Figura 1C, se evita la acumulación de calor no deseada en el instrumento porque el ciclo de trabajo (y/o el límite de duración de la porción ACTIVADA o el período de pulsos) está configurado de manera que cualquier calor no deseado que se acumule en el instrumento durante la porción ACTIVADA del pulso (por ejemplo, debido al calentamiento dieléctrico) se disipa durante la porción de pulsos DESACTIVADA.

En un ejemplo, como se representa esquemáticamente en la Figura 1C, la energía de microondas se entrega con un ciclo de trabajo de pulsos del 10 % (por ejemplo, un límite de ciclo de trabajo del 10 %). También, cada pulso tiene un período de pulsos de 2 ms que consiste en una porción ACTIVADA de 200 js y una porción DESACTIVADA de 1800 |js. De esta manera, el límite de duración de la porción ACTIVADA es de 200 js . Por ende, los pulsos individuales tienen un ciclo de trabajo relativamente bajo, es decir, la duración de la porción ACTIVADA es pequeña en comparación con la duración de la porción DESACTIVADA. También, la energía de microondas se puede suministrar de manera que cada porción ACTIVADA tenga una potencia de 1 kW (por ejemplo, una potencia máxima mínima de 1 kW). De esta forma, cada pulso entrega 0,2 J de energía y en 1 segundo, se entregan 500 pulsos que se combinan para entregar 100 J de energía. Por ende, la porción ACTIVADA de los pulsos individuales tiene una potencia alta en relación con las aplicaciones electroquirúrgicas típicas (es decir, el pulso tiene una potencia máxima alta), pero la potencia media del pulso es mucho menor (por ejemplo, solo el 10 % de la potencia máxima). La alta potencia máxima permite que se produzca la ablación o la coagulación, pero la potencia promedio más baja garantiza que se eviten daños no deseados por calor al equipo y al paciente porque el calor acumulado durante cada porción ACTIVADA de pulsos se disipa durante la parte de apagado de ese pulso. Asimismo, los pulsos pueden organizarse en ráfagas, que tienen un período de ráfagas compuesto por una porción de ráfagas ACTIVADA y una porción de ráfagas DESACTIVADA. En un ejemplo, el período de ráfagas es de 25 ms con una porción de ráfagas ACTIVADA de 10 ms y una porción de ráfagas DESACTIVADA de 15 ms (es decir, un ciclo de trabajo de ráfagas del 40 %). De esta forma, cada porción ACTIVADA de ráfagas contiene 5 pulsos, de modo que cada ráfaga entrega 1 J de energía. Sin embargo, debe entenderse que, en diferentes realizaciones, el período de ráfagas y el ciclo de trabajo de ráfagas pueden ser diferentes. Una ventaja de las ráfagas es que la porción DESACTIVADA de ráfaga limita aún más el calentamiento térmico no deseado en el instrumento electroquirúrgico y el paciente causado por la energía de microondas. Debe entenderse, que una sola ráfaga puede entregar suficiente energía para causar la coagulación, pero es posible que se requieran múltiples ráfagas para entregar suficiente energía para provocar la ablación.

Resumiendo, hay muchas ventajas en entregar energía como se describe anteriormente con referencia a las Figuras 1B y 1C. En primer lugar, se pueden entregar uno o más pulsos de señal de energía de microondas al tejido biológico para provocar ablación o coagulación en el tejido. En segundo lugar, cada pulso puede configurarse especialmente para evitar que se acumule calor no deseado en el instrumento electroquirúrgico evitando el calentamiento dieléctrico del instrumento. En tercer lugar, cada pulso puede configurarse especialmente para evitar que se acumule calor no deseado en el instrumento electroquirúrgico haciendo que cualquier calor no deseado generado en el instrumento electroquirúrgico durante la porción ACTIVADA de ese pulso se disipe durante la porción DESACTIVADA de ese pulso. Como resultado de estas ventajas, la ablación y la coagulación se pueden realizar en el lugar del tratamiento sin provocar aumentos significativos de temperatura en otras partes del cuerpo del paciente y sin requerir mecanismos de enfriamiento activos. Esto es particularmente importante cuando se pretende que el conjunto distal y su cable estén ubicados dentro de un vaso sanguíneo, donde incluso pequeñas cantidades de calefacción pueden tener un impacto negativo en el bienestar del paciente.

El cable para entregar la radiación de microondas al sitio objetivo debería tener pocas pérdidas, tener una sección transversal pequeña y ser flexible. El cable debería tener pocas pérdidas para evitar o reducir el calentamiento durante el tratamiento y para que haya suficiente potencia en el extremo distal para producir la radiación deseada desde la antena.

Si el cable no se separa del cuerpo mediante el uso de un dispositivo de alcance sellado, catéter u otra funda protectora, entonces el cable debe estar hecho o revestido con un material biológicamente inerte para evitar interacciones no deseadas con el cuerpo.

Un tipo de cable preferido es un cable coaxial que está formado por un conductor interior rodeado axialmente por una vaina dieléctrica que, a su vez, está axialmente rodeada por un conductor exterior. La parte radiante en una antena producida a partir de dicho cable puede estar formada por una sección de conductor interior y vaina dieléctrica que sobresale desde el extremo del conductor exterior del cable coaxial.

En una realización, el conductor exterior del cable coaxial puede ser lo más grueso físicamente posible para aumentar su masa térmica y su capacidad calorífica. De esta forma, todo o la mayor parte del calor generado en el cable debido al transporte de energía de microondas puede mantenerse dentro de la estructura del cable en lugar de, por ejemplo, filtrase dentro del paciente. En una realización, el conductor exterior puede tener un espesor de 0,5 mm.

La invención busca proporcionar también una antena con un patrón de radiación bien definido. Es deseable que un médico pueda seleccionar un instrumento para el tratamiento de un área específica de tejido, de modo que se maximice la radiación del tejido objetivo y se minimice la radiación del tejido sano. Por ejemplo, en algunas circunstancias puede ser deseable producir un patrón de radiación generalmente esféricamente simétrico con una distribución de absorción de potencia sustancialmente uniforme, de modo que el médico pueda controlar más fácilmente la cantidad de radiación recibida por un área de tejido.

También es preferible que el instrumento pueda manejarse junto con otros instrumentos para permitir que los médicos reciban información desde el sitio objetivo. Por ejemplo, un dispositivo de alcance puede ayudar a dirigir los instrumentos alrededor de obstáculos dentro del cuerpo de un paciente. Otros instrumentos pueden incluir un termómetro o una cámara.

En la siguiente descripción, a menos que se indique lo contrario, la longitud de un componente se refiere a su dimensión en la dirección paralela al eje longitudinal del cable coaxial.

La Figura 2 muestra un diagrama general del sistema para un aparato electroquirúrgico 20 que constituye una realización de la invención. El aparato 20 comprende una alineación de microondas 22 que forma parte de un canal de microondas.

La alineación de microondas 22 contiene componentes para generar y controlar una señal electromagnética de frecuencia de microondas a un nivel de potencia adecuado para tratar (por ejemplo, coagular o extirpar) tejido biológico. La alineación de microondas 22 de la Figura 2 puede formar parte del generador 102 de la Figura 1A. En esta realización, la alineación de microondas 22 incluye un oscilador bloqueado en fase 24, un amplificador de señal 26, un atenuador de señal ajustable 28 (por ejemplo, un atenuador de diodo analógico o digital), una unidad de amplificación (en este caso un amplificador de control 30 y un amplificador de potencia 32), un acoplador de potencia directa 34, un circulador 36 y un acoplador de potencia reflejada 38. El circulador 36 aísla la señal directa de la señal reflejada para reducir los componentes de señal no deseados presentes en los acopladores 34, 38, es decir, aumenta la directividad de los acopladores. Opcionalmente, la alineación de microondas 22 incluye un subsistema de adaptación de impedancia que tiene una impedancia ajustable. Asimismo, la frecuencia de la fuente de microondas puede variarse alrededor de la frecuencia central, por ejemplo, 2,45 GHz /-50 MHz (2,4 GHz a 2,5 GHz) o 5,8 GHz /-100 MHz (5,7 GHz a 5,9 GHz) o 24,125 GHz /-125 MHz (24 GHz a 24,25 GHz).

Debe entenderse que el amplificador de potencia 32 está configurado para permitir la generación de formas de onda pulsadas, como se describe anteriormente con referencia a las Figuras 1B y 1C. Por ejemplo, el amplificador de potencia 32 puede ser una unidad RFPA de radar pulsado de alta potencia, como los comercializados por RFHIC Corporation. Es decir, los inventores han descubierto sorprendentemente que el uso de un amplificador diseñado para aplicaciones de radar permite las ventajas antes mencionadas en aplicaciones médicas.

La alineación de microondas 22 está en comunicación con un controlador 40, que puede comprender unos circuitos 42 de acondicionamiento de señal y de interfaz general, un microcontrolador 44 y un perro guardián 46. El controlador 40 puede formar parte del generador 102 de la Figura 1A. El perro guardián 46 puede monitorizar una gama de potenciales condiciones de error, que podrían resultar en que el aparato no funcionase de acuerdo con su especificación prevista, es decir, que el aparato suministrase una dosis incorrecta de energía al tejido del paciente debido a que el tiempo de salida o de tratamiento fuera mayor que el demandado por el usuario. Una capacidad de este tipo es particularmente importante cuando se entrega una potencia de pulso máxima alta (por ejemplo, al menos 500 W o 1 kW) porque si se entrega durante más tiempo del previsto podría causar daños al sistema electroquirúrgico y al paciente. El perro guardián 46 comprende un microprocesador independiente del microcontrolador 44 para asegurar que el microcontrolador está funcionando correctamente. El perro guardián 46 puede, por ejemplo, monitorizar los niveles de voltaje de las fuentes de alimentación de CC o la sincronización de los pulsos determinada por el microcontrolador 44.

El controlador 40 es operable para imponer con precisión una duración de pulsos preestablecida de energía de microondas proporcionada al instrumento (por ejemplo, cable 52 y/o sonda 54) y para cerrar el suministro de energía de microondas al instrumento al final de esta duración de pulsos. En una realización, el controlador 40 puede incluir un circuito de cierre que realiza esta operación. Por ejemplo, el circuito de cierre puede incluir un integrador acoplado a un comparador. Durante el funcionamiento, el comparador compara una salida del integrador con un umbral preestablecido que corresponde a una duración de pulsos determinada. A medida que la salida del integrador se acumula con el tiempo, el comparador compara esta salida con el umbral y la salida del comparador cambia cuando la salida del integrador alcanza el umbral. El controlador 40 puede apagar el suministro de microondas basándose en la salida del comparador. De esta forma, se proporciona un mecanismo para cerrar con precisión el suministro de microondas al final de la duración de pulsos. En una realización, el integrador puede estar sujeto, por ejemplo, a 5 V. En una realización, el circuito de cierre puede ser parte del perro guardián 46.

El controlador 40 está dispuesto para comunicar señales de control a los componentes en la alineación de microondas 22. En esta realización, el microprocesador 44 está programado para producir una señal de control de microondas Cm para el atenuador de señal ajustable 28. Esta señal de control se utiliza para establecer el perfil de suministro de energía de la salida de radiación EM de microondas desde la alineación de microondas 22. En particular, el atenuador de señal ajustable 28 es capaz de controlar el nivel de potencia de la radiación de salida. Es más, el atenuador de señal ajustable 28 puede incluir un circuito de conmutación capaz de ajustar la forma de onda (por ejemplo, energía de pulso, potencia de pulso máxima, período de pulsos, ciclo de trabajo de pulsos, porción ACTIVADA de pulsos, porción DESACTIVADA de pulsos, energía de ráfagas, período de ráfagas, ciclo de trabajo de ráfagas, porción ACTIVADA de ráfagas, etc.) de la radiación de salida. Por lo tanto, el controlador 40 puede utilizar la señal de control Cm para hacer que el sistema 20 entregue una forma de onda de energía de microondas de acuerdo con la Figura 1B o 1C analizada anteriormente.

El microprocesador 44 puede programarse para emitir la señal de control de microondas C.m basándose en acopladores de potencia directa y reflejada 34, 38. En esta realización, el generador de microondas puede controlarse midiendo únicamente la información de fase, que puede obtenerse del canal de microondas (a partir de la información muestreada de la potencia directa y reflejada). El acoplador de potencia directa 34 emite una señal S<m1>indicativa del nivel de potencia directa y el acoplador de potencia reflejada 38 emite una señal S<m2>indicativa del nivel de potencia reflejada. Las señales Sm-i , Sm<2>de los acopladores de potencia directa y reflejada 34, 38 se comunican a los circuitos 42 de interfaz general y acondicionamiento de señales, donde se adaptan a una forma adecuada para pasar al microprocesador 44.

Debe entenderse que emitir la señal de control de microondas C<m>basándose en acopladores de potencia directa y reflejada 34, 38 es opcional. Por ejemplo, en otras realizaciones, el microprocesador 44 puede programarse para emitir la señal de control de microondas C<m>en forma de bucle abierto, es decir, sin consideración de la potencia directa y reflejada.

Una interfaz de usuario 48, por ejemplo, un panel de pantalla táctil, teclado, pantalla LED/LCD, teclado de membrana, interruptor de pedal o similar, se comunica con el controlador 40 para proporcionar información sobre el tratamiento al usuario (por ejemplo, cirujano) y permitir que diversos aspectos del tratamiento (por ejemplo, la cantidad de energía suministrada al paciente o el perfil de suministro de energía) se seleccionen o controlen manualmente, por ejemplo, mediante comandos de usuario adecuados. El aparato se puede operar usando un interruptor de pie convencional 50, que también está conectado al controlador 40. En una realización, la interfaz de usuario 48 y el interruptor de pedal 50 pueden formar parte del controlador 40.

Las señales de microondas producidas por la alineación de microondas 22 se introducen en un conjunto de cables 52 (por ejemplo, un cable coaxial) y después en una sonda 54 (o aplicador). La sonda 54 de la Figura 2 puede proporcionar el conjunto distal 118 de la Figura 1A. El conjunto de cables 52 permite que se transmita energía en frecuencias de microondas a la sonda 54, desde la que se suministra (por ejemplo, se irradia) al tejido biológico de un paciente. A continuación se analizan estructuras de ejemplo de la sonda 54.

El conjunto de cables 52 permite también que la energía reflejada, que regresa de la sonda 54, pase a la alineación de microondas 22, por ejemplo, sea detectada por los detectores contenidos en su interior. El aparato puede incluir un filtro de paso alto 56 en el canal de microondas, de modo que sólo una señal de microondas reflejada entre en la alineación de microondas 22.

Por último, el aparato incluye una unidad de fuente de alimentación 58 que recibe energía de una fuente externa 60 (por ejemplo, la red eléctrica) y la transforma en señales de potencia V<1>, V<2>, V<4>, V<5>, y V6 para alimentación de CC a los componentes del aparato. Por tanto, la interfaz de usuario recibe una señal de potencia V<1>, el microprocesador 110 recibe una señal de potencia V<3>, la formación de microondas 22 recibe una señal de potencia V<4>, el acondicionador de señal y los circuitos generales de interfaz 42 reciben una señal de potencia V<5>, y el perro guardián 46 recibe una señal de potencia Va.

Como se ha mencionado anteriormente, un generador adecuado para suministrar de forma controlable energía de microondas se describe en el documento WO 2012/076844 y, por lo tanto, el aparato 20 presenta solo una implementación posible para generar energía de microondas y las otras implementaciones descritas en el documento WO 2012/076844 también son aplicables. Sin embargo, debe entenderse que el amplificador de potencia del generador debe ser capaz de generar formas de onda de acuerdo con la presente invención (por ejemplo, de acuerdo con las Figuras 1B o 1C).

La Figura 3 es una sección transversal longitudinal tomada a lo largo del eje de un cable coaxial que forma un instrumento electroquirúrgico o antena de ablación de tejido 10. La antena de ablación de tejido 10 puede incluir el conjunto distal 118 de la Figura 1A, o la sonda 54 y el cable 52 de la Figura 2. Por lo tanto, la antena de ablación de tejido 10 puede usarse para suministrar una forma de onda de energía de microondas de acuerdo con las Figuras 1B y 1C analizadas anteriormente. La antena de ablación de tejido 10 comprende una porción radiante 12. El conductor interior 14 está rodeado radialmente por una funda dieléctrica 16 que a su vez está rodeada radialmente por el conductor exterior 18. El conductor interior 14 y la funda aislante 16 se extienden más allá de un extremo distal 19 del conductor exterior 18 y la sección sobresaliente del conductor interior y la funda aislante forma la porción radiante 12. En este ejemplo, el conductor interior 14 es más corto que la funda aislante 16 de modo que el extremo de la funda aislante 16 forma una tapa sobre el conductor interior 14.

Las Figuras 4A y 4B muestran secciones transversales longitudinal y axial respectivamente de una simulación de patrón de radiación para la antena 10 mostrada en la Figura 3. Puede verse que el patrón cubre una región alargada cerca del extremo del conductor exterior 18. Es axialmente simétrico y generalmente es más fuerte en el extremo distal 19 del conductor exterior 18.

La Figura 5 es una vista en sección transversal del extremo distal de un instrumento electroquirúrgico 200 que es una realización de la invención. El instrumento electroquirúrgico 200 puede incluir el conjunto distal 118 de la Figura 1A, o la sonda 54 y el cable 52 de la Figura 2. Por lo tanto, el instrumento electroquirúrgico 200 puede usarse para suministrar una forma de onda de energía de microondas de acuerdo con las Figuras 1B y 1C analizadas anteriormente. El instrumento electroquirúrgico 200 comprende un cable coaxial 202 que está conectado en su extremo proximal a un generador electroquirúrgico (no mostrado) para transmitir energía de microondas. El cable coaxial 202 comprende un conductor interior 206, que está separado de un conductor exterior 208 por un primer material dieléctrico 210. El cable coaxial 202 pierde preferiblemente poca energía de microondas. Puede proporcionarse un estrangulador (no mostrado) en el cable coaxial para inhibir la propagación de retorno de energía de microondas reflejada desde el extremo distal y, por tanto, limitar el calentamiento hacia atrás a lo largo del dispositivo.

El dispositivo puede incluir un sensor de temperatura en el extremo distal. Por ejemplo, en la Figura 5, un termopar 230 está montado en el conductor exterior para transmitir una señal de regreso hacia el extremo proximal, que indica la temperatura en el extremo distal del instrumento.

Se pueden usar otras técnicas para la monitorización de temperatura. Por ejemplo, una o más estructuras micromecánicas, cuya configuración física es sensible a la temperatura, pueden montarse en la parte distal del dispositivo, por ejemplo, dentro o sobre la vaina externa que se comenta después. Estas estructuras pueden interactuar con una fibra óptica, por lo que los cambios en una señal reflejada, causados por el movimiento de la estructura, pueden indicar cambios de temperatura.

El cable coaxial 202 termina en su extremo distal con una sección de punta radiante 204. En esta realización, la sección de punta radiante 204 comprende una sección conductora distal 212 del conductor interior 206, que se extiende más allá de un extremo distal 209 del conductor exterior 208. La sección conductora distal 212 está rodeada en su extremo distal por una punta dieléctrica 214 formada a partir de un segundo material dieléctrico, que es diferente del primer material dieléctrico 210. La longitud de la punta dieléctrica 214 es más corta que la longitud de la sección conductora distal 212. Un manguito dieléctrico intermedio 216 rodea la sección conductora distal 212 entre el extremo distal del cable coaxial 202 y el extremo proximal de la punta dieléctrica 214. El manguito dieléctrico intermedio 216 está formado por un tercer material dieléctrico, que es diferente del segundo material dieléctrico pero que puede ser igual que el primer material dieléctrico 210.

En esta realización, el cable coaxial 202 y la sección de punta radiante 204 tienen una funda exterior 218 formada sobre sus superficies más exteriores. La funda exterior 218 puede estar formada por un material biocompatible. La funda exterior 218 tiene un grosor lo suficientemente pequeño como para asegurar que no interfiere significativamente con la energía de microondas radiada por la sección de punta radiante 204 (es decir, el patrón de radiación y la pérdida de retorno). En una realización, la funda está fabricada de PTFE, aunque también son apropiados otros materiales. El espesor de la pared de la funda se selecciona para soportar tensiones de ruptura iguales o superiores a 200 kV/m.

La finalidad de la punta dieléctrica 214 es alterar la forma de la energía irradiada. El segundo material dieléctrico se selecciona para reducir la longitud de onda de la energía de microondas, lo que da como resultado que la energía irradiada exhiba un patrón de radiación más esférico. Para hacer esto, el segundo material dieléctrico tiene preferiblemente una constante dieléctrica grande (permitividad relativa£r).La constante dieléctrica del segundo material dieléctrico se elige preferiblemente para permitir que la longitud de la punta dieléctrica 214 se minimice mientras sigue constituyendo una porción no despreciable de una longitud de onda de la energía de microondas cuando se propaga a través del segundo material dieléctrico. Es deseable que la punta dieléctrica 214 sea lo más corta posible para mantener la flexibilidad en el dispositivo, especialmente si el segundo material dieléctrico es rígido. En una realización, la punta dieléctrica 214 puede tener una longitud igual o inferior a 2 mm. La constante dieléctrica del segundo material dieléctrico puede ser mayor que 80 y preferiblemente es de 100 o mayor a la frecuencia de la energía de microondas. El segundo material dieléctrico puede ser TiO<2>(dióxido de titanio).

La longitud de onda de la radiación en un material se acorta a medida que aumenta la constante dieléctrica del material. Por lo tanto, una punta dieléctrica 214 con una constante dieléctrica mayor tendrá un efecto mayor sobre el patrón de radiación. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica, más pequeña puede ser la punta dieléctrica 214 sin dejar de tener un efecto sustancial sobre la forma del patrón de radiación. El uso de una punta dieléctrica 214 con una gran constante dieléctrica permite reducir el tamaño de la antena y mantener la flexibilidad del instrumento. Por ejemplo, la constante dieléctrica en TiO<2>es de aproximadamente 100. La longitud de onda de la radiación de microondas con una frecuencia de 5,8 GHz es de aproximadamente 6 mm en TiO<2>en comparación con aproximadamente 36 mm en PTFE (que puede ser el material utilizado para el primer y/o tercer material dieléctrico). En esta disposición se puede producir un efecto notable sobre la forma del patrón de radiación con una punta dieléctrica 214 de aproximadamente 1 mm. Como la punta dieléctrica 214 es corta, puede fabricarse con un material rígido manteniendo la flexibilidad de la antena en su conjunto.

La punta dieléctrica 214 puede tener cualquier forma distal adecuada. En la Figura 5 tiene forma de cúpula, pero esto no es necesariamente esencial. Por ejemplo, puede ser cilíndrica, cónica, etc. Sin embargo, puede preferirse una forma de cúpula suave porque aumenta la movilidad de la antena cuando se maniobra a través de pequeños canales (por ejemplo, dentro de los vasos sanguíneos). La punta dieléctrica 214 puede estar recubierta con un material antiadherente tal como parileno C o parileno D, o PFTE para evitar que el tejido se adhiera al instrumento. De esta manera se puede recubrir todo el instrumento.

Las propiedades del manguito dieléctrico intermedio 216 se eligen preferentemente (por ejemplo, mediante simulación o similar) de manera que la sección de punta radiante 204 forme un transformador de impedancia de cuarto de onda para adaptar la impedancia de entrada del generador en una carga de tejido biológico en contacto con la sección de punta radiante 204.

En la Figura 6 se muestra una sección transversal longitudinal de una simulación del patrón de absorción de una antena que tiene la configuración mostrada en la Figura 5. El patrón producido es más uniforme y más esférico que el patrón mostrado en las Figuras 4A y 4B. El patrón de la Figura 6 es axialmente simétrico y una mayor parte de la radiación se concentra alrededor de la porción radiante en lugar de extenderse por el cable como ocurre en las Figuras 4A y 4B. Esto significa que, cuando está en uso, un área de tejido puede irradiarse de manera más uniforme, lo que significa que hay menos posibilidades de dañar el tejido sano. La radiación está también menos dispersa, permitiendo al médico irradiar con mayor precisión el tejido objetivo y reducir la radiación o el daño al tejido sano. La forma de gota de pera del patrón de radiación que se muestra en la Figura 6 también puede ser particularmente útil para tratar fibromas.

Durante el tratamiento, el tejido circundante absorbe la energía irradiada. El volumen de tejido hacia el que se entrega la energía depende de la frecuencia de la energía de microondas.

Debe entenderse que en algunas otras realizaciones la estructura de la porción de punta radiante 204 puede ser diferente y puede no incluir una punta dieléctrica 214. Por ejemplo, la porción de punta radiante puede incluir dos elementos conductores (por ejemplo, discos) separados por un aislante, en donde uno de los elementos conductores está conectado al conductor interior 206 del cable coaxial 202 y el otro de los elementos conductores está conectado al conductor exterior 208 del cable coaxial 202. Como alternativa, la porción de punta radiante puede incluir una antena helicoidal. Por ejemplo, un elemento aislante o dieléctrico puede tener dos electrodos helicoidales dispuestos en su superficie, en donde uno de los electrodos helicoidales está conectado al conductor interior 206 del cable coaxial 202 y el otro de los electrodos helicoidales está conectado al conductor exterior 208 del cable coaxial 202. Como alternativa, otras estructuras de porción de punta radiante pueden incluir antenas ranuradas.

La Figura 7 ilustra un método para controlar la energía de microondas suministrada desde un instrumento electroquirúrgico a un tejido biológico en el extremo distal del instrumento electroquirúrgico, de acuerdo con una realización. El método puede implementarse usando los aparatos electroquirúrgicos descritos anteriormente con referencia a las Figuras 1A, 2, 3 y 5. Asimismo, el método se puede utilizar para tratar tumores que están unidos a vasos sanguíneos.

El método comienza en el bloque 300. En el bloque 300, se inserta un instrumento electroquirúrgico en un vaso sanguíneo (por ejemplo, vena o arteria) dentro de un paciente. Por ejemplo, el instrumento electroquirúrgico puede ser como se muestra en las Figuras 3 o 5. El instrumento se mueve a través del vaso sanguíneo hasta llegar al sitio objetivo. En una realización, el sitio objetivo está en o cerca de donde el tumor se une al vaso sanguíneo. El tumor puede estar conectado o puede crecer desde (por ejemplo, ramificarse) el vaso sanguíneo de manera que el tumor reciba un suministro de sangre desde el vaso sanguíneo. En otra realización, el sitio objetivo puede estar en otra parte dentro del vaso sanguíneo. Una vez que el instrumento electroquirúrgico esté en el sitio objetivo, el procedimiento fluye al bloque 302.

En el bloque 302, opcionalmente, el instrumento electroquirúrgico se empuja a través de una unión entre el vaso sanguíneo y el tumor de modo que el extremo distal del instrumento electroquirúrgico entre en el interior del tumor (por ejemplo, un centro del tumor). En el bloque 304, el instrumento electroquirúrgico se activa para irradiar energía de microondas desde el extremo distal (por ejemplo, de acuerdo con el perfil de pulsos descrito anteriormente de la Figura 1B o 1C) para tratar (por ejemplo, extirpar o coagular) tejido biológico dentro del tumor. De esta forma, el tumor puede ser destruido o destruido desde el interior. A continuación se incluyen más detalles de lo que constituye la activación del instrumento electroquirúrgico.

Además de los bloques 302 y 304, o como alternativa a los bloques 302 y 304, en el bloque 306, el instrumento electroquirúrgico se coloca en la unión entre el vaso sanguíneo y el tumor (es decir, el sitio objetivo) y se activa para tratar (por ejemplo, extirpar o coagular) el tejido biológico que forma la unión. De esta forma, el tejido biológico en la unión se destruye para cortar el suministro de sangre para privar al tumor de sangre y matarlo.

Además de los bloques 302 a 306, o como alternativa a los bloques 302 a 306, en el bloque 308, el instrumento electroquirúrgico se coloca en la unión entre el vaso sanguíneo y el tumor (es decir, el sitio objetivo) y se activa para tratar (por ejemplo, coagular) el tejido biológico en una abertura entre el tumor y el vaso sanguíneo para formar un tapón ( por ejemplo, una masa sólida de células) en el tumor que sella la abertura. Luego, el instrumento electroquirúrgico se activa para tratar (por ejemplo, extirpar) el tejido biológico en la unión para separar el tumor del vaso sanguíneo. Una consecuencia de separar el tumor del vaso sanguíneo es que se corta el suministro de sangre al tumor, privando así al tumor de sangre y matándolo. Se puede dejar que el tumor desprendido viaje por el cuerpo del paciente porque, ya que se le ha cortado el suministro de sangre, el tumor desprendido ya no puede crecer ni extenderse por el cuerpo. Cabe señalar que el acto de formar un tapón que sella la abertura del tumor donde una vez se unió al vaso sanguíneo evita que las células tumorales se filtren fuera del tumor desprendido.

Preferiblemente, el método incluye cada uno de los bloques 300 a 308. Sin embargo, como alternativa, el método puede implicar sólo los bloques 300, 302 y 304, o sólo los bloques 300 y 306, o sólo los bloques 300 y 308, o sólo los bloques 300, 306 y 308, o sólo los bloques 300, 302, 304 y 308. Esto se indica en la Figura 7 mediante varias flechas entre los bloques.

También, el bloque 300 puede implicar insertar un dispositivo de guía (por ejemplo, un catéter guía o un dispositivo de alcance) a través del lumen del vaso sanguíneo del paciente y colocar un extremo distal del catéter en o cerca del sitio objetivo. A continuación, el instrumento electroquirúrgico puede colocarse en o cerca del sitio objetivo insertando el instrumento a través de un lumen del dispositivo guía. En una realización, el dispositivo de guía puede detenerse antes de llegar al sitio objetivo, de modo que el instrumento electroquirúrgico pueda sobresalir de una abertura en un extremo distal del dispositivo guía para alcanzar directamente el sitio objetivo.

Debe entenderse que el proceso de activación del instrumento electroquirúrgico para el tratamiento de tejido biológico implica las operaciones realizadas mediante, por ejemplo, el aparato electroquirúrgico de las Figuras 1A, 2, 3 y 5, como se analiza anteriormente. Es decir, el instrumento electroquirúrgico puede controlarse para suministrar una forma de onda de energía de microondas de acuerdo con la Figura 1B o 1C, analizadas anteriormente. Por lo general, estas operaciones incluyen: generar una forma de onda de energía de microondas; transportar la forma de onda de energía de microondas a lo largo de un canal de microondas al instrumento electroquirúrgico; entregar la forma de onda de energía de microondas al tejido biológico desde el extremo distal del instrumento electroquirúrgico como uno o más pulsos de señal de energía de microondas; controlar el perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y para evitar sustancialmente que el o cada pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico. De esta forma, el perfil de uno o más pulsos de señal de energía de microondas se controla para causar ablación o coagulación del tejido biológico pero cada pulso está dispuesto de manera que no se acumule calor en el instrumento electroquirúrgico. Una explicación más detallada de uno o más pulsos de señal de energía de microondas de acuerdo con diferentes realizaciones se describe anteriormente con referencia a las Figuras 1B y 1C.

Las características divulgadas en la descripción anterior, o en las siguientes reivindicaciones, o en los dibujos adjuntos, expresadas en sus formas específicas o en términos de un medio para realizar la función divulgada, o un método o proceso para obtener los resultados divulgados, según sea apropiado, pueden, por separado, o en cualquier combinación de tales características, utilizarse para realizar la invención en diversas formas de la misma.

Si bien la invención se describe junto con las realizaciones a modo de ejemplo descritas anteriormente, muchas variaciones serán evidentes para los expertos en la materia cuando se les proporcione esta divulgación. Por consiguiente, los ejemplos de realizaciones de la invención expuestos anteriormente se consideran ilustrativos y no limitantes. Se pueden realizar diversos cambios en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invención.

Para evitar cualquier duda, cualquier explicación teórica proporcionada en este documento se proporciona con el fin de mejorar la comprensión del lector. Los inventores no desean verse limitados por ninguna de estas explicaciones teóricas.

A lo largo de esta memoria descriptiva, incluidas las reivindicaciones que siguen, salvo que el contexto requiera lo contrario, los términos "tener", "comprender" e "incluir", y variaciones, tales como "tiene", "comprende", "que comprende" e "incluido" se entenderá que implican la inclusión de un número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas establecidos, pero no la exclusión de cualquier otro número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas.

Cabe señalar que, tal como se utilizan en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un/una", "uno/a", y "el/la" incluyen los referentes a los plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. En el presente documento, los intervalos se pueden expresar como desde "aproximadamente" un valor concreto y/o hasta "aproximadamente" otro valor concreto. Cuando se expresa un intervalo de este tipo, otra realización incluye desde el valor concreto y/o hasta el otro valor concreto. De forma similar, cuando los valores se expresan como aproximaciones, mediante el uso del antecedente "aproximadamente", se entenderá que el valor concreto forma otra realización. El término "aproximadamente" en relación con un valor numérico es opcional y significa, por ejemplo, /-10 %.

Los términos "preferido" y "preferiblemente" se utilizan en el presente documento para referirse a realizaciones de la invención que pueden proporcionar ciertos beneficios en algunas circunstancias. Cabe advertir, sin embargo, que también se pueden preferir otras realizaciones bajo las mismas o diferentes circunstancias. Por lo tanto, la enumeración de una o más realizaciones preferidas no significa ni implica que otras realizaciones no sean útiles, y no pretende excluir otras realizaciones del alcance de la divulgación o del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato electroquirúrgico para el tratamiento de tejido biológico con energía de microondas, comprendiendo el aparato:

un generador de señales de energía de microondas (102) para generar una forma de onda de energía de microondas;

un instrumento electroquirúrgico (54) dispuesto para suministrar la forma de onda de energía de microondas desde un extremo distal del mismo para tratamiento de tejido;

un controlador (40) en comunicación con el generador de señales de energía de microondas;

estando el generador de señales de energía de microondas configurado para entregar la forma de onda de energía de microondas como un pulso de señal de energía de microondas, y

estando el controlador configurado para controlar el perfil de un pulso de señal de energía de microondas para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico y para evitar sustancialmente que un pulso provoque la acumulación de calor en el instrumento electroquirúrgico,

en donde el controlador está configurado para controlar el perfil de un pulso de manera que una potencia máxima del un pulso se mantenga en o por encima de un mínimo de potencia máxima que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante el pulso de una señal de energía de microondas, siendo la potencia máxima mínima 500 W, y

en donde se aplica al menos uno de los siguientes:

(a) el controlador está configurado para controlar el perfil del un pulso de manera que la duración de una porción ACTIVADA del un pulso se mantiene en o por debajo de un límite de duración de la porción ACTIVADA que se establece para evitar sustancialmente que la forma de onda de energía de microondas cause calentamiento dieléctrico del instrumento electroquirúrgico durante el un pulso, siendo el límite de duración de la porción ACTIVADA 1 s;

(b) el controlador está configurado para controlar el perfil del un pulso de modo que un ciclo de trabajo del un pulso se mantenga en o por debajo de un límite de ciclo de trabajo que se establece de manera que el calor que la forma de onda de energía de microondas hace que se acumule en el instrumento electroquirúrgico durante una porción ACTIVADA del pulso se disipa sustancialmente durante una porción DESACTIVADA del pulso.

2. El aparato electroquirúrgico de la reivindicación 1, en donde el controlador está configurado para controlar el perfil del un pulso de manera que la energía del un pulso de señal de energía de microondas se mantenga en o por encima de un mínimo de energía que se establece para provocar la ablación o coagulación del tejido biológico durante el un pulso de señal de energía de microondas.

3. El aparato electroquirúrgico de la reivindicación 2, en donde el mínimo de energía es 1 kJ.

4. El aparato electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde el mínimo de potencia máxima es cualquiera de los siguientes: 1 kW, 10 kW, 1 MW, 5 MW.

5. El aparato electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde el límite de duración de la porción ACTIVADA es cualquiera de los siguientes: 0,1 s, 1 ms, 0,2 ms.

6. El aparato electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde se aplica al menos uno de los siguientes:

(a) el límite del ciclo de trabajo es del 10 %,

(b) la porción ACTIVADA tiene una duración de entre 10 ps y 200 ps.

7. El aparato electroquirúrgico de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6 cuando depende de la reivindicación 2, en donde:

el generador de señales de energía de microondas está configurado para entregar la forma de onda de energía de microondas como una pluralidad de pulsos de señales de energía de microondas, y

el controlador está configurado para controlar el perfil de la pluralidad de pulsos de señal de energía de microondas para formar una pluralidad de ráfagas de pulsos, en donde una energía de cada ráfaga se mantiene en o por encima del mínimo de energía.

8. El aparato electroquirúrgico de la reivindicación 7, en donde se aplica al menos uno de los siguientes:

(a) cada ráfaga tiene un ciclo de trabajo de ráfagas de hasta el 40 %,

(b) cada ráfaga tiene una duración de porción ACTIVADA de ráfagas de hasta 200 ms.

9. El aparato electroquirúrgico de cualquier reivindicación anterior, en donde el instrumento electroquirúrgico comprende:

un cable coaxial para transmitir la forma de onda de energía de microondas, teniendo el cable coaxial un conductor interior, un conductor exterior, y un primer material dieléctrico (16) que separa el conductor interior (14) y el conductor exterior(18); y

una porción de punta radiante (12, 204) dispuesta en un extremo distal del cable coaxial para recibir la forma de onda de energía de microondas del cable coaxial e irradiar un campo de microondas localizado para el tratamiento de tejidos.

10. El aparato electroquirúrgico de la reivindicación 9, en donde la porción de punta radiante (12, 204) comprende: una punta dieléctrica (214), y

una porción conductora distal del conductor interior, extendiéndose dicha porción conductora distal longitudinalmente dentro de la punta dieléctrica.

11. El aparato electroquirúrgico de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el diámetro exterior del cable coaxial y la porción de punta radiante es igual o inferior a 2,5 mm.

12. El aparato electroquirúrgico de la reivindicación 9, en donde la porción de punta radiante comprende dos elementos conductores separados por un aislante, y en donde un elemento conductor está conectado al conductor interior del cable coaxial y el otro elemento conductor está conectado al conductor exterior del cable coaxial.

13. El aparato electroquirúrgico de la reivindicación 9, en donde la porción de punta radiante comprende una antena helicoidal.

14. El aparato electroquirúrgico de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en donde la porción de punta radiante está dispuesta para actuar como un transformador de impedancia de cuarto de onda para hacer coincidir una impedancia de entrada con una impedancia de carga de tejido.