JP2021087779A - 不可逆的エレクトロポレーションのためのパルス発生器 - Google Patents

不可逆的エレクトロポレーションのためのパルス発生器 Download PDF

Info

Publication number
JP2021087779A
JP2021087779A JP2020200099A JP2020200099A JP2021087779A JP 2021087779 A JP2021087779 A JP 2021087779A JP 2020200099 A JP2020200099 A JP 2020200099A JP 2020200099 A JP2020200099 A JP 2020200099A JP 2021087779 A JP2021087779 A JP 2021087779A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrodes
pulse
ire
medical device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020200099A
Other languages
English (en)
Inventor
アンドレス・クラウディオ・アルトマン
Andres C Altmann
アサフ・ゴバリ
Assaf Govari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Biosense Webster Israel Ltd
Original Assignee
Biosense Webster Israel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US16/701,989 external-priority patent/US11540877B2/en
Application filed by Biosense Webster Israel Ltd filed Critical Biosense Webster Israel Ltd
Publication of JP2021087779A publication Critical patent/JP2021087779A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1492—Probes or electrodes therefor having a flexible, catheter-like structure, e.g. for heart ablation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00137—Details of operation mode
    • A61B2017/00154—Details of operation mode pulsed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00199—Electrical control of surgical instruments with a console, e.g. a control panel with a display
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00315—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for treatment of particular body parts
    • A61B2018/00345—Vascular system
    • A61B2018/00351—Heart
    • A61B2018/00363—Epicardium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00577—Ablation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00613—Irreversible electroporation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00732—Frequency
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00761—Duration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00767—Voltage
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00791—Temperature
    • A61B2018/00821—Temperature measured by a thermocouple
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00839—Bioelectrical parameters, e.g. ECG, EEG
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/124—Generators therefor switching the output to different electrodes, e.g. sequentially
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1246—Generators therefor characterised by the output polarity
    • A61B2018/126—Generators therefor characterised by the output polarity bipolar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1286—Generators therefor having a specific transformer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B2018/1467—Probes or electrodes therefor using more than two electrodes on a single probe
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/16—Indifferent or passive electrodes for grounding
    • A61B2018/167—Passive electrodes capacitively coupled to the skin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

【課題】医療装置を提供すること。【解決手段】アブレーションを行うための医療装置。患者の身体内に挿入されるように構成されたプローブであって、このプローブに沿って配設され、かつ身体内の組織に接触するように構成された電極の配列を含む、プローブと、プローブが組織に接触している間の第１の期間中、配列内の複数の電極の中の各電極と、配列内の電極の第１の側の第１の隣接する電極との間に、各電極と第１の隣接する電極との間の双極性パルスの第１のシーケンスを印加し、プローブが組織に接触したままである間の第２の期間中、配列内の複数の電極の中の各電極と、配列内の、第１の側とは反対の、電極の第２の側の第２の隣接する電極との間に、電極と第２の隣接する電極との間の双極性パルスの第２のシーケンスを印加するように構成された、電気信号発生器と、を含む、装置。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年１２月３日出願の米国特許出願第１６／７０１，９８９号の継続出願である。
（発明の分野）
本発明は、一般に医療機器に関し、特に不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）のための装置及び方法に関する。
不可逆的エレクトロポレーション（Irreversible electroporation、ＩＲＥ）は、強い電界の短パルスを印加して細胞膜内に永久的、それゆえ致死的なナノ細孔を形成し、それにより細胞恒常性（内部の物理的条件及び化学的条件）を崩壊させる軟組織アブレーション技術である。ＩＲＥ後の細胞死は、アポトーシス（プログラムされた細胞死）に起因し、全ての他の熱又は放射線ベースのアブレーション技術におけるような壊死（細胞自体の酵素の作用を通じて細胞の破壊をもたらす細胞傷害）に起因しない。ＩＲＥは普通、精度、並びに細胞外マトリックス、血流、及び神経の保全が重要な領域における腫瘍のアブレーションで使用される。
下記に記載される本発明の例示的な実施形態は、不可逆的エレクトロポレーションのための改良されたシステム及び方法を提供する。
したがって、本発明の例示的な実施形態による、患者の身体内に挿入されるように構成されたプローブであって、このプローブに沿って配設され、かつ身体内の組織に接触するように構成された電極の配列を含む、プローブと、プローブが組織に接触している間の第１の期間中、配列内の複数の電極の中の各電極と、配列内の電極の第１の側の第１の隣接する電極との間に、各電極と第１の隣接する電極との間の双極性パルスの第１のシーケンスを印加し、プローブが組織に接触したままである間の第２の期間中、配列内の複数の電極の中の各電極と、配列内の、第１の側とは反対の、電極の第２の側の第２の隣接する電極との間に、電極と第２の隣接する電極との間の双極性パルスの第２のシーケンスを印加するように構成された、電気信号発生器と、を備える、医療装置が提供される。
例示的な一実施形態によれば、双極性パルスは、組織内に不可逆的電気泳動（ＩＲＥ）を引き起こすのに十分な振幅を有する。
例示的な一実施形態によれば、シーケンスにおける双極性パルスの各々の振幅は少なくとも２００Ｖであり、双極性パルスの各々の持続時間は２０μｓ未満である。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、電極に、その電極によって接触された組織を熱アブレーションするのに十分な電力を有する高周波（radio-frequency、ＲＦ）信号を印加するように更に構成されている。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、双極性パルスの第１のシーケンス及び第２のシーケンスを含む複数のパルス列を発生させるように構成され、パルス列は、双極性パルスが印加されない間隔によって分離されている。
例示的な一実施形態によれば、プローブは、患者の心臓内の組織に接触し、心臓内の組織をアブレーションするために双極性パルスのシーケンスを印加するように構成されている。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、心臓の拍動に対して非同期的に信号を印加するように構成されている。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、心臓の拍動に対して同期的に信号を印加するように構成されている。
例示的な一実施形態によれば、プローブは、電極に隣接する複数の温度センサを含み、電気信号発生器は、温度センサによって測定された温度に応答して双極性パルスを印加するように構成されている。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、配列内の少なくとも１つの他の電極によって分離された電極の対の間に双極性パルスのシーケンスを印加するように更に構成されている。
例示的な一実施形態によれば、電極は、配列内の第１の電極及び最後の電極を除いて、電極の各々が、それぞれの第１の側及び第２の側にそれぞれの第１の隣接する電極及び第２の隣接する電極を有するように、カテーテルに沿って配列されている。
例示的な一実施形態によれば、第１の期間中、電気信号発生器は、少なくとも、配列内の第１の電極及び第２の電極からなる第１の対と、配列内の第３の電極及び第４の電極からなる第２の対と、を含む電極の対の第１のセットの間にパルスを印加し、第２の期間中、電気信号発生器は、少なくとも、配列内の第２の電極及び第３の電極からなる第３の対と、配列内の第３の電極及び第４の電極からなる第４の対と、を含む電極の対の第２のセットの間にパルスを印加する。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、双極性パルスの第１のシーケンスの印加と、第２のシーケンスの印加とを３ミリ秒以内に切り替えるように構成されたスイッチのネットワークを含む。
例示的な一実施形態によれば、電気信号発生器は、双極性パルスを発生させるパルス発生アセンブリと、双極性パルスを、複数の出力チャネルを介して電極に送るように構成されたパルスルーティング及び計測アセンブリと、を含む。
例示的な一実施形態によれば、出力チャネルの各々は、電極のうちのそれぞれ１つに結合され、パルスルーティング及び計測アセンブリは、各出力チャネルに対するそれぞれのモジュールを含む複数のモジュールを含み、各モジュールは、出力チャネル間で双極性パルスを切り替えるための１つ又は２つ以上のスイッチを含む。
例示的な一実施形態によれば、モジュールの各々は、モジュールをパルス発生アセンブリに結合する変圧器を含む。
例示的な一実施形態によれば、モジュールの各々は、それぞれのモジュールに結合された出力チャネルに印加された電圧及び電流を測定するように結合された計測モジュールを含み、装置は、測定された電圧及び電流に応答して、パルス発生アセンブリを制御するように結合されたコントローラを含む。
本発明の別の例示的な実施形態による、患者の身体内の組織をアブレーションするための方法も提供される。この方法は、プローブを身体内に挿入することであって、このプローブが、プローブに沿って配設され、かつ組織に接触するように構成された複数の電極を含む、挿入することと、プローブが組織に接触している間の第１の期間中、配列内の複数の電極の中の各電極と、配列内の電極の第１の側の第１の隣接する電極との間に、各電極と第１の隣接する電極との間の双極性パルスの第１のシーケンスを印加し、プローブが組織に接触したままである間の第２の期間中、配列内の複数の電極の中の各電極と、配列内の、第１の側とは反対の、電極の第２の側の第２の隣接する電極との間に、電極と第２の隣接する電極との間の双極性パルスの第２のシーケンスを印加することと、を含む。
別の例示的な実施形態によれば、双極性パルスは、組織内に不可逆的電気泳動（ＩＲＥ）を引き起こすのに十分な振幅を有する。
別の例示的な実施形態によれば、シーケンス内の双極性パルスの各々の振幅は少なくとも２００Ｖであり、双極性パルスの各々の持続時間は２０μｓ未満である。
本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。
本発明の例示的な実施形態による、ＩＲＥアブレーション処置で使用されるマルチチャネルＩＲＥシステムの概略的な絵図である。 本発明の例示的な一実施形態による、双極性ＩＲＥパルスの概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、双極性パルスのバーストの概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、組み込まれたＲＦ信号を有するＩＲＥ信号の概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、組み込まれたＲＦ信号を有するＩＲＥ信号の概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、ＩＲＥモジュール、及びＩＲＥモジュールと他のモジュールとの接続を概略図示するブロック図である。 図５のＩＲＥモジュール内のパルスルーティング及び計測アセンブリの電気概略図である。 図６のパルスルーティング及び計測アセンブリ内の２つの隣接するモジュールの電気概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、パルス発生回路、変圧器、及び高電圧電源の電気概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、スイッチの電気概略図である。
概論
ＩＲＥは、主に非熱プロセスであり、組織温度を数ミリ秒間、高くても数度上昇させる。したがって、ＩＲＥは、組織温度を２０〜７０℃上昇させ、加熱により細胞を破壊するＲＦ（高周波）アブレーションとは異なる。ＩＲＥは、ＤＣ電圧による筋収縮を回避するために、双極性パルス、すなわち正のパルス及び負のパルスの組み合わせを利用する。パルスは、例えば、カテーテルの２つの双極電極間に印加される。
ＩＲＥパルスが組織内に必要なナノ細孔を生成するためには、パルスの電界強度Ｅが、組織依存閾値Ｅｔｈを超えなければならない。したがって、例えば、心臓細胞については閾値が約５００Ｖ／ｃｍであり、骨については３０００Ｖ／ｃｍである。閾値電界強度のこの差が、ＩＲＥが異なる組織に選択的に適用されることを可能にする。必要な電界強度を達成するために、一対の電極に印加される電圧は、標的組織及び電極間の分離の両方に依存する。印加される電圧は最大２０００Ｖに達することがあり、これは、熱ＲＦアブレーションにおける１０〜２００Ｖの典型的な電圧よりもはるかに高い。
双極性ＩＲＥパルスは、０．５〜５μｓのパルス幅、及び０．１〜５μｓの正のパルス及び負のパルス間の分離を有する、２つの電極間に印加される正パルスと負パルスとを含む。本明細書において、「正」及び「負」という用語は、２つの電極間の任意選択的に選択された極性を指す。双極性パルスはパルス列にまとめられ、各列は、１〜２０μｓのパルス間周期を有する、１〜１００個の双極性パルスを含む。所与の位置でＩＲＥアブレーションを実施するために、１〜１００個のパルス列が、その位置における一対の電極間に、０．３〜１０００ｍｓの連続するパルス列間の間隔をおいて印加される。１つのＩＲＥアブレーションで送達されるチャネル（電極対）当たりの総エネルギーは、典型的には６０Ｊ未満であり、アブレーションは最大１０秒持続し得る。
多電極カテーテルがＩＲＥ処置で使用される場合、電極の連続する対は、処置中の間を通じて循環され得る。１０電極カテーテルを例に挙げると、電極対は、隣接する様式（１−２、２−３、．．．９−１０）、又はインターリーブ様式（１−３、２−４、．．．８−１０）で通電され得る。しかしながら、例えば、隣接する対の通電は２段階で行われなければならず、最初に奇数−偶数の電極１−２、３−４、５−６、７−８、及び９−１０に通電し、次いで偶数−奇数の電極２−３、４−５、６−７、及び８−９に通電する。電極を駆動するために、信号発生器又は除細動器などの一般的に利用可能な供給源を使用すると、電極のあるセット（奇数−偶数）から電極の別のセット（偶数−奇数）への必要な切り替えは、手動で又は低速スイッチを使用して行われる。
本明細書に記載される本発明の例示的な実施形態は、高速切り替え及び様々な治療信号発生の能力を有する、ＩＲＥのための汎用の電気信号発生器を含む医療装置を提供することによって、電極のセット間の切り替え要件に対処する。信号発生器は、カテーテルに沿って配列された複数の電極を有するカテーテルを含むプローブと共に動作し、カテーテルは、電極が身体内の組織と接触するように患者の身体内に挿入される。
カテーテルに沿った各電極（配列内の第１の電極及び最後の電極を除く）は、両側に隣接する電極を有する。いくつかの例示的な実施形態では、第１の期間中、信号発生器は、各電極と、その２つの隣接部のうちの第１のものとの間に、例えば、１−２、３−４、．．．９−１０の対の間に、ＩＲＥパルスを印加する。次いで、第２の期間中、信号発生器は、各電極と、その第２の隣接部との間に、例えば、２−３、４−５、．．．８−９の対の間に、ＩＲＥパルスを印加する。言い換えると、「第１の隣接部」及び「第２の隣接部」というラベルを適切に定義することによって、上記のＩＲＥパルスの印加は、第１の期間中、奇数−偶数の電極に通電し、第２の期間中、偶数−奇数の電極に通電する。
開示される例示的な実施形態では、ＩＲＥ発生器として構成された信号発生器は、高速スイッチのネットワークを含み、数ミリ秒のうちに奇数−偶数の電極と偶数−奇数の電極との切り替えを可能にする。ネットワーク内に追加のリレーを組み込むことによって、例えばインターリーブされた電極などの、電極の他の構成にＩＲＥパルスを、インターリーブされた電極のセットの間の同時（concomitant）高速切り替えを伴って印加するように、信号発生器を構成することができる。
先に述べたように、２つの一般に使用されるアブレーション方法、ＩＲＥアブレーション及びＲＦアブレーションは、異なるモダリティを実施し、ＩＲＥアブレーションは、細胞膜内に穴を穿孔することによって細胞を破壊する一方、ＲＦアブレーションは、加熱によって細胞を破壊する。同じ組織を治療する際に、これらの２つの方法を組み合わせることが有利である場合がある。
したがって、本明細書に記載される本発明のいくつかの例示的な実施形態では、電気信号発生器は、ＩＲＥアブレーション及びＲＦアブレーションの２つのモダリティを迅速に切り替えることができる。したがって、電気信号発生器は、電極の１つ又は２つ以上の対間に、ＩＲＥパルスとＲＦパルスとの交番シーケンスを印加する。
開示される例示的な実施形態では、ＩＲＥ発生器として構成された信号発生器は、２つの迅速に切り替え可能なモダリティで機能し、ＩＲＥモダリティでは、ＩＲＥアブレーションのためのＩＲＥパルスを発生させ、ＲＦモダリティでは、信号発生器は、ＲＦアブレーションに好適な周波数で、ＩＲＥパルスよりも低い振幅を有するパルス列を発生させる。このパルス列は、低域フィルタを通してパルス列をフィルタリングすることによって、正弦波ＲＦアブレーション信号に変換される。ＩＲＥアブレーション信号及びＲＦアブレーション信号の両方を同じ電極に結合しながら、これら２つのモダリティ間で迅速な切り替えを行うことは、低域フィルタと並列にバイパススイッチを交互に閉鎖及び開放することによって達成される。ＲＦアブレーション信号は、２つの連続する双極性ＩＲＥパルス間、又は単一の双極性ＩＲＥパルスの正パルスと負パルスとの間に挿入され得る。後者の場合、正パルスと負のパルスとの間隔は、１〜１０ｍｓに伸張される。
ＩＲＥ発生器は、アブレーションプロトコルを実装するＩＲＥコントローラによって制御される。プロトコルは、標的組織及びカテーテルの電極構成に適合するために、場合によっては、追加的に組み込まれたＲＦアブレーションを含む、ＩＲＥアブレーションのパラメータの全てに対する値を定義する。これらのパラメータ値は、医師などの医療専門家によるＩＲＥ処置の開始時に設定され、処置を制御する。医師は、必要な組織体積、電界強度、カテーテル構成、及びパルス又はパルス列当たりのエネルギー、並びに処置全体にわたって送達されるエネルギーに基づいてパラメータを設定する。
ＩＲＥアブレーションシステム及びＩＲＥパルス
図１は、本発明の例示的な実施形態による、ＩＲＥアブレーション処置で使用されるマルチチャネルＩＲＥシステム２０の概略的な絵図である。以下の説明では、ＩＲＥアブレーション処置は、「ＩＲＥアブレーション」又は「ＩＲＥ処置」とも呼ばれる。示された例示的な実施形態では、医師２２は、ＩＲＥシステム２０を使用して、マルチチャネルＩＲＥアブレーション処置を実施している。医師２２は、遠位端２８が、カテーテルの長さに沿って配列された複数のアブレーション電極３０を含むアブレーションカテーテル２６を使用して、被験者２４に対して処置を実施している。
ＩＲＥシステム２０は、プロセッサ３２及びＩＲＥモジュール３４を含み、ＩＲＥモジュールは、ＩＲＥ発生器３６及びＩＲＥコントローラ３８を含む。以下で更に詳述するように、ＩＲＥ発生器３６は、ＩＲＥ処置を実行するための選択された電極３０に指向された電気パルスの列を発生させる。電気パルスの列の波形（タイミング及び振幅）は、ＩＲＥコントローラ３８によって制御される。プロセッサ３２は、以下に詳述するように、ＩＲＥシステム２０と医師２２との間の入力及び出力インターフェースを処理する。
プロセッサ３２及びＩＲＥコントローラ３８はそれぞれ、典型的には、プログラマブルプロセッサを含み、プログラマブルプロセッサは、本明細書に記載される機能を実行するために、ソフトウェア及び／又はファームウェアでプログラムされている。代替的又は追加的に、それらの各々は、これらの機能の少なくとも一部を実行する、ハードワイヤード及び／又はプログラム可能なハードウェア論理回路を含んでもよい。プロセッサ３２及びＩＲＥコントローラ３８は、単純化のために、別個のモノリシックな機能ブロックとして図に示されているが、実際には、これらの機能の一部は、図に示され、テキストに記載されている信号を受信及び出力するための好適なインターフェースを有する単一の処理及び制御ユニット内で組み合わされてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、ＩＲＥコントローラ３８は、高速制御信号がＩＲＥコントローラからＩＲＥ発生器３６に送信されるので、ＩＲＥモジュール３４内に常駐する。しかしながら、十分に高速の信号がプロセッサ３２からＩＲＥ発生器３６に送信され得るならば、ＩＲＥコントローラ３８は、プロセッサ内に常駐してもよい。
プロセッサ３２及びＩＲＥモジュール３４は典型的には、コンソール４０内に常駐する。コンソール４０は、キーボード及びマウスなどの入力装置４２を含む。ディスプレイスクリーン４４は、コンソール４０に近接して（又はそれと一体で）位置する。ディスプレイスクリーン４４は、任意選択的にタッチスクリーンを含んでもよく、それにより別の入力装置を提供することができる。
ＩＲＥシステム２０は、システム２０内の好適なインターフェース及びデバイスに接続された、以下のモジュール（典型的には、コンソール４０内に常駐する）のうちの１つ又は２つ以上を更に含んでもよい。
・心電図（electrocardiogram、ＥＣＧ）モジュール４６は、被験者２４に取り付けられたＥＣＧ電極５０に、ケーブル４８を介して結合されている。ＥＣＧモジュール４６は、被験者２４の心臓５２の電気活動を測定するように構成されている。
・温度モジュール５４は、カテーテル２６の遠位端２８上の各電極３０に隣接して位置する、熱電対５６などの任意の温度センサに結合され、隣接する組織５８の温度を測定するように構成されている。
・追跡モジュール６０は、遠位端２８内の１つ又は２つ以上の電磁位置センサ（図示せず）に結合されている。１つ又は２つ以上の磁場発生器６２によって発生された外部磁場の存在下で、電磁位置センサは、センサの位置と共に変化する信号を出力する。これらの信号に基づいて、追跡モジュール６０は、心臓５２内の電極３０の位置を確認し得る。
上記のモジュール４６、５４、及び６０は、典型的には、アナログ構成要素及びデジタル構成要素の両方を含み、アナログ信号を受信し、デジタル信号を送信するように構成されている。各モジュールは、モジュールの機能の少なくとも一部を実行する、ハードワイヤード及び／又はプログラム可能なハードウェア論理回路を更に含んでもよい。
カテーテル２６は、ポート又はソケットなどの電気的インターフェース６４を介してコンソール４０に接続されている。したがって、ＩＲＥ信号は、インターフェース６４を介して遠位端２８に搬送される。同様に、遠位端２８の位置を追跡するための信号、及び／又は組織５８の温度を追跡するための信号は、インターフェース６４を介してプロセッサ３２によって受信され、ＩＲＥ発生器３６によって発生されたパルスを制御する際に、ＩＲＥコントローラ３８によって印加され得る。
外部電極６５、すなわち「リターンパッチ」は、被験者２４、典型的には被験者の胴体の皮膚上、と、ＩＲＥ発生器３６との間の外部に追加的に結合されてもよい。
プロセッサ３２は、ＩＲＥ処置の前、及び／又は処置中に、医師２２から（又は他のユーザーから）、処置のためのセットアップパラメータ６６を受信する。１つ又は２つ以上の好適な入力装置４２を使用して、図２〜図４及び表１を参照して以下に説明するように、医師２２は、ＩＲＥパルス列のパラメータを設定する。医師２２は更に、（ＩＲＥパルス列を受信するための）活性化のためのアブレーション電極３０の対、及びそれらが活性化される順序を選択する。
ＩＲＥアブレーションをセットアップする際、医師２２はまた、心臓５２のサイクルに対するＩＲＥパルスのバーストの同期のモードを選択することができる。「同期モード」と呼ばれる第１のオプションは、心臓が再充電しており、外部電気パルスに応答しない場合に、ＩＲＥパルスバーストを、心臓５２の不応状態の間に起こるように同期させることである。バーストは、心臓５２のＱＲＳ群後に起こるように時間が合わせられるが、この遅延は、Ｐ波の前に、心臓５２のＴ波の間にバーストが起こるように、心臓のサイクル時間の約５０％である。同期モードを実施するために、ＩＲＥコントローラ３８は、以下の図５に示すＥＣＧモジュール４６からのＥＣＧ信号４１４に基づいて、ＩＲＥパルスのバースト（単数）又はバースト（複数）の時間を合わせる。
第２の同期のオプションは非同期モードであり、ＩＲＥパルスのバーストは、心臓５２のタイミングとは独立して発射される。最大長さ５００ｍｓを有し、典型的には２００ｍｓの長さのＩＲＥバーストは、心臓が反応しない１つの短パルスとして心臓によって感じられるため、このオプションは可能である。この種の非同期的な動作は、ＩＲＥ処置の簡略化及び合理化に有用であり得る。
セットアップパラメータ６６を受信したことに応答して、プロセッサ３２は、ＩＲＥコントローラ３８にこれらのパラメータを伝達し、ＩＲＥコントローラ３８は、医師２２によって要求されたセットアップに従ってＩＲＥ信号を発生させるよう、ＩＲＥ発生器３６に命ずる。更に、プロセッサ３２は、ディスプレイスクリーン４４上にセットアップパラメータ６６を表示することができる。
いくつかの例示的な実施形態では、プロセッサ３２は、追跡モジュール６０から受信された信号に基づいて、例えば、遠位端２８の現在の位置及び向きを示すように注釈付けされた、被験者の解剖学的構造の関連画像６８をディスプレイ４４上に表示する。代替的又は追加的に、温度モジュール５４及びＥＣＧモジュール４６から受信した信号に基づいて、プロセッサ３２は、各電極３０における組織５８の温度及び心臓５２の電気活動をディスプレイスクリーン４４に表示してもよい。
処置を開始するために、医師２２は、カテーテル２６を被験者２４に挿入し、次いで、カテーテルを、制御ハンドル７０を用いて、心臓５２の内部又は外部の適切な部位までナビゲートする。続いて、医師２２は、遠位端２８を、心臓５２の心筋又は心外膜組織などの組織５８と接触させる。次に、ＩＲＥ発生器３６は、図３を参照して以下に説明されるように、複数のＩＲＥ信号を発生させる。ＩＲＥ信号は、ＩＲＥパルスによって発生された電流７２が、各対の電極の間を流れ（双極アブレーション）、要求された不可逆的エレクトロポレーションを組織５８上で実行するように、異なるそれぞれのチャネルを介して、アブレーション電極３０の対までカテーテル２６を通して搬送される。
図２は、本発明の例示的な一実施形態による、双極性ＩＲＥパルス１００の概略図である。
曲線１０２は、ＩＲＥアブレーション処置における時間ｔの関数としての双極性ＩＲＥパルス１００の電圧Ｖを示す。双極性ＩＲＥパルスは、正のパルス１０４及び負のパルス１０６を含むが、用語「正」及び「負」は、双極性パルスが印加される２つの電極３０の任意に選択された極性を指す。正のパルス１０４の振幅はＶ＋とラベル付けされ、パルスの時間幅は、ｔ＋とラベル付けされる。同様に、負のパルス１０６の振幅はＶ−とラベル付けされ、パルスの時間幅は、ｔ−とラベル付けされる。正のパルス１０４と負のパルス１０６との間の時間幅は、ｔＳＰＡＣＥとラベル付けされる。双極性パルス１００のパラメータの典型的な値を、以下の表１に示す。
図３は、本発明の例示的な一実施形態による、双極性パルスのバースト２００の概略図である。
ＩＲＥ処置では、ＩＲＥ信号は、曲線２０２によって示される１つ又は２つ以上のバースト２００として電極３０に送達される。バースト２００は、各列がＮＰ個の双極性パルス１００を含む、ＮＴ個のパルス列２０４を含む。パルス列２０４の長さはｔＴとラベル付けされる。パルス列２０４内の双極性パルス１００の周期はｔＰＰとラベル付けされ、連続する列間の間隔はΔＴとラベル付けされ、その間、信号は印加されない。バースト２００のパラメータの典型的な値を、以下の表１に示す。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、組み込まれたＲＦ信号を有するＩＲＥ信号３０２及び３０４の概略図である。図４Ａ及び図４Ｂに示される例示的な実施形態では、これらのアブレーションモダリティの両方から利益を得るために、ＲＦアブレーションがＩＲＥアブレーションと組み合わされる。
図４Ａでは、曲線３０６は、図２の双極性パルス１００と同様に、２つの双極性パルス３１０と３１２との間のＲＦ信号３０８の、時間ｔの関数としての電圧Ｖを示す。ＲＦ信号３０８の振幅はＶＲＦとラベル付けされ、その周波数はｆＲＦとラベル付けされ、双極性パルス３１０と３１２との間の分離はΔＲＦとラベル付けされる。典型的には、周波数ｆＲＦは３５０〜５００ｋＨｚであり、振幅ＶＲＦは１０〜２００Ｖであるが、より高い又はより低い周波数及び振幅が代替的に使用されてもよい。
図４Ｂでは、曲線３１４は、正のＩＲＥパルス３１８と負のＩＲＥパルス３２０との間のＲＦ信号３１６の、時間ｔの関数としての電圧Ｖを示す。ＩＲＥパルス３１８及び３２０は、図２のパルス１０４及び１０６と同様である。この例示的な実施形態では、正のパルス３１８と負のパルス３２０との間隔ｔＳＰＡＣＥは、表１に示されるように伸張されている。
ＲＦ信号３０８及び３１６の振幅及び周波数の典型的な値を表１に示す。ＲＦ信号がＩＲＥ信号に挿入されると、図４Ａ又は図４Ｂのいずれかに示されるように、２つの信号の組み合わせがアブレーション処置の終了まで繰り返される。
Figure 2021087779
ＩＲＥモジュール
図５は、本発明の例示的な一実施形態による、ＩＲＥモジュール３４、及びＩＲＥモジュール３４とシステム２０内の他のモジュールとの接続の詳細を概略的に示すブロック図である。
図１を参照すると、ＩＲＥモジュール３４は、ＩＲＥ発生器３６及びＩＲＥコントローラ３８を含む。図５では、ＩＲＥモジュール３４は、外側の破線のフレーム４０２によって描かれている。フレーム４０２内で、ＩＲＥ発生器３６は、内側の破線のフレーム４０４によって描かれている。ＩＲＥ発生器３６は、パルス発生アセンブリ４０６と、パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８と、を含み、これらは両方とも以下の図６〜図９に更に詳述される。
ＩＲＥコントローラ３８は、双方向信号４１０を介してプロセッサ３２と通信し、プロセッサは、セットアップパラメータ６６を反映するコマンドをＩＲＥコントローラに伝達する。ＩＲＥコントローラ３８は更に、パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８からデジタル電圧及び電流信号４１２、ＥＣＧモジュール４６からデジタルＥＣＧ信号４１４、並びに温度モジュール５４からデジタル温度信号４１６を受信し、これらの信号を双方向信号４１０を介してプロセッサ３２に伝達する。
ＩＲＥコントローラ３８は、上記の図３〜図５に示されるものなどのＩＲＥパルスを発生させるために、ＩＲＥ発生器３６に命令するセットアップパラメータ６６から導出されたデジタルコマンド信号４１８をパルス発生アセンブリ４０６に伝達する。これらのＩＲＥパルスは、アナログパルス信号４２０として、パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８に送信される。パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８は、出力チャネル４２２を介して電極３０に、並びに接続部４２４を介してリターンパッチ６５に結合されている。図５は、ＣＨ１〜ＣＨ１０とラベル付けされた１０個の出力チャネル４２２を示す。以下の説明において、特定の電極は、それに結合された特定のチャネルの名前で呼ばれる。例えば、電極ＣＨ５は、チャネル４２２のＣＨ５に結合された電極を指す。図５は、１０個のチャネル４２２を示しているが、ＩＲＥ発生器３６は代替的に、例えば、８個、１６個、若しくは２０個のチャネル、又は任意の他の好適な数のチャネルなど、異なる数のチャネルを含んでもよい。
図６は、本発明の例示的な一実施形態による、図５のパルスルーティング及び計測アセンブリ４０８の電気概略図である。分かりやすくするために、電流及び電圧の測定に関与する回路は省略されている。これらの回路は、以下の図７で詳述される。出力チャネル４２２及び接続部４２４は、図５と同じラベルを使用して図６に示されている。
パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８は、各出力チャネル４２２のための１つのモジュールを有するモジュール５０２を含む。隣接するモジュール５０２の対５０４が、以下の図７に詳細に示されている。
各モジュール５０２は、第ｉのモジュールに対してＦＯｉ、ＳＯｉ、Ｎｉ、及びＢＰｉとしてラベル付けされたスイッチを含む。スイッチＦＯｉは全て、ＩＲＥアブレーションをチャネル間で切り替えるための高速スイッチである一方、スイッチＳＯｉ、Ｎｉ、及びＢＰｉはより遅いリレーであり、所与のモードのＩＲＥアブレーションのためにパルスルーティング及び計測アセンブリ４０８をセットアップするのに使用される。高速スイッチＦＯｉの典型的な切替時間は０．３μｓより短い一方、低速リレーＳＯｉ、Ｎｉ、及びＢＰｉは、ただ３ｍｓだけの切替時間を要する。以下に示す実施例は、スイッチ及びリレーの使用を示す。
実施例１は、奇数−偶数スキームＣＨ１−ＣＨ２、ＣＨ３−ＣＨ４、ＣＨ５−ＣＨ６、ＣＨ７−ＣＨ８、及びＣＨ９−ＣＨ１０に従った、電極の対の間のＩＲＥアブレーションのためのスイッチ及びリレーの使用を示す。（ここで、双極性パルスは、各電極と第１の隣接部との間に印加される。）スイッチ及びリレーの設定を以下の表２に示す。
Figure 2021087779
実施例２は、偶数−奇数スキームＣＨ２−ＣＨ３、ＣＨ４−ＣＨ５、ＣＨ６−ＣＨ７、及びＣＨ８−ＣＨ９に従った、電極の対の間のＩＲＥアブレーションのためのスイッチ及びリレーの使用を示す（ここで、双極性パルスは、各電極とその第２の隣接部との間に印加される）。第１の電極と最後の電極とが隣り合って位置する円形カテーテル２６では、対ＣＨ１０−ＣＨ１が偶数−奇数の対に追加されてもよい。スイッチ及びリレーの設定を以下の表３に示す。
Figure 2021087779
実施例１及び実施例２を組み合わせると、実施例１の奇数−偶数スキームで最初にアブレーションを行い、次いで各高速スイッチＦＯｉを反対の状態に（オンからオフ、及びオフからオンへ）切り替え、その後実施例２の奇数−偶数スキームでアブレーションを行うことによって、電極３０の全ての対間の高速ＩＲＥアブレーションが遂行され得る。低速リレーＳＯｉ、Ｎｉ、及びＢＰｉは、それらの状態を切り替える必要がないため、切り替えはＦＯｉスイッチの速度で起こる。
実施例３は、非隣接電極３０間、この実施例ではＣＨ１−ＣＨ３、ＣＨ４−ＣＨ６、及びＣＨ７−ＣＨ９間のＩＲＥアブレーションを示す。このような構成は、組織５８内により深い損傷を引き起こすために利用され得る。スイッチ及びリレーの設定を以下の表４に示す。
Figure 2021087779
更に、スイッチＦＯｉを再構成することによって、電極の他の対を迅速に選択することができる。
実施例４は、チャネルＣＨ１とＣＨ３との間でアブレーションを行うための代替的な方法を示す。この例では、アブレーション回路を閉じるためにＢＰライン５０６が利用される。スイッチ及びリレーの設定を以下の表５に示す。
Figure 2021087779
実施例４では、パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８内の電気経路は、変圧器二次側５０８及び５１０を直列に結合する。電極ＣＨ１とＣＨ３との間の距離は、隣接する電極（例えば、ＣＨ１とＣＨ２との）間の距離の２倍であるため、それぞれの電極間に同じ電界強度を有するためには、ＣＨ１とＣＨ３との間の電圧は、隣接する電極間の電圧の２倍でなければならない。これは、これら２つの二次側に対する一時側を反対の相で駆動することによって達成される。低速スイッチＳＯｉは全て、電極の別の対の間、例えば、ＣＨ２とＣＨ４との間の次のアブレーションの準備の間、ＯＮ状態に残される。
上記の実施例に示されるように、リレー及び高速スイッチを使用するパルスルーティング及び計測アセンブリ４０８の実装により、電極３０へのＩＲＥパルスのフレキシブルで高速の分配、並びに印加されるＩＲＥパルス振幅のフレキシブルな再構成が可能になる。
図７は、本発明の例示的な一実施形態による、パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８の２つの隣接するモジュール６０１及びモジュール６０２の電気概略図である。
モジュール６０１及びモジュール６０２は、同じラベル（５０４）を有する一点鎖線のフレームによって示されるように、図６の対５０４を構成する。モジュール６０１及びモジュール６０２はそれぞれ、図５を参照すると、パルス発生アセンブリ４０６の部分を含むパルス発生回路６０３及びパルス発生回路６０４によって給電される。モジュール６０１及びモジュール６０２は順に、図６の対５０４のモジュール５０２と同様に、それぞれ、チャネルＣＨ１及びチャネルＣＨ２に給電する。図７には、モジュール間の接続６０５を示すために、２つのモジュール６０１及びモジュール６０２が示されている。２つのモジュールは同一である（並びにパルスルーティング及び計測アセンブリ４０８内の追加のモジュールと同一である）ため、モジュール６０１のみを以下に詳細に説明する。
パルス発生回路６０３及びパルス発生回路６０４の更なる詳細を以下の図８及び図９に示す。パルス発生アセンブリ４０６は、ＩＲＥ発生器３６の各チャネルのための回路６０３及び回路６０４と同様の１つのパルス発生回路を含む。パルス発生アセンブリ４０６は、図８に詳述される高電圧電源６０７を更に含む。
パルス発生回路６０３は、変圧器６０６によってモジュール６０１に結合される。高速スイッチＦＯ１及び低速リレーＳＯ１、Ｎ１、及びＢＰ１は、図６と同様にラベル付けされる。低域フィルタ６０８は、パルス発生回路６０３によって送信されたパルス列を、変圧器６０６及びスイッチＦＯ１を介して正弦波信号に変換し、ＣＨ１をＲＦアブレーションに使用することを可能にする。（同様に、ＩＲＥ発生器３６の各チャネルは、ＲＦアブレーションに独立して使用され得る。）フィルタ６０８の係合はリレー６１０によって制御される。所与の周波数ｆＲＦ及び振幅ＶＲＦを有するＲＦ信号は、双極性パルスの列を周波数ｆＲＦで低域フィルタ６０８を介して放出するパルス発生回路６０３によって生成され、低域フィルタ６０８がこのパルス列を、周波数ｆＲＦを有する正弦波信号に変換する。双極性パルスの列の振幅は、正弦波信号の振幅がＶＲＦとなるように調整される。
ＣＨ１に結合された電圧Ｖ１及び電流Ｉ１が、チャネルＣＨ１とＣＨ２との間の電圧、及びＣＨ１に流れ、ＣＨ２から戻る電流として図７に示されている。
Ｖ１及びＩ１は、電圧を測定するための演算増幅器６１４と、電流検知抵抗器６１８を横切る電流を測定する差動増幅器６１６と、を含む計測モジュール６１２によって測定される。電圧Ｖ１は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３、並びにアナログマルチプレクサ６２２を含む分圧器６２０から測定される。アナログマルチプレクサ６２２は、分圧器６２０の分圧比がＲ１／Ｒ３又はＲ２／Ｒ３のいずれかであるように、抵抗器Ｒ１又はＲ２のいずれかに結合する。計測モジュール６１２は、測定されたアナログ電圧Ｖ１及び電流Ｉ１をデジタル信号ＤＶ１及びＤＩ１に変換するためのアナログデジタル変換器（analog-to-digital converter、ＡＤＣ）６２４を更に含む。これらのデジタル信号は、デジタルアイソレータ６２６を介して、信号４１２（図５）としてＩＲＥコントローラ３８に送信される。デジタルアイソレータ６２６は、被験者２４（図１）を不必要な電圧及び電流から保護する。
スイッチＦＯ１、リレーＳＯ１、ＢＰ１、Ｎ１、及び６１０、並びにアナログマルチプレクサ６２２は、ＩＲＥコントローラ３８によって駆動される。単純化のために、それぞれの制御ラインは図７には示されていない。
図８は、本発明の例示的な一実施形態による、パルス発生回路６０３、変圧器６０６、及び高電圧電源６０７の電気概略図である。
パルス発生回路６０３（図７）は、内部の詳細が以下の図９に更に示される２つのスイッチ７０２及びスイッチ７０４を含む。スイッチ７０２は、コマンド入力７０６、ソース７０８、及びドレイン７１０を含む。スイッチ７０４は、コマンド入力７１２、ソース７１４、及びドレイン７１６を含む。スイッチ７０２及びスイッチ７０４は共にＨブリッジの半分を形成し（当該技術分野において既知であるように）、「ハーフブリッジ」とも呼ばれる。
高電圧電源６０７は、ＩＲＥコントローラ３８からの高電圧コマンド入力７２４によって受信された信号に応答して、±（１０〜２０００）Ｖのそれぞれ正及び負の範囲内で調整可能な正電圧Ｖ＋及び負電圧Ｖ−を、それぞれの出力７２０及び７２２に供給する。高電圧電源６０７は、接地接続７２３も提供する。単一の高電圧電源６０７が、パルス発生アセンブリ４０６の全てのパルス発生回路に結合されている。代替的に、各パルス発生回路が、別個の高電圧電源に結合されてもよい。
スイッチ７０２のドレイン７１０は正電圧出力７２０に結合され、スイッチのソース７０８は、変圧器６０６の入力７２６に結合される。コマンド入力７０６がコマンド信号ＣＭＤ＋を受信すると、正電圧Ｖ＋が、正電圧出力７２０からスイッチ７０２を介して変圧器入力７２６に結合される。スイッチ７０４のソース７１４は、負電圧出力７２２に結合され、スイッチのドレイン７１６は、変圧器入力７２６に結合される。コマンド入力７１２がコマンド信号ＣＭＤ−を受信すると、負電圧Ｖ−が、負電圧出力７２２からスイッチ７０４を介して変圧器入力７２６に結合される。したがって、２つのコマンド信号ＣＭＤ＋及びＣＭＤ−を交互にアクティブ化することにより、正及び負のパルスがそれぞれ変圧器入力７２６に結合され、次いで変圧器６０６によってその出力７２８に伝送される。パルスのタイミング（パルスの幅及び分離）は、コマンド信号ＣＭＤ＋及びＣＭＤ−によって制御され、パルスの振幅は、高電圧コマンド入力７２４への高電圧コマンド信号ＣＭＤＨＶによって制御される。３つのコマンド信号ＣＭＤ＋、ＣＭＤ−、及びＣＭＤＨＶは全て、ＩＲＥコントローラ３８から受信され、ＩＲＥコントローラ３８は、これにより、パルスルーティング及び計測アセンブリ４０８のそれぞれのチャネルに供給されるパルスを制御する。
代替の例示的な一実施形態（図示せず）では、フルＨブリッジが、単極性高電圧電源を用いて使用される。この構成はまた、フルＨブリッジを制御する信号に応答して、単極性源から正のパルス及び負のパルスの両方を発生させるために使用することができる。この実施形態の利点は、より単純な高電圧電源を使用することができることである一方、ハーフブリッジ及びデュアル高電圧電源の利点は、固定された接地電位、並びに独立して調整可能な正電圧及び負電圧を提供することである。
図９は、本発明の例示的な一実施形態による、スイッチ７０２の電気概略図である。スイッチ７０４は、スイッチ７０２と同様の様式で実装される。
スイッチ７０２の切り替え機能は、ゲート８０４、ソース７０８、及びドレイン７１０を含む電界効果トランジスタ（field-effect transistor、ＦＥＴ）８０２によって実装される。コマンド入力７０６は、図８に示すように結合されたソース７０８及びドレイン７１０を有するゲート８０４に結合される。ツェナーダイオード、ダイオード、抵抗器、及びコンデンサを含む追加の構成要素８０６は、回路保護器として機能する。
上記の実施形態は例として挙げたものであり、本発明は上記に具体的に示し記載したものに限定されない点が理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書で上述のとおり様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の説明を一読すると当業者が想起すると思われる、先行技術に開示されていないそれらの変形及び改変を含む。
〔実施の態様〕
（１） 医療装置であって、
患者の身体内に挿入されるように構成されたプローブであって、前記プローブに沿って配設され、かつ前記身体内の組織に接触するように構成された電極の配列を含む、プローブと、
前記プローブが前記組織に接触している間の第１の期間中、前記配列内の複数の前記電極の中の各電極と、前記配列内の前記電極の第１の側の第１の隣接する電極との間に、各電極と前記第１の隣接する電極との間の双極性パルスの第１のシーケンスを印加し、前記プローブが前記組織に接触したままである間の第２の期間中、前記配列内の前記複数の前記電極の中の各電極と、前記配列内の、前記第１の側とは反対の、前記電極の第２の側の第２の隣接する電極との間に、前記電極と前記第２の隣接する電極との間の前記双極性パルスの第２のシーケンスを印加するように構成された、電気信号発生器と、を含む、医療装置。
（２） 前記双極性パルスが、前記組織内に不可逆的電気泳動（ＩＲＥ）を引き起こすのに十分な振幅を有する、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記シーケンスにおける前記双極性パルスの各々の前記振幅が少なくとも２００Ｖであり、前記双極性パルスの各々の持続時間が２０μｓ未満である、実施態様２に記載の医療装置。
（４） 前記電気信号発生器は、前記電極に、前記電極によって接触された前記組織を熱アブレーションするのに十分な電力を有する高周波（ＲＦ）信号を印加するように更に構成されている、実施態様２に記載の医療装置。
（５） 前記電気信号発生器は、双極性パルスの前記第１のシーケンス及び前記第２のシーケンスを含む複数のパルス列を発生させるように構成され、前記パルス列は、前記双極性パルスが印加されない間隔によって分離されている、実施態様１に記載の医療装置。
（６） 前記プローブが、前記患者の心臓内の前記組織に接触し、前記心臓内の前記組織をアブレーションするために前記双極性パルスの前記シーケンスを印加するように構成されている、実施態様１に記載の医療装置。
（７） 前記電気信号発生器は、前記心臓の拍動に対して非同期的に前記信号を印加するように構成されている、実施態様６に記載の医療装置。
（８） 前記電気信号発生器は、前記心臓の拍動に対して同期的に前記信号を印加するように構成されている、実施態様６に記載の医療装置。
（９） 前記プローブが、前記電極に隣接する複数の温度センサを含み、前記電気信号発生器は、前記温度センサによって測定された温度に応答して前記双極性パルスを印加するように構成されている、実施態様１に記載の医療装置。
（１０） 前記電気信号発生器は、前記配列内の少なくとも１つの他の電極によって分離された前記電極の対の間に前記双極性パルスのシーケンスを印加するように更に構成されている、実施態様１に記載の医療装置。
（１１） 前記配列内の第１の電極及び最後の電極を除いて、前記電極の各々が、それぞれの前記第１の側及び前記第２の側にそれぞれの第１の隣接する電極及び第２の隣接する電極を有するように、前記電極がカテーテルに沿って配列されている、実施態様１に記載の医療装置。
（１２） 前記第１の期間中、前記電気信号発生器は、少なくとも、前記配列内の第１の電極及び第２の電極からなる第１の対と、前記配列内の第３の電極及び第４の電極からなる第２の対と、を含む前記電極の対の第１のセットの間に前記パルスを印加し、
前記第２の期間中、前記電気信号発生器は、少なくとも、前記配列内の前記第２の電極及び前記第３の電極からなる第３の対と、前記配列内の前記第３の電極及び第４の電極からなる第４の対と、を含む前記電極の対の第２のセットの間に前記パルスを印加する、実施態様１１に記載の医療装置。
（１３） 前記電気信号発生器は、前記双極性パルスの前記第１のシーケンスの印加と、前記第２のシーケンスの印加とを３ミリ秒以内に切り替えるように構成されたスイッチのネットワークを含む、実施態様１に記載の医療装置。
（１４） 前記電気信号発生器は、前記双極性パルスを発生させるパルス発生アセンブリと、前記双極性パルスを、複数の出力チャネルを介して前記電極に送るように構成されたパルスルーティング及び計測アセンブリと、を含む、実施態様１に記載の医療装置。
（１５） 前記出力チャネルの各々が、前記電極のうちのそれぞれ１つに結合され、前記パルスルーティング及び計測アセンブリが、各出力チャネル用のそれぞれのモジュールを含む複数のモジュールを含み、各モジュールが、前記出力チャネル間で前記双極性パルスを切り替えるための１つ又は２つ以上のスイッチを含む、実施態様１４に記載の医療装置。
（１６） 前記モジュールの各々が、前記モジュールを前記パルス発生アセンブリに結合する変圧器を含む、実施態様１５に記載の医療装置。
（１７） 前記モジュールの各々が、前記それぞれのモジュールに結合された前記出力チャネルに印加された電圧及び電流を測定するように結合された計測モジュールを含み、前記装置は、測定された前記電圧及び前記電流に応答して前記パルス発生アセンブリを制御するように結合されたコントローラを含む、実施態様１５に記載の医療装置。
（１８） 患者の身体内の組織をアブレーションするための方法であって、
プローブを前記身体内に挿入することであって、前記プローブが、前記プローブに沿って配設され、かつ前記組織に接触するように構成された複数の電極を含む、挿入することと、
前記プローブが前記組織に接触している間の第１の期間中、前記配列内の複数の前記電極の中の各電極と、前記配列内の前記電極の第１の側の第１の隣接する電極との間に、各電極と前記第１の隣接する電極との間の双極性パルスの第１のシーケンスを印加し、前記プローブが前記組織に接触したままである間の第２の期間中、前記配列内の前記複数の前記電極の中の各電極と、前記配列内の、前記第１の側とは反対の、前記電極の第２の側の第２の隣接する電極との間に、前記電極と前記第２の隣接する電極との間の前記双極性パルスの第２のシーケンスを印加することと、を含む、方法。
（１９） 前記双極性パルスが、前記組織内に不可逆的電気泳動（ＩＲＥ）を引き起こすのに十分な振幅を有する、実施態様１８に記載の方法。
（２０） 前記シーケンス内の前記双極性パルスの各々の前記振幅が少なくとも２００Ｖであり、前記双極性パルスの各々の持続時間が２０μｓ未満である、実施態様１９に記載の方法。

Claims (17)

  1. 医療装置であって、
    患者の身体内に挿入されるように構成されたプローブであって、前記プローブに沿って配設され、かつ前記身体内の組織に接触するように構成された電極の配列を含む、プローブと、
    前記プローブが前記組織に接触している間の第１の期間中、前記配列内の複数の前記電極の中の各電極と、前記配列内の前記電極の第１の側の第１の隣接する電極との間に、各電極と前記第１の隣接する電極との間の双極性パルスの第１のシーケンスを印加し、前記プローブが前記組織に接触したままである間の第２の期間中、前記配列内の前記複数の前記電極の中の各電極と、前記配列内の、前記第１の側とは反対の、前記電極の第２の側の第２の隣接する電極との間に、前記電極と前記第２の隣接する電極との間の前記双極性パルスの第２のシーケンスを印加するように構成された、電気信号発生器と、を含む、医療装置。
  2. 前記双極性パルスが、前記組織内に不可逆的電気泳動（ＩＲＥ）を引き起こすのに十分な振幅を有する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記シーケンスにおける前記双極性パルスの各々の前記振幅が少なくとも２００Ｖであり、前記双極性パルスの各々の持続時間が２０μｓ未満である、請求項２に記載の医療装置。
  4. 前記電気信号発生器は、前記電極に、前記電極によって接触された前記組織を熱アブレーションするのに十分な電力を有する高周波（ＲＦ）信号を印加するように更に構成されている、請求項２に記載の医療装置。
  5. 前記電気信号発生器は、双極性パルスの前記第１のシーケンス及び前記第２のシーケンスを含む複数のパルス列を発生させるように構成され、前記パルス列は、前記双極性パルスが印加されない間隔によって分離されている、請求項１に記載の医療装置。
  6. 前記プローブが、前記患者の心臓内の前記組織に接触し、前記心臓内の前記組織をアブレーションするために前記双極性パルスの前記シーケンスを印加するように構成されている、請求項１に記載の医療装置。
  7. 前記電気信号発生器は、前記心臓の拍動に対して非同期的に前記信号を印加するように構成されている、請求項６に記載の医療装置。
  8. 前記電気信号発生器は、前記心臓の拍動に対して同期的に前記信号を印加するように構成されている、請求項６に記載の医療装置。
  9. 前記プローブが、前記電極に隣接する複数の温度センサを含み、前記電気信号発生器は、前記温度センサによって測定された温度に応答して前記双極性パルスを印加するように構成されている、請求項１に記載の医療装置。
  10. 前記電気信号発生器は、前記配列内の少なくとも１つの他の電極によって分離された前記電極の対の間に前記双極性パルスのシーケンスを印加するように更に構成されている、請求項１に記載の医療装置。
  11. 前記配列内の第１の電極及び最後の電極を除いて、前記電極の各々が、それぞれの前記第１の側及び前記第２の側にそれぞれの第１の隣接する電極及び第２の隣接する電極を有するように、前記電極がカテーテルに沿って配列されている、請求項１に記載の医療装置。
  12. 前記第１の期間中、前記電気信号発生器は、少なくとも、前記配列内の第１の電極及び第２の電極からなる第１の対と、前記配列内の第３の電極及び第４の電極からなる第２の対と、を含む前記電極の対の第１のセットの間に前記パルスを印加し、
    前記第２の期間中、前記電気信号発生器は、少なくとも、前記配列内の前記第２の電極及び前記第３の電極からなる第３の対と、前記配列内の前記第３の電極及び第４の電極からなる第４の対と、を含む前記電極の対の第２のセットの間に前記パルスを印加する、請求項１１に記載の医療装置。
  13. 前記電気信号発生器は、前記双極性パルスの前記第１のシーケンスの印加と、前記第２のシーケンスの印加とを３ミリ秒以内に切り替えるように構成されたスイッチのネットワークを含む、請求項１に記載の医療装置。
  14. 前記電気信号発生器は、前記双極性パルスを発生させるパルス発生アセンブリと、前記双極性パルスを、複数の出力チャネルを介して前記電極に送るように構成されたパルスルーティング及び計測アセンブリと、を含む、請求項１に記載の医療装置。
  15. 前記出力チャネルの各々が、前記電極のうちのそれぞれ１つに結合され、前記パルスルーティング及び計測アセンブリが、各出力チャネル用のそれぞれのモジュールを含む複数のモジュールを含み、各モジュールが、前記出力チャネル間で前記双極性パルスを切り替えるための１つ又は２つ以上のスイッチを含む、請求項１４に記載の医療装置。
  16. 前記モジュールの各々が、前記モジュールを前記パルス発生アセンブリに結合する変圧器を含む、請求項１５に記載の医療装置。
  17. 前記モジュールの各々が、前記それぞれのモジュールに結合された前記出力チャネルに印加された電圧及び電流を測定するように結合された計測モジュールを含み、前記装置は、測定された前記電圧及び前記電流に応答して前記パルス発生アセンブリを制御するように結合されたコントローラを含む、請求項１５に記載の医療装置。
JP2020200099A 2019-12-03 2020-12-02 不可逆的エレクトロポレーションのためのパルス発生器 Pending JP2021087779A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/701,989 US11540877B2 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Pulse generator for irreversible electroporation
US16/701,989 2019-12-03
US17/079,700 2020-10-26
US17/079,700 US20210161593A1 (en) 2019-12-03 2020-10-26 Pulse Generator for Irreversible Electroporation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021087779A true JP2021087779A (ja) 2021-06-10

Family

ID=73554329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020200099A Pending JP2021087779A (ja) 2019-12-03 2020-12-02 不可逆的エレクトロポレーションのためのパルス発生器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210161593A1 (ja)
EP (1) EP3831324B1 (ja)
JP (1) JP2021087779A (ja)
CN (1) CN112568989A (ja)
IL (1) IL278903A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116196081B (zh) * 2023-02-07 2024-02-23 上海玮启医疗器械有限公司 一种用于脉冲消融导管的电路切换系统和方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19817553A1 (de) * 1998-04-15 1999-10-21 Biotronik Mess & Therapieg Ablationsanordnung
US6752804B2 (en) * 2000-12-28 2004-06-22 Cardiac Pacemakers, Inc. Ablation system and method having multiple-sensor electrodes to assist in assessment of electrode and sensor position and adjustment of energy levels
US6635056B2 (en) * 2001-10-09 2003-10-21 Cardiac Pacemakers, Inc. RF ablation apparatus and method using amplitude control
US7162303B2 (en) * 2002-04-08 2007-01-09 Ardian, Inc. Renal nerve stimulation method and apparatus for treatment of patients
US8641704B2 (en) * 2007-05-11 2014-02-04 Medtronic Ablation Frontiers Llc Ablation therapy system and method for treating continuous atrial fibrillation
US8221411B2 (en) * 2008-07-28 2012-07-17 Medtronic, Inc. Systems and methods for cardiac tissue electroporation ablation
WO2013096584A2 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Old Dominion University Research Foundation Electromanipulation of cells and other biologicaltissues by pulsed electric fields at elevated temperatures
CA2881462C (en) * 2012-08-09 2020-07-14 University Of Iowa Research Foundation Catheters, catheter systems, and methods for puncturing through a tissue structure
US9113911B2 (en) * 2012-09-06 2015-08-25 Medtronic Ablation Frontiers Llc Ablation device and method for electroporating tissue cells
WO2015021113A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-12 Memorial Sloan Kettering Cancer Center System, method and computer-accessible medium for in-vivo tissue ablation and/or damage
DE202016009216U1 (de) * 2015-08-06 2024-04-29 Medtronic, Inc. Herzablation mittels gepulsten Feldes
MX2018003945A (es) * 2015-09-30 2018-11-09 Ethicon Llc Circuitos para suministrar tensión de corriente directa (dc) aislada a instrumentos quirúrgicos.
CN106388932B (zh) * 2016-07-12 2017-10-10 上海睿刀医疗科技有限公司 不可逆电穿孔设备
US11364072B2 (en) * 2017-01-27 2022-06-21 Medtronic, Inc. Catheter electrodes for energy management
US9987081B1 (en) * 2017-04-27 2018-06-05 Iowa Approach, Inc. Systems, devices, and methods for signal generation
US10117580B1 (en) * 2017-05-06 2018-11-06 Synerfuse, Inc. Systems, devices and methods that affect neural tissue through the delivery of a pulsed radio frequency signal generated by an implantable medical device
KR102132370B1 (ko) * 2018-03-13 2020-08-05 주식회사 지씨에스 피부관리장치, 피부관리장치의 구동방법 및 컴퓨터 판독가능 기록매체
JP2021522903A (ja) * 2018-05-07 2021-09-02 ファラパルス，インコーポレイテッド 組織へアブレーションエネルギーを送達するためのシステム、装置、および方法
CN109157280A (zh) * 2018-08-10 2019-01-08 重庆大学 不可逆电穿孔组织消融效果动态实时评估设备

Also Published As

Publication number Publication date
IL278903A (en) 2021-06-30
EP3831324A1 (en) 2021-06-09
EP3831324B1 (en) 2023-08-02
CN112568989A (zh) 2021-03-30
US20210161593A1 (en) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112535528B (zh) 用于不可逆电穿孔的脉冲发生器
JP7430794B2 (ja) 伝達されたエネルギーに応じて不可逆的エレクトロポレーションパルスの送達を調整する
US20220000547A1 (en) Methods and apparatus for multi-catheter tissue ablation
JP7483628B2 (ja) 外科用クランプを使用する、アブレーションのためのシステム、デバイス、および方法
US11259869B2 (en) Methods and apparatus for selective tissue ablation
JP7459252B2 (ja) 電気穿孔システムおよび方法
JP2021164638A (ja) Ｉｒｅのための電極として固体導電性スパインを有するバスケットカテーテル
JP2022013664A (ja) Ｉｒｅの温度制御
EP4074272B1 (en) Pulse generator for irreversible electroporation with switchable pulse application
JP2021087779A (ja) 不可逆的エレクトロポレーションのためのパルス発生器
CN112932648A (zh) 一种提高电穿孔效果的方法及预加热脉冲消融系统
US20210228261A1 (en) Pulse generator for irreversible electroporation with switchable pulse application
CN215018825U (zh) 一种提高电穿孔效果的预加热脉冲消融系统
US20220346857A1 (en) Tissue ablation using high-frequency unipolar ire

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231019

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240522