JP2021186656A - 不可逆的エレクトロポレーション（ｉｒｅ）のためのカテーテルの拡張可能なフレーム上の平滑縁及び等距離に離間した電極 - Google Patents

Abstract

【課題】不可逆的エレクトロポレーション用システムを提供する。【解決手段】システム２０は、カテーテル２１及び不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを発生するＩＲＥパルス発生器３８を含み、カテーテルはその遠位端に装着された拡張可能なフレーム４０を含み、拡張可能なフレームは患者２８の器官２６内の組織と接触して配置されるように構成された複数の電極５０を含み、隣接する電極のいずれかの対の近接する縁の間の横方向距離は長手方向軸に沿って均一であり、電極はＩＲＥパルスを電極の対の間の組織に印加するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に侵襲性医療プローブに関し、特に不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）のための拡張可能なフレームを含むカテーテルに関する。

様々な多電極カテーテルの形状が、特許文献において従来提案されていた。例えば、米国特許出願公開第２０１８／０２８００８０号は、プローブの遠位端に装着された膨張可能なバルーンを記載している。バルーンが体腔内で展開及び膨張されると、バルーンの遠位側の遠位極が空洞壁組織と接触する。バルーンのアブレーション電極が組織と接触している間、アブレーション電極によって覆われていないバルーン上のギャップ（すなわち、開放空間）が存在する。手術中に、アブレーション電極によって送達されるアブレーションエネルギーに応答して生成される組織中の熱（すなわち、開放空間の周囲にある）は、組織の周囲に伝わり、組織と接触するギャップと接触する組織をアブレーションすることができる。

別の例として、米国特許出願公開第２０１３／０３０４０５４号は、膨張可能なバルーンを使用した体腔の非連続的な周方向処理のための方法及びカテーテル装置を記載している。装置は、患者の体腔内に配置されてもよく、第１の長さ方向及び角度位置でエネルギーを送達して、第１の位置で、より短い全周の処置ゾーンを作り出すことができる。装置はまた、体腔内の１つ以上の更なる長さ方向及び角度位置でエネルギーを送達して、第１の処置ゾーンから長さ方向及び角度的にオフセットされた１つ以上の追加の位置において、完全ではない周方向処置ゾーンを作成することができる。第１の処置ゾーン及び１つ以上の追加の処置ゾーンの重ね合わせは、連続的な周方向病変を形成することなく、非連続的な周方向処置ゾーンを画定する。

米国特許出願公開第２０１９／０１８３５６７号は、シャフトと、膨張可能なバルーンと、高周波（ＲＦ）アブレーション電極と、を含む医療用器具を記載している。シャフトは、患者の体内に挿入するように構成されている。膨張可能なバルーンはシャフトの遠位端部に連結される。高周波（ＲＦ）アブレーション電極は、バルーンの外部表面上に配設され、各電極は、遠位縁から放出されるＲＦ電界の電界角度勾配を低減するように構成された遠位縁を有する。

以下で説明する本発明の実施形態は、カテーテルとＩＲＥパルス発生器を含むシステムを提供する。カテーテルは、その遠位端に装着された拡張可能なフレームを含み、拡張可能なフレームは、患者の器官内の組織と接触して配置されるように構成された複数の電極を含み、隣接する電極のいずれかの対の近接する縁の間の横方向距離は、長手方向軸に沿って均一であり、電極は、不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを電極の対の間の組織に印加するように構成されている。ＩＲＥパルス発生器は、ＩＲＥパルスを生成するように構成されている。

いくつかの実施形態では、拡張可能なフレームは、拡張可能なバルーンの膜を含む。

いくつかの実施形態では、電極は、遠位端の長手方向軸の周りに等角に配設される。

一実施形態では、カテーテルは、隣接する電極間にＩＲＥパルスを印加するように構成される。

いくつかの実施形態では、器官は心臓であり、組織は肺静脈（ＰＶ）心門組織である。

別の実施形態によれば、患者の器官内の組織と接触するカテーテルの複数の電極を配置することを含む方法が更に提供され、カテーテルは、その遠位端に装着された拡張可能なフレームを含み、拡張可能なフレームは、複数の電極を含み、任意の対の電極の近接する縁間の横方向距離は、長手方向軸に沿って均一である。不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスは、電極の１対以上の間に印加される。

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、カテーテルベースの不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）システムの概略描写図である。 本発明の例示的な実施形態による、図１のＩＲＥバルーンカテーテルを使用して、不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを印加するための方法を模式的に示すフロー図である。

概論
パルス場アブレーション（ＰＦＡ）とも呼ばれる不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）は、高電圧パルスにさらすことによって組織細胞を死滅させるための侵襲性治療様式として使用されてもよい。具体的には、ＩＲＥパルスは、心不整脈を治療するために心筋組織細胞を死滅させるための潜在的な使用を有する。特に興味深いのは、双極電気パルスを使用して（例えば、組織と接触している１対の電極を使用して）電極間の組織細胞を死滅させることである。膜貫通電位が閾値を超えたときに細胞破壊が生じ、細胞死を、したがって組織病変の発達をもたらす。

心臓ＩＲＥアブレーションは、アブレーションカテーテルの遠位端に装着された拡張可能なフレーム（例えば、バルーン又はバスケット）を使用して行うことができる。アブレーション電極が装着された拡張可能なフレームは、心臓血管系を通ってナビゲートされ、例えば肺静脈（ＰＶ）の心門をアブレーションするために心臓内に挿入される。

しかしながら、全ての電極形状が、高電圧ＩＲＥ双極パルスを印加するのに適しているとは限らない。例えば、アブレーション電極の鋭い縁における優先電流密度は、これらの領域における過剰な発熱又は電気アークを回避するために、ＩＲＥアブレーションにおいて回避されるべきである。更に、印加された電界は、有効である特定の閾値レベルを上回るべきであるが、隣接する電極間の不定の電極間距離は、電界の不定の強度をもたらすため、ＩＲＥバルーンアブレーション処置の予測不可能な臨床転帰をもたらし得る。

以下に記載される本発明の例示的な実施形態は、ＩＲＥアブレーション用に最適化された電極を有する拡張可能なフレーム（例えば、バルーン膜）を使用する、ＩＲＥアブレーション方法及びシステムを提供する。開示されたバルーンは、拡張可能なフレーム（例えば、バルーンの膜）上に等角に配設された平滑縁電極を備える。拡張可能なフレーム形状は、フレームの遠位部分を覆う電極部であっても、電極間のほぼ一定の距離を可能にするように、平坦な遠位部分を備えて設計される。このほぼ均一な電極間距離（すなわち、長手方向軸に沿ってほぼ均一である隣接する電極の任意の対の近接する縁間の横方向距離）は、任意の望ましくない熱効果を最小限に抑えながら、隣接する電極間の一貫した電界強度を適用することが可能になる。加えて、電極は、隣接する電極だけでなく、電極の任意の組み合わせの間に電界が発生し得るように選択されてもよい。

この用途によって被覆されると見なされるべき、ほぼ均一な電極間距離を達成するための多くの方法が存在する。一実施例では、以下に示すバルーンは、バルーンの遠位部分を覆う電極であっても、隣接する電極間の距離をほぼ一定に維持するために、バルーンの遠位部分の平坦な形状を有する。別の例として、電極は、電極間の互いに直交する方向に沿ってアレイの隣接する電極間にほぼ等しい距離を有する２次元アレイで、例えば、拡張可能なフレームが、減少する半径を有するところで拡張可能なフレームの遠位端及び近位端に向かって狭くなる菱形の電極を使用して、電極を形成することができる。

例示的な一実施形態では、使用中の拡張可能なバルーンは、収容時のバルーンの折り目を低減する小径（例えば、９〜１２ｍｍ）を有する。開示されたバルーン膜の平坦な形状により、バルーンは、隣接する電極間に必要なほぼ均一な電界の大きさを印加するために使用されるのに十分に長く大きい上述の電極を支持することを可能にする。

本明細書で使用する場合、任意の数値又は数値の範囲についての「約」又は「およそ」という用語は、構成要素の一部又は構成要素の集合が、本明細書で述べる意図された目的に沿って機能することを可能にする好適な寸法の許容範囲を示す。より具体的には、「約」又は「およそ」は、列挙された値の±２０％の値の範囲を指し得、例えば「約９０％」は、７１％〜９９％の値の範囲を指し得る。

別の例示的な実施形態では、システムのプロセッサは、複数対の隣接する電極によって印加されるＩＲＥパルスのパラメータを指定するアブレーションプロトコルを選択するために（例えば、メモリからアップロードするために）医師によって使用される。開示されたバルーンを使用して、これらのパラメータは、例えば、付随的損傷を最小限に抑える、又は付随的損傷なしにＰＶ心門の心筋細胞を殺傷するように最適化され、したがって心不整脈のＩＲＥ治療の臨床転帰を改善する。

開示される拡張可能なフレーム（例えば、拡張可能なバルーン）のうちの１つを使用して、ほぼ均一なＩＲＥ場強度を有する心臓ＩＲＥアブレーションを適用することは、より予測可能であり、したがってより安全かつより効果的な多電極心臓ＩＲＥアブレーションをもたらすことができる。

ＩＲＥのためのバルーンカテーテル内の平滑縁で等距離に離間した電極
図１は、本発明の例示的な実施形態による、カテーテルベースの不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）システム２０の概略描画図である。システム２０はカテーテル２１を含み、カテーテルのシャフト２２は、医師３０によって、シース２３を通って患者２８の血管系を通して挿入される。次いで、医師３０は、シャフト２２の遠位端２２ａを、患者２８の心臓２６内の標的位置にナビゲートする。

シャフト２２の遠位端２２ａが標的位置に到達すると、医師３０はシース２３を後退させ、典型的には生理食塩水をバルーン４０に圧送することによってバルーン４０を拡張する。次いで、医師３０は、バルーン４０上に配置された電極５０がＰＶ心門５１の内壁と係合して、電極５０を介して高電圧ＩＲＥパルスを心門５１組織に印加するように、シャフト２２を操作する。医師３０は、バルーン４０を使用して、患者２８の心臓２６の任意の部分、内部又は外部に係合することができる。

インセット２５及び２７に見られるように、遠位端２２ａには、複数の等距離の平滑縁ＩＲＥ電極５０を備える拡張可能なバルーン４０が装着される。バルーン４０の遠位部分の平坦な形状により、電極５０が遠位部分を覆う場合であっても、隣接する電極５０間の距離５５はほぼ一定のままである。したがって、バルーン４０の構成は、電極５０の平滑縁が望ましくない熱効果を最小限に抑えながら、隣接する電極５０間のより効果的な（例えば、ほぼ均一な電界強度を有する）エレクトロポレーションを可能にする。

膨張可能なバルーンの特定の態様は、例えば、どちらも本特許出願の譲受人に譲渡されている「Ｂａｌｌｏｏｎ Ｃａｔｈｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｆｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ」と題する、２０１９年９月１２日出願の米国仮特許出願第６２／８９９，２５９号、及び、「Ｃｏｎｔａｃｔ Ｆｏｒｃｅ Ｓｐｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｔｏｐｓ」と題する、２０１９年１２月２４日出願の米国特許出願第１６／７２６，６０５号に記載されており、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書に記載される例示的な実施形態では、カテーテル２１は、心臓２６の左心房４５内のＰＶ心門５１組織の電気生理学的感知及び／又は前述のＩＲＥ隔離などの任意の好適な診断目的及び／又は治療目的に使用されてもよい。

カテーテル２１の近位端は、隣接する電極５０間にＩＲＥパルスを印加するように構成されたＩＲＥパルス発生器３８を備えるコンソール２４に接続される。電極は、カテーテル２１のシャフト２２内で走る電気配線によってＩＲＥパルス発生器３８に接続される。コンソール２４のメモリ４８は、ピーク双極電圧及びパルス幅などのＩＲＥパルスパラメータを含むＩＲＥプロトコルを記憶する。

コンソール２４は、プロセッサ４１、典型的には汎用コンピュータを含み、カテーテル２１及び外部電極４９からの信号を受信するための好適なフロントエンド及びインターフェース回路３７を備え、典型的には患者２８の胸部の周囲に配置される。この目的のために、プロセッサ４１は、ケーブル３９内を通る導線を介して外部電極４９に接続される。

処置中、システム２０は、米国特許第８，４５６，１８２号に記載されているＢｉｏｓｅｎｓｅ−Ｗｅｂｓｔｅｒ（Ｉｒｖｉｎｅ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）製のＡｄｖａｎｃｅｄ Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ（ＡＣＬ）法を使用して心臓２６内の電極５０のそれぞれの位置を追跡することができ、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。

プロセッサ４１は、典型的には本明細書に記載の機能を実施するようにソフトウェアにプログラムされる。ソフトウェアは、例えばネットワーク上で、コンピュータに電子形態でダウンロードすることができる、又は代替として若しくはこれに加えて、磁気メモリ、光学メモリ若しくは電子メモリなどの、非一時的有形媒体上に提供及び／又は記憶することができる。

特に、プロセッサ４１は、図２にフロー図で示されているアルゴリズムを含む、本明細書に開示される専用のアルゴリズムを実行し、このアルゴリズムは、以下で更に説明するように、本開示のステップをプロセッサ４１が実行することを可能にする。特に、プロセッサ４１は、プロセッサ４１がメモリ４８からアップロードする処理プロトコルに従ってＩＲＥパルスを出力するようにＩＲＥパルス発生器３８に命令するように構成されている。

開示されたバルーン４０を使用して心臓組織をアブレーションするために使用され得るプロトコルにおけるＩＲＥアブレーション設定の例を、以下の表Ｉに示す。

図２は、本発明の例示的な実施形態による、図１のバルーン４０を使用するＩＲＥパルスを印加するための方法を模式的に表すフロー図である。例示的な実施形態によれば、このアルゴリズムは、医師３０が、バルーンカテーテルナビゲーション工程８０において、例えば、電極５０をＡＣＬ感知電極として使用して、ＰＶ心門５１などの患者の器官内の標的組織位置へとバルーンカテーテルをナビゲートする場合に開始するプロセスを実行する。

次に、バルーンカテーテル位置付け工程８２において、医師３０は、バルーンカテーテルを心門５１に位置付ける。次に、バルーン拡張工程８４において、医師３０は、バルーン４０を完全に拡張させて、ＰＶ心門５１の全周にわたって標的組織を電極５０と接触させる。

次に、ＩＲＥ計画工程８６において、プロセッサ４１は、表Ｉに示されるように、ＩＲＥパルスのパラメータを用いてプロトコルをアップロードして、組織に印加する。

ＩＲＥパルスパラメータを使用して、プロセッサ４１は、ＩＲＥ処理工程８８において、ＩＲＥパルスを組織に印加するように発生器３８に命令する。バルーン４０の平滑縁、均一に離れた等間隔の電極５０は、隣接する電極間のＩＲＥパルスの印加を可能にして、不整脈を完全に、すなわち心門５１の全周にわたって分離することを可能にする。

本明細書に記載される例示的な実施形態は、主に心臓用途に関するものであるが、本明細書に記載される方法及びシステムは、神経学、耳鼻咽喉科、一般外科などの他の医療用途で用いることもできる。

したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上記に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記の明細書に記載される様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の記載を一読すると当業者が想到すると思われるそれらの変形及び修正であって、先行技術に開示されていない変形及び修正を含む。参照により本特許出願に援用される文献は、これらの援用文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合を除いて、本明細書における定義のみを、本出願の不可欠の部分と見なすものとする。

〔実施の態様〕
（１） 不可逆的エレクトロポレーション用システムであって、
遠位端に装着された拡張可能なフレームを備えるカテーテルであって、前記拡張可能なフレームが、患者の器官内の組織と接触して配置されるように構成された複数の電極を備え、隣接する電極の任意の対の隣接する縁部間の横方向距離が長手方向軸に沿って均一であり、前記電極が、不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを前記電極の対の間の組織に印加するように構成されている、カテーテルと、
ＩＲＥパルス発生器であって、前記ＩＲＥパルスを生成するように構成されている、ＩＲＥパルス発生器と、を含む、システム。
（２） 前記拡張可能なフレームが、拡張可能なバルーンの膜を含む、実施態様１に記載のシステム。
（３） 前記電極が、前記遠位端の前記長手方向軸の周りに等角に配置されている、実施態様１に記載のシステム。
（４） 前記カテーテルが、隣接する電極間に前記ＩＲＥパルスを印加するように構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（５） 前記器官が心臓であり、前記組織が肺静脈（ＰＶ）小孔組織である、実施態様１に記載のシステム。

（６） 不可逆的エレクトロポレーションのための方法であって、前記方法が、
患者の器官内の組織と接触するカテーテルの複数の電極を配置することであって、前記カテーテルが、その遠位端に装着された拡張可能なフレームを含み、前記拡張可能なフレームが、前記複数の電極を含み、前記電極の任意の対の隣接する縁部間の横方向距離は、長手方向軸に沿って均一である、ことと、
前記電極の１対以上の間に不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを印加することと、を含む、方法。
（７） 前記拡張可能なフレームは拡張可能なバルーンの膜を含む、実施態様６に記載の方法。
（８） 前記電極が、前記遠位端の前記長手方向軸の周りに等角に配置される、実施態様６に記載の方法。
（９） 前記器官が心臓であり、前記組織が肺静脈（ＰＶ）小孔組織である、実施態様６に記載の方法。

Claims (9)

1. 不可逆的エレクトロポレーション用システムであって、
   遠位端に装着された拡張可能なフレームを備えるカテーテルであって、前記拡張可能なフレームが、患者の器官内の組織と接触して配置されるように構成された複数の電極を備え、隣接する電極の任意の対の隣接する縁部間の横方向距離が長手方向軸に沿って均一であり、前記電極が、不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを前記電極の対の間の組織に印加するように構成されている、カテーテルと、
   ＩＲＥパルス発生器であって、前記ＩＲＥパルスを生成するように構成されている、ＩＲＥパルス発生器と、を含む、システム。
2. 前記拡張可能なフレームが、拡張可能なバルーンの膜を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電極が、前記遠位端の前記長手方向軸の周りに等角に配置されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記カテーテルが、隣接する電極間に前記ＩＲＥパルスを印加するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記器官が心臓であり、前記組織が肺静脈（ＰＶ）小孔組織である、請求項１に記載のシステム。
6. 不可逆的エレクトロポレーションのための方法であって、前記方法が、
   患者の器官内の組織と接触するカテーテルの複数の電極を配置することであって、前記カテーテルが、その遠位端に装着された拡張可能なフレームを含み、前記拡張可能なフレームが、前記複数の電極を含み、前記電極の任意の対の隣接する縁部間の横方向距離は、長手方向軸に沿って均一である、ことと、
   前記電極の１対以上の間に不可逆的エレクトロポレーション（ＩＲＥ）パルスを印加することと、を含む、方法。
7. 前記拡張可能なフレームは拡張可能なバルーンの膜を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記電極が、前記遠位端の前記長手方向軸の周りに等角に配置される、請求項６に記載の方法。
9. 前記器官が心臓であり、前記組織が肺静脈（ＰＶ）小孔組織である、請求項６に記載の方法。

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