JP6600632B2 - Application of electric field therapy to body parts - Google Patents

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/40Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年12月27日に出願された米国仮特許出願第61/921,304号に対する優先権の利益を主張する。本特許出願は、2012年9月17日に出願された国際出願PCT/US2012/55726号に関連する。それは、今度は、2012年4月2日に出願された国際出願PCT/US2012/31923号に対する優先権の利益を主張し、かつその一部継続出願である。本出願は、2012年9月17日に出願された国際出願PCT/US2012/55726号に関連する。それは、今度は、2011年9月17日に出願された米国仮特許出願第61/535,986号と、2012年1月9日に出願された米国仮特許出願第61/584,399号に対する優先権の利益を主張する。本出願は、また、2014年3月17日に出願された米国特許出願第14/215,214号にも関連する。それは、今度は、2013年3月20日に出願された米国仮出願第61/803,775号と、2013年3月20日に出願された米国仮出願第61/803,776号に対する優先権の利益を主張する。上述した特許出願それぞれの開示は、あらゆる目的のため、参照により本明細書に全体として組み込まれる。
This application claims the benefit of priority over US Provisional Patent Application No. 61 / 921,304, filed Dec. 27, 2013. This patent application is related to International Application No. PCT / US2012 / 55726 filed on September 17, 2012. It now claims the benefit of priority over the international application PCT / US2012 / 31923 filed on April 2, 2012, and is a continuation-in-part of that. This application is related to International Application PCT / US2012 / 55726 filed on September 17, 2012. This time, in contrast to US Provisional Patent Application No. 61 / 535,986, filed on September 17, 2011, and US Provisional Patent Application No. 61 / 584,399, filed January 9, 2012. Claim priority interests. This application is also related to US patent application Ser. No. 14 / 215,214, filed Mar. 17, 2014. This time, priority is given to US provisional application 61 / 803,775 filed March 20, 2013 and US provisional application 61 / 803,776 filed March 20, 2013. Insist on the interests of. The disclosure of each of the aforementioned patent applications is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

開示の分野
本開示は、様々な組織障害を治療する方法及びシステムに関する。特に、本開示は、なかでも、強電界の適用を用いる組織の治療に向けられている。
FIELD OF DISCLOSURE The present disclosure relates to methods and systems for treating various tissue disorders. In particular, the present disclosure is directed, inter alia, to the treatment of tissue using strong electric field applications.

これまでかなりの期間、医業を営む人々は、様々なやり方で電界を生体組織に適用してきた。本開示は、この技術の状態を改良する。   For some time now, medical professionals have applied electric fields to living tissue in a variety of ways. The present disclosure improves the state of the art.

本開示の目的及び利点は、以下の説明に示されかつそこから明らかとなろう。開示する実施形態の更なる利点は、本明細書に書かれている記載において、また添付図面からも、詳細に指摘される方法及びシステムによって具現化され、達成される。   Objects and advantages of the present disclosure are set forth in and will be apparent from the following description. Additional advantages of the disclosed embodiments may be realized and attained by the method and system particularly pointed out in the written description herein and also from the appended drawings.

電界を組織に適用する既知の技法のうち、医学分野におけるこれらの種々の種類の電界適用の大部分は、1)熱的及び2)非熱的に分類することができる。   Of the known techniques for applying electric fields to tissue, the majority of these various types of electric field applications in the medical field can be classified as 1) thermal and 2) non-thermal.

本出願人が認識したところでは、大部分の熱的電界適用が、標的組織の温度を著しく上昇させて、通常、壊死の過程を通して組織を死なせ、最終的に切除及び焼灼をもたらす。本出願人が観察したところでは、このような過程が、組織のなかの細胞だけでなく、様々な生物学的線維を含む細胞外組織基質に非常に著しい程度まで影響を与える。それらはまた、異なる細胞及び細胞外物質の間の区別も不十分である。影響を受ける組織のなかの多くの蛋白質が、温度上昇を通して変性する。   Applicants have recognized that most thermal electric field applications significantly increase the temperature of the target tissue, usually causing the tissue to die through the process of necrosis, ultimately resulting in ablation and cauterization. Applicants have observed that such processes affect not only the cells in the tissue but also the extracellular tissue matrix that contains various biological fibers to a very significant extent. They are also poorly distinguished between different cells and extracellular material. Many proteins in affected tissues denature through increasing temperature.

標的組織のなかの温度上昇をもたらす電界は、多数の異なるやり方で適用し得、様々なパラメータが異なってもよい。いくつかは、周波数が、無線周波及び更にマイクロ波の範囲(1MHz〜300MHz)である。この周波数範囲のなかの電界を適用し、その強度及び持続期間が、通常の体温よりも摂氏40度超上回る組織加熱を数秒を超える時間の間もたらすのに十分であるような適用は、通常、RF又はマイクロ波切除と呼ばれる。RF及びマイクロ波温熱療法は、標的組織温度を数分間の間約5〜10度上昇させる適用である。強力な組織加熱及び焼灼は、また、電界により、組織を貫いて比較的低い周波数の電流を導通させることを通して達成された。いくつかの場合(Bovie刀を外科手術で使用する場合など)において、プラズマと呼ばれるイオン化気体が、標的組織と電流を供給する電極との間に生じ得る。熱的治療において、電界及びそれによって発生する熱の組織のなかへの浸透は、熱拡散及び組織変異過程の反応速度論の詳細に大きく依存する。結果として、熱的効果の深さは、時間だけでなく出力密度にも大きく依存する。   The electric field that results in a temperature rise in the target tissue can be applied in a number of different ways, and various parameters may be different. Some have frequencies in the radio frequency and even microwave range (1 MHz to 300 MHz). Applications where an electric field in this frequency range is applied and its intensity and duration are sufficient to provide tissue heating for more than a few seconds above 40 degrees Celsius above normal body temperature is usually This is called RF or microwave ablation. RF and microwave thermotherapy are applications that increase the target tissue temperature by about 5-10 degrees for a few minutes. Powerful tissue heating and ablation have also been achieved through conducting relatively low frequency currents through the tissue by means of an electric field. In some cases (such as when the Bovie sword is used in surgery), an ionized gas called plasma can be generated between the target tissue and the electrode supplying the current. In thermal therapy, the penetration of the electric field and the heat generated thereby into the tissue is highly dependent on the details of the kinetics of the thermal diffusion and tissue transformation processes. As a result, the depth of the thermal effect is highly dependent not only on time but also on power density.

医学分野において非熱的電界効果がもっと広く使用されるようになったのは、おそらくもっと最近であるが、非熱的効果は、電界を用いて神経組織の興奮及び筋収縮を生成したVolta及びGalvaniの時代から知られている。明らかに、今日において、電界の非熱的適用には、神経、筋肉及び脳の刺激、傷及び骨治癒の刺激、疼痛管理、遺伝子改変及び抗癌療法が含まれる。医学分野における電界の非熱的適用の重要な特徴は、細胞及び組織の種類が異なると、その効果が異なり得ることである。   Although it is perhaps more recently that non-thermal field effects have become more widely used in the medical field, non-thermal effects have been developed by using Volta and the electric field to generate neural tissue excitement and muscle contraction. Known since the time of Galvani. Clearly, today non-thermal applications of electric fields include nerve, muscle and brain stimulation, wound and bone healing stimulation, pain management, genetic modification and anti-cancer therapy. An important feature of non-thermal application of electric fields in the medical field is that different cell and tissue types can have different effects.

例えば、電界が神経線維に沿って向けられ、大きさが約0.5〜5V/cmで、パルス持続期間が数マイクロ秒であるとき、神経及び筋線維のなかの活動電位を興奮させる効果がある一方、他の細胞及び組織には直ちに顕著な効果がないことが知られている。神経及び筋組織の刺激には、大部分の場合、露出した植込み型伝導性電極(例えば、Medtronic社製のペースメーカー装置とともに用いるような)、皮膚を貫く電流の導通(経皮的神経電気刺激すなわちTENS)、及び、経頭蓋磁気刺激(「TMS」、例えば、米国特許第4,672,951号に記載されている。これは、あらゆる目的のため参照により本明細書に全体として組み込まれる)の場合におけるような神経組織のなかの電界を誘導する磁界パルスを用いている。   For example, when the electric field is directed along nerve fibers, the magnitude is about 0.5-5 V / cm, and the pulse duration is several microseconds, the effect of exciting action potentials in nerve and muscle fibers is On the other hand, other cells and tissues are known to have no immediate effect. For stimulation of nerve and muscle tissue, in most cases, an exposed implantable conductive electrode (such as used with a Medtronic pacemaker device), conduction of current through the skin (percutaneous neural electrical stimulation or TENS) and transcranial magnetic stimulation ("TMS", eg, as described in US Pat. No. 4,672,951, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes). Magnetic field pulses are used to induce an electric field in neural tissue as in some cases.

もっと最近では、約100〜200KHzの周波数範囲と、何時間もの曝露(約24時間)とを伴う、大きさが約1V/cmの交番電界が、細胞の増殖を妨げることが示されている(Eilon D.Kirson他、PNAS、104巻24号、10152〜10157ページ)。これは、例えば、Novocure社によって開発された膠芽腫(脳の癌の一種)治療に対する基礎として用いられている。そこでは、電極を頭部の皮膚の上に配置し、数ボルト以内の電圧を50〜300KHzの間の周波数で適用して、脳のなかの標的範囲のなかで約1V/cmの電界を生成する。   More recently, an alternating electric field of about 1 V / cm with a frequency range of about 100-200 KHz and hours of exposure (about 24 hours) has been shown to prevent cell growth ( Eilon D. Kirson et al., PNAS, 104, 24, 10152-10157). This is used, for example, as a basis for the treatment of glioblastoma (a type of brain cancer) developed by Novocure. There, an electrode is placed on the skin of the head and a voltage within a few volts is applied at a frequency between 50 and 300 KHz to generate an electric field of about 1 V / cm within the target range in the brain. To do.

数マイクロ秒から数ミリ秒まで持続し、細胞膜(通常、約5ナノメートル厚である)を横切って約200〜1000mVをもたらす電界パルスは、細胞形質膜に細孔を生成すると考えられる電気穿孔効果をもたらすことが知られている。電気穿孔は、数十年にわたり、細胞培養において、DNAを含む様々な分子を細胞のなかへ移入するために用いられている。これは、多くの場合、形質移入及びそれに続く遺伝子改変を目的とする。電気穿孔効果は、電界の大きさ、パルス繰返し周波数及びパルスの全体数に複雑に依存することが知られている。パルスの周波数、持続期間又は数が十分に大きくなると、細胞は、多くの場合、細胞自滅機構を通して死滅する。   Electroporation effects that are thought to generate pores in the cell plasma membrane that last from a few microseconds to a few milliseconds and result in about 200-1000 mV across the cell membrane (usually about 5 nanometers thick) It is known to bring Electroporation has been used for several decades in cell culture to transfer various molecules, including DNA, into cells. This is often aimed at transfection and subsequent genetic modification. It is known that the electroporation effect is complexly dependent on the magnitude of the electric field, the pulse repetition frequency and the total number of pulses. When the frequency, duration or number of pulses becomes sufficiently large, cells often die through cell self-destruction mechanisms.

細胞死に至る電気穿孔治療は、不可逆電気穿孔効果(「IRE」)として知られている。もっと最近では、電気穿孔が、医学分野において、生体外で細胞を改変するためだけでなく、ヒト及び動物の体内で組織を治療するためにも用いられている。このような適用例には、Angiodynamics社によるNanoknifeTM装置と呼ばれる装置による治療が含まれる。そこでは、露出した固体伝導性電極を、腫瘍又は肥大した前立腺などの標的組織のなかへ挿入し、電極間の電圧パルスが、電極間に電界をもたらす導通電流を発生させる。通常の状況において、電気穿孔電極は、1〜5cmの間隙で隔てられ、100〜2000ボルトの電圧が適用される。電気穿孔治療は、また、医療用途において、化学療法剤の摂取を支援するために提案され、使用されている。 Electroporation therapy leading to cell death is known as the irreversible electroporation effect (“IRE”). More recently, electroporation has been used in the medical field not only to modify cells in vitro, but also to treat tissues in human and animal bodies. Examples of such applications include treatment with a device called the Nanoknife device by Angiodynamics. There, an exposed solid conductive electrode is inserted into a target tissue, such as a tumor or an enlarged prostate, and a voltage pulse between the electrodes generates a conducting current that provides an electric field between the electrodes. In normal circumstances, the electroporation electrodes are separated by a gap of 1-5 cm and a voltage of 100-2000 volts is applied. Electroporation therapy has also been proposed and used to assist in the intake of chemotherapeutic agents in medical applications.

電気穿孔における最近の進歩には、パルス立上り及び立下り時間だけでなく電圧パルス長の短縮が含まれる。電圧適用過程が速くなれば、電界の細胞のなかへの浸透が大きくなる。なぜなら、細胞膜を通る電流が適用電界を遮蔽する時間がないからである。しかし、上述したように絶縁していない電極で強力な電界を印加すると、(熱を介する)局所的な組織壊死及び電気分解が発生し、電極の近くの過度な損傷及び瘢痕形成につながり得る。いわゆる非熱的不可逆電気穿孔(IRE又はNTIRE)は、裸電極で可能であるが、電界強度及びパルス繰返し頻度が厳しく制限される[Davalos、2012]。実際的な限界は、繰返し頻度1Hz、電界強度1000から2000V/cm、パルス幅50から100マイクロ秒で、約100パルスである。これらの治療パラメータにより、治療時間が非常に長くなり、かつ/又は、治療範囲が限られることになる。   Recent advances in electroporation include shortening of voltage pulse length as well as pulse rise and fall times. The faster the voltage application process, the greater the penetration of the electric field into the cells. This is because the current through the cell membrane does not have time to shield the applied electric field. However, applying a strong electric field with an uninsulated electrode as described above can cause local tissue necrosis and electrolysis (via heat), which can lead to excessive damage and scar formation near the electrode. So-called non-thermal irreversible electroporation (IRE or NTIRE) is possible with bare electrodes, but the field strength and pulse repetition frequency are severely limited [Davalos, 2012]. The practical limit is about 100 pulses with a repetition frequency of 1 Hz, an electric field strength of 1000 to 2000 V / cm, a pulse width of 50 to 100 microseconds. These treatment parameters can result in very long treatment times and / or limited treatment ranges.

非熱的電界治療の別の例には、無線周波数又はマイクロ波周波数の電磁界のパルスを、体内の細胞及び組織に適用するものがある。このような治療における電界の強度は、組織を加熱するために採用される強度と同様である。しかし、パルスを数ミリ秒より短くし、パルス繰返し周波数を制限することにより、加熱効果を回避できる。非熱的電界治療のこのような適用は、主に創傷ケアで適用され、創傷がより迅速に治癒するのに役立つことが示唆されている。一例として、DiapulseTM装置を用いるこのような治療が報告されている。そこでは、周波数範囲が25〜30MHzの電磁界を、毎秒10〜800パルスの頻度でパルスし、各パルスが通常100マイクロ秒未満持続する(例えば、「Wound Care: A Collaborative Practice Manual for Health Professionals」Carrie Sussman及びBarbara Bates−Jensen著、Kluwer Health、580〜583ページ参照)。パルス頻度が速くなり、又はパルスが長くなると、組織加熱を招くようである。電磁界は、パルス状電磁界発生器を導波管(これは、アンテナによって終端してもよい。)に結合することにより、組織に適用される。組織とアンテナとの間の接触は不要であるが、アンテナを標的組織に近接して配置することが望ましいかもしれない。 Another example of non-thermal electric field therapy is applying radio frequency or microwave frequency electromagnetic field pulses to cells and tissues in the body. The intensity of the electric field in such treatment is similar to that employed to heat the tissue. However, the heating effect can be avoided by making the pulse shorter than a few milliseconds and limiting the pulse repetition frequency. Such applications of non-thermal electric field treatment are applied primarily in wound care and have been suggested to help wounds heal more quickly. As an example, such treatment using a Diapulse device has been reported. There, an electromagnetic field with a frequency range of 25-30 MHz is pulsed at a frequency of 10-800 pulses per second, and each pulse typically lasts less than 100 microseconds (eg, “Wound Care: A Collaborative Practical Manual for Health Professionals”). (See Carrie Sussman and Barbara Bates-Jensen, Kluwer Health, pages 580-583). It appears that the faster the pulse frequency, or the longer the pulse, leads to tissue heating. The electromagnetic field is applied to the tissue by coupling a pulsed electromagnetic field generator to a waveguide (which may be terminated by an antenna). Although contact between the tissue and the antenna is not required, it may be desirable to place the antenna in close proximity to the target tissue.

いくつかの場合において、導通電流を電極から組織のなかへ流す必要なく、組織のなかで電界を生成し得る。典型的には、RF及びマイクロ波に基づく電磁界治療の場合である。また、パルス状磁界を用いて組織のなかの電界を誘導する場合もである。このような場合において、組織のなかでの電界の大きさは、通常、比較的弱く、治療には、多くの場合、長期間(数時間)の電界曝露が必要となる。   In some cases, an electric field can be generated in the tissue without having to pass a conduction current from the electrode into the tissue. Typically, this is the case for electromagnetic therapy based on RF and microwaves. In some cases, an electric field in the tissue is induced using a pulsed magnetic field. In such cases, the magnitude of the electric field in the tissue is usually relatively weak and treatment often requires long-term (several hours) electric field exposure.

他の場合、特に、比較的低い周波数、長い(1秒超の)パルス長、又は大きい電界が必要な場合において、露出した伝導性電極を通る電流は、組織を貫いて別の電極に向かう。必要な電界及び必要な導通電流が比較的小さい場合、電気化学過程が、露出した伝導性電極の付近で比較的低い強度で生じる。もっと強力な電界(マイクロ秒長のパルスで電気穿孔治療に多くの場合必要とされるような)をもたらすもっと強力な電流は、電極の近くで著しくもっと強力な電気化学過程及び発熱をもたらすかもしれない。これにより、電極の近くに著しい望ましくない組織損傷が生じ得る。これは、どこも実質的に加熱することなく、非常に局所化して組織を治療したい場合、又は加熱効果を別個に制御したい場合、特に問題となり得る。このような効果が非常に望ましくない医療用途のいくつかの例には、脳組織の治療、並びに、血管、心室、腸腔、食道、結腸直腸通路、気管支、泌尿器通路、鼻通路及び皮膚の中又は周囲に見られるものなど、組織壁の近くの薄い組織層の治療が含まれる。数マイクロ秒持続する電界のパルスは、また、神経及び筋肉を興奮させ得る。これは、ナノ秒長パルスを採用することにより、回避できる可能性がある(特に、電界の方向が神経線維の方向に対して垂直である場合)。しかし、組織のなかで電極の間を流れる電流には、依然として問題がある。   In other cases, particularly when a relatively low frequency, long (greater than 1 second) pulse length, or large electric field is required, the current through the exposed conductive electrode is directed through the tissue to another electrode. When the required electric field and the required conduction current are relatively small, the electrochemical process occurs at a relatively low intensity in the vicinity of the exposed conductive electrode. A more powerful current that results in a stronger electric field (as often required for electroporation treatment with microsecond pulses) may result in a significantly stronger electrochemical process and heat generation near the electrode. Absent. This can cause significant undesirable tissue damage near the electrodes. This can be particularly problematic if one wants to treat tissue very locally without any substantial heating, or if one wants to control the heating effect separately. Some examples of medical applications where such effects are highly undesirable include treatment of brain tissue and in blood vessels, ventricles, intestinal cavities, esophagus, colorectal passages, bronchi, urinary passages, nasal passages and skin Or treatment of a thin tissue layer near the tissue wall, such as that found in the surroundings. A pulse of electric field lasting several microseconds can also excite nerves and muscles. This may be avoided by employing a nanosecond long pulse (especially when the electric field direction is perpendicular to the nerve fiber direction). However, there is still a problem with the current flowing between the electrodes in the tissue.

本開示の目的は、熱及び/又は気泡が電極の近くで発生すること(これは、導通電流によって駆動される電極における電気化学過程が原因で生じるかもしれない)を回避するため、導通電流又は導通電流運搬電極を使用することなく、組織のなかで強力な電界を適用するシステム及び方法を提供することである。   The purpose of this disclosure is to avoid conduction currents or bubbles from being generated near the electrodes (which may occur due to electrochemical processes at the electrodes driven by conduction currents). It is to provide a system and method for applying a strong electric field in tissue without using a conducting current carrying electrode.

いくつかの実施形態において、本開示は、生体組織の領域を治療するシステムを提供する。これは、複数のパルスを有する時変電界を発生させるよう構成された電気信号発生器を含む。前記複数のパルスは、それぞれ、立上り及び立下り時間が約1〜100マイクロ秒の間持続し、約2〜200マイクロ秒の間の持続期間の間持続する。本システムは、更に、対象解剖学的領域に近接して配置されて時変電界を対象解剖学的領域に印加するよう構成された、少なくとも一つの電極を含み得る。電界は、ピークの大きさが約100〜100,000V/cmのの間であり得る。対象解剖学的領域における組織のなかでの電界のピーク値は、電圧変動率により、及び、電気信号発生器によって課されるピーク電圧により、制御され得る。本システムは、更に、少なくとも一つの電極と対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成された電流制限障壁層を含み得る。   In some embodiments, the present disclosure provides a system for treating a region of biological tissue. This includes an electrical signal generator configured to generate a time-varying electric field having a plurality of pulses. Each of the plurality of pulses lasts for a rise time and fall time of about 1-100 microseconds and a duration of about 2-200 microseconds. The system may further include at least one electrode disposed proximate to the target anatomical region and configured to apply a time-varying electric field to the target anatomical region. The electric field can have a peak magnitude between about 100 and 100,000 V / cm. The peak value of the electric field in the tissue in the target anatomical region can be controlled by the rate of voltage variation and by the peak voltage imposed by the electrical signal generator. The system may further include a current limiting barrier layer configured to be disposed between the at least one electrode and the target anatomical region.

本開示は、また、生体組織の領域を治療するシステムの実施形態を提供する。これは、複数のパルスを有する時変電界を発生させるよう構成された電気信号発生器を含む。前記複数のパルスは、それぞれ、立上り及び立下り時間が約1〜1000ナノ秒の間持続し、約2〜2000ナノ秒の間の持続期間の間持続する。本システムは、更に、対象解剖学的領域に近接して配置されて時変電界を対象解剖学的領域に印加するよう構成された少なくとも一つの電極を含み得る。電界は、ピークの大きさが約100〜100,000V/cmの間であり得る。対象解剖学的領域における組織のなかでの電界のピーク値は、電圧変動率により、及び、電気信号発生器によって課されるピーク電圧により、制御され得る。本システムは、更に、少なくとも一つの電極と対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成された電流制限障壁層を含み得る。   The present disclosure also provides an embodiment of a system for treating a region of biological tissue. This includes an electrical signal generator configured to generate a time-varying electric field having a plurality of pulses. Each of the plurality of pulses has a rise and fall time that lasts between about 1-1000 nanoseconds and a duration between about 2-2000 nanoseconds. The system may further include at least one electrode disposed proximate to the target anatomical region and configured to apply a time-varying electric field to the target anatomical region. The electric field can have a peak magnitude between about 100 and 100,000 V / cm. The peak value of the electric field in the tissue in the target anatomical region can be controlled by the rate of voltage variation and by the peak voltage imposed by the electrical signal generator. The system may further include a current limiting barrier layer configured to be disposed between the at least one electrode and the target anatomical region.

電流制限障壁は、なかでも、(i)厚さが約1〜2000マイクロメートルの間である絶縁材料、(ii)気体充填間隙を横切る電界が気体充填間隙のなかでの気体のイオン化閾値を超えたとき、それを貫く電流を導通し始める気体充填間隙、及び、(iii)イオン伝導性の液体又はポリマー、のうち一つ以上を含み得る。少なくとも一つの電極は、電界を対象解剖学的領域に適用するよう構成され得る。これは、対象解剖学的領域のなかで前記電極に対して主に垂直又は接する方向に向けられる。少なくとも一つの電極は、膨張可能部材の表面に近接して形成され得る。これは、選択的に膨らんで少なくとも一つの電極を対象解剖学的領域に近接させることができる。少なくとも一つの電極は、パターン形成され得る。パターン形成は、なかでも、露出した導体及び絶縁材料が交互にある領域、又は厚さの異なる絶縁材料が交互にある領域によって画定され得る。少なくとも一つの電極は、可撓性を有しかつ/又は弾性を有し得る。   Current limiting barriers include, among other things, (i) an insulating material having a thickness of between about 1 and 2000 micrometers, and (ii) an electric field across the gas filling gap exceeds a gas ionization threshold in the gas filling gap. A gas-filled gap that begins to conduct current therethrough, and (iii) an ionically conductive liquid or polymer. The at least one electrode may be configured to apply an electric field to the target anatomical region. This is oriented mainly in the direction perpendicular to or in contact with the electrodes in the target anatomical region. At least one electrode may be formed proximate to the surface of the inflatable member. This can be selectively inflated to bring at least one electrode proximate to the target anatomical region. The at least one electrode can be patterned. The patterning can be defined by, inter alia, areas with alternating exposed conductors and insulating materials, or areas with alternating insulating materials of different thicknesses. The at least one electrode may be flexible and / or elastic.

いくつかの実施態様において、少なくとも一つの電極は、中心軸を囲む複数の長尺導体を含み得る。これは、中心軸から放射状外側へ向けて展開し得る。複数の長尺導体は、その全長に実質的に沿った絶縁層を含み得る。絶縁層の厚さは、複数の長尺導体の長さに沿って、直線的、非直線的又は段階的に変化し得る。絶縁層の厚さは、対象解剖学的領域に近接して配置されるよう構成された、複数の長尺導体の部分に沿って小さくなり得る。複数の長尺導体は、対象解剖学的領域に近接して配置されるよう構成された、複数の長尺導体の部分に沿って部分的に絶縁され得る。   In some embodiments, the at least one electrode can include a plurality of elongated conductors surrounding the central axis. This can be deployed radially outward from the central axis. The plurality of elongated conductors can include an insulating layer substantially along its entire length. The thickness of the insulating layer can vary linearly, non-linearly or in steps along the length of the plurality of elongated conductors. The thickness of the insulating layer may decrease along portions of the plurality of elongated conductors that are configured to be placed proximate to the target anatomical region. The plurality of elongate conductors may be partially insulated along portions of the plurality of elongate conductors configured to be disposed proximate to the target anatomical region.

本開示は、更に、本明細書で開示した任意のシステムを使用して、電界を対象解剖学的領域に適用することを含む方法を提供する。対象解剖学的領域は、約十分の一秒と約一時間との間、約五秒と約二十分との間、約三十秒と約十分との間、約三分と約七分との間の時間、又は、一秒と一万秒との間の任意の一秒単位の時間の間、電界に曝露され得る。対象解剖学的領域は、動物又は人の上又は中にあり得る。   The present disclosure further provides a method that includes applying an electric field to a target anatomical region using any of the systems disclosed herein. The target anatomical region is between about one-tenth and one-hour, about five-second and about two-tenth, about thirty-second and about thirty-minute, about three-minute and about seven-minute. , Or any one second unit of time between 1 and 10,000 seconds. The target anatomical region can be on or in an animal or person.

理解されるべきことは、上述した概略的な説明及び以下の詳細な説明は、どちらも、例示的であり、本明細書で開示する実施形態の更なる説明を提供することを意図することである。添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本開示の方法及びシステムの更なる理解を例示し提供するために含まれている。本説明とともに、本図面は、開示する実施形態の原理を説明する役割を果たす。   It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and are intended to provide further description of the embodiments disclosed herein. is there. The accompanying drawings are incorporated in and constitute a part of this specification, and are included to illustrate and provide a further understanding of the methods and systems of the present disclosure. Together with the description, the drawings serve to explain the principles of the disclosed embodiments.

組織のなかの電界発生を計算するための例示的な幾何学的に簡略化されたモデルを示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating an exemplary geometrically simplified model for calculating electric field generation in tissue. FIG. 電界に対する皮膚組織の比誘電率及び伝導率の典型的な周波数応答を示す概略図。Schematic showing a typical frequency response of the relative permittivity and conductivity of skin tissue to an electric field. 典型的な電圧パルス形状の概略図。Schematic of typical voltage pulse shape. 例示的なパッチ電極の概略図。1 is a schematic diagram of an exemplary patch electrode. FIG. 本開示にしたがって作製された例示的な装置の概略図。1 is a schematic diagram of an exemplary apparatus made in accordance with the present disclosure. 本開示にしたがって作製された更なる例示的な装置の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of a further exemplary apparatus made in accordance with the present disclosure. 本開示にしたがって作製された更なる例示的な装置の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of a further exemplary apparatus made in accordance with the present disclosure. 本開示にしたがって作製された更なる例示的な装置の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of a further exemplary apparatus made in accordance with the present disclosure. 本開示にしたがって更なる実施形態を例示する。Further embodiments are illustrated according to the present disclosure. 本開示にしたがって電極プローブの更なる実施形態を例示する。6 illustrates further embodiments of electrode probes in accordance with the present disclosure. 凹状治療端を有する長尺絶縁電極を例示する。The long insulated electrode which has a concave treatment edge is illustrated. 図10Aの実施形態の断面を例示する。更に、10B illustrates a cross section of the embodiment of FIG. 10A. Furthermore, 図10Aの電極の変形を例示する。ここでは、凹状治療端がプローブの側面にある。10A illustrates a modification of the electrode of FIG. 10A. Here, the concave treatment end is on the side of the probe. 電極頭部の更なる実施形態を例示する。6 illustrates a further embodiment of an electrode head. 磁気的に補助された操縦カテーテルシステムの第一実施形態の斜視図。1 is a perspective view of a first embodiment of a magnetically assisted steering catheter system. FIG. 図12Aのシステムの遠位端の断面詳細であり、このシステムを貫いて挿入されたガイドワイヤを示す。FIG. 12B is a cross-sectional detail of the distal end of the system of FIG. 12A, showing a guidewire inserted through the system. 図12Bのシステムの線3−3に沿った断面。FIG. 12B is a cross-section along line 3-3 of the system of FIG. 12B. 電界を組織に適用する装置の更なる実施形態を例示する。6 illustrates a further embodiment of an apparatus for applying an electric field to tissue. 本開示にしたがう更なる装置の先端の正面断面図。FIG. 6 is a front cross-sectional view of the tip of a further apparatus according to the present disclosure. 本開示にしたがって更なる治療装置を例示する。Fig. 4 illustrates a further treatment device according to the present disclosure. 本開示にしたがって更なる治療装置を更に例示する。Further exemplary treatment devices are further illustrated in accordance with the present disclosure. 本開示にしたがって更なる治療装置をまた更に例示する。Further therapeutic devices are illustrated further according to the present disclosure. 本開示の更なる実施形態を例示する。6 illustrates a further embodiment of the present disclosure. 本開示の更なる実施形態を更に例示する。Further examples of the present disclosure are further illustrated.

ここで、本開示の現時点で好ましい実施形態に詳細に言及し、その例を、添付図面に例示する。開示する実施形態の方法及び対応する工程は、例示的なシステムの詳細な説明とともに記載される。   Reference will now be made in detail to the presently preferred embodiments of the disclosure, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The methods and corresponding steps of the disclosed embodiments are described along with a detailed description of an exemplary system.

医学分野において電界の使用に迫る著しい難題は、電界パルスの大きさ、立上り及び立下り時間、持続期間並びに時間波形、並びに、電界が組織のなかへ浸透する深さを制御しつつ、電極の近くの導通電流に付随する熱的効果及び電気化学効果を回避することに関する。ここでは、簡略化モデルを使用して、これらの電界パラメータを制御し得る方法のいくつかを記載する。   A significant challenge in the field of medical use is the proximity of the electrodes while controlling the magnitude of the electric field pulse, rise and fall times, duration and time waveform, and the depth at which the electric field penetrates into the tissue. It is related to avoiding the thermal and electrochemical effects associated with the conduction current. Here, some of the ways in which a simplified model can be used to control these electric field parameters are described.

図1に例示したこの簡略化モデルにおいて、一層の組織が二つの伝導性電極の間に配置されている。組織と電極との間に、誘電絶縁材料、抵抗性、半伝導性又は他の材料の一層以上の分離層を配置することにより、1)組織を通る電流の導通及びそのような導通に付随する加熱又は化学過程を防止し又は制限し、2)不規則な形状の組織表面と電界制御装置の表面との間が適合的に接触できるようにしてもよい。固体絶縁材料のほかに、熱的加熱又は光励起を介して電界浸透を制御でき得る半伝導性材料を使用してもよい。不規則な組織表面に適合し得る、液状、クリーム状又はゲルタイプの絶縁性、伝導性又は半伝導性材料を使用してもよい。このような液体、クリーム又はゲルは、好適な適用手段(手作業による適用、噴霧、注入、灌注など)を介して標的治療面に適用できる。更には、気体又はイオン化気体材料(プラズマ)を、組織と伝導性固体電極との間の分離層として使用してもよい。これらの材料は、また、二つ三つ、四つなどの任意の組合せでも使用し得る。   In this simplified model illustrated in FIG. 1, a layer of tissue is placed between two conductive electrodes. By placing one or more separate layers of dielectric insulating material, resistive, semiconducting or other material between the tissue and the electrode, 1) the conduction of current through the tissue and associated with such conduction Heat or chemical processes may be prevented or limited, and 2) an irregularly shaped tissue surface and the surface of the electric field control device may be contacted appropriately. In addition to solid insulating materials, semiconducting materials that can control field penetration via thermal heating or photoexcitation may be used. Liquid, creamy or gel type insulating, conductive or semiconductive materials may be used that can be adapted to irregular tissue surfaces. Such liquids, creams or gels can be applied to the target treatment surface via suitable application means (manual application, spraying, infusion, irrigation, etc.). Furthermore, a gas or ionized gaseous material (plasma) may be used as a separation layer between the tissue and the conductive solid electrode. These materials can also be used in any combination, such as two, three, four.

電界パラメータにおける電極の形状の影響は、この簡略化モデルでは考慮しない。むしろ、これについては後述する。代わりに、電極、分離材料及び組織は、界面が平面であると仮定し、境界平面内で無限に広がっている。これにより、事実上、材料界面に対して垂直な電界が材料界面でのみ変化できる。誘電絶縁体の結合された厚さをλとし、組織の厚さをλとする。 The effect of the electrode shape on the electric field parameters is not considered in this simplified model. Rather, this will be described later. Instead, the electrodes, separating material, and tissue assume an interface that is planar and extend indefinitely within the boundary plane. This effectively allows the electric field perpendicular to the material interface to change only at the material interface. Let the combined thickness of the dielectric insulators be λ d and the tissue thickness be λ t .

このモデルのなかの材料について、比誘電率k及び伝導率σのパラメータによって記述する。比誘電率は、材料の誘電率εの、真空の誘電率ε≒10〜11ファラッド/mに対する比である。伝導率は、熱へのエネルギー散逸に関与する有効導通電流密度と電界との間の比例係数である。 The material in this model is described by parameters of relative permittivity k and conductivity σ. The relative dielectric constant is the ratio of the dielectric constant ε of the material to the dielectric constant ε 0 ≈10-11 farads / m in vacuum. Conductivity is a proportionality factor between the effective conduction current density and the electric field involved in energy dissipation to heat.

以下の考察において、簡潔性のために、伝導性電極と組織との間に配置された分離層の伝導率はゼロであると仮定する。この誘電材料の周波数に依存しない比誘電定数kは、実際の材料によって、大きさが約2から10まで(又はその間の任意の0.1単位)変化してもよい。一般に、分離層の伝導率は、熱へのエネルギー散逸と、適用電圧に対するもっと低速な応答とに寄与する。組織の電気伝導率は、細胞密度、細胞の種類及び含水量に応じて著しく変化し得る。しかし、大部分の組織では、1GHz未満の周波数において1S/m未満に留まる。組織の比誘電率もまた、著しく変化してよい。多くの場合、いわゆるα分散周波数(通常は約10〜10Hz)付近未満の周波数で極めて大きく(10〜10)、β分散周波数(通常は約10〜10Hz)で約10(水の比誘電率)まで低下し、その後、γ分散周波数(約1010Hz)超の周波数で10未満に低下する。 In the following discussion, for the sake of brevity, it is assumed that the conductivity of the separation layer disposed between the conductive electrode and the tissue is zero. The frequency independent dielectric constant k d of this dielectric material may vary in size from about 2 to 10 (or any 0.1 unit therebetween) depending on the actual material. In general, the conductivity of the separation layer contributes to energy dissipation to heat and a slower response to the applied voltage. Tissue electrical conductivity can vary significantly depending on cell density, cell type and water content. However, for most tissues, it remains below 1 S / m at frequencies below 1 GHz. The relative dielectric constant of the tissue may also vary significantly. In many cases, it is extremely large (10 3 to 10 7 ) at frequencies below the so-called α dispersion frequency (usually about 10 4 to 10 6 Hz), and about the β dispersion frequency (usually about 10 7 to 10 8 Hz). It decreases to 10 2 (relative dielectric constant of water), and then decreases to less than 10 2 at a frequency exceeding the γ dispersion frequency (about 10 10 Hz).

一例として、皮膚を標的組織と考える場合、比誘電率k及び伝導率σは、図2(多数の情報源から収集され、Phys.Med.Biol.41(1996)2231〜2249で発表された、C.Gabriel、S.Gabriel及びE.Corthoutによって吟味されたデータ)で、周波数の関数として与えられる。 As an example, if the skin is considered the target tissue, the relative permittivity k t and conductivity σ t are collected in FIG. 2 (collected from multiple sources and published in Phys. Med. Biol. 41 (1996) 2231-2249. (Data examined by C. Gabriel, S. Gabriel and E. Corthout), given as a function of frequency.

電極に適用された電圧の典型的な時間依存波形は、図3に示すような形状を有してもよい。これは、パルスとして解釈し得る。なぜなら、通常、正弦波関数sin(2πft)(fは、振動周波数)などの振動関数と、矩形パルス

Figure 0006600632
(Rは、パルスのなかでの振動周期の数)のような関数との積として表現できるからである。この数は、パルスのなかで1未満の振動周期が生じる場合、1未満であり得る。したがって、電圧パルスの簡略化モデルは、
Figure 0006600632
であってもよい。 A typical time-dependent waveform of the voltage applied to the electrodes may have a shape as shown in FIG. This can be interpreted as a pulse. Because, normally, a vibration function such as a sinusoidal function sin (2πf 0 t) (f 0 is a vibration frequency) and a rectangular pulse
Figure 0006600632
This is because it can be expressed as a product with a function such as (R is the number of vibration periods in a pulse). This number can be less than 1 if an oscillation period less than 1 occurs in the pulse. Therefore, a simplified model of the voltage pulse is
Figure 0006600632
It may be.

線形システムの数学モデルにおいて、多くの場合、時変関数の代わりに、フェーザと呼ばれるフーリエ変換された変数を使用するのが便利である。上記パルスのフーリエ変換は、それにしたがって

Figure 0006600632
と書くことができる。ただし、
Figure 0006600632
In mathematical models of linear systems, it is often convenient to use a Fourier transformed variable called a phasor instead of a time-varying function. The Fourier transform of the above pulse is
Figure 0006600632
Can be written. However,
Figure 0006600632

典型的なパルスのフーリエ変換は、フェーザ表示において、パルスの中心周波数が振動周波数fであり、そのパルスに付随する周波数の帯域福は、約Δf=2π/τ=2πf/Rの範囲にわたることを説明する。これにより、約1/τの周波数でのフェーザを、およその持続期間τのパルスに使用することが正当化される。 The Fourier transform of a typical pulse is that in the phasor display, the center frequency of the pulse is the oscillation frequency f 0 , and the bandwidth of the frequency associated with the pulse ranges from about Δf = 2π / τ = 2πf 0 / R. Explain that. This justifies the use of a phasor with a frequency of about 1 / τ for pulses of approximate duration τ.

下記で考慮する様々な場合において、組織伝導率は、対象となるすべての周波数において、一定であり、約1S/mの値を有すると仮定する。一方、組織の比誘電率は、電界置換「Dチルダ」と電界「Eチルダ」とのフェーザの間の以下の関係と矛盾しない値をとる。

Figure 0006600632
ただし、j=√(−1)、fは電界フェーザ周波数、kt0=10は、α分散周波数fα=10Hz未満の周波数における組織の比誘電率、fβ=10はβ分散周波数である。上記関係の漸近ボード線図を、図2における実際のデータの上に黒い実線で重ね合させて、この関係が、文献に見られるデータを、いかによく近似しているかを説明する。j2πfを乗じる代わりに時間微分を使用し、フェーザの代わりに時間依存量それ自体を使用することにより、フェーザの関係を実際の時間依存量の間の関係に変換してもよい。 In the various cases considered below, tissue conductivity is assumed to be constant at all frequencies of interest and have a value of about 1 S / m. On the other hand, the relative dielectric constant of the tissue takes a value consistent with the following relationship between the phasors of the electric field substitution “D tilde t ” and the electric field “E tilde t ”.
Figure 0006600632
Where j = √ (−1), f is the electric field phasor frequency, k t0 = 10 4 is the relative dielectric constant of the tissue at a frequency less than α dispersion frequency f α = 10 6 Hz, and f β = 10 8 is β dispersion Is the frequency. The asymptotic Bode diagram of the above relationship is superimposed on the actual data in FIG. 2 with a solid black line to explain how well this relationship approximates the data found in the literature. Instead of multiplying j2πf, the phasor relationship may be transformed into a relationship between actual time-dependent quantities by using time derivatives instead of phasors and using time-dependent quantities themselves instead of phasors.

組織と誘電絶縁体との間の境界条件から、誘電絶縁体及び組織における電界のフェーザの間の以下の関係が得られる。

Figure 0006600632
Figure 0006600632
From the boundary conditions between the tissue and the dielectric insulator, the following relationship between the dielectric insulator and the phasor of the electric field in the tissue is obtained.
Figure 0006600632
Figure 0006600632

(5)から「Eチルダ」を、(3)からk(f)を見つけて、(4)に代入すると、

Figure 0006600632
が得られる。ここで、
Figure 0006600632
とする。 When “E tilde d ” is found from (5), k t (f) is found from (3), and is substituted into (4),
Figure 0006600632
Is obtained. here,
Figure 0006600632
And

上述した湿潤皮膚に典型的な数字を使用し、誘電絶縁体の比誘電率の中間値k=5を仮定すると、

Figure 0006600632
Using the numbers typical for wet skin as described above and assuming an intermediate value k d = 5 for the relative dielectric constant of the dielectric insulator,
Figure 0006600632

方程式(6)より、明らかに、電圧Vが時間において非常にゆっくり変化し、周波数fがゼロに近い場合、組織のなかに電界は存在しない。これは、導通電流が電極から組織のなかへ流れることができないシステムの基本特性である。導通電流が電極から組織を通って流れることができる場合、電界は、組織のなかで長期間維持され得る。しかし、方程式(6)が説明するところによれば、周波数が大きくなると、電界は、組織のなかへ印加され、そのなかでいくらかの時間維持され得る。この場合において、特性時間τは、電界エネルギーが組織から誘電絶縁体のなかへ移送されるのにかかる時間として、物理的に解釈できる。特性周波数fは、この時間の逆数である。特性時間τは、組織のなかで電界が熱へエネルギー散逸する最大時間と見ることができる。fは、この電界エネルギー散逸時間の逆数である。この特性周波数を使用して、方程式(6)は

Figure 0006600632
と書ける。 From equation (6) it is clear that when the voltage V changes very slowly in time and the frequency f is close to zero, there is no electric field in the tissue. This is a basic characteristic of a system where conduction current cannot flow from the electrode into the tissue. If a conducting current can flow from the electrode through the tissue, the electric field can be maintained in the tissue for an extended period of time. However, equation (6) explains that as the frequency increases, an electric field can be applied into the tissue and maintained in it for some time. In this case, the characteristic time τ d can be physically interpreted as the time it takes for the electric field energy to be transferred from the tissue into the dielectric insulator. The characteristic frequency f d is the reciprocal of this time. The characteristic time τ t can be viewed as the maximum time in the tissue where the electric field is dissipated to heat. ft is the reciprocal of this electric field energy dissipation time. Using this characteristic frequency, equation (6) becomes
Figure 0006600632
Can be written.

ここで、いくつかの異なる動作モードを考えることが有用である。これを使用して、絶縁電極を用いて大きさ及び持続期間が異なる電界を組織のなかへ印加し得る。   Here, it is useful to consider several different modes of operation. This can be used to apply electric fields of varying magnitude and duration to the tissue using insulated electrodes.

モード1:マイクロ秒長の電界パルス、組織の誘電体厚さに対する比が小から中(λ/λ=10〜50)
持続期間が1〜10マイクロ秒オーダー長の電圧パルスを使用すると、動作の周波数は、約f=0.1〜1MHzになる。この場合において、

Figure 0006600632
Figure 0006600632
Figure 0006600632
Mode 1 : electric pulse of microsecond length, ratio of tissue to dielectric thickness is small to medium (λ t / λ d = 10 to 50)
Using voltage pulses with durations on the order of 1-10 microseconds, the frequency of operation is approximately f = 0.1-1 MHz. In this case,
Figure 0006600632
Figure 0006600632
Figure 0006600632

上記方程式が説明するところによれば、マイクロ秒パルスの動作モードにおいて、組織のなかでの電界は、電圧それ自体よりもむしろ、電極の間に適用される電圧の変化率に比例する。組織厚さを約1cm、誘電絶縁体厚さを約λ=200マイクロメートル(λ/λ=50)、電圧の大きさを約10kVとし、1から10マイクロ秒までの範囲のパルス長を仮定すると、

Figure 0006600632
となる。 The above equation explains that in the microsecond pulse mode of operation, the electric field in the tissue is proportional to the rate of change of the voltage applied between the electrodes, rather than the voltage itself. The tissue thickness is about 1 cm, the dielectric insulator thickness is about λ d = 200 micrometers (λ t / λ d = 50), the magnitude of the voltage is about 10 kV, and the pulse length ranges from 1 to 10 microseconds Assuming
Figure 0006600632
It becomes.

この電界は、誘電絶縁体の厚さを約100マイクロメートルまで減らし、ピーク電圧を約20kVまで上昇させることにより、更に約45V/cmまで大きくなり得る。興味深いことに、方程式(11)によれば、組織のなかでの電界は、このモードにおいて組織の誘電率から事実上独立にある。これは、電気穿孔が施される組織が非常に不均質な誘電率を有し、しかし依然として隅々まで同じ電界を適用したい、いくつかの状況において、有利であり得る。   This electric field can be further increased to about 45 V / cm by reducing the dielectric insulator thickness to about 100 micrometers and increasing the peak voltage to about 20 kV. Interestingly, according to equation (11), the electric field in the tissue is virtually independent of the dielectric constant of the tissue in this mode. This can be advantageous in some situations where the tissue to be electroporated has a very inhomogeneous dielectric constant but still wants to apply the same electric field to every corner.

モード2:ナノ秒長電界パルス、組織の誘電体厚さに対する比が小から中(λ/λ=10〜50)
持続期間が10ナノ秒オーダー長の電圧パルスを使用すると、動作の周波数は、約f=0.1GHzになる。この場合において、

Figure 0006600632
Mode 2 : Nanosecond long electric field pulse, ratio of tissue to dielectric thickness is small to medium (λ t / λ d = 10 to 50)
Using voltage pulses with durations on the order of 10 nanoseconds, the frequency of operation is approximately f = 0.1 GHz. In this case,
Figure 0006600632

上記を(6)に代入すると、(6)の右辺の第二項が支配的であり、その結果、

Figure 0006600632
Figure 0006600632
となる。無次元量
Figure 0006600632
は、重要なシステムパラメータと見ることができる。これは、ナノ秒パルス状電圧モードにおいて組織のなかで適用された電圧を電界に変換する有効性を制御する。この量は、通常、誘電絶縁体の誘電率だけでなく、組織最大誘電率、様々な臨界組織分散周波数の値、組織伝導率にも依存して変化する。よって、方程式(15)が説明するところによれば、ナノ秒モードにおいて、組織のなかでの電界は、組織の電気的特性のすべてに敏感であり、組織伝導率のみに敏感なマイクロ秒動作モードとは対照的である。また、これが説明するところによれば、適切な電圧パルスパラメータを選択することにより、組織選択的電界浸透を増減することが可能である。 Substituting the above into (6), the second term on the right side of (6) is dominant, and as a result,
Figure 0006600632
Figure 0006600632
It becomes. Dimensionless quantity
Figure 0006600632
Can be viewed as an important system parameter. This controls the effectiveness of converting the voltage applied in the tissue to an electric field in nanosecond pulsed voltage mode. This amount usually varies depending not only on the dielectric constant of the dielectric insulator, but also on the maximum tissue dielectric constant, various critical tissue dispersion frequency values, and tissue conductivity. Thus, equation (15) explains that in the nanosecond mode, the electric field in the tissue is sensitive to all of the electrical properties of the tissue and is sensitive only to tissue conductivity. In contrast to This also explains that tissue selective field penetration can be increased or decreased by selecting appropriate voltage pulse parameters.

上記方程式(15)が説明するところによれば、この動作モードにおける組織のなかでの電界は、電圧増加率からほぼ独立している(電圧の増加及び減少が、10ナノ秒パルスを確保するのに十分高速である限り)。その代わり、電界は、電圧とともに実際に増加する。物理的に、これは、組織を通る導通電流がこの動作モードにおいて無視できるという事実による。組織厚さを約1cm、誘電絶縁体厚さを約λ=200マイクロメートル(λ/λ=50)、電圧の大きさを約10kVとすると、

Figure 0006600632
となる。 According to equation (15) above, the electric field in the tissue in this mode of operation is almost independent of the rate of voltage increase (the increase and decrease in voltage ensure a 10 nanosecond pulse). As long as it is fast enough). Instead, the electric field actually increases with voltage. Physically, this is due to the fact that the conduction current through the tissue is negligible in this mode of operation. When the tissue thickness is about 1 cm, the dielectric insulator thickness is about λ d = 200 micrometers (λ t / λ d = 50), and the magnitude of the voltage is about 10 kV,
Figure 0006600632
It becomes.

したがって、10ナノ秒以下のパルスを使用すると、電気穿孔電界オーダーのピーク電界の大きさを達成でき、電界パルスの持続期間は、一般的な電気穿孔パルスより約10〜10倍短い。このような電界パルスは、実際に、標的組織のなかで細胞を電気穿孔しないかもしれないが、これを使用して、細胞挙動に重大な影響を与え得る。組織のなかでの電界の変化率が(14)における電界の大きさに対応すると仮定し、増加率が約5ナノ秒(パルス長の半分)であると仮定すると、電界変化率は5×1011V/(cm・s)になる。 Thus, using pulses of 10 nanoseconds or less can achieve peak electric field magnitudes on the order of electroporation fields, and the duration of the electric field pulses is about 10 3 to 10 6 times shorter than typical electroporation pulses. Such electric field pulses may not actually electroporate cells in the target tissue, but can be used to seriously affect cell behavior. Assuming that the rate of change of the electric field in the tissue corresponds to the magnitude of the electric field in (14) and that the rate of increase is about 5 nanoseconds (half the pulse length), the rate of change of the electric field is 5 × 10 5. 11 V / (cm · s).

非熱的治療が望ましい場合、電界がいかにして組織加熱に寄与し、パルスの周波数、長さ及び電界強度の何が限界であるかを理解することは重要である。組織のなかでの電界による時間平均出力密度堆積は、

Figure 0006600632
から推定できる。ただし、fはパルス適用周波数である。ナノ秒モードにおいて、例えば、ピーク電界が約1×10(V/cm)になるとき、時間平均出力堆積は、約10−1(W/cm)である一方、マイクロ秒モードにおいて、ピーク電界が約50(V/cm)であり、パルスが同じ割合で適用されると、0.25×10−1(W/cm)である。出力堆積率は、どちらも、同じオーダーの大きさである。このような出力堆積による組織温度上昇を推定するため、伝熱の問題を簡略化し、代謝活性による発熱と組織の血液灌流による除熱とを無視し得る。この仮定により、熱は、電界を施す領域から出るほうにのみ伝導し得る。簡略化のため、更に、約a=1cm半径の球状組織体積の中心で電界が熱を発生している状況を考える。定常状態において、電界加熱された球状体積の周りの温度分布は、
Figure 0006600632
となる。ただし、ξ≒0.5Wm−1−1=50Wcm−1−1である。この定常状態分布における最大温度は、電界加熱された球状体積の表面で生じ、
Figure 0006600632
となる。 When non-thermal treatment is desired, it is important to understand how the electric field contributes to tissue heating and what are the limits of pulse frequency, length and field strength. Time average power density deposition by electric field in the tissue is
Figure 0006600632
Can be estimated from However, f p is the pulse applied frequency. In nanosecond mode, for example, when the peak electric field is about 1 × 10 3 (V / cm), the time average power deposition is about 10 −1 (W / cm 3 ), while in microsecond mode, the peak When the electric field is about 50 (V / cm) and the pulses are applied at the same rate, it is 0.25 × 10 −1 (W / cm 3 ). Both output deposition rates are of the same order of magnitude. In order to estimate the tissue temperature rise due to such power deposition, the problem of heat transfer can be simplified, and heat generation due to metabolic activity and heat removal due to blood perfusion of tissue can be ignored. With this assumption, heat can only conduct away from the area where the electric field is applied. For the sake of simplicity, further consider the situation where the electric field generates heat at the center of a spherical tissue volume with a radius of about a = 1 cm. In steady state, the temperature distribution around the spherical volume heated by electric field is
Figure 0006600632
It becomes. However, ξ≈0.5 Wm −1 K −1 = 50 Wcm −1 K −1 . The maximum temperature in this steady state distribution occurs at the surface of the spherical volume heated by the electric field,
Figure 0006600632
It becomes.

明らかに、電界による時間平均出力堆積がP=10−1(W/cm)のオーダーである場合、最大温度は、通常の体温より数分の一度ケルビン高いだけである。血液灌流によりこの温度上昇が更に低減する。したがって、ナノ秒及びマイクロ秒モードの治療は、組織体積が数立方センチメートルに限られるとき、非熱的とみなし得る。 Obviously, if the time-averaged power deposition due to the electric field is on the order of P E = 10 −1 (W / cm 3 ), the maximum temperature is only a few Kelvin higher than normal body temperature. This increase in temperature is further reduced by blood perfusion. Thus, nanosecond and microsecond modes of treatment can be considered non-thermal when the tissue volume is limited to a few cubic centimeters.

上記モデルは、電極が平面であり、無限に広がっていると仮定することにより、組織のなかでの電界の計算を簡略化している。もっと現実的な状況において、適切な大きさの電極を選択し、かつ、電極の間を適切な距離空けることにより、組織のなかへの電界浸透の深さ又は組織界面に沿ったその広がりを制限するよう、電極の形状を選択し得る。   The model simplifies the calculation of the electric field in the tissue by assuming that the electrodes are planar and spread infinitely. In more realistic situations, limit the depth of field penetration into the tissue or its spread along the tissue interface by selecting the appropriate size of electrodes and spacing the electrodes appropriately The shape of the electrode can be selected to do so.

電極間の導通電流を制限しつつ、組織のなかで電界を生成する利点の1つは、単一の電極のみを使用し、組織の上又は中に第二の電極を配置することを避けられるようになることである。これは、電界を、皮膚表面の近くに、又は、肺、腸組織、食道組織、腹膜組織及び他の同様な組織を含む様々な他の組織の表面の近くに適用する場合、特に有利である。実質的な電界を、組織のなかで表面に孔を開けることなく、単一電極を用いて生成し得る一例が、絶縁パッチ電極の実施形態である。   One advantage of generating an electric field in the tissue while limiting the conduction current between the electrodes is to use only a single electrode and avoid placing a second electrode on or in the tissue. It is to become. This is particularly advantageous when the electric field is applied near the skin surface or near the surface of various other tissues including lung, intestinal tissue, esophageal tissue, peritoneal tissue and other similar tissues. . An example of an insulating patch electrode is one in which a substantial electric field can be generated using a single electrode without perforating the surface in the tissue.

絶縁パッチ電極の動作を例示する目的のため、この実施形態の一つの可能な実施態様を考える。ここでは、金属材料から作製し得る薄い導体を、誘電絶縁体の薄い層で囲み、皮膚の表面の上に配置する。分析的近似モデルを導出する目的のため、薄い導体は、薄い円形の円盤形態の形状であるとし、それを囲む絶縁体は、扁球状回転楕円体の形状を有するとする。これを図4に例示する。ここでは、組織の表面の上のこのパッチの断面が、パッチ電極の寸法(これは、近似分析的モデルを導出する目的のため、無限であると仮定する)よりはるかに大きい厚さを有すると仮定する。   For the purpose of illustrating the operation of the insulating patch electrode, consider one possible implementation of this embodiment. Here, a thin conductor, which can be made from a metallic material, is surrounded by a thin layer of dielectric insulator and placed on the surface of the skin. For the purpose of deriving an analytical approximation model, it is assumed that the thin conductor is in the form of a thin circular disk and the insulator surrounding it has the shape of a spheroid spheroid. This is illustrated in FIG. Here, the cross-section of this patch above the surface of the tissue has a thickness much greater than the size of the patch electrode (which is assumed to be infinite for the purpose of deriving an approximate analytical model) Assume.

示し得るところでは、一定電位の面(等電位面)が、一群の扁球状回転楕円体を形成する(誘電絶縁体もまた、扁球状回転楕円体であり、その表面が等電位面の同じ群に属する場合)。原点を伝導性円盤電極の中心に配置し、ρ及びzが、それぞれ、円盤に対して垂直な軸からの距離及びその軸に沿った減点からの距離を示すとする(図4参照)と、等電位である一群の扁球状回転楕円体は、

Figure 0006600632
となる。ただし、aは円盤の半径であり、変数ηは各表面を記述する。円盤の表面は、η=0に対応し、ηの値が増えると、それに対応して、扁球状回転楕円体表面が大きくなる。(21)から示し得るところによれば、
Figure 0006600632
かつ、ρ=0であるz軸において
Figure 0006600632
As can be shown, constant potential surfaces (equipotential surfaces) form a group of oblate spheroids (the dielectric insulator is also an oblate spheroid whose surface is the same group of equipotential surfaces). If it belongs to). If the origin is located at the center of the conductive disk electrode and ρ and z represent the distance from the axis perpendicular to the disk and the distance from the deduction point along that axis, respectively (see FIG. 4), A group of oblate spheroids that are equipotential is
Figure 0006600632
It becomes. Where a is the radius of the disk and the variable η describes each surface. The surface of the disk corresponds to η = 0, and as the value of η increases, the oblate spheroid surface increases correspondingly. According to what can be shown from (21)
Figure 0006600632
And in the z-axis where ρ = 0
Figure 0006600632

既知のとおり(例えば、W.R.Smythe「Static and Dynamic Electricity」第三版,McGraw−Hill,ニューヨーク,1968年参照)、ここで考えている対称性が高い場合において、円盤電極による電位は、

Figure 0006600632
の形式で表現し得る。ただし、「φチルダ」は時変電位のフェーザを示し、係数A及びBは境界条件を満足するよう選択される。この境界条件には、a)円盤電極上の電位を指定する値、b)組織と誘電絶縁体との間の界面を横切る電位が連続していること、c)組織と誘電絶縁体との間の界面に対して垂直な電界変位が、表面電荷密度の量により、不連続であること、及び、d)電極円盤及び誘電絶縁体から遠く離れると電位が零になること、が含まれる。上記静電問題に対する最終解を見つけるため、解の体積を2つに分割して、誘電体内及び組織内とすると便利である。(24)を用いると、誘電体内の電位のフェーザは、
Figure 0006600632
と書ける。 As known (see, for example, WR Smythe “Static and Dynamic Electricity”, 3rd edition, McGraw-Hill, New York, 1968), the potential at the disc electrode is
Figure 0006600632
Can be expressed in the form However, “φ tilde” indicates a phasor with a time-varying potential, and the coefficients A and B are selected so as to satisfy the boundary condition. The boundary conditions include: a) a value specifying the potential on the disc electrode, b) a potential across the interface between the tissue and the dielectric insulator, and c) between the tissue and the dielectric insulator. The electric field displacement perpendicular to the interface is discontinuous depending on the amount of surface charge density, and d) the potential becomes zero away from the electrode disk and the dielectric insulator. In order to find the final solution to the electrostatic problem, it is convenient to divide the volume of the solution into two, in the dielectric and in the tissue. Using (24), the phasor of the potential in the dielectric is
Figure 0006600632
Can be written.

(23)を用いると、円盤軸(z軸)上において、

Figure 0006600632
となり、この軸上における電界のフェーザは、(26)から微分により、
Figure 0006600632
となる。 Using (23), on the disk axis (z-axis)
Figure 0006600632
The phasor of the electric field on this axis is derived from (26) by
Figure 0006600632
It becomes.

組織のなかにおいて、電位のフェーザは、

Figure 0006600632
と書ける。 Within the tissue, the potential phasor is
Figure 0006600632
Can be written.

(23)を用いると、円盤軸(z軸)上において、

Figure 0006600632
となり、この軸上における電界フェーザは、
Figure 0006600632
となる。 Using (23), on the disk axis (z-axis)
Figure 0006600632
The electric field phasor on this axis is
Figure 0006600632
It becomes.

組織のなかの電界式の形式は、自動的に、電極から遠く離れた境界条件(電位が零であるになる)を満足する。したがって、境界条件から、残る三つの係数が得られる。すなわち、A、B及びAである。軸上における誘電体の厚さをλとすると、電位連続性の境界条件は、

Figure 0006600632
となる。 The electric field type form in the tissue automatically satisfies the boundary condition (potential becomes zero) far away from the electrode. Therefore, the remaining three coefficients are obtained from the boundary conditions. That is, A d, B d and A t. When the dielectric thickness on the axis is λ d , the boundary condition for potential continuity is
Figure 0006600632
It becomes.

組織と誘電体との間の界面における電界変位についての境界条件は、条件(4)と同じであり、この場合、

Figure 0006600632
と書ける。 The boundary condition for the electric field displacement at the interface between the tissue and the dielectric is the same as condition (4),
Figure 0006600632
Can be written.

上記を用いると、

Figure 0006600632
となる。 Using the above,
Figure 0006600632
It becomes.

最後に、円盤導体上において指定されたフェーザ電位「Vチルダ」についての境界条件は、

Figure 0006600632
である。 Finally, the boundary condition for the phasor potential “V tilde” specified on the disk conductor is:
Figure 0006600632
It is.

この境界条件をすべて合わせると、

Figure 0006600632
となり、パッチの軸上における組織のなかの電界フェーザに対する式は、
Figure 0006600632
である。 When all these boundary conditions are combined,
Figure 0006600632
And the equation for the electric field phasor in the tissue on the axis of the patch is
Figure 0006600632
It is.

式(36)が明らかにするところによれば、組織のなかの電界は、電極からの軸方向距離が電極半径の数分の一であれば、ほぼ一定である。例えば、距離z=0.33aにおいて、量

Figure 0006600632
であり、z=0.5aにおいて、
Figure 0006600632
である。 Equation (36) reveals that the electric field in the tissue is approximately constant if the axial distance from the electrode is a fraction of the electrode radius. For example, at distance z = 0.33a, the quantity
Figure 0006600632
And when z = 0.5a,
Figure 0006600632
It is.

したがって、軸方向距離が電極半径の約半分であっても、組織のなかでの電界は、ゆっくりと変化する。しかし、z≫aである場合、

Figure 0006600632
これが示すところによれば、電界は、軸方向距離の二乗に反比例して素早く減衰する。軸方向距離が電極円盤半径の約3倍に等しいと、電界は、円盤から近接したところで見られる値の約10%まで減衰する。これが示唆するに、その領域のなかの組織が電極径の数倍のオーダー厚さである場合、パッチ電極又は他の任意の絶縁表面電極は、電極径の約半分未満の距離においてほぼ均一な電界を組織のなかに提供する。 Thus, even though the axial distance is about half the electrode radius, the electric field in the tissue changes slowly. However, if z >> a,
Figure 0006600632
This indicates that the electric field decays quickly in inverse proportion to the square of the axial distance. When the axial distance is equal to about three times the electrode disk radius, the electric field decays to about 10% of the value seen close to the disk. This suggests that if the tissue in that region is on the order of several times the electrode diameter, the patch electrode or any other insulating surface electrode will have a substantially uniform electric field at a distance of less than about half the electrode diameter. In the organization.

パッチを用いて得ることができる電界の大きさを議論するためには、再び、異なる電界適用モードを考えることに価値がある。すべてのモードについて、薄い誘電体λ/a≪1の場合が、特に有用である。この場合において、z/a<0.5のとき、

Figure 0006600632
となり、(39)は、
Figure 0006600632
となる。 In order to discuss the magnitude of the electric field that can be obtained using a patch, it is worthwhile again to consider different electric field application modes. For all modes, the case of a thin dielectric λ d / a << 1 is particularly useful. In this case, when z / a <0.5,
Figure 0006600632
(39) becomes
Figure 0006600632
It becomes.

ここで、ナノ秒(10ナノ秒オーダー)を採用する動作モードを考える。このモードにおいて、(3)における組織モデルを用いると、

Figure 0006600632
となる。ただし、パラメータf及びfは方程式(7)で定められ、fα及びfβは組織モデルにおける低い方及び高い方の分散周波数であり、量gは皮膚モデルについて方程式(16)で定められる。一例として、具体的なパラメータa=0.5cm、λ=500μm=5×10−2cmを考えると、
Figure 0006600632
となる。 Here, consider an operation mode that employs nanoseconds (on the order of 10 nanoseconds). In this mode, using the tissue model in (3),
Figure 0006600632
It becomes. Where the parameters f t and f d are defined by equation (7), f α and f β are the lower and higher dispersion frequencies in the tissue model, and the quantity g is defined by equation (16) for the skin model. . As an example, considering specific parameters a = 0.5 cm and λ d = 500 μm = 5 × 10 −2 cm,
Figure 0006600632
It becomes.

ピーク電圧が10kVである場合、これより、電界の大きさは、組織のなかでパッチの下、約0.25cmの深さまで約1kV/cmになる。   If the peak voltage is 10 kV, this will result in an electric field magnitude of about 1 kV / cm to a depth of about 0.25 cm under the patch in the tissue.

この電極は、身体の外部又は内部に適用し得る。これは、種々の位置決め及び保持手段によって、適所に位置決めし保持し得る。位置決め手段には、手によるもの、カテーテル及び/又はガイドワイヤ位置決め及び展開器、又は内視鏡若しくは気管支鏡若しくは他の同様な位置決め及び展開手段が含まれる。保持手段には、手の圧力によるもの、接着剤、ゴム紐若しくはVelcro紐、又は他の機械的取付手段が含まれる。電極は、身体の標的治療範囲と密接に接触させるため、剛性、可撓性又は適合的材料(伝導性ゲルが充填された薄い可撓性シート又はマスクなど)から作製される。確実に、適用される電界を適切に分布させ、発熱をもたらし得る表面プラズマが発生する可能性を最小化するため、随意に、ヒドロゲルなどのゲルを電極及び標的範囲の間に適用してもよい。   This electrode can be applied to the exterior or interior of the body. This can be positioned and held in place by various positioning and holding means. Positioning means include manual, catheter and / or guidewire positioning and deploying devices, or endoscopes or bronchoscopes or other similar positioning and deployment means. Holding means include those by hand pressure, adhesives, rubber or Velcro strings, or other mechanical attachment means. The electrodes are made from a rigid, flexible or compatible material (such as a thin flexible sheet or mask filled with a conductive gel) for intimate contact with the target treatment area of the body. Optionally, a gel such as a hydrogel may be applied between the electrode and the target area to ensure that the applied electric field is properly distributed and minimizes the possibility of generating a surface plasma that can cause heat generation. .

「パッチ様」電極の更なる構成及び他の構成については後述する。後述する電極を使用して、上述した電界を組織に適用すると、標的細胞(腫瘍、癌腫、病変、嚢胞又は他の望ましくない成長など)を、細胞自滅又は壊死により死滅させ、周囲又は下にある組織を無傷に保つことができる。更に、例えばメラニン形成を妨害するため、電界を皮膚に適用して、美容施術をすることができる。過度に色素沈着した組織を局所的に死滅させ、又は、メラニン形勢を妨害すること、すなわち治癒により、皮膚を正常な色素沈着に戻し、なかでも、日光黒子(褐色の「肝」斑)、そばかす、しみ、肝斑、色素性母斑(母斑又は黒あざ)、目の下のくま、炎症後色素沈着過剰及び黒色表皮腫などの色素沈着過剰の状態を治療できる。電極設計及び治療パラメータの具体的な目標は、周りの組織に拡散し所望の治療の範囲を超えて損傷をもたらし得る熱の発生を最小化することである。周りの組織の保護は、身体の繊細な範囲(血管、心室及び動脈、食道、結腸直腸通路、胃、尿道、婦人科系の通路及び組織、鼻通路並びに気管支など)において特に望ましい。   Further and other configurations of “patch-like” electrodes are described below. When the electric field described above is applied to tissue using the electrodes described below, target cells (such as tumors, carcinomas, lesions, cysts or other unwanted growth) are killed by cell self-destruction or necrosis and are either surrounding or below. Tissues can be kept intact. Furthermore, for example, in order to interfere with melanogenesis, an electric field can be applied to the skin for cosmetic treatment. Locally kills over-pigmented tissue or interferes with melanin status, ie, healing returns the skin to normal pigmentation, among other things, sunbeam (brown “liver” plaques), freckles Can treat hyperpigmented conditions such as, spots, melasma, pigmented nevus (nevus or black bruises), bears under the eyes, post-inflammation hyperpigmentation and black epidermoma. A specific goal of electrode design and treatment parameters is to minimize the generation of heat that can diffuse into the surrounding tissue and cause damage beyond the desired therapeutic range. Protection of surrounding tissue is particularly desirable in sensitive areas of the body such as blood vessels, ventricles and arteries, esophagus, colorectal passages, stomach, urethra, gynecological passages and tissues, nasal passages and bronchi.

本明細書に記載する電極形状は、すべて、分離層(例えば絶縁層)を有する。これは、望ましくない電気化学反応、反応種の作成、電気分解及び加熱を招く導通電流(これらは、組織壊死をもたらし得る。)の量を徹底的に制限する。このような電極設計により、はるかに高い強度の電界を発生できる。これは、繊細な管や腔の壁に危害を加えずに、標的となった細胞をもっと速く、かつ、もっと広い範囲にわたって死滅させることができる。   All electrode shapes described herein have a separation layer (eg, an insulating layer). This drastically limits the amount of conducting currents (which can lead to tissue necrosis) that lead to undesirable electrochemical reactions, creation of reactive species, electrolysis and heating. Such an electrode design can generate a much higher strength electric field. This allows the targeted cells to be killed faster and over a wider area without harming the walls of the delicate tubes and cavities.

様々な針を基礎とする電極又は多針配列が、また、従来技術において提案されている。これらの構成は、治療を受ける標的組織(腫瘍など)に挿入されるべく設計されている。このような針を基礎とする技術は、繊細で壁が薄い内部管又は体腔の近くの標的細胞を死滅させるには、あまり適さない。これらの構造を穿孔する危険が高いからである。標的範囲が複数又は大きい場合、治療時間が遅くなり得る。なぜなら、針を基礎とするシステムは、各標的のなかへ注意深く再配置し再挿入しなければならないからである。最後に、このような電極は、非常に不均一かつ集中した電界を生成し得る。これにより、最小限の又は局所的な「スパーク」で治療が不均一となり、最悪の場合、損傷をもたらす。   Various needle-based electrodes or multi-needle arrays have also been proposed in the prior art. These configurations are designed to be inserted into a target tissue (such as a tumor) to be treated. Such needle-based techniques are not well suited to killing target cells near a delicate, thin-walled inner tube or body cavity. This is because the risk of perforating these structures is high. If the target range is multiple or large, the treatment time can be delayed. This is because needle-based systems must be carefully repositioned and reinserted into each target. Finally, such an electrode can generate a very non-uniform and concentrated electric field. This results in uneven treatment with minimal or local “sparks” and, in the worst case, damage.

以下の基準は、最適な電極形状の選択に役立つ。
1.電極と標的治療範囲との間の距離が、明確に画定され、繰返し可能。
2.標的治療範囲の大きさ、曲率及び局所分布(管又は小室の曲率、直径及び長さなど)の変化に適応可能。
3.(1)及び(2)の目標を満たしつつ、治療の範囲を最大化。
4.製造/組立の容易さ。
5.治療目的のために十分な電界及び/又はプラズマを発生させるのに必要な電圧を最小化。動作電圧が低くなれば、電源及び関連する電子機器のコスト及び大きさを低減できる。
6.電界の不均一性の発生を最小化。これは、非常に局所化した一又は複数の範囲のなかへ電気エネルギーが集中するプラズマスパーク(稲妻のような高温プラズマの「流れ」)の発生をもたらし得る。
7.静止したままでは標的範囲全体を治療できない場合に、電極を走査可能。
The following criteria help to select the optimal electrode shape.
1. The distance between the electrode and the target treatment area is clearly defined and repeatable.
2. Adaptable to changes in size, curvature and local distribution of target treatment area (curvature of tube or chamber, diameter and length, etc.).
3. Maximize the range of treatment while meeting the goals of (1) and (2).
4). Easy to manufacture / assemble.
5. Minimize the voltage required to generate a sufficient electric field and / or plasma for therapeutic purposes. Lowering the operating voltage can reduce the cost and size of the power supply and associated electronics.
6). Minimize the occurrence of electric field inhomogeneities. This can result in the generation of a plasma spark (a “flow” of high temperature plasma such as lightning) where electrical energy is concentrated within one or more highly localized areas.
7). Electrodes can be scanned when the entire target area cannot be treated while still.

これらの要件を満たす電極の一実施形態は、絶縁された導体の針、ロッド又はワイヤである。これは、尖端又は丸端の効果器を有し、針/ロッド/ワイヤの長さに沿ってよりもわずかに薄い誘電体被膜を伴う。絶縁された針の場合において、針を、腫瘍又は治療を受ける他の標的組織の中心のなかへ挿入する。作動に先立ち、発生器の設定を調整して、印加する電界の大きさを、標的組織の大きさに調和させる。ロッドの場合において、所望の体内構造(腔又は管)のなかへ差し込み、丸端効果器を腔又は管の壁に接触して配置する。   One embodiment of an electrode that meets these requirements is an insulated conductor needle, rod or wire. It has a pointed or rounded effector with a slightly thinner dielectric coating than along the needle / rod / wire length. In the case of an insulated needle, the needle is inserted into the center of the tumor or other target tissue to be treated. Prior to activation, the generator settings are adjusted to match the magnitude of the applied electric field with the size of the target tissue. In the case of a rod, it is inserted into the desired body structure (cavity or tube) and a round end effector is placed in contact with the wall of the cavity or tube.

高電圧波形発生器を作動させると、電界が、接触範囲の周りの円形領域に集中する。米国特許第8,583,260号、第7,850,685号、第8,394,091号、第8,419,681号、第6,585,718号、第5,480,382号及び第5,318,525号に示されるような、電極構成だけでなく操縦及び偏向機構を、このような印加カテーテルで使用できる。対象となる更なる実施形態が、2003年4月29日に出願された米国特許出願第10/426,923号及び2004年1月9日に出願された米国特許出願第10/754,445号に開示されている。本明細書で参照したすべての特許及び刊行物は、あらゆる目的のため、参照により本明細書に全体として組み込まれる。これらの機構により、治療電極を標的範囲へ向けて体内へ差し込み、接触させることができる。上述した特許では、裸電極が、無線周波発生器に接続されるのに対し、本実施形態における電極は、上述したように、絶縁され、高電圧波形発生器に接続される。更に留意すべきことに、前記印加装置の中の配線が十分に絶縁され、前記印加装置に沿った絶縁破壊を防止しければならない。必要な絶縁の量は、適用される電圧による。このようなシステムは、確実に、効果器が治療の間、身体の管又は腔との接触を維持するため、依然として操作者に頼っている。   When the high voltage waveform generator is activated, the electric field is concentrated in a circular area around the contact area. U.S. Pat. Nos. 8,583,260, 7,850,685, 8,394,091, 8,419,681, 6,585,718, 5,480,382 and Steering and deflection mechanisms as well as electrode configurations as shown in US Pat. No. 5,318,525 can be used with such application catheters. Further embodiments of interest are US patent application Ser. No. 10 / 426,923 filed Apr. 29, 2003 and US Patent Application No. 10 / 754,445 filed Jan. 9, 2004. Is disclosed. All patents and publications referred to herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes. With these mechanisms, the treatment electrode can be inserted into and brought into contact with the body toward the target area. In the above-mentioned patent, the bare electrode is connected to the radio frequency generator, whereas the electrode in this embodiment is insulated and connected to the high voltage waveform generator as described above. It should further be noted that the wiring in the application device must be sufficiently insulated to prevent dielectric breakdown along the application device. The amount of insulation required depends on the voltage applied. Such a system still relies on the operator to ensure that the effector maintains contact with the body vessel or cavity during treatment.

その代わりとして、カテーテルを前もって成形して標的生理機能に適合させ、カテーテルを治療部位(米国特許第8,535,303号及び第8,486,062号に示されるように、心臓の壁など)に差し込むと、治療電極が自動的に標的範囲に密接に接触して配置されるようにしてもよい。上述した特許は、あらゆる目的のため、本明細書に組み込まれる。   Alternatively, the catheter is pre-shaped and adapted to the target physiology, and the catheter is treated (such as the heart wall as shown in US Pat. Nos. 8,535,303 and 8,486,062). The treatment electrode may automatically be placed in close contact with the target area. The above mentioned patents are incorporated herein for all purposes.

図5に示した別の実施形態において、上述した伝導性ロッドは、効果器(端部が丸く又は平坦である)に沿って軸方向に伸びる複数の絶縁された電気構造(ワイヤ又はワイヤ追跡)を有する。特に、図5は、操縦可能な電極先端(1)を有するカテーテルを示す。カテーテル(2)が所望の位置まで前進すると、カテーテルハブ(3)を保持し、スタイレットハブ(4)を末端方向に動かして、先端(1)を延ばすことにより、先端(1)が延びる。その後、先端は、標的範囲まで希望通りに回転し得る。スタイレットは、本明細書に記載したように、波形発生器に接続される(不図示)。   In another embodiment shown in FIG. 5, the above-described conductive rod may include a plurality of insulated electrical structures (wires or wire tracking) extending axially along the effector (rounded or flat at the ends). Have In particular, FIG. 5 shows a catheter having a steerable electrode tip (1). When the catheter (2) is advanced to the desired position, the tip (1) is extended by holding the catheter hub (3) and moving the stylet hub (4) distally to extend the tip (1). The tip can then rotate as desired to the target range. The stylet is connected to a waveform generator (not shown) as described herein.

ワイヤ追跡の対は、交互に、パルス発生器からの高電圧及び接地に電気接続される。前述のとおり、ロッドが、所望の体内構造(腔又は管)のなかへ差し込まれ、効果器が、標的範囲と接触して配置される。米国特許第8,583,260号、第7,850,685号、第8,394,091号、第8,419,681号、第6,585,718号、第5,480,382号及び第5,318,525号に示されるような、電極構成だけでなく操縦及び偏向機構を、このような印加カテーテルで使用できる。これらの機構により、治療電極を標的範囲へ向けて体内へ差し込み、接触させることができる。上述した特許は、あらゆる目的のため、本明細書に組み込まれる。上述した特許では、裸電極が、無線周波発生器に接続されるのに対し、本実施形態における電極は、上述したように、絶縁され、高電圧波形発生器に接続される。更に留意すべきことに、前記印加装置の中の配線が十分に絶縁され、前記印加装置に沿った絶縁破壊を防止しなければならない。必要な絶縁の量は、適用される電圧による。その代わりとして、カテーテルを前もって成形して標的生理機能に適合させ、カテーテルを治療部位に差し込むと、治療電極が自動的に標的範囲に密接に接触して配置されるようにしてもよい。パルス発生器の作動により、ワイヤ追跡と接触している標的範囲の部分に電界を印加できる。   The wire tracking pairs are alternately electrically connected to the high voltage and ground from the pulse generator. As described above, the rod is inserted into the desired body structure (cavity or tube) and the effector is placed in contact with the target area. U.S. Pat. Nos. 8,583,260, 7,850,685, 8,394,091, 8,419,681, 6,585,718, 5,480,382 and Steering and deflection mechanisms as well as electrode configurations as shown in US Pat. No. 5,318,525 can be used with such application catheters. With these mechanisms, the treatment electrode can be inserted into and brought into contact with the body toward the target area. The above mentioned patents are incorporated herein for all purposes. In the above-mentioned patent, the bare electrode is connected to the radio frequency generator, whereas the electrode in this embodiment is insulated and connected to the high voltage waveform generator as described above. It should further be noted that the wiring in the application device must be sufficiently insulated to prevent dielectric breakdown along the application device. The amount of insulation required depends on the voltage applied. Alternatively, the catheter may be preformed to match the target physiology and the treatment electrode may be automatically placed in close contact with the target area when the catheter is inserted into the treatment site. Actuation of the pulse generator can apply an electric field to the portion of the target area that is in contact with the wire tracking.

別の実施形態において、螺旋電極を、治療を受ける標的組織部位(管又は腔など)のなかに螺入する。米国特許第5,431,649号の図1〜6及び添付の明細書に示されるような螺旋電極は、治療を受ける表面積をもっと広くするよう構成されている。好ましくは、上述のように、分離材料で被覆され、高電圧波形発生器に接続される。上述した特許は、あらゆる目的のため、本明細書に組み込まれる。   In another embodiment, the helical electrode is screwed into a target tissue site (such as a tube or cavity) to be treated. Spiral electrodes, such as those shown in FIGS. 1-6 of US Pat. No. 5,431,649 and accompanying specifications, are configured to provide a larger surface area for treatment. Preferably, as described above, it is coated with a separating material and connected to a high voltage waveform generator. The above mentioned patents are incorporated herein for all purposes.

本明細書の図6に示す別の実施形態において、分離材料から作製された風船を、標的範囲の近くに、手で又は供給カテーテル及び/若しくはガイドワイヤを介して、配置する。そして、この風船を、パルス発生器に電気接続された伝導性材料で膨らませる。高電圧波形発生器を作動させると、風船側面に接触し又はもう少しで接触しそうな標的範囲の部分に、電界が印加される。伝導性材料は、電気プラズマ、液体、粒子又はそれらの複合物であり得る。   In another embodiment, shown in FIG. 6 herein, a balloon made from a separating material is placed near the target area by hand or via a delivery catheter and / or guidewire. The balloon is then inflated with a conductive material electrically connected to the pulse generator. When the high voltage waveform generator is activated, an electric field is applied to the portion of the target area that touches the side of the balloon or is likely to touch the balloon. The conductive material can be an electric plasma, a liquid, a particle, or a composite thereof.

図6に例示したように、風船(1)は、ガイドワイヤ(2)によって所望の位置に導入される。カテーテル(3)は、波形発生器(不図示)を作動させる前に伝導性流体(4)を風船のなかへ導入するための導管となる。この風船を基礎とする治療は、腫瘍摘出後の術後療法の代替として特に有用であり得る。腫瘍除去後は、多くの場合、放射線照射又は化学療法を用いて、確実に、その範囲内のあらゆる残留腫瘍を死滅させる。伝導性材料で膨らんだ風船をその表面近くに配置し、電界治療することにより、危険及び副作用が付随するこのような放射線照射又は化学療法を回避できるかもしれない。望むなら、摘出後に風船を植え込み、充填し、必要に応じて無線で作動させることができる。   As illustrated in FIG. 6, the balloon (1) is introduced to a desired position by the guide wire (2). The catheter (3) provides a conduit for introducing the conductive fluid (4) into the balloon prior to actuating the waveform generator (not shown). This balloon-based treatment can be particularly useful as an alternative to post-operative therapy after tumor removal. After tumor removal, radiation or chemotherapy is often used to ensure that any residual tumor within that range is killed. Placing a balloon inflated with a conductive material near its surface and treating it with electric fields may avoid such radiation or chemotherapy associated with dangers and side effects. If desired, balloons can be implanted and filled after extraction and operated wirelessly as needed.

電極と、組織表面(上述した摘出手術後に見られ得る表面など)の不規則な形状をした局所分布との間を密接に接触させるため、電極及び組織の間に、この局所分布に適合し得る分離材料を設けることが有用である。このような分離材料の例には、誘電絶縁体又は電気抵抗材料として作用する液体、ゲル及び気体が含まれ得る。これは、油、伝導性流体、伝導性の材料又は粒子を含む流体、ゲル及びプラズマを含み得るが、これに限定されない。これらの材料は、また、固体分離層と組み合わせても使用し得る。   In order to make intimate contact between the electrode and the irregularly shaped local distribution of the tissue surface (such as the surface that can be seen after the excision surgery described above), this local distribution can be adapted between the electrode and the tissue. It is useful to provide a separating material. Examples of such isolation materials may include liquids, gels and gases that act as dielectric insulators or electrical resistance materials. This can include, but is not limited to, oils, conductive fluids, fluids containing conductive materials or particles, gels and plasmas. These materials can also be used in combination with a solid separation layer.

本明細書の図7に示した別の実施形態において、風船は、伝導層で被覆され、その後分離層で被覆されている。この風船を、上述のように、パルス発生器に接続し、膨らませて、作動させる。更に留意すべきことに、前記印加装置の中の配線が十分に絶縁され、前記印加装置に沿った絶縁破壊を防止しなければならない。必要な絶縁の量は、適用される電圧による。   In another embodiment, shown in FIG. 7 herein, the balloon is coated with a conductive layer and then with a separating layer. The balloon is connected to a pulse generator, inflated and activated as described above. It should further be noted that the wiring in the application device must be sufficiently insulated to prevent dielectric breakdown along the application device. The amount of insulation required depends on the voltage applied.

別の実施形態において、互いに独立した絶縁された電気構造を有する風船を、図8、米国特許出願第2013/0184702号の図1A及び1B、並びに米国特許850,685号の図11に示すように、標的範囲に近接して、供給カテーテル及び/又はガイドワイヤを介して配置する。上述した特許及び出願は、あらゆる目的のため、本明細書に組み込まれる。絶縁された電気構造を有する風船の一変形は、風船の外側に沿って、画定された間隔を空けて走る複数の絶縁されたワイヤを含む。電界が浸透する深さは、配線の間隔に基づいて設定し得る。他の構造的構成もまた、当業者に設計可能である。ワイヤは、高電圧波形発生器に接続され、交互にワイヤが高電圧出力及び接地に接続される。そして、この風船を気体で膨らませ、絶縁された電気接点が、標的に接触し、パルス発生器に電気接続される。前の実施形態のように、パルス発生器を作動させると、電界が標的範囲に印加される。   In another embodiment, a balloon having an insulated electrical structure independent of each other is shown in FIG. 8, FIGS. 1A and 1B of US Patent Application No. 2013/0184702, and FIG. 11 of US Pat. No. 850,685. In proximity to the target area, via a delivery catheter and / or guidewire. The aforementioned patents and applications are incorporated herein for all purposes. One variation of a balloon having an insulated electrical structure includes a plurality of insulated wires that run at defined intervals along the outside of the balloon. The depth at which the electric field penetrates can be set based on the interval between the wirings. Other structural configurations can also be designed by those skilled in the art. The wires are connected to a high voltage waveform generator, and alternately the wires are connected to a high voltage output and ground. The balloon is then inflated with gas, and the insulated electrical contact contacts the target and is electrically connected to the pulse generator. As in the previous embodiment, when the pulse generator is activated, an electric field is applied to the target area.

特に、図8は、風船付き治療カテーテルを示す。ガイドワイヤ(1)は、カテーテル(2)を適所に差し込むときの内部支持となる。風船(3)は、絶縁された配線(4)を有する。これは、風船を囲み、コネクタ(5)で、発生器(不図示)に戻り接続されるワイヤに結合される。。カテーテルは、風船を展開するため、初期位置(6)から引っ込む。   In particular, FIG. 8 shows a balloon treatment catheter. The guide wire (1) provides internal support when inserting the catheter (2) into place. The balloon (3) has an insulated wire (4). This surrounds the balloon and is joined at the connector (5) to a wire that is connected back to the generator (not shown). . The catheter is retracted from the initial position (6) to deploy the balloon.

その代わりとして、丸い若しくは半丸のワイヤ、複数のワイヤ、絶縁された伝導性シート、又はワイヤ追跡のパターンを有する絶縁されたシートを、それぞれ曲げて巻付形状にし、体内へ印加カテーテルを介して標的範囲まで差し込む。標的範囲に達すると、米国特許第7,850,685号のなかの図12及び14に示されるように、巻いたワイヤを印加カテーテルから展開する。このようなワイヤは、標的管若しくは腔の直径と調和し、又は、わずかに大きいことにより、巻付が圧縮され、標的範囲に対して予圧するよう、作製されている。パルス発生器を作動させると、巻付ワイヤを介して標的範囲に電界が印加される。   Alternatively, round or semi-round wires, multiple wires, insulated conductive sheets, or insulated sheets with a wire tracking pattern are each bent into a wound shape and into the body via an application catheter Insert to target range. When the target area is reached, the rolled wire is deployed from the application catheter as shown in FIGS. 12 and 14 of US Pat. No. 7,850,685. Such wires are made to match the diameter of the target tube or cavity, or to be slightly larger, so that the wrap is compressed and preloaded against the target area. When the pulse generator is activated, an electric field is applied to the target area via the wound wire.

同様に、一対以上の巻付ワイヤを設け、体内へ標的範囲まで差し込み得る。米国特許第7,850,685号のなかの図6に示されるように、一本のワイヤ又は一組のワイヤを高電圧出力に接続し、他を接地に接続する。すべての場合において、米国特許第7,850,685号に記載された電極を改変し、本明細書において上述したように、所望の分離層で被覆し、適切な高電圧波形発生器に接続する。更に留意すべきことに、前記印加装置のなかの配線が十分に絶縁され、前記印加装置(標的範囲にない)に沿った絶縁破壊を防止しなければならない。必要な絶縁の量は、適用される電圧による。   Similarly, one or more wrapping wires can be provided and inserted into the body to the target area. As shown in FIG. 6 of US Pat. No. 7,850,685, one wire or set of wires is connected to the high voltage output and the other is connected to ground. In all cases, the electrode described in US Pat. No. 7,850,685 is modified and coated with a desired separation layer and connected to a suitable high voltage waveform generator as described herein above. . It should also be noted that the wiring in the application device must be sufficiently insulated to prevent dielectric breakdown along the application device (not in the target range). The amount of insulation required depends on the voltage applied.

上述した電極構成は、また、例えば、米国特許公開第2013/0261389号の図1〜6に示されるように、内視鏡、関節鏡又は腹腔鏡手段を介して体内に配達し得る。上述した特許出願は、あらゆる目的のため、本明細書に組み込まれる。留意すべきことに、上述した出願における電極は、分離層を含むように改変される。随意に、これらのワイヤの一本以上を使用し(単極及び双極動作の両方が可能)、所望の高電圧波形発生器に接続してもよい。   The electrode configuration described above can also be delivered into the body via an endoscopic, arthroscopic or laparoscopic means, for example as shown in FIGS. 1-6 of US 2013/0261389. The above-mentioned patent applications are incorporated herein for all purposes. It should be noted that the electrodes in the above mentioned application are modified to include a separation layer. Optionally, one or more of these wires can be used (both monopolar and bipolar operation is possible) and connected to the desired high voltage waveform generator.

印加装置は、すべて、追加の能力を提供し得る。これは、標的治療範囲の識別、標的設定及び診断(造影及び電気的検出など)を援助し得る。このような印加装置は、液体、クリーム及び/又はゲルを適用する能力を提供し得る。これは、分離層となり、曲がった又は他の方法により不規則な標的組織の局所分布に適合的に接触するのを援助する。このような適用手段には、注入器、針、ホース、噴口などが含まれる。これは、注射器、ポンプ、加圧気体カートリッジ又は他の流体運動誘導システムを介して駆動されてもよい。   All application devices may provide additional capabilities. This can assist in identifying target treatment areas, targeting and diagnosis (such as imaging and electrical detection). Such an application device may provide the ability to apply liquids, creams and / or gels. This becomes a separation layer and assists in adaptively contacting the local distribution of the target tissue that is bent or otherwise irregular. Such application means include injectors, needles, hoses, nozzles and the like. This may be driven via a syringe, pump, pressurized gas cartridge or other fluid motion guidance system.

治療手順の制御は、もともと国際出願第PCT/US2012/031923号として2012年4月2日に、及び、国際出願第PCT/US2012/055726号として2012年9月17日に出願され、2013年7月16日に出願された米国特許出願第13/943,012号に記載されたような様々な方法を通して達成される。上述した出願は、それぞれ、あらゆる目的のため、参照により本明細書に組み込まれる。   Control of the treatment procedure was originally filed on April 2, 2012 as International Application No. PCT / US2012 / 031923 and filed on September 17, 2012 as International Application No. PCT / US2012 / 055726. This is accomplished through a variety of methods as described in US patent application Ser. No. 13 / 943,012, filed on Jan. 16. Each of the aforementioned applications is incorporated herein by reference for all purposes.

電極から組織のなかへ電流を移送する必要なく、比較的強電界のパルスを生成するので、遠隔伝導性電極を採用できる。これは、標的組織のなかに電界の十分強いパルスを発生させるために、電流を運ぶ導体によって電圧又は電流パルス源に接続されていない。遠隔電極の使用例をいくつか、図9に示す。図9A〜Cは、遠隔電極を、組織の上又はなかに成形し配置して、パルス状電圧の発生器を他の制御電極に接続することにより、外部電界を適用したとき、電界を、標的された組織領域の周りに集束させ又は強化し得ることを例示する。いくつかの場合において、図9に例示したように、電荷を遠隔電極に移送するプラズマの短時間の発生により、遠隔電極を制御電極に接続し得る。遠隔電極は、いくつかの場合において、絶縁せずに使用してもよい。導通電流を供給できる外部発生器に直接電気接続されていないからである。   Remotely conductive electrodes can be employed because they generate relatively strong electric field pulses without the need to transfer current from the electrodes into the tissue. It is not connected to a voltage or current pulse source by a current carrying conductor to generate a sufficiently strong pulse of the electric field in the target tissue. Some examples of using remote electrodes are shown in FIG. 9A-C show that when an external electric field is applied by shaping and placing a remote electrode on or in tissue and connecting a generator of pulsed voltage to other control electrodes, 6 illustrates that it can be focused or strengthened around a tissue region that has been made. In some cases, as illustrated in FIG. 9, the remote electrode may be connected to the control electrode by a brief generation of plasma that transfers charge to the remote electrode. The remote electrode may be used without insulation in some cases. This is because it is not directly electrically connected to an external generator capable of supplying a conduction current.

図10A〜10Cは、本開示にしたがう電極プローブの更なる実施形態を例示する。図10Aは、凹状治療端を有する長尺絶縁電極を例示する。図10Bは、図10Aの実施形態の断面を例示する。更に、図10Cは、図10Aの電極の変形を例示する。ここでは、凹状治療端が、プローブの側面にある。例示したように、各プローブは、高電圧コネクタに取り付けられた近位端と、治療端を有する遠位端と、外周略円筒表面とを有する。これは、誘電体被覆の形態である電気的絶縁材料の層で覆われている。図10Aのプローブの遠位端に凹状治療端が設けられている。それは、誘電体被膜を有する。これは、プローブを覆う誘電体被覆よりも薄く(又は他の方法により抵抗が低く)てもよい。望むなら、この凹状プローブは、図10Cに示すように、プローブの側面に配置してもよい。望むなら、このプローブを使用して、凹面のなかに局所プラズマ放電を発生させ、電界を組織に適用してもよい。あるいは、その代わりとして、プラズマを実質的に生成せず、単に、電界を組織に適用するよう構成してもよい。電極の凹部は、パターン形成をして、誘電体を横切って電気的抵抗が変化する領域を作成(誘電体の厚さを変化させて、格子パターン隆起を形成するなど)し得る。   10A-10C illustrate further embodiments of electrode probes according to the present disclosure. FIG. 10A illustrates a long insulated electrode having a concave treatment end. FIG. 10B illustrates a cross section of the embodiment of FIG. 10A. Further, FIG. 10C illustrates a variation of the electrode of FIG. 10A. Here, the concave treatment edge is on the side of the probe. As illustrated, each probe has a proximal end attached to a high voltage connector, a distal end having a treatment end, and an outer circumferential generally cylindrical surface. This is covered with a layer of electrically insulating material in the form of a dielectric coating. A concave treatment end is provided at the distal end of the probe of FIG. 10A. It has a dielectric coating. This may be thinner (or otherwise less resistive) than the dielectric coating covering the probe. If desired, the concave probe may be placed on the side of the probe as shown in FIG. 10C. If desired, this probe may be used to generate a local plasma discharge in the concave surface and apply an electric field to the tissue. Alternatively, it may be configured to generate substantially no plasma and simply apply an electric field to the tissue. The recesses in the electrode can be patterned to create regions of varying electrical resistance across the dielectric (such as changing the thickness of the dielectric to form a grid pattern ridge).

図11A〜11Jは、電界パルスを組織のなかへ印加するための絶縁体/電極配置の実施態様の様々な例を例示する。この図における明るい方の色は、シリコーン、PEEK、PVDFなどの絶縁材料に対応する。この図における黒色は、銅など、固体伝導性材料に対応する。指示したところ、流体又はゲル材料(「G」)を設け得る。これは、流れることができ、又は、他の方法で三次元的に形を変化できる伝導性材料となり得る。   11A-11J illustrate various examples of embodiments of insulator / electrode arrangements for applying electric field pulses into tissue. The brighter color in this figure corresponds to an insulating material such as silicone, PEEK, PVDF. The black color in this figure corresponds to a solid conductive material such as copper. Where indicated, a fluid or gel material ("G") may be provided. This can be a conductive material that can flow or otherwise change shape three-dimensionally.

図11Aは、絶縁された多導体電極を例示する。電子雪崩及びイオン化の形態での空気の絶縁破壊により、図11F〜11Gに示したように、電極の絶縁された表面と、組織の表面との間の間隙が電気的に短絡してもよい。この空気絶縁破壊は、通常、電圧パルスより短い時間の部分区間の間に生じる。イオン化気体が絶縁電極表面と組織との間の間隙を満たすかは、電圧の立上り及び立下り時間に依存してもよい。いくつかの場合において、通常、立上り時間が数ナノ秒より長いとき、イオン化気体は、隆起に近いほうが高い可能性で生じる傾向がある。異なる導体を、同じ又は異なる電位に電気接続し得る。同じ電位源に接続した場合、電界は、図11Gに示したように、電極表面全体にわたり、電極表面に主に垂直である。電極を異なる電位源(それぞれ高電位及び接地など)に接続した場合、電界は、図11Gに例示したように、導体が広がったところで電極表面に対して主に垂直であり、導体範囲の間で電極表面に主に平行である。   FIG. 11A illustrates an insulated multiconductor electrode. Due to air breakdown in the form of electronic avalanches and ionization, the gap between the insulated surface of the electrode and the surface of the tissue may be electrically shorted, as shown in FIGS. This air breakdown typically occurs during a sub-interval that is shorter than the voltage pulse. Whether the ionized gas fills the gap between the surface of the insulating electrode and the tissue may depend on the rise and fall times of the voltage. In some cases, typically when the rise time is longer than a few nanoseconds, the ionized gas tends to occur more likely closer to the ridge. Different conductors may be electrically connected to the same or different potentials. When connected to the same potential source, the electric field is mainly perpendicular to the electrode surface over the entire electrode surface, as shown in FIG. 11G. When the electrodes are connected to different potential sources (high potential and ground, respectively), the electric field is mainly perpendicular to the electrode surface where the conductor spreads, as illustrated in FIG. It is mainly parallel to the electrode surface.

図11Bは、暗い弓形の線で示した連続導体を有する絶縁電極を例示する。高電圧パルスをその導体に接続した場合、電界は、電極表面のほぼ全体にわたり、電極表面に対して主に垂直に生成される。   FIG. 11B illustrates an insulated electrode having a continuous conductor indicated by a dark arcuate line. When a high voltage pulse is connected to the conductor, the electric field is generated mainly perpendicular to the electrode surface over almost the entire electrode surface.

電極の下のイオン化気体形成のパターンは、また、絶縁体表面上の隆起又は突起に対する導体の相対位置にも依存してよい。例えば、図11Hに示したように、プラズマ絶縁破壊領域は、導体が隆起又は突起の上に配置され場合、この隆起又は突起の表面の近くに限られてもよい。図11Dは、導通電流が組織を通るのを避けるためには、すべての導体が絶縁されなくてもよいことを例示する。図11Iは、電界のパルスを組織のなかへ印加するとき、この種類の電極をどのように使用してもよいかを例示する。   The pattern of ionized gas formation under the electrode may also depend on the relative position of the conductor with respect to the bumps or protrusions on the insulator surface. For example, as shown in FIG. 11H, the plasma breakdown region may be confined near the surface of the ridge or protrusion when the conductor is placed over the ridge or protrusion. FIG. 11D illustrates that all conductors may not be insulated to avoid conducting currents passing through the tissue. FIG. 11I illustrates how this type of electrode may be used when applying a pulse of electric field into the tissue.

図11Cは、絶縁体によって囲まれた伝導性材料が必ずしも固体導体である必要がないことを示す。アルミニウム又は銅金属などの固体伝導性材料は伝導率が高いが、電極が引っ張られたとき望ましくない機械的故障(例えば亀裂)を被るかもしれない。これが問題となる場合は、固体導体を伝導性のゲル、流体又は粘土で置き換えると便利かもしれない。流体を使用する利点の一つは、絶縁体のなかの異なる流路を満たす可能性であり、それにより、絶縁電極のなかに、伝導性材料の再構成可能な構造を持つ可能性を提供する。伝導率が比較的低い材料を使用して伝導構造を絶縁電極のなかに形成する可能性が生まれる。本明細書で議論されている適用は、パルス持続期間の間、電界が強い必要があるが、出力は比較的低くてよいからである。いくつかの場合において電極導体を通る電流がなく又は電流が非常に低いので、RF切除適用で典型的な、電極加熱及び導体電圧降下に関する懸念が回避される。伝導性ゲル電極を使用すると、電極を組織に適合させるのに役立つ一例を、図11Jに示す。留意すべきことに、伝導率が比較的低い材料のなかの電界分布は、伸縮可能電極のなかの材料の量が増えるほど、より顕著に変化し得る。このような場合において、ワイヤ又はコイル又は他の形状の形態の、金属又は他の方法による高伝導性材料を、伝導率が低い材料(ゲル、流体など)に挿入して、伸縮可能電極全体のなかの電界の変動を最小化してもよい。   FIG. 11C shows that the conductive material surrounded by the insulator need not necessarily be a solid conductor. Solid conductive materials such as aluminum or copper metal are highly conductive, but may suffer from undesirable mechanical failures (eg, cracks) when the electrode is pulled. If this is a problem, it may be convenient to replace the solid conductor with a conductive gel, fluid or clay. One advantage of using a fluid is the possibility of filling different flow paths in the insulator, thereby providing the possibility of having a reconfigurable structure of conductive material in the insulated electrode. . The possibility arises of using a material with a relatively low conductivity to form the conductive structure in the insulated electrode. The application discussed here is because the electric field needs to be strong during the pulse duration, but the output may be relatively low. In some cases, there is no current through the electrode conductor or the current is very low, thereby avoiding concerns about electrode heating and conductor voltage drop typical of RF ablation applications. Using a conductive gel electrode, an example that helps to adapt the electrode to the tissue is shown in FIG. 11J. It should be noted that the electric field distribution in materials with relatively low conductivity can change more significantly as the amount of material in the stretchable electrode increases. In such a case, a highly conductive material in the form of a wire or coil or other shape, such as a metal or other method, is inserted into a material with low conductivity (gel, fluid, etc.) and the entire stretchable electrode is Some variations in the electric field may be minimized.

図12Aは、磁気的に補助された操縦カテーテルシステムの実施形態の斜視図である。これは、時変電界を、解剖学的標的領域に位置する治療すべき組織に印加するよう構成されている。図12Bは、図12Aのシステムの遠位端の断面詳細であり、システムを貫いて挿入されたガイドワイヤを示す。図12Cは、図12Bのシステムの線3−3に沿った断面である。図12Aを参照すると、磁気的に補助された操縦カテーテルシステム10が示されている。システム10は、通常、カテーテル20を含む。これは、患者の血管系を通って三次元解剖学的空腔(心臓など)のなかへ、又は、自然に又は外科的に生成された開口を通って胃腸管、胸腔、腹腔などのなかへ、導入されるよう構成され、そこで、電界を組織に適用し、望むなら組織を測量するために使用し得る。例示したように、システムは、更に、電気生理学的に組織をカテーテル20で測量するために使用する電気生理学測量処理装置14を含み得る。システムは、更に、本明細書に記載した電気エネルギー源を含む。これは、電界を所望の標的位置に課すため、時変電圧波形をカテーテル20に印加する。カテーテル20を、患者の曲がりくねった血管系を通して導入するのを容易にするため、ガイドワイヤ30も設けられる。   FIG. 12A is a perspective view of an embodiment of a magnetically assisted steering catheter system. This is configured to apply a time-varying electric field to the tissue to be treated located in the anatomical target area. FIG. 12B is a cross-sectional detail of the distal end of the system of FIG. 12A showing a guidewire inserted through the system. FIG. 12C is a cross-section along line 3-3 of the system of FIG. 12B. Referring to FIG. 12A, a magnetically assisted steering catheter system 10 is shown. System 10 typically includes a catheter 20. This is through the patient's vasculature into a three-dimensional anatomical cavity (such as the heart) or through a naturally or surgically created opening into the gastrointestinal tract, thoracic cavity, abdominal cavity, etc. Configured to be introduced, where an electric field can be applied to the tissue and used to survey the tissue if desired. As illustrated, the system may further include an electrophysiology survey processor 14 that is used to electrophysiologically measure tissue with the catheter 20. The system further includes an electrical energy source as described herein. This applies a time-varying voltage waveform to the catheter 20 to impose an electric field on the desired target location. A guide wire 30 is also provided to facilitate introduction of the catheter 20 through the patient's tortuous vasculature.

更に図12B及び図12Cを参照すると、ガイドワイヤ30は、カテーテル20のなかに摺動可能に配置されるよう構成されている。ガイドワイヤ30は、近位端32及び遠位端34を有する長尺可撓性本体31を含む。ガイドワイヤ本体31は、可撓性かつ弾性を有する材料、例えば、Nitinolなどの超弾性合金からなり、又は、その代わりとして、チタン、タンタル若しくはステンレス鋼などの材料からなる。ガイドワイヤ本体31の外径は、約0.020インチ(0.51mm)である。ガイドワイヤ本体31の長さは、カテーテル20の全長を貫いて通るのに十分である。例示的な実施形態において、ガイドワイヤ本体31の長さは、約180から220cmである。   Still referring to FIGS. 12B and 12C, the guidewire 30 is configured to be slidably disposed within the catheter 20. Guidewire 30 includes an elongate flexible body 31 having a proximal end 32 and a distal end 34. The guide wire body 31 is made of a flexible and elastic material, for example, a superelastic alloy such as Nitinol, or alternatively, a material such as titanium, tantalum, or stainless steel. The outer diameter of the guide wire body 31 is about 0.020 inch (0.51 mm). The length of the guide wire body 31 is sufficient to pass through the entire length of the catheter 20. In the exemplary embodiment, the length of the guidewire body 31 is about 180 to 220 cm.

望むなら、ガイドワイヤ30は、更に、ガイドワイヤ30の遠位端34に配置された磁気吸引要素36を備え得る。磁気吸引要素36は、溶接、蝋付け、糊付けその他の好適な接着剤などにより、遠位端34に固定してもよい。磁気吸引要素36は、磁界に応答して移動する要素の形態をとり得る。例えば、磁気吸引要素36は、永久磁石材料(ネオジム−鉄−ホウ素など)を含み得る。又は、鉄鋼材料(冷間圧延鋼若しくは鉄−コバルト合金など)を含み得る。磁気吸引要素36は、また、従来のやり方でガイドワイヤ30全体にわたって延びる内腔(不図示)を貫いて通るワイヤ(不図示)に接続された電磁石の形態をとり得る。   If desired, the guidewire 30 may further comprise a magnetic attraction element 36 disposed at the distal end 34 of the guidewire 30. The magnetic attraction element 36 may be secured to the distal end 34, such as by welding, brazing, gluing or other suitable adhesive. The magnetic attraction element 36 may take the form of an element that moves in response to a magnetic field. For example, the magnetic attraction element 36 may include a permanent magnet material (such as neodymium-iron-boron). Alternatively, it may include a steel material (such as cold rolled steel or iron-cobalt alloy). The magnetic attraction element 36 may also take the form of an electromagnet connected to a wire (not shown) that passes through a lumen (not shown) that extends across the guidewire 30 in a conventional manner.

カテーテル20は、通常、近位端22及び遠位端24を有する長尺可撓性カテーテル本体21と、カテーテル本体21の長さ全体にわたって延びるガイドワイヤ内腔35とを含む。ガイドワイヤ内腔35は、ガイドワイヤ30を受け入れる大きさである。例示した実施形態において、カテーテル本体21は、ユニボディ設計を備える。すなわち、当業者が使用する方法にしたがって単一の押出し成形により形成される。その代わりとして、二つの部品カテーテル本体(不図示)(近接部材(不図示)及び遠位部材(不図示)など)を、重複熱接着を使って界面(不図示)で接着し、又は、スリーブ全体にわたり「突合せ接着」と呼ばれるもので端を端に接着してもよい。   Catheter 20 typically includes an elongate flexible catheter body 21 having a proximal end 22 and a distal end 24 and a guidewire lumen 35 extending the entire length of the catheter body 21. Guidewire lumen 35 is sized to receive guidewire 30. In the illustrated embodiment, the catheter body 21 comprises a unibody design. That is, it is formed by a single extrusion according to the method used by those skilled in the art. Alternatively, a two-part catheter body (not shown), such as a proximal member (not shown) and a distal member (not shown), can be bonded at the interface (not shown) using overlapping thermal bonding, or a sleeve The end may be bonded to the end by what is called “butt bonding” throughout.

例示した実施形態において、カテーテル本体21は、直径が約5から9フレンチ、長さが約80cmから115cmである。カテーテル本体21は、生体適合熱可塑性材料(Pebax(登録商標)材料(ポリエーテルブロックアミド)及びステンレス鋼の編組複合物など)からなる。これは、優れたトルク伝達特性を有する。いくつかの実施態様において、長尺ガイドコイル(不図示)をカテーテル本体21のなかに設けてもよい。カテーテル本体21の遠位端24は、好ましくは、放射線不透過性化合物(バリウムなど)を含み、カテーテル20を、蛍光透視鏡又は超音波造影などを使用して観察できるようにする。その代わりとして、放射線不透過性マーカ(不図示)を、カテーテル本体21の遠位端24に沿って配置し得る。   In the illustrated embodiment, the catheter body 21 has a diameter of about 5 to 9 French and a length of about 80 to 115 cm. The catheter body 21 is made of a biocompatible thermoplastic material (such as a Pebax (registered trademark) material (polyether block amide) and a stainless steel braided composite). This has excellent torque transmission characteristics. In some embodiments, an elongate guide coil (not shown) may be provided in the catheter body 21. The distal end 24 of the catheter body 21 preferably includes a radiopaque compound (such as barium) so that the catheter 20 can be viewed using fluoroscopy or ultrasound imaging or the like. Alternatively, a radiopaque marker (not shown) can be placed along the distal end 24 of the catheter body 21.

カテーテル本体21は、弾性構造を有する。これは、磁気的に補助された操縦カテーテルシステム10の機能性を促進する。この目的のため、カテーテル20は、カテーテル本体21の内部に配置されかつその長さ全体にわたって通るばね部材29を含む。カテーテル本体21の形状は、ばね部材29を使用することによって達成される。カテーテル本体21のトルク伝達性は、遠位端24の予測可能かつ制御された動きのために重要であり、それを改善するため、例示した実施形態におけるばね部材29は、ユニボディ構造から形成されて固定され、近位端22に適用されるねじり力が、著しく損失することなく、カテーテル本体21の遠位端24に伝達されるようにしている。   The catheter body 21 has an elastic structure. This facilitates the functionality of the magnetically assisted steering catheter system 10. For this purpose, the catheter 20 includes a spring member 29 disposed within the catheter body 21 and passing through its entire length. The shape of the catheter body 21 is achieved by using a spring member 29. The torque transferability of the catheter body 21 is important for predictable and controlled movement of the distal end 24, and to improve it, the spring member 29 in the illustrated embodiment is formed from a unibody structure. The torsional force that is fixed and applied to the proximal end 22 is transmitted to the distal end 24 of the catheter body 21 without significant loss.

カテーテル20は、更に、カテーテル本体21の遠位端24に携えられた電磁石26と、一つ以上の作動要素と、特に、絶縁スリーブ又は層「I」に囲まれた電極25と、望むなら、カテーテル本体21の遠位端24に携えられた測量要素27と、カテーテル本体21の近位端22に装着された操作アセンブリ40とを含み得る。電磁石26は、巻付ソレノイド又は誘導電磁石の形態をとってもよい。これは、電磁石26及びカテーテル本体21を作製する材料に依存する好適な手段(溶接、蝋付け、糊付けその他の好適な接着剤など)を使用して、遠位端24に固定される。カテーテル20は、更に、カテーテル本体21全体にわたって電磁石26からカテーテル本体21の近位端22に向かって延び、電気エネルギー源に結合するための二本の導線23a,23bを含む。   The catheter 20 further includes an electromagnet 26 carried at the distal end 24 of the catheter body 21, one or more actuating elements, and in particular an electrode 25 surrounded by an insulating sleeve or layer “I”, if desired. A surveying element 27 carried on the distal end 24 of the catheter body 21 and a manipulation assembly 40 mounted on the proximal end 22 of the catheter body 21 may be included. The electromagnet 26 may take the form of a wound solenoid or an induction electromagnet. This is secured to the distal end 24 using any suitable means (such as welding, brazing, gluing or other suitable adhesive) depending on the material from which the electromagnet 26 and catheter body 21 are made. The catheter 20 further includes two conductors 23a and 23b that extend from the electromagnet 26 toward the proximal end 22 of the catheter body 21 throughout the catheter body 21 and for coupling to an electrical energy source.

電流を、導線23aを介して電磁石26に供給し、帰線23bによって戻して、第一磁界を誘導する。電磁石26を貫く極性が反転して、第二磁界を、第一磁界から反対の方向に誘導する。電磁石26は、ガイドワイヤ30の遠位端34の磁気吸引要素及び/又は先端36を歪め(図12A〜12Cに幻影として示す)又は他の方法で操作するのに十分な磁界を発生させるよう構成されている。電磁石26は、もっと重いガイドワイヤ、及び/又は、遠位端34が電磁石26からもっと離れたガイドワイヤのため、もっと高い磁界を発生させるよう構成してもよい。   Current is supplied to the electromagnet 26 via the conductor 23a and returned by the return wire 23b to induce a first magnetic field. The polarity passing through the electromagnet 26 is reversed to induce the second magnetic field in the opposite direction from the first magnetic field. The electromagnet 26 is configured to generate a magnetic field sufficient to distort (shown as a phantom in FIGS. 12A-12C) or otherwise manipulate the magnetic attraction element and / or tip 36 at the distal end 34 of the guidewire 30. Has been. The electromagnet 26 may be configured to generate a higher magnetic field due to the heavier guidewire and / or the guidewire with the distal end 34 farther away from the electromagnet 26.

電磁石26によって発生する磁界の強度は、たくさんの要因(電磁石26の形状、電磁石26が作製される材料、及び/又は、電磁石26に供給される出力の量など)に依存する。例示した実施形態において、電磁石26に印加される出力は、設定されたレベルに固定され、作動したとき、電磁石26から所定の距離のなかのガイドワイヤ先端36を歪める(図12A〜12Cに幻影として示す)のに十分な出力を印加する。その代わりとして、電磁石26に印加される出力は、調整可能であってもよい。この場合において、使用中に、電力は、所望の磁界強度を達成するまで増加していき、それにより、電磁石26から離れていくガイドワイヤ先端36を歪めるのに十分となる。   The strength of the magnetic field generated by the electromagnet 26 depends on many factors (such as the shape of the electromagnet 26, the material from which the electromagnet 26 is made, and / or the amount of output supplied to the electromagnet 26). In the illustrated embodiment, the power applied to the electromagnet 26 is fixed at a set level and, when activated, distorts the guidewire tip 36 within a predetermined distance from the electromagnet 26 (as a phantom in FIGS. 12A-12C). Apply sufficient power to (shown). Alternatively, the output applied to the electromagnet 26 may be adjustable. In this case, in use, the power increases until the desired magnetic field strength is achieved, thereby sufficient to distort the guidewire tip 36 away from the electromagnet 26.

別の実施形態において、電磁石26は、複数の部分を含み、各部分が他の部分から電気的に隔離されていてもよい。それぞれの部分は、エネルギー源(不図示)に電気接続することができ、個別に又は全体として作動し、磁界を発生させてもよい。弱磁界が望まれる場合は、一つの部分だけを作動させる。比較的強い磁界が望まれる場合は、一つ以上の部分を追加して作動させる。電磁石26の一実施形態における更なる詳細は、米国特許第6,961,620号に開示されている。これは、明示的に本明細書に参照により組み込まれる。   In another embodiment, the electromagnet 26 may include multiple portions, each portion being electrically isolated from the other portions. Each part may be electrically connected to an energy source (not shown) and may operate individually or as a whole to generate a magnetic field. If a weak magnetic field is desired, only one part is activated. If a relatively strong magnetic field is desired, one or more parts are added to operate. Further details in one embodiment of the electromagnet 26 are disclosed in US Pat. No. 6,961,620. This is expressly incorporated herein by reference.

その代わりの実施形態において、カテーテル本体21の遠位端24は、電磁石26の代わりに磁気吸引要素36を携え得る。ガイドワイヤ本体31の遠位端34は、磁気吸引要素36の代わりに電磁石26を携え得る。   In an alternative embodiment, the distal end 24 of the catheter body 21 can carry a magnetic attraction element 36 instead of an electromagnet 26. The distal end 34 of the guidewire body 31 can carry an electromagnet 26 instead of a magnetic attraction element 36.

例示した実施形態において、絶縁電極25は、直線電極アセンブリの形態をとる。これは、絶縁層Iに囲まれた遠位端24に装着された絶縁環状電極25a,25bを含む。特に、電極25が分割されているので、選択的な単極及び双極の機能がカテーテル20に提供される。すなわち、絶縁環状電極25a,25bの一方又は両方を単極配置の一つの極として構成し、電極25a,25bの一方又は両方によって放出されたエネルギーが、外部から患者の皮膚に取り付けた中性パッチ電極(不図示)を通って戻るようにし得る。又は、環状電極25a,25bを双極配置の二つの極として構成し、環状電極25a,25bの一方によって放出されたエネルギーを他方の電極に戻るようにし得る。電極25a,25bの結合された長さは、好ましくは、長さが約6mmから約10mmである。一実施形態において、各電極25a,25bは、長さが約4mmであり、間隔が0.5mmから3.0mmである。   In the illustrated embodiment, the insulated electrode 25 takes the form of a linear electrode assembly. This includes insulated annular electrodes 25a, 25b mounted at a distal end 24 surrounded by an insulating layer I. In particular, because the electrode 25 is split, selective monopolar and bipolar functions are provided to the catheter 20. That is, one or both of the insulated annular electrodes 25a and 25b are configured as one pole in a monopolar arrangement, and the energy released by one or both of the electrodes 25a and 25b is attached to the patient's skin from the outside. It may be returned through an electrode (not shown). Alternatively, the annular electrodes 25a and 25b may be configured as two poles in a bipolar arrangement so that energy released by one of the annular electrodes 25a and 25b returns to the other electrode. The combined length of the electrodes 25a, 25b is preferably about 6 mm to about 10 mm in length. In one embodiment, each electrode 25a, 25b has a length of about 4 mm and a spacing of 0.5 mm to 3.0 mm.

例示した実施形態において、電極25a,25bは、白金のような伝導性材料の固体リングを含み得る。又は、装置の上に従来の被覆技法又はイオンビームアシスト蒸着(IBAD)過程を使用して被覆された白金−イリジウム又は金のような伝導性材料を備え得る。接着性を向上するため、ニッケル又はチタンの下塗りを適用し得る。電極の任意の組合せは、また、螺旋リボンの形態であり得る。又は、非伝導性管状体の上にパッド印刷された伝導性インク化合物で形成され得る。好ましい伝導性インク化合物は、銀系の可撓性接着伝導性インク(ポリウレタン結合剤)である。しかしながら、白金系、金系、銅基など他の金属系接着伝導性インクも考慮される。このようなインクは、エポキシ系インクより可撓性がある。環状電極25a、25bの上に配置された絶縁材は、好ましくはジュール加熱を介して周りの組織を実質的に加熱することなく、電界を対象解剖学的領域に適用するのを促進するのに好適な任意の絶縁材料(シリコーン、PEEK、PVDFなど)であり、それに好適な任意の厚さであり得る。   In the illustrated embodiment, the electrodes 25a, 25b may include a solid ring of conductive material such as platinum. Alternatively, a conductive material such as platinum-iridium or gold coated on the device using conventional coating techniques or ion beam assisted deposition (IBAD) processes may be provided. A nickel or titanium primer may be applied to improve adhesion. Any combination of electrodes can also be in the form of a spiral ribbon. Alternatively, it can be formed of a conductive ink compound pad printed on a non-conductive tubular body. A preferred conductive ink compound is a silver-based flexible adhesive conductive ink (polyurethane binder). However, other metal-based adhesive conductive inks such as platinum-based, gold-based and copper-based are also considered. Such ink is more flexible than epoxy-based ink. Insulation material disposed over the annular electrodes 25a, 25b preferably facilitates the application of the electric field to the target anatomical region without substantially heating the surrounding tissue via Joule heating. Any suitable insulating material (silicone, PEEK, PVDF, etc.) and can be any suitable thickness.

電極25a,25bは、カテーテル20のなかに配置された個別のワイヤ(不図示)に電気結合し得る。ここで、ワイヤ(不図示)は、操作アセンブリ40上で、ポートに受け入れられるコネクタ(不図示)に直接、又は、操作アセンブリ40のなかのPC基板(不図示)を介してコネクタに間接的に、電気結合されている。コネクタ(不図示)は、電圧波形発生器16(図12Aに示す)にプラグ接続する。   The electrodes 25a, 25b may be electrically coupled to individual wires (not shown) disposed within the catheter 20. Here, the wire (not shown) is directly connected to the connector (not shown) received in the port on the operation assembly 40 or indirectly to the connector via the PC board (not shown) in the operation assembly 40. Are electrically coupled. A connector (not shown) plugs into the voltage waveform generator 16 (shown in FIG. 12A).

操作アセンブリ40は、持ち手41、操縦機構42、電気コネクタ52、及び、持ち手41に付随したガイドワイヤ出入口50を含む。持ち手41は、好ましくは、耐久性がある剛性材料(医療用プラスチックなど)からなり、医師がカテーテル20をもっと容易に操作できるよう人間工学的に成形されている。操縦機構42は、操縦スイッチ44を含む。これは、第一位置(オフ)(エネルギー源からの電気エネルギーが電磁石を励磁するのを防ぐ)から第二位置(オン)(エネルギー源(不図示)からの電気エネルギーが電磁石26を励磁できるようにする)まで作動するよう構成されている。その結果として、励磁された電磁石26が磁気吸引要素36を引っ張り、それにより、ガイドワイヤ本体31の遠位端34を真っ直ぐな形状から歪めて、単純曲線(すなわち、単一平面のなかにある曲線)を形成する(図12A〜12Cにおいて幻影として示す)。操縦スイッチ44は、作動してオフ位置に戻り、ガイドワイヤ本体31が弾性により曲がって真っ直ぐな形状に戻ることができるよう構成されている。   The operating assembly 40 includes a handle 41, a steering mechanism 42, an electrical connector 52, and a guide wire doorway 50 associated with the handle 41. The handle 41 is preferably made of a durable rigid material (such as medical plastic) and is ergonomically shaped so that the physician can more easily manipulate the catheter 20. The steering mechanism 42 includes a steering switch 44. This is because the first position (off) (prevents electrical energy from the energy source from exciting the electromagnet) to the second position (on) (electrical energy from the energy source (not shown) can excite the electromagnet 26. To operate). As a result, the excited electromagnet 26 pulls the magnetic attraction element 36, thereby distorting the distal end 34 of the guidewire body 31 from a straight shape, resulting in a simple curve (ie, a curve in a single plane). ) (Shown as a phantom in FIGS. 12A-12C). The steering switch 44 is configured to operate and return to the off position, so that the guide wire body 31 can be bent by elasticity and return to a straight shape.

操縦機構42は、ガイドワイヤ本体31の近位端34を片側のみに曲げて曲線形状とするものとして記載しているが、操縦機構42は、例えば第三位置(電磁石26を逆極性に励磁する)に操縦スイッチ44を作動させることにより、ガイドワイヤ30の遠位端34を両側に曲げて単一平面に沿って二つの反対に曲がった形状にするよう改変し得る。その結果として、励磁された電磁石26が磁気吸引要素36を押し、それにより、ガイドワイヤ本体31の遠位端34を上述した単純曲線とは反対へ向けて歪めてもよい。この場合において、オフ位置が二つのオン位置の間にあり、それにより、スイッチ44は、電磁石26の極性を変化させるとき、オフ位置を通過しなければならないようにしてもよい。   The steering mechanism 42 is described as having a curved shape by bending the proximal end 34 of the guide wire main body 31 to only one side. However, the steering mechanism 42 is, for example, a third position (exciting the electromagnet 26 to the opposite polarity ), The distal end 34 of the guidewire 30 can be modified into two oppositely bent shapes along a single plane. As a result, the excited electromagnet 26 may push the magnetic attraction element 36, thereby distorting the distal end 34 of the guidewire body 31 opposite to the simple curve described above. In this case, the off position may be between two on positions so that the switch 44 must pass through the off position when changing the polarity of the electromagnet 26.

例示した実施形態において、ガイドワイヤ出入口50は、ルアーロックコネクタ(不図示)を備え、これを貫いてガイドワイヤ30を差し込んでもよい。随意に、ガイドワイヤ出入口50は、ガイドワイヤ30の差し込みを容易にするだけでなく、多数の用途を有してもよい。例えば、ガイドワイヤ出入口50は、外科処置中に、他の可撓性長尺器具又は装置を差し込むためのアクセスを提供し得る。また、生理食塩水又は造影(不図示)などの流体源への接続を提供し得る。導管52は、導体又はワイヤ(不図示)用の経路を提供することにより、処理装置14、波形発生器16及びエネルギー源(不図示)とカテーテル20の作動要素の電気接続を容易にする。ワイヤ(不図示)は、上述したコネクタ(不図示)又はPC基板(不図示)に結合してもよい。   In the illustrated embodiment, the guidewire doorway 50 may include a luer lock connector (not shown) through which the guidewire 30 is inserted. Optionally, the guidewire entry / exit 50 may have multiple uses as well as facilitate insertion of the guidewire 30. For example, the guidewire doorway 50 may provide access for inserting other flexible elongated instruments or devices during a surgical procedure. It may also provide a connection to a fluid source such as saline or contrast (not shown). The conduit 52 facilitates electrical connection between the processing device 14, the waveform generator 16, and the energy source (not shown) and the actuating elements of the catheter 20 by providing a path for a conductor or wire (not shown). A wire (not shown) may be coupled to the connector (not shown) or the PC board (not shown).

図13A〜Dは、露先を有する本開示にしたがうカテーテルの更なる実施形態を例示する。ここで、担体アセンブリは、複数の担体アームを含む。カテーテル50は、患者の血管系を通って経皮的に前進し、患者の心臓のなかを航行するのに好適な生体適合性材料から構築されている。様々な管状体部材及び軸が、Pebax、シリコーン、ポリウレタン、ポリマー、エラストマー、可撓性プラスチック及びこれらの組合せなどの射出成形材料から構築されている。カテーテル50は、先端94を含む。これは、組織に対して非外傷性である材料から作製されている。カテーテル50は、更に、外軸76を含む。これは、好ましくは直径が8〜9Frの間であり、処置を通して十分な安定性及びトルクを提供するよう構築されている。カテーテル50は、担体アセンブリ85を含む。これは、複数の電極要素92を含み、それぞれが、遠位担体アーム88に装着された絶縁層に囲まれている。   13A-D illustrate a further embodiment of a catheter according to the present disclosure having a tip. Here, the carrier assembly includes a plurality of carrier arms. Catheter 50 is constructed of a biocompatible material suitable for advancing percutaneously through the patient's vasculature and navigating through the patient's heart. Various tubular body members and shafts are constructed from injection molding materials such as Pebax, silicone, polyurethane, polymers, elastomers, flexible plastics and combinations thereof. Catheter 50 includes a tip 94. It is made from a material that is atraumatic to the tissue. Catheter 50 further includes an outer shaft 76. This is preferably between 8-9 Fr in diameter and is constructed to provide sufficient stability and torque throughout the procedure. Catheter 50 includes a carrier assembly 85. This includes a plurality of electrode elements 92, each surrounded by an insulating layer attached to the distal carrier arm 88.

絶縁電極92と担体アセンブリ85の他の構成要素とは、肺静脈心門及び他の適用可能な組織に適合して曲がるよう構成されている。外軸76は、前方に前進して、担体アセンブリ85の形状を変化させ、1以上の絶縁電極92を組織に接触させることができる。外軸76は、内軸78を摺動的に受け入れる。これは、近位担体アーム86に固定して取り付けられている。遠位担体アーム88は、先端94と制御軸84の遠位端とに固定して取り付けられている。近位担体アーム86は、遠位担体アーム88に回動可能に取り付けられ、制御軸84の内管78に対する前進及び後退により、担体アセンブリ85の直径を、それぞれ短縮及び拡張する(担体アセンブリを4〜5mm径まで拡張させるなど)。内軸78は、更に、円柱状強度を提供して、操作者が、内軸78を前進させ、担体アセンブリ85を、円形でない肺静脈心門に適合させるなど、組織に確実に接触させることができるようにする。内軸78は、好ましくは、プルワイヤ(不図示)に遠位端の近くで取り付けられ、これは、装置50の近位端の制御器に操作可能に接続される。これにより、操作者が装置50の遠位部分を制御可能に歪めることができる。   Insulated electrode 92 and other components of carrier assembly 85 are configured to bend to fit the pulmonary vein ostium and other applicable tissues. The outer shaft 76 can be advanced forward to change the shape of the carrier assembly 85 and bring one or more insulated electrodes 92 into contact with the tissue. The outer shaft 76 slidably receives the inner shaft 78. This is fixedly attached to the proximal carrier arm 86. The distal carrier arm 88 is fixedly attached to the tip 94 and the distal end of the control shaft 84. Proximal carrier arm 86 is pivotally attached to distal carrier arm 88 and advances and retracts control shaft 84 relative to inner tube 78 to reduce and expand the diameter of carrier assembly 85, respectively (4). Expand to a diameter of ~ 5mm). Inner shaft 78 also provides cylindrical strength to allow an operator to advance inner shaft 78 and ensure that carrier assembly 85 is in contact with tissue, such as to fit a non-circular pulmonary venous portal. It can be so. Inner shaft 78 is preferably attached to a pull wire (not shown) near the distal end, which is operably connected to a controller at the proximal end of device 50. This allows the operator to controllably distort the distal portion of the device 50.

外軸76の遠位端は、軸端82を含む。これは、担体アセンブリ85が後退するときに径方向に拡張するよう構成されている。外軸76の近位端は、好ましくは、持ち手(不図示)を含む。これは、内軸78及び制御軸84を前進及び後退などさせるための一つ以上の制御器(つまみ又はレバーなど)を含む。装置50の近位端は、一つ以上のコネクタを含む。これは、波形発生器に接続して、適用された電圧を絶縁電極92に印加する。その代わりの実施形態において、一つ以上の近位制御アーム86を第二制御軸に取り付け、担体アセンブリ85の形状の対称性を調整して、非対称な肺静脈心門に適合できるようにする。別のその代わりの実施形態において、装置50は、事前に配置されたガイドワイヤの上に挿入されるよう構成される。   The distal end of the outer shaft 76 includes a shaft end 82. This is configured to expand radially when the carrier assembly 85 is retracted. The proximal end of outer shaft 76 preferably includes a handle (not shown). This includes one or more controllers (such as knobs or levers) for advancing and retracting the inner shaft 78 and the control shaft 84. The proximal end of device 50 includes one or more connectors. This connects to the waveform generator and applies the applied voltage to the insulating electrode 92. In an alternative embodiment, one or more proximal control arms 86 are attached to the second control axis and the symmetry of the shape of the carrier assembly 85 is adjusted to accommodate an asymmetric pulmonary vein portal. In another alternative embodiment, device 50 is configured to be inserted over a pre-positioned guidewire.

ここで、図13A及び13Bを参照すると、装置50の遠位部分が例示されている。図13Aは、完全に拡張した担体アセンブリ85を描写し、内軸78が完全に前進している。図13Bは、半ば後退した内軸78を描写している。これにより、近位アーム86を軸端82が捕捉して径方向に圧縮する。これは、示したように拡張して、これにより、担体アセンブリ85が外軸76の内側内腔のなかへ滑らかに移行する。   Referring now to FIGS. 13A and 13B, the distal portion of device 50 is illustrated. FIG. 13A depicts the fully expanded carrier assembly 85 with the inner shaft 78 fully advanced. FIG. 13B depicts the inner shaft 78 retracted halfway. As a result, the proximal end 86 is captured by the shaft end 82 and compressed in the radial direction. This expands as shown, which causes the carrier assembly 85 to smoothly transition into the inner lumen of the outer shaft 76.

ここで、図13Cを参照すると、本開示のカテーテルが例示され、これは、単一の軸に沿って直列に配置された2つの担体アセンブリを備える。各担体アセンブリは、露先構成である。カテーテル40は、長尺管、すなわち、外軸36を含む。これは、好ましくは、Pebax材料から構築され、直径が約6〜8Frであり、第一制御軸48を摺動的に受け入れる。第一制御軸48は、遠位部分が第一担体アセンブリ45に取り付けられている。これは、複数の担体アームと、絶縁被覆電極とを備える。これは、適用された時変電圧波形を介して、時変電界を印加するよう構成されている。第一制御軸48の近位端(不図示)は、カテーテル40の近位端において制御器に取り付けられる。これは、操作者が第一制御軸48を正確に前進及び後退させることができるよう構成されている。第一制御軸48は、遠位端にリング52を含む。これは、各遠位担体アームセグメント44の一端を第一制御軸48に固定して取り付ける。各遠位担体アームセグメント44は、その反対側の端部において、近位担体アームセグメント42の一端に回動的に取り付けられている。各近位アームセグメント42の反対側の端部は、リング38を介して外軸36の遠位端に固定して取り付けられている。遠位担体アームセグメント44及び近位アームセグメント42は、可撓性材料(Nitinolなど)から構築され、真っ直ぐ又は露先構成において弾性的に付勢され得る。第一制御軸48の前進及び後退により、担体アセンブリ45の直径が変化する。第一制御軸48が完全に前進したときは、径方向に完全に小型化された(最小径の)状態となり、第一制御軸48が完全に後退したときは、最大径状態となる。   Referring now to FIG. 13C, the catheter of the present disclosure is illustrated, which comprises two carrier assemblies arranged in series along a single axis. Each carrier assembly is a tip configuration. Catheter 40 includes an elongate tube or outer shaft 36. This is preferably constructed from Pebax material, has a diameter of about 6-8 Fr, and slidably receives the first control shaft 48. The first control shaft 48 is attached to the first carrier assembly 45 at a distal portion. This comprises a plurality of carrier arms and an insulation coating electrode. It is configured to apply a time varying electric field via an applied time varying voltage waveform. The proximal end (not shown) of the first control shaft 48 is attached to the controller at the proximal end of the catheter 40. This is configured so that the operator can accurately advance and retract the first control shaft 48. The first control shaft 48 includes a ring 52 at the distal end. This attaches one end of each distal carrier arm segment 44 fixedly to the first control shaft 48. Each distal carrier arm segment 44 is pivotally attached to one end of the proximal carrier arm segment 42 at its opposite end. The opposite end of each proximal arm segment 42 is fixedly attached to the distal end of outer shaft 36 via ring 38. The distal carrier arm segment 44 and the proximal arm segment 42 are constructed from a flexible material (such as Nitinol) and can be elastically biased straight or in a tip configuration. As the first control shaft 48 advances and retracts, the diameter of the carrier assembly 45 changes. When the first control shaft 48 is completely advanced, it is in a state of being completely miniaturized (minimum diameter) in the radial direction, and when the first control shaft 48 is fully retracted, it is in a maximum diameter state.

遠位アームセグメント44には、絶縁電極46が固定されて装着されている。これは、時変電界を組織に適用するよう構成されている。望むなら、電極46は、ひれ54を含み得る。これは、電界適用の間、血流のなかに存在するよう構成されている。電極46は、単極、双極又は単極及び双極エネルギーの組合せを印加するよう構成されている。電極46は、望むなら、一体型の温度センサ(電極46の内側部分に溶接された熱電対など)を含み得る。電極46及び任意の一体型の温度又はその他のセンサは、ワイヤ(不図示)に取り付けられている。これは、信号及び/又は出力を送信し又は受信するための、エネルギー印加ユニット、測量ユニット及び/又は他の電子装置に取り付けるため、カテーテルの近位部分の近くまで伝わっている。   An insulated electrode 46 is fixedly attached to the distal arm segment 44. This is configured to apply a time-varying electric field to the tissue. If desired, the electrode 46 may include a fin 54. This is configured to be present in the bloodstream during electric field application. Electrode 46 is configured to apply monopolar, bipolar or a combination of monopolar and bipolar energy. Electrode 46 may include an integrated temperature sensor (such as a thermocouple welded to the inner portion of electrode 46) if desired. Electrode 46 and any integral temperature or other sensor is attached to a wire (not shown). This travels close to the proximal portion of the catheter for attachment to an energy application unit, surveying unit and / or other electronic device for transmitting or receiving signals and / or outputs.

第一制御軸48は、第二制御軸57を摺動的に受け入れる。第二制御軸57は、遠位部分において、第二担体アセンブリ55に取り付けられている。これは、複数の担体アームと電気的活動を測量するよう構成された電極とを含む。第二制御軸57の近位端(不図示)は、カテーテル40の近位端において、制御器に取り付けられている。これは、操作者が第二制御軸57を正確に前進及び後退させることができるよう構成されている。第二制御軸57は、遠位端に先端62を含む。これは、各遠位担体アームセグメント56の一端を第二制御軸57に固定して取り付ける。先端62は、好ましくは、組織に非外傷性となるよう選択された柔らかいプラスチック又はエラストマーなどの、柔らかい又は可撓性のある材料から構築され、好ましくは、硫酸バリウムを添加したPebax材料のように、放射線不透過である。先端62は、肺静脈のなかへ航行し、そのなかで安定するのを助けるように構築されている。先端62は、ガイドワイヤ内腔63を含む。これは、第二制御軸57の内側内腔と流路が繋がっている。この内腔は、カテーテル40の近位部分まで伝わってそこから外に出る。これにより、カテーテル40を患者の血管系のなかへ、ガイドワイヤの上で経皮的に挿入できる。   The first control shaft 48 slidably receives the second control shaft 57. The second control shaft 57 is attached to the second carrier assembly 55 at the distal portion. This includes a plurality of carrier arms and electrodes configured to survey electrical activity. A proximal end (not shown) of the second control shaft 57 is attached to the controller at the proximal end of the catheter 40. This is configured so that the operator can accurately move the second control shaft 57 forward and backward. The second control shaft 57 includes a tip 62 at the distal end. This fixes and attaches one end of each distal carrier arm segment 56 to the second control shaft 57. The tip 62 is preferably constructed from a soft or flexible material, such as a soft plastic or elastomer selected to be atraumatic to the tissue, preferably like a Pebax material supplemented with barium sulfate. , Radiopaque. The tip 62 is constructed to help navigate into and stabilize within the pulmonary veins. The tip 62 includes a guidewire lumen 63. This connects the inner lumen of the second control shaft 57 and the flow path. This lumen travels to the proximal portion of the catheter 40 and exits therefrom. This allows the catheter 40 to be inserted percutaneously over the guidewire into the patient's vasculature.

各遠位担体アームセグメント56は、その反対側の端部において、近位担体アームセグメント54の一端に回動的に取り付けられている。各近位アームセグメント54の反対側の端部は、リング52を介して第一制御軸48の遠位端に固定して取り付けられている。遠位担体アームセグメント56及び近位アームセグメント54は、可撓性材料(Nitinolなど)から構築され、真っ直ぐ又は露先構成において弾性的に付勢され得る。第二制御軸57の前進及び後退により、担体アセンブリ55の直径が変化する。第二制御軸57が完全に前進したときは、径方向に完全に小型化された(最小径の)状態となり、第二制御軸57が完全に後退したときは、最大径状態となる。   Each distal carrier arm segment 56 is pivotally attached to one end of the proximal carrier arm segment 54 at its opposite end. The opposite end of each proximal arm segment 54 is fixedly attached to the distal end of the first control shaft 48 via a ring 52. The distal carrier arm segment 56 and the proximal arm segment 54 are constructed from a flexible material (such as Nitinol) and can be elastically biased straight or in a tip configuration. As the second control shaft 57 advances and retracts, the diameter of the carrier assembly 55 changes. When the second control shaft 57 is fully advanced, it is in a state of being completely miniaturized (minimum diameter) in the radial direction, and when the second control shaft 57 is fully retracted, it is in a maximum diameter state.

遠位アームセグメント44に固定して取り付けられているのは、絶縁電極58である。これは、電界を適用し及び/又は組織のなかに存在する電気的活動を測量するよう構成されている。絶縁電極58は、白金又は白金及びイリジウムの組合せなどの伝導性材料から構築され、誘電材料で被覆され得る。電極46は、好ましくは、一体型の温度センサ(電極58の内側部分に溶接された熱電対など)を含み得る。電極58及び任意の一体型の温度又はその他のセンサは、ワイヤ(不図示)に取り付けられている。これは、信号及び/又は出力を送信し又は受信するための、測量ユニット、エネルギー印加ユニット及び/又は他の電子装置に取り付けるため、カテーテル40の近位部分の近くまで伝わっている。   Fixedly attached to the distal arm segment 44 is an insulated electrode 58. It is configured to apply an electric field and / or survey electrical activity present in tissue. The insulated electrode 58 can be constructed from a conductive material such as platinum or a combination of platinum and iridium and coated with a dielectric material. Electrode 46 may preferably include an integral temperature sensor (such as a thermocouple welded to the inner portion of electrode 58). Electrode 58 and any integral temperature or other sensor are attached to a wire (not shown). This travels close to the proximal portion of the catheter 40 for attachment to a surveying unit, energy application unit and / or other electronic device for transmitting or receiving signals and / or outputs.

図13Cのカテーテル40は、近位端に持ち手(不図示)を含む。これは、好ましくは、図13(D)を参照して記載する種類のものであり、複数の制御器を含む。これにより、操作者は、第一制御軸48を前進及び後退させ、第二制御軸57を前進及び後退させ、電極46若しくは58の一つ以上に対する電圧波形印加を作動させ、エネルギー印加ユニット若しくは測量ユニット(ともに不図示)のユーザインタフェースを操作し、又は、別の機能を実行することができる。持ち手は出口を含む。これを通ってガイドワイヤ(患者の肺静脈のなかへ配置されたガイドワイヤなど)を外に出すことができる。担体アセンブリ55は、肺静脈の内腔壁と係合できる大きさである。担体アセンブリ45は、円形でない穴を含む肺静脈の心門と係合できる大きさであり、それに十分な可撓性がある。外軸36は、担体アセンブリ55及び/又は担体アセンブリ45に適合する力を適用するのに十分な材料で構築され、持ち手は、そのように操作されてもよい。第一制御軸48及び第二制御軸57は、どちらも、十分なトルクを伝達して、操作者が、担体アセンブリ45及び担体アセンブリ55をそれぞれ正確に回転配置できるよう構成されている。   The catheter 40 of FIG. 13C includes a handle (not shown) at the proximal end. This is preferably of the type described with reference to FIG. 13D and includes a plurality of controllers. Thereby, the operator moves the first control shaft 48 forward and backward, moves the second control shaft 57 forward and backward, operates the voltage waveform application to one or more of the electrodes 46 or 58, and applies the energy application unit or surveying. The user interface of the unit (both not shown) can be operated or another function can be performed. The handle includes an exit. Through this, a guide wire (such as a guide wire placed in the patient's pulmonary vein) can be removed. The carrier assembly 55 is sized to engage the lumen wall of the pulmonary vein. The carrier assembly 45 is sized to be able to engage a pulmonary vein ostium including a non-circular hole and is sufficiently flexible thereto. The outer shaft 36 is constructed of a material sufficient to apply a force that matches the carrier assembly 55 and / or the carrier assembly 45, and the handle may be manipulated as such. Both the first control shaft 48 and the second control shaft 57 are configured to transmit sufficient torque so that the operator can accurately rotate and position the carrier assembly 45 and the carrier assembly 55, respectively.

図13(D)を更に参照すると、カテーテル40が例示され、これは、図13Cのカテーテルの二重担体アセンブリを含む。カテーテル40は、管状体部材、すなわち外軸36を含む。これは、図13Cを参照して詳細に記載したように、遠位端に近位担体アセンブリ45及び遠位担体アセンブリ55を含む。外軸36の近位端は、持ち手66に取り付けられている。これは、複数の制御器を含む。すなわち、スライド67、スライド68及びボタン69である。スライド67は、第一制御軸48に操作可能に取り付けられている。スライド68は、第二制御軸57に操作可能に取り付けられている。スライド67及び68を動かすと、図13Cを参照して詳細に記載したように、第一担体アセンブリ45及び第二担体アセンブリ55の形状が変化する。たくさんの種類の機械的機構を、持ち手66のなかへ組み込んで、一つ以上の制御軸を操作可能に前進させ得る(直線的スライド、カムアセンブリに接続されたノブなどの回転ノブ又は回転レバー、及び、軸を前後に動かすのに使用される他の機構など)。第一担体アセンブリ45が肺静脈心門に接触して配置され、カテーテル40がエネルギー印加ユニット(不図示)に電気接続されたとき、ボタン69を使用して、電圧波形印加を開始する。   With further reference to FIG. 13D, a catheter 40 is illustrated, which includes the dual carrier assembly of the catheter of FIG. 13C. Catheter 40 includes a tubular body member or outer shaft 36. This includes a proximal carrier assembly 45 and a distal carrier assembly 55 at the distal end, as described in detail with reference to FIG. 13C. The proximal end of the outer shaft 36 is attached to a handle 66. This includes a plurality of controllers. That is, the slide 67, the slide 68, and the button 69. The slide 67 is operably attached to the first control shaft 48. The slide 68 is operably attached to the second control shaft 57. As the slides 67 and 68 are moved, the shapes of the first carrier assembly 45 and the second carrier assembly 55 change as described in detail with reference to FIG. 13C. Many types of mechanical mechanisms can be incorporated into the handle 66 to operably advance one or more control shafts (linear knobs, rotary knobs or rotary levers such as knobs connected to the cam assembly) And other mechanisms used to move the shaft back and forth). When the first carrier assembly 45 is placed in contact with the pulmonary vein portal and the catheter 40 is electrically connected to an energy application unit (not shown), the button 69 is used to initiate voltage waveform application.

持ち手66は、2つのピグテールを含む。一方は、ルアー74で終端し、他方は電気コネクタ72で終端している。ルアー74は、先端62から外に出るガイドワイヤ内腔63と流路が繋がっていて、カテーテル40が、ワイヤ上を患者の血管系のなかへ前進できるようにしている。電気コネクタ72は、複数のワイヤ用に複数の接続点を含む。これは、外軸36のなかを伝わって、絶縁電極並びに、第一担体アセンブリ45及び第二担体アセンブリ55に含まれる温度センサなどの一つ以上のセンサに接続している。電気コネクタ72は、以下のうち一つ以上に電気接続するよう構成されている。すなわち、エネルギー印加ユニット、測量ユニット、カテーテル40の温度若しくは他の生理的センサから受信した信号などの信号及び/又は出力を受信及び/又は送信する電子装置、並びに、これらの組み合わせに、である。   The handle 66 includes two pigtails. One ends with a luer 74 and the other ends with an electrical connector 72. The luer 74 is in fluid communication with a guidewire lumen 63 exiting from the tip 62 to allow the catheter 40 to advance over the wire into the patient's vasculature. The electrical connector 72 includes a plurality of connection points for a plurality of wires. This travels through the outer shaft 36 and is connected to an insulated electrode and one or more sensors, such as temperature sensors included in the first carrier assembly 45 and the second carrier assembly 55. The electrical connector 72 is configured to electrically connect to one or more of the following. That is, an energy application unit, a surveying unit, an electronic device that receives and / or transmits signals and / or outputs, such as signals received from the temperature of catheter 40 or other physiological sensors, and combinations thereof.

ここで、図13Eを参照すると、本開示のカテーテルが例示されている。ここで、担体アセンブリは、外面に複数の絶縁電極が取り付けられ又は埋め込まれた膨張可能な風船を含む。カテーテル100は、担体アセンブリ175を含む。これは、風船174と、電界を組織に印加する絶縁電極172とを含む。カテーテル100は、更に、長尺管状体、すなわち外軸166を含む。これは、近位部分から風船174の内部空洞までの膨張内腔176を含む。風船174は、封止され、外軸166の遠位部分に固定して取り付けられている。空気又は生理食塩水などの流体が外軸166の膨張内腔を貫いて通ることにより、風船174が膨らみ、流体圧が維持される限り、拡張状態のまま留まる。風船174は、伸展性又は非伸展性の風船であってもよく、円盤又はドーナツ状として示される一方で、肺静脈心門及びそこから延びる組織に擬態する特定の輪郭を有してもよい。   Referring now to FIG. 13E, the catheter of the present disclosure is illustrated. Here, the carrier assembly includes an inflatable balloon having a plurality of insulated electrodes attached or embedded on its outer surface. Catheter 100 includes a carrier assembly 175. This includes a balloon 174 and an insulated electrode 172 that applies an electric field to the tissue. Catheter 100 further includes an elongate tubular body, i.e., outer shaft 166. This includes an inflation lumen 176 from the proximal portion to the interior cavity of balloon 174. Balloon 174 is sealed and fixedly attached to the distal portion of outer shaft 166. As fluid such as air or saline passes through the inflation lumen of the outer shaft 166, the balloon 174 is inflated and remains expanded as long as fluid pressure is maintained. Balloon 174 may be a stretchable or non-stretchable balloon and may be shown as a disc or donut shape, while having a specific contour that mimics the pulmonary venous ostium and tissue extending therefrom.

外部軸166の遠位端から、それと同軸に、中心合わせポスト168が延びている。これは、風船174の近位端から遠位端まで横断していて、肺静脈内腔と係合するよう構成された凸部を含み得る。好ましい実施形態において、ガイドワイヤ内腔は、カテーテル100の遠位端から近位部分までに含まれ、カテーテルが、肺静脈心門又は他の適用可能な穴のなかへ前もって配置されたガイドワイヤなどのガイドワイヤの上を前進できるようにする。   A centering post 168 extends coaxially from the distal end of the outer shaft 166. This may include a protrusion that traverses from the proximal end to the distal end of balloon 174 and is configured to engage the pulmonary vein lumen. In a preferred embodiment, a guidewire lumen is included from the distal end to the proximal portion of the catheter 100, such as a guidewire in which the catheter is pre-placed into the pulmonary vein portal or other applicable hole, etc. Allows advancement over the guidewire.

ここで、図14を参照すると、カテーテル(遠位カテーテル領域のみを例示する)の更なる実施形態が提示されている。これは、軸10を有し、それは、今度は、外部被覆を含む。これは、ナイロン、ウレタン又は他のプラスチックであってもよい。外部被覆34は、補強材36を囲む。これは、通常、今度は、ステンレス鋼編組又は巻付を含む。補強材36は、基層38の周りに配置されている。これは、好ましくは、ポリイミド又は他の比較的剛性のあるすなわち高デュロメータの材料の管を備える。軸の剛性及びトルク伝達特性は、外部被覆34、補強材36及び基層38に使用する材料の種類を変えることにより変化し得る。加えて、異なる形状の補強材38を使用することによってもである。例えば、補強材36は編組又はコイルであり得る。単繊維の数、単繊維の形状、巻き又は織りパターン、巻き数などを個別に又は組み合わせて変化させ、所望の剛性を提供し得る。好ましくは、基層38のポリイミド管は、厚さが0.002インチから0.005インチの範囲である。   Referring now to FIG. 14, a further embodiment of a catheter (illustrating only the distal catheter region) is presented. This has a shaft 10, which in turn includes an outer covering. This may be nylon, urethane or other plastic. The outer covering 34 surrounds the reinforcing material 36. This usually involves a stainless steel braiding or winding in turn. The reinforcing material 36 is disposed around the base layer 38. This preferably comprises a tube of polyimide or other relatively rigid or high durometer material. The shaft stiffness and torque transfer characteristics can be varied by changing the type of material used for the outer covering 34, the stiffener 36 and the base layer 38. In addition, by using differently shaped reinforcements 38. For example, the reinforcement 36 can be a braid or a coil. The number of single fibers, the shape of the single fibers, the winding or weaving pattern, the number of windings, etc. can be varied individually or in combination to provide the desired stiffness. Preferably, the polyimide tube of the base layer 38 has a thickness in the range of 0.002 inches to 0.005 inches.

外部被覆34、補強材36及び基層38は、軸10の長さを延ばす中央内腔40を画定する。中央内腔40のなかには、コアワイヤ42、プルワイヤ44、電極ワイヤ46、及び、望むなら熱電対ワイヤ48が配置されている。先端部16は、低デュロメータ可撓性プラスチック(Pebax(登録商標)材料、シリコーンゴム、又は他の弾性材料など)の管類50を含む。好ましくは、先端部16は、デュロメータが30Aから60Dの範囲内である。管類50は、通常、長手方向軸に平行に長さを延ばす少なくとも4つの内腔を有する。すなわち、中央内腔54、及び、少なくとも3つの径方向にずれた内腔56(4つが例示されている)である。コアワイヤ42は、電極ワイヤ46及び熱電対ワイヤ48とともに、中央内腔54を貫いて延びている。プルワイヤ44は、軸10の中央内腔から先端部16の径方向にずれた内腔56まで延びている。   Outer covering 34, reinforcement 36, and base layer 38 define a central lumen 40 that extends the length of shaft 10. Disposed within the central lumen 40 is a core wire 42, a pull wire 44, an electrode wire 46, and a thermocouple wire 48 if desired. The tip 16 includes tubing 50 of low durometer flexible plastic (such as Pebax® material, silicone rubber, or other elastic material). Preferably, tip 16 has a durometer in the range of 30A to 60D. Tubing 50 typically has at least four lumens extending in length parallel to the longitudinal axis. That is, a central lumen 54 and at least three radially offset lumens 56 (four are illustrated). The core wire 42, along with the electrode wire 46 and the thermocouple wire 48, extends through the central lumen 54. The pull wire 44 extends from the central lumen of the shaft 10 to a lumen 56 that is offset in the radial direction of the distal end portion 16.

ばね管58は、また、先端部16の中央内腔54のなかに配置されている。ばね管58は、内側内腔54の壁にぴったり嵌合し、中空中心を有する。コアワイヤ42、電極ワイヤ46及び熱電対ワイヤ48がそこを貫いて延びている。ばね管58は、通常、ポリイミド管を備える。これは、耐ねじれ性だけでなく横方向及びねじり方向の剛性も先端部16に提供する。ばね管58は、また、編組若しくは巻付構造、又は複数の層の複合物であり得る。先端部16は、突合せ接合18、好ましくは熱溶接により、軸10に固定されている。先端セグメント16の中央内腔54は、直径が軸10の中央内腔40より小さく、ばね管58は、ある距離、通常は約0.5インチ、軸10の中央内腔40のなかへ延びている。このような延在により、先端部16を歪めたとき、突合せ接合18又はその近くにおけるねじれを制限する。ばね管58の近位端60は、中央内腔40のなかへ延び、それにより、先端部16と軸10の残りとの間の遷移部における剛性を向上する。   The spring tube 58 is also disposed within the central lumen 54 of the tip 16. The spring tube 58 fits snugly against the wall of the inner lumen 54 and has a hollow center. Core wire 42, electrode wire 46 and thermocouple wire 48 extend therethrough. The spring tube 58 typically comprises a polyimide tube. This provides the tip 16 with lateral and torsional stiffness as well as torsional resistance. The spring tube 58 can also be a braided or wound structure, or a composite of multiple layers. The tip 16 is fixed to the shaft 10 by butt joint 18, preferably by thermal welding. The central lumen 54 of the tip segment 16 is smaller in diameter than the central lumen 40 of the shaft 10 and the spring tube 58 extends into the central lumen 40 of the shaft 10 a distance, typically about 0.5 inches. Yes. Such an extension limits the twist at or near the butt joint 18 when the tip 16 is distorted. The proximal end 60 of the spring tube 58 extends into the central lumen 40, thereby improving the stiffness at the transition between the tip 16 and the remainder of the shaft 10.

コアワイヤ42、電極ワイヤ46及び熱電対ワイヤ48は、軸10の中央内腔40から、ばね管58の中央を貫いて先端部16の中央内腔54のなかへ延びている。先端部16の遠位端において、ばね管58が中央内腔54から出て、先端電極20のなかの開口部64のなかへ入る。出力ワイヤ66(電極ワイヤ46の一つ)は、絶縁先端電極20に結合され、時変電界を印加する。絶縁は、望みにより、完全又は不完全でもよく、任意の所望のパターン(格子、螺旋、放射状など)で適用できる。   Core wire 42, electrode wire 46 and thermocouple wire 48 extend from central lumen 40 of shaft 10 through the center of spring tube 58 and into central lumen 54 of tip 16. At the distal end of the tip 16, the spring tube 58 exits the central lumen 54 and enters the opening 64 in the tip electrode 20. The output wire 66 (one of the electrode wires 46) is coupled to the insulated tip electrode 20 and applies a time-varying electric field. The insulation may be complete or incomplete as desired and can be applied in any desired pattern (grating, spiral, radial, etc.).

熱電対ワイヤ48は、開口64のなかに配置された熱電対68のなかで終端する。好ましくは、開口64を高温接着剤で充填し、熱電対68を適所に維持するようにする。電極バンドワイヤ70は、ばね管58のなかで中央内腔54から外に出て、帯状電極22に結合する。コアワイヤ42は、中央内腔54を貫いて先端電極20の開口部64のなかへ延びている。   The thermocouple wire 48 terminates in a thermocouple 68 disposed in the opening 64. Preferably, the opening 64 is filled with a high temperature adhesive so that the thermocouple 68 is maintained in place. The electrode band wire 70 exits from the central lumen 54 in the spring tube 58 and couples to the strip electrode 22. The core wire 42 extends through the central lumen 54 and into the opening 64 of the tip electrode 20.

電気的及び熱的に絶縁された定着板72が管類50の遠位端74に接着され、先端電極20は定着板72の遠位側に接着されている。定着板72は、先端部16の中央内腔54に対応する中央通路78と、プルワイヤ44がそこを通る4つの径方向にずれた開口76とを有する。プルワイヤ44は、アンカ80で終端する。これは、通常、プルワイヤ44の端部に形成され又は溶接された鋼球を備える。アンカ80は、直径が開口部76より大きく、これにより、プルワイヤ44と先端部16の遠位端との間を強力かつ回動可能に接続する。定着板は、必要な機械的強度並びに電気的及び熱的絶縁特性を有する任意のポリマー又はセラミック材料から形成してもよい。好ましくは、ポリエーテル・エーテル・ケトンを使用する。これは、ICI Americas社(デラウェア州ウィルミントン)から商標名Victrexのもとで入手可能である。   An electrically and thermally insulated fuser plate 72 is bonded to the distal end 74 of the tubing 50, and the tip electrode 20 is bonded to the distal side of the fuser plate 72. The fixing plate 72 has a central passage 78 corresponding to the central lumen 54 of the tip 16 and four radially offset openings 76 through which the pull wire 44 passes. Pull wire 44 terminates at anchor 80. This typically comprises a steel ball formed or welded to the end of the pull wire 44. Anchor 80 is larger in diameter than opening 76, thereby providing a strong and pivotable connection between pull wire 44 and the distal end of tip 16. The fuser plate may be formed from any polymer or ceramic material having the required mechanical strength and electrical and thermal insulation properties. Preferably, polyether ether ketone is used. It is available from ICI Americas (Wilmington, Del.) Under the trade name Victrex.

図15A〜15Bは、カテーテルの更なる実施形態を使用して、下部食道42のなかの罹患組織48を治療するところを例示する。システム10の一実施形態は、可撓内視鏡12(内視鏡12とも呼ぶ)に装着してもよい。可撓内視鏡12は、内視鏡持ち手34及び可撓軸32を含む。内視鏡システム10は、通常、一つ以上の治療/診断プローブ20と、複数の導体18と、スイッチ62を有するハンドピース16と、電気波形発生器14とを備える。治療/診断プローブ20は、可撓軸32の遠位端に位置する。導体18は、複数のクリップ30を使用して可撓軸32に取り付けられている。治療/診断プローブ20は、長尺部材を備える。これは、一つ以上の絶縁電気療法電極28を備える電気エネルギー印加装置に取り付けられている。一実施形態において、治療/診断プローブ20は、作業経路36などの可撓軸32の孔を貫いて延びている。一実施形態において、治療/診断プローブ20は、長尺診断プローブ26を備えてもよい。これは、作業経路36を通って延びる電極28に取り付けられ又は接合されている。別の実施形態において、可撓軸32は、二つの作業経路36と、第一作業経路36の遠位端を通って延びる第一電極28に接合された第一診断プローブ26と、第二作業経路36の遠位端を通って延びる第二電極28に接合された第二診断プローブ26とを備えてもよい。一実施形態において、診断プローブは、一つ以上の診断プローブ26を備える。これは、電極28に任意の好適なやり方で取り付けられ又は接合されている。例えば、診断プローブ26は、溶接、半田付け、蝋付け又は他の周知の技法により、電極28に接合し又は取り付けてもよい。例えば、ガス炎、電弧、レーザ、電子線、摩擦、及び超音波など、多くの異なるエネルギー源を使用して、溶接、半田付け又は蝋付けをしてよい。したがって、一実施形態において、診断モードにおいて診断プローブ26を使用して罹患組織の生検標本を取得するために、治療/診断プローブ20を用いてもよく、一実施形態において、治療モードにおいて電極28によって印加される電界により罹患組織を治療することにより、治療/診断プローブ20を用いてもよい。他の実施形態において、治療及び診断モードの組合せにおいて治療/診断プローブ20を用いてもよい。治療/診断プローブ20は、可撓軸32のなかに位置する一つ以上の作業経路36を通ってもよい。治療/診断プローブ20を、内視鏡的に組織治療領域まで印加し、電気的に治療すべき罹患組織の頂部に配置する。治療/診断プローブ20が操作者によって適切に配置されると、ハンドピース16上のスイッチ62を手動で操作して、電極28を電気波形発生器14に電気的に接続し又は切断する。その代わりとして、スイッチ62を、例えばフットスイッチ(不図示)に装着してもよい。   FIGS. 15A-15B illustrate using a further embodiment of a catheter to treat diseased tissue 48 in the lower esophagus 42. One embodiment of the system 10 may be attached to a flexible endoscope 12 (also referred to as endoscope 12). The flexible endoscope 12 includes an endoscope handle 34 and a flexible shaft 32. The endoscope system 10 typically includes one or more treatment / diagnostic probes 20, a plurality of conductors 18, a handpiece 16 having a switch 62, and an electrical waveform generator 14. The treatment / diagnostic probe 20 is located at the distal end of the flexible shaft 32. The conductor 18 is attached to the flexible shaft 32 using a plurality of clips 30. The treatment / diagnostic probe 20 includes an elongated member. This is attached to an electrical energy application device comprising one or more insulated electrotherapy electrodes 28. In one embodiment, treatment / diagnostic probe 20 extends through a hole in flexible shaft 32, such as working path 36. In one embodiment, the treatment / diagnostic probe 20 may comprise an elongated diagnostic probe 26. It is attached or joined to an electrode 28 that extends through the working path 36. In another embodiment, the flexible shaft 32 includes two working paths 36, a first diagnostic probe 26 joined to a first electrode 28 extending through the distal end of the first working path 36, and a second working path. A second diagnostic probe 26 joined to a second electrode 28 extending through the distal end of the path 36 may be provided. In one embodiment, the diagnostic probe comprises one or more diagnostic probes 26. It is attached or joined to electrode 28 in any suitable manner. For example, the diagnostic probe 26 may be joined or attached to the electrode 28 by welding, soldering, brazing, or other known techniques. Many different energy sources may be used for welding, soldering, or brazing, for example, gas flames, electric arcs, lasers, electron beams, friction, and ultrasound. Accordingly, in one embodiment, treatment / diagnostic probe 20 may be used to obtain a biopsy specimen of diseased tissue using diagnostic probe 26 in diagnostic mode, and in one embodiment, electrode 28 in therapeutic mode. The treatment / diagnostic probe 20 may be used by treating the affected tissue with an electric field applied by. In other embodiments, the therapeutic / diagnostic probe 20 may be used in a combination of therapeutic and diagnostic modes. The therapy / diagnostic probe 20 may pass through one or more working paths 36 located within the flexible shaft 32. A treatment / diagnostic probe 20 is applied endoscopically to the tissue treatment area and placed on top of the affected tissue to be electrically treated. When the treatment / diagnostic probe 20 is properly positioned by the operator, the switch 62 on the handpiece 16 is manually operated to electrically connect or disconnect the electrode 28 from the electrical waveform generator 14. As an alternative, the switch 62 may be mounted on a foot switch (not shown), for example.

操作者は、治療すべき罹患組織48が可撓内視鏡12の視界のなかに入るようにした内視鏡による視覚化を使用して、治療/診断プローブ20を位置決めする。操作者が治療/診断プローブ20を位置決めして、絶縁電気療法電極28を罹患組織48の上方に位置させると、操作者は、絶縁電極28に電気波形発生器14で通電して、組織治療領域において強電界を罹患組織48に適用してよい。電極28は、本明細書において別の場所で記載したように、マイクロ秒又はナノ秒電気波形で通電してもよい。このようなやり方で、組織治療領域における罹患組織48が電気穿孔され細胞死に至ってもよい。   The operator positions the treatment / diagnostic probe 20 using endoscopic visualization such that the affected tissue 48 to be treated is within the field of view of the flexible endoscope 12. When the operator positions the treatment / diagnostic probe 20 and positions the insulated electrotherapy electrode 28 above the diseased tissue 48, the operator energizes the insulated electrode 28 with the electrical waveform generator 14 to provide a tissue treatment region. A strong electric field may be applied to the affected tissue 48. Electrode 28 may be energized with a microsecond or nanosecond electrical waveform, as described elsewhere herein. In this manner, the affected tissue 48 in the tissue treatment area may be electroporated and lead to cell death.

図16においてここで例示した装置700は、低侵襲顕微手術器具を提供する。通常、電極700は、カテーテル型の装置であり、絶縁された活動712及び接地711電気伝導ワイヤが埋め込まれている。電気伝導ワイヤ711、712は、形状が環状であり、電極700の先端710の長さに沿って長さ方向に配置されていり。誘電材料によって全体的に又は部分的に被覆されてもよい。絶縁された伝導性ワイヤ711、712は、選択された距離だけ、電極700の長さに沿って長手方向に互いから離れ、絶縁部によって分離されている。電極700は、既存の電気穿孔電子機器と互換性があり、電極700の近位端718を接続する汎用コネクタ750を備える。これは、本明細書において別の場所で記載したように、波形を印加するよう構成された電気パルス発生器と操作可能に通信する。電気パルス発生器と操作可能に通信するため、電気伝導ワイヤ711,712の一部分を電極700の外側本体770のなかに入れ、又は、電気伝導導線を電気伝導ワイヤ711,712から、先端710から近位端718までの電極700の長さに沿って走らせる。電気伝導ワイヤは、任意の種類の伝導性金属(プラチナ/イリジウムなど)を含み得る。材料が異なれば、放射線不透過性が異なり、この特性にしたがって選択することで、特定の結果を達成し得る。例えば、銀はチタンよりはるかに放射線不透過性があり、したがって、本発明の電極のいくつかの実施形態は、チタン伝導性表面/ワイヤを有しつつ、銀をマーカに使用し得る。   The device 700 illustrated here in FIG. 16 provides a minimally invasive microsurgical instrument. Typically, the electrode 700 is a catheter-type device having an insulated activity 712 and a grounded 711 electrical conducting wire embedded therein. The electric conductive wires 711 and 712 have an annular shape, and are arranged in the length direction along the length of the tip 710 of the electrode 700. It may be entirely or partially covered by a dielectric material. The insulated conductive wires 711, 712 are separated from each other longitudinally along the length of the electrode 700 by a selected distance and separated by insulation. Electrode 700 is compatible with existing electroporation electronics and includes a universal connector 750 that connects proximal end 718 of electrode 700. This operably communicates with an electrical pulse generator configured to apply a waveform, as described elsewhere herein. To operably communicate with the electrical pulse generator, a portion of the electrically conductive wires 711, 712 is placed in the outer body 770 of the electrode 700, or the electrically conductive wire is placed from the electrically conductive wires 711, 712 and closer to the tip 710. Run along the length of the electrode 700 up to the distal end 718. The electrically conductive wire can comprise any type of conductive metal (such as platinum / iridium). Different materials have different radiopacity and can be selected according to this property to achieve specific results. For example, silver is much more radiopaque than titanium, and therefore some embodiments of the electrodes of the present invention may use silver as a marker while having a titanium conductive surface / wire.

生体適合性を確実にするため、電極の実施形態は、絶縁ポリウレタン被覆770で覆って、電気パルス発生器に通じる電気伝導ワイヤを閉じ込め得る。
実施形態において、電気伝導ワイヤは、全体が伝導性である必要はない。例えば、導電表面は、絶縁被覆された一以上の部分を(特に、基部の近くに)備え得る。先端710における電気伝導ワイヤ711,712が露出した部分又は表面は、任意の厚さ及び幅であり得る。同様に、先端710における電気伝導ワイヤの間の分離距離の量は任意の量であり得る。電極は、任意の数の伝導性ワイヤを備え得る。実施形態において、電極は、電気伝導ワイヤの間の分離距離が調整可能であり、及び/又は、露出した伝導性表面の量が調整可能であるように、構成され得る。
To ensure biocompatibility, electrode embodiments may be covered with an insulating polyurethane coating 770 to confine the electrically conductive wire leading to the electrical pulse generator.
In embodiments, the electrically conductive wire need not be entirely conductive. For example, the conductive surface may comprise one or more portions that are insulated (particularly near the base). The exposed portion or surface of the electrically conductive wires 711, 712 at the tip 710 can be of any thickness and width. Similarly, the amount of separation distance between the electrically conductive wires at the tip 710 can be any amount. The electrode may comprise any number of conductive wires. In embodiments, the electrodes can be configured such that the separation distance between the electrically conductive wires is adjustable and / or the amount of exposed conductive surface is adjustable.

図16の実施形態は、細い装置として構築されている。これにより、心血管系を通って治療部位に直接航行することが容易にできる。望むなら、電極は、血管形成術及びカテーテルを基礎とする介入において一般的であるように、J字形の先端(又は同様の形状)を備え得る。これにより、血管系を通って電極を案内し、標的部位に到達することができる。このように非対称な先端を、この特定の実施形態で回転の向きを決定する起点としても使用し得る。電極装置の代表的な寸法(直径が約0.5mmなど)は、確実に、冠動脈のなかに配置できる。カテーテル法で既に使用されているものよりも小さいからである。この直径又は幅は、したがって、5mmから1cmのオーダーである。好ましくは、直径又は幅は、約0,5mmから約5mmまで(約1mm、2mm、3mm、又は4mmなど)である。ヒトで使用する場合、装置は、通常、長さが40cm以下のオーダー(約30cm、25cm又は15cmなど)であり、獣医学で使用する場合、この長さは、治療すべき動物の大きさに依存して、もっとはるかに大きくなり得る。ヒトの脳腫瘍の治療の場合、この長さは、40cmのオーダーであり得る。   The embodiment of FIG. 16 is constructed as a thin device. This facilitates direct navigation through the cardiovascular system to the treatment site. If desired, the electrode may comprise a J-shaped tip (or similar shape), as is common in angioplasty and catheter-based interventions. This can guide the electrode through the vascular system and reach the target site. Such an asymmetric tip may also be used as a starting point for determining the direction of rotation in this particular embodiment. Typical dimensions of the electrode device (such as about 0.5 mm in diameter) can be reliably placed in the coronary artery. This is because it is smaller than that already used in catheterization. This diameter or width is therefore on the order of 5 mm to 1 cm. Preferably, the diameter or width is from about 0.5 mm to about 5 mm (such as about 1 mm, 2 mm, 3 mm, or 4 mm). When used in humans, the device is typically on the order of 40 cm or less in length (such as about 30 cm, 25 cm, or 15 cm), and when used in veterinary medicine, this length is the size of the animal to be treated. Depending on it, it can be much larger. For the treatment of human brain tumors, this length can be on the order of 40 cm.

ここで図17Aを参照すると、カテーテル100は、長尺な部材102、通常は、管状ポリマー押出成形品を備え、展開可能な弓形電極配達構造104を含む。この構造は、管102のなかへ引き込むことによって畳むことができ、又は、図17Aに示すように、管から離れて前進させることによって展開することができる。部分的に又は完全に絶縁された電極配列106を弓形支持体104の外側面に形成して、図17Bに示すように、下部食道Eの粘膜内壁Mの外周部に係合できるようにする。電極配列106を通って時変電界を適用したのち、弓形展開構造104を回転して、電極配列106が食道Eの粘膜壁の新たな区域に係合するようにしてもよい。図17CにおけるTR2に示すように、新たな領域が治療される。引き続き弓形展開構造106を回転することにより、食道の外周壁全体を治療してもよい。食道の連続した軸方向区域を同様に治療するため、カテーテル100を軸方向に再配置することできる。ここで、図17Dを参照すると、治療カテーテル120は、カテーテル100と同様であり、一対の展開可能な弓形構造122及び124が設けられてもよい。電極の部分的に/完全に絶縁された配列126を、展開可能な弓形構造の外側及び/又は内側の表面に形成してもよい。一対の展開構造122及び124を使用することにより、図17Aのカテーテル100と比較したとき、必要な総治療時間が短くなる。   Referring now to FIG. 17A, the catheter 100 includes an elongate member 102, typically a tubular polymer extrudate, and includes a deployable arcuate electrode delivery structure 104. FIG. This structure can be collapsed by retracting into the tube 102 or can be deployed by advancing away from the tube, as shown in FIG. 17A. A partially or fully insulated electrode array 106 is formed on the outer surface of the arcuate support 104 so that it can engage the outer periphery of the mucosal inner wall M of the lower esophagus E, as shown in FIG. After applying a time-varying electric field through the electrode array 106, the arcuate deployment structure 104 may be rotated so that the electrode array 106 engages a new area of the mucosal wall of the esophagus E. The new area is treated as indicated by TR2 in FIG. 17C. Subsequent rotation of the arcuate deployment structure 106 may treat the entire outer wall of the esophagus. Catheter 100 can be axially repositioned to treat consecutive axial sections of the esophagus as well. Referring now to FIG. 17D, the treatment catheter 120 is similar to the catheter 100 and a pair of deployable arcuate structures 122 and 124 may be provided. A partially / fully insulated array 126 of electrodes may be formed on the outer and / or inner surface of the deployable arcuate structure. Using a pair of deployment structures 122 and 124 reduces the total treatment time required when compared to the catheter 100 of FIG. 17A.

図17Eに示すように、膨張可能な式風船130を使用して、食道の粘膜壁を同様に順次治療してもよい。風船130の大部分はエラストマーから形成されているが、膨張不可の寸法的に安定した部分132が、風船の一部として形成され、固定され寸法的に安定したやり方で間隔を空けて、複数の部分的に又は完全に絶縁された電極134を担っている。したがって、エラストマー風船は、食道のなかで完全に膨らませて使用し、食道の外周部を治療してもよい。最初の治療が完了したのち、風船を所望の量だけ回転して使用し、次の外周部を治療してもよい。このような順次治療を、食道の外周全体が治療されるまで続ける。   As shown in FIG. 17E, an inflatable balloon 130 may be used to sequentially treat the mucosal wall of the esophagus as well. Although the majority of the balloon 130 is formed from an elastomer, a non-inflatable dimensionally stable portion 132 is formed as part of the balloon and spaced apart in a fixed and dimensionally stable manner. It carries a partially or fully insulated electrode 134. Therefore, the elastomeric balloon may be used by being completely inflated in the esophagus to treat the outer periphery of the esophagus. After the first treatment is completed, the balloon may be rotated by a desired amount and used to treat the next outer periphery. Such sequential treatment is continued until the entire circumference of the esophagus is treated.

更なる実施形態によれば、図18に例示したように、治療装置10は、長尺の軸22を含む。これは、可撓性があり得、医療提供者によって選択された任意の様々なやり方で、体内へ挿入されるよう構成されている。軸22は、(i)内視鏡的に、例えば食道14を通って、(ii)外科的に、又は(iii)他の手段で、配置してもよい。内視鏡(不図示)を使用する場合、軸22を内視鏡の内腔のなかに挿入し得る。又は、軸22を内視鏡の外側に配置し得る。その代わりとして、内視鏡を使用して、軸22が配置中に辿るべき経路を視覚化してもよい。加えて、内視鏡を除去したのち軸22を食道14のなかへ挿入し得る。   According to a further embodiment, as illustrated in FIG. 18, the treatment device 10 includes an elongate shaft 22. This can be flexible and is configured to be inserted into the body in any of a variety of ways selected by a healthcare provider. The shaft 22 may be placed (i) endoscopically, eg, through the esophagus 14, (ii) surgically, or (iii) by other means. When using an endoscope (not shown), the shaft 22 can be inserted into the lumen of the endoscope. Alternatively, the shaft 22 can be placed outside the endoscope. Alternatively, an endoscope may be used to visualize the path that the axis 22 should follow during placement. In addition, the shaft 22 can be inserted into the esophagus 14 after removing the endoscope.

エネルギー印加装置24を設けて、軸22の遠位端26に配置し、所望のとおりの電界適用のために適切なエネルギーを提供し得る。様々な実施形態において、エネルギー印加装置24は、本明細書の別の場所で記載したようなエネルギー源に結合される。これは、組織の所望の電気穿孔を提供するのに適切なレベルでエネルギー印加装置24を駆動する。一実施形態において、軸22は、ケーブルを含む。これは、電気的絶縁層に囲まれた複数の導体を包含し、エネルギー印加装置24が遠位端26に配置されている。位置決め及び膨張装置を軸に結合し得る。位置決め及び膨張装置は、配置される体腔、限定はしないが例示するなら食道、の壁に接触し拡張させるよう構成され、そのような大きさであり得る。位置決め及び膨張装置は、エネルギー印加装置24の異なる位置に存在し得る。これは、近位及び/又は遠位端、並びに側面を含むが、これに限定されない。   An energy applicator 24 may be provided and placed at the distal end 26 of the shaft 22 to provide the appropriate energy for the desired electric field application. In various embodiments, the energy applicator 24 is coupled to an energy source as described elsewhere herein. This drives the energy applicator 24 at a level appropriate to provide the desired electroporation of the tissue. In one embodiment, shaft 22 includes a cable. This includes a plurality of conductors surrounded by an electrically insulating layer, with an energy applicator 24 disposed at the distal end 26. A positioning and inflation device may be coupled to the shaft. The positioning and inflation device may be configured and sized to contact and expand the wall of the body cavity in which it is placed, including but not limited to the esophagus. The positioning and expansion device may be at different locations on the energy application device 24. This includes, but is not limited to, proximal and / or distal ends and sides.

エネルギー印加装置24は、組織部位の壁から制御された距離離れて、又はそれと直接接触して、支持され得る。これは、エネルギー印加装置24を拡張可能部材28に結合することで達成し得る。好適な拡張可能部材28には、風船、伸展性風船、テーパ形状を有する風船、籠、複数の支柱、巻上げ及び非巻上げ状態を有する拡張可能部材、一つ以上のばね、発泡体、ブラダ、拘束されていないとき拡張して拡張構成となる裏打ち材料などが含まれるが、これに限定されない。拡張可能部材28を利用して、組織部位で組織に移送されるエネルギーの量を調整し制御し得る。これは、食道壁とともに生じ得る。拡張可能部材28は、遠位端26から離れた地点で軸22の一部分に接合され得る。図18の任意の実施形態において、伝導性要素は、電界を印加するするため、部分的に又は完全に絶縁され得る。別の実施形態において、拡張可能部材28を利用して、電界エネルギーそれ自体を印加する。拡張可能部材は、種々の異なる材料から作製し得る。これには、ポリマー、エラストマー及び導電性粒子の混合物などの導電性エラストマーが含まれるが、これに限定されない。伸張不可のブラダは、完全に拡張した形態の形状及び大きさを有し、これは、組織に接触するのに適したやり方で伸張する。   The energy applicator 24 may be supported at a controlled distance from the wall of the tissue site or in direct contact therewith. This can be accomplished by coupling the energy applicator 24 to the expandable member 28. Suitable expandable members 28 include balloons, extensible balloons, tapered balloons, ridges, multiple struts, expandable members with rolled and unwound states, one or more springs, foams, bladders, restraints Including, but not limited to, a backing material that expands to an expanded configuration when not done. The expandable member 28 can be utilized to adjust and control the amount of energy transferred to the tissue at the tissue site. This can occur with the esophageal wall. The expandable member 28 can be joined to a portion of the shaft 22 at a point away from the distal end 26. In any of the embodiments of FIG. 18, the conductive elements can be partially or fully insulated to apply an electric field. In another embodiment, the expandable member 28 is utilized to apply the electric field energy itself. The expandable member can be made from a variety of different materials. This includes, but is not limited to, conductive elastomers such as mixtures of polymers, elastomers and conductive particles. Non-stretchable bladders have a fully expanded form shape and size that stretches in a manner suitable for contacting tissue.

別の実施形態において、導電性部材は、導電性材料(銅など)が表面に堆積した電気絶縁エラストマーから形成し得る。電極パターンを、その後、その材料のなかへエッチングし得る。そしてその後、導電性部材を風船の外側面に取り付け得る。その後、更に絶縁材料の部分的又は全体的被覆を、電気伝導材料の頂部に堆積し得る。一実施形態において、導電性部材は、風船28であり得、組織部位又は構造の拡張した(つぶれていない)内側内腔(ヒトの下部食道管など)の寸法に適合する形状に拡張可能な構成を有する。更に、この導電性部材は、複数の電極範囲セグメント30を含み得る。これは、絶縁材料によって部分的又は全体的に覆われている。   In another embodiment, the conductive member may be formed from an electrically insulating elastomer having a conductive material (such as copper) deposited on the surface. The electrode pattern can then be etched into the material. And then, the conductive member can be attached to the outer surface of the balloon. Thereafter, a further partial or total coating of insulating material may be deposited on top of the electrically conductive material. In one embodiment, the conductive member can be a balloon 28 and expandable to a shape that matches the size of the expanded (uncollapsed) inner lumen (such as the human lower esophageal canal) of a tissue site or structure Have Further, the conductive member can include a plurality of electrode range segments 30. This is partially or totally covered by an insulating material.

本開示の実施形態による更なる例示的な電極を図19A〜19Bに示す。電極装置の構成要素のいくつかには、ガイドワイヤ、先端、外側本体、コネクタ、風船、及び部分的に/完全に絶縁された伝導性ワイヤが含まれる。この実施形態に描写した構成は、直径が2mmであり、したがって、もっと大きい冠血管(右冠動脈又は左大動脈など)用に設計されている。これは、近位から中間の内腔径が、それぞれ約3.6及び4.3mmである。Dodge,J.T.,Jr.、B.G.Brown、E.L.Bolson及びH.T.Dodge「Lumen diameter of normal human coronary arteries, Influence of age, sex, anatomic variation, and left ventricular hypertrophy or dilation」Circulation、1992年、86(1)号、232〜46ページ参照。このような管は、代表的な再狭窄内腔径が約2.5mmであるかもしれない。Radke,P.W.、A.Kaiser、C.Frost及びU.Sigwart「Outcome after treatment of coronary in−stent restenosis− Results from a systematic review using meta−analysis techniques」European Heart Journal、2003年、24(3)号、266〜273ページ参照。   Further exemplary electrodes according to embodiments of the present disclosure are shown in FIGS. Some of the components of the electrode device include guide wires, tips, outer bodies, connectors, balloons, and partially / fully insulated conductive wires. The configuration depicted in this embodiment is 2 mm in diameter and is therefore designed for larger coronary vessels (such as the right or left aorta). This has proximal to intermediate lumen diameters of about 3.6 and 4.3 mm, respectively. Dodge, J .; T.A. , Jr. , B. G. Brown, E.I. L. Bolson and H.C. T.A. Dodge “Lumen diameter of normal human coronary arts, Inflation of age, sex, atomic variation, and left ventricular hypertropy ord. Such a tube may have a typical restenosis lumen diameter of about 2.5 mm. Radke, P.M. W. A. Kaiser, C.I. Frost and U.S. Sigwart “Outcome after treatment of coronary in-stent restenosis- Results from a systematic review using meta-analysis techniques, 27, 66, Europe 3 Hur.

最近の微細加工技法により、もっと小さい設計でさえ構築できる。これは、もっと小さい管(冠動脈の遠位部分及び枝など)を標的としてもよい。更に言うと、本開示の装置は、他の適用のため、大きくしてもよい。したがって、本発明の電極の外側本体の直径は、例えば、約0.1mmから約5cmまで及び得る。好ましくは、本発明の電極実施形態は、外径が、約0.5mmから5mmまで(約1mmから約3mmまでなど、約1.5mmから約2mmまでなど)、又は、約0.75mmから3cmまでに及ぶ。   Even smaller designs can be built with modern microfabrication techniques. This may target smaller tubes (such as distal portions and branches of the coronary arteries). Furthermore, the apparatus of the present disclosure may be enlarged for other applications. Accordingly, the diameter of the outer body of the electrode of the present invention can range, for example, from about 0.1 mm to about 5 cm. Preferably, electrode embodiments of the present invention have an outer diameter from about 0.5 mm to 5 mm (such as from about 1 mm to about 3 mm, such as from about 1.5 mm to about 2 mm), or from about 0.75 mm to 3 cm. Up to.

実施形態において、ガイドワイヤは、最も細い物理的構成要素であり、外科医を適切な管のなかへ導き入れるのに使用される。典型的ではないが、中空であり得る。これにより、典型的な血管内療法と同様、血管造影及び蛍光透視に使用される可溶性造影剤とともに使用してもよい。Schwartz,R.S.、J.G.Murphy、W.D.Edwards、A.R.Camrud、R.E.Vliestra及びD.R.Holmes「Restenosis after balloon angioplasty, A practical proliferative model in porcine coronary arteries」Circulation、1990年、82(6)号、2190〜200ページ参照。ガイドワイヤは、通常、風船の外側本体の直径より直径が小さい。   In an embodiment, the guide wire is the thinnest physical component and is used to guide the surgeon into the appropriate tube. Although not typical, it can be hollow. This may be used with soluble contrast agents used for angiography and fluoroscopy as well as typical endovascular therapy. Schwartz, R.A. S. J. et al. G. Murphy, W.M. D. Edwards, A.D. R. Camrud, R.A. E. Vliestra and D.C. R. See Holmes, “Restenosis after ballon angioplasty, Apractical proliferative model in porcine coronary artists” Circulation, 1990, 82 (6), 2190-200. The guide wire is usually smaller in diameter than the diameter of the outer body of the balloon.

ガイドワイヤ又はカテーテルは、そのために装置の他のすべての構成要素を配置する支持体を形成する。装置の先端と近位端との間のカテーテルの部分にわたって、膨張可能な風船が配置される。風船は、装置の遠位及び近位端でカテーテルに固定される。風船とカテーテルとの間の領域のなかに流体を提供する膨張機構が、また、設けられる。風船は、使用の間、任意の不活性流体(生理食塩水、造影流体、空気、又は更に、低電気伝導率のショ糖水溶液など)で膨らまされ得る。電気伝導ワイヤが風船の内側に(風船とカテーテルとの間に)配置され、内腔のなかに(風船内部に)高伝導性流体が存在する実施形態において、電流の流れは、ワイヤを通るより優先的に流体を通り、それにより、もっと拡散した電界が得られるかもしれない。好ましい実施形態において、低伝導率の緩衝材が、風船を膨らませて、もっと正確に標的組織を治療するための流体として好ましい。   The guide wire or catheter forms a support for which all other components of the device are placed. An inflatable balloon is placed over the portion of the catheter between the tip and proximal end of the device. The balloon is secured to the catheter at the distal and proximal ends of the device. An inflation mechanism is also provided that provides fluid in the region between the balloon and the catheter. The balloon can be inflated with any inert fluid (such as saline, contrast fluid, air, or even a low electrical conductivity aqueous sucrose solution) during use. In embodiments where an electrically conductive wire is placed inside the balloon (between the balloon and the catheter) and there is a highly conductive fluid in the lumen (inside the balloon), the current flow is more than through the wire. It may preferentially pass through the fluid and thereby obtain a more diffused electric field. In a preferred embodiment, a low conductivity buffer is preferred as a fluid for inflating the balloon and treating the target tissue more accurately.

完全に/部分的に絶縁された伝導性ワイヤ又は電極は、時変電圧波形を印加して、電気パルス発生器からの電界標的組織を適用することができる。装置の使用中、ワイヤ/電極の近位端は、パルス発生器と動作可能に連通する。ワイヤは、パルス発生器に直接結線し得る。又は、好ましい実施形態において、電極は、汎用コネクタ(又は他の接続構造)を備え、操作可能に接続するやり方で、電気伝導ワイヤ/電極を電気パルス発生器に固定する。電極が、一緒に使用したいパルス発生器で利用可能な出力の数より多い数の電気伝導ワイヤを有する場合、電極及び又はパルス発生器は、互いに動作可能に協働するために改造し又は改変し得る。実施形態において、パルス発生器に出力(例えば6出力)があるよりも多くの伝導性ワイヤ(例えば8本)が電極にある場合、本発明のシステムは、電極−発生器インタフェースを備え得る。これは、発生器と協働して、全体の流れのなかの所与のパルスセットについてどのワイヤを活性化するかを切り替える。より具体的には、インタフェースは、8電極システムのためにワイヤ4と8との間で切り替えるスイッチを備え得る。これらのワイヤは、180度離れて同時に通電される可能性が低いからである。治療のためのインタフェースの動作の他の例が、基本的に同時に2つのパルスの対を用い、システムは、出力で8本のワイヤすべてに接続する一方、発生器から受け取る正及び負の入力だけを有し得る。ここで、対1−2から2−3などを自動的に切り替え、発生器の正及び負の出力(ポート1及び2)は、パルスセット1を(例えば)2000V(ワイヤ1〜2)で変化させ、その後、二番目に1500V(ワイヤ2〜3)まで変化させる。   A fully / partially insulated conductive wire or electrode can apply a time-varying voltage waveform to apply electric field target tissue from an electrical pulse generator. During use of the device, the proximal end of the wire / electrode is in operative communication with the pulse generator. The wire can be connected directly to the pulse generator. Alternatively, in a preferred embodiment, the electrode comprises a universal connector (or other connection structure) to secure the electrically conductive wire / electrode to the electrical pulse generator in an operatively connected manner. If the electrode has a greater number of electrically conductive wires than the number of outputs available on the pulse generator that it wants to use together, the electrode and / or pulse generator can be modified or modified to operably cooperate with each other. obtain. In embodiments, if there are more conductive wires (eg, 8) on the electrode than there are outputs (eg, 6 outputs) on the pulse generator, the system of the present invention may comprise an electrode-generator interface. This works with the generator to switch which wire is activated for a given set of pulses in the overall flow. More specifically, the interface may comprise a switch that switches between wires 4 and 8 for an 8-electrode system. This is because these wires are unlikely to be energized simultaneously 180 degrees apart. Another example of the operation of the therapeutic interface is basically using two pairs of pulses at the same time, the system connects to all eight wires at the output while only receiving positive and negative inputs from the generator Can have. Here, the pair 1-2 to 2-3 etc. are automatically switched, and the positive and negative outputs (ports 1 and 2) of the generator change the pulse set 1 at 2000V (wires 1-2) (for example) Then, the voltage is changed to 1500 V (wires 2 to 3) second.

この実施形態において、電気伝導ワイヤは長尺であり、風船の長さに沿って配置される。ワイヤは、互いから選択された距離だけ離れて、電極の外周の周りに配置される。図19A〜19Bにおいて、風船の周りに円周状に間隔を空けて配置された八つの電気伝導ワイヤ/電極がある。電気伝導ワイヤ/電極の遠位端及び近位端は、相対的に厚い外側絶縁本体によって保護され又は覆われる一方、対象解剖学的領域に対向して配置すべきワイヤ/電極の中間部分は、比較的薄い絶縁層を含み、又は部分的に絶縁されず使用時に雰囲気又は管壁に直接曝される。   In this embodiment, the electrically conductive wire is long and is placed along the length of the balloon. The wires are placed around the circumference of the electrode at a selected distance from each other. 19A-19B, there are eight electrically conductive wires / electrodes spaced circumferentially around the balloon. The distal and proximal ends of the electrically conductive wire / electrode are protected or covered by a relatively thick outer insulating body, while the middle portion of the wire / electrode to be placed against the target anatomical region is It contains a relatively thin insulating layer or is not partially insulated and is directly exposed to the atmosphere or tube wall in use.

風船の先端は、好ましくは、円錐状遠位端を含み、管腔を通って容易に前進できるようにする。円錐状遠位端は、好ましくは、装置の外側本体の一部から形成され、又は、それと動作可能に連通している。装置の外側本体は、絶縁性の容器であり、装置の構成要素を保護し、電気伝導ワイヤの露出量を制御する。装置の外側本体の別の部分は、電極の近位端に配置された近位側の容器を提供する。実施形態において、外側本体の遠位及び近位側の容器又は部分の間に間隙又は分離距離がある。電極のこの間隙すなわち非保護範囲は、電気伝導ワイヤを雰囲気に曝す。   The tip of the balloon preferably includes a conical distal end so that it can be easily advanced through the lumen. The conical distal end is preferably formed from, or in operative communication with, a portion of the outer body of the device. The outer body of the device is an insulative container that protects the components of the device and controls the exposure of the electrically conductive wires. Another part of the outer body of the device provides a proximal container disposed at the proximal end of the electrode. In embodiments, there is a gap or separation distance between the containers or portions distal and proximal of the outer body. This gap or unprotected area of the electrode exposes the electrically conductive wire to the atmosphere.

コネクタが、風船の近位側に配置される。コネクタは中空であり、ガイドワイヤに対して移動でき、内部室を有する。これは、風船カテーテルの近位端に戻る経路すべてに延び、流体(生理的食塩水又は空気又は低電気伝導率のショ糖水溶液など)を運搬し得る。   A connector is disposed on the proximal side of the balloon. The connector is hollow and can move relative to the guide wire and has an internal chamber. This extends all the way back to the proximal end of the balloon catheter and can carry fluid (such as saline or air or a low electrical conductivity sucrose solution).

風船は、コネクタに取り付けられる。本体/コネクタアセンブリを貫いて走るのは、8本の伝導性35ゲージワイヤ(0.15mm)の配列である。これらのワイヤは、電極装置全体を通して高絶縁性風船に到るまで絶縁され、その後、露出される。実施形態において、伝導性ワイヤは、コネクタの近位部分に取り付け得るが、遠位端は、自由であり、先端の容器のなかに閉じ込められる。これにより、風船の膨張に伴ってワイヤを自由に拡張できる。他の実施形態において、ワイヤは、風船の表面に取り付けられ得、及び/又は、ワイヤの遠位端が、先端又は遠位外側本体又は電極のコネクタの遠位部分に取り付けられる。   The balloon is attached to the connector. Running through the body / connector assembly is an array of eight conductive 35 gauge wires (0.15 mm). These wires are insulated through the entire electrode device until they reach a highly insulating balloon and are then exposed. In embodiments, a conductive wire may be attached to the proximal portion of the connector, but the distal end is free and confined within the tip container. Thereby, a wire can be freely expanded with expansion | swelling of a balloon. In other embodiments, the wire may be attached to the surface of the balloon and / or the distal end of the wire is attached to the distal portion of the tip or distal outer body or electrode connector.

したがって、いくつかの例示的な実施形態において、本開示は以下を提供する。
1.動物又は人体の生体組織のなかで時変電界を発生させる方法。電界の時間変動は、パルスの形態をとる。これは、立上り及び立下り時間が約1〜100マイクロ秒の間持続し、約2〜200マイクロ秒の間(又はその間の任意の1マイクロ秒単位)持続し、ピークの大きさが100〜100,000V/cm(又はその間の任意の1.0V/cm単位)である。およそ同じ持続期間のパルス状又は発振電圧が、伝導性電極の間に適用される。少なくとも一つの電極が組織の近くに配置され、電極から組織のなかへ流れる導通電流が、電極を囲む誘電絶縁体の存在により、実質的に低減され又は防止される。対象解剖学的領域における組織のなかの電界のピーク値は、電圧変動率、及び、電気信号発生器によって課されるピーク電圧によって制御される。電流制限障壁層が、少なくとも一つの電極と対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成される。
Accordingly, in some exemplary embodiments, the present disclosure provides:
1. A method of generating a time-varying electric field in a living tissue of an animal or a human body. The time variation of the electric field takes the form of a pulse. This is a rise and fall time lasting between about 1 and 100 microseconds, lasting between about 2 and 200 microseconds (or any 1 microsecond unit in between), with a peak size of 100-100. , 000 V / cm (or any 1.0 V / cm unit in between). A pulsed or oscillating voltage of approximately the same duration is applied between the conductive electrodes. At least one electrode is placed near the tissue and conduction current flowing from the electrode into the tissue is substantially reduced or prevented by the presence of a dielectric insulator surrounding the electrode. The peak value of the electric field in the tissue in the target anatomical region is controlled by the rate of voltage variation and the peak voltage imposed by the electrical signal generator. A current limiting barrier layer is configured to be disposed between the at least one electrode and the target anatomical region.

2.動物又は人体の生体組織のなかで時変電界を発生させる方法。電界の時間変動は、パルスの形態をとる。これは、立上り及び立下り時間が約1〜100ナノ秒の間持続し、約2〜200ナノ秒の間(又はその間の任意の1ナノ秒単位)持続し、ピークの大きさが100〜100,000V/cmの間(又はその間の任意の1.0V/cm単位)である。およそ同じ持続期間のパルス状又は発振電圧が、伝導性電極の間に適用される。少なくとも一つの電極が組織の近くに配置され、電極から組織のなかへ流れる導通電流が、電極を囲む誘電絶縁体の存在により、実質的に低減され又は防止される。対象解剖学的領域における組織のなかの電界のピーク値は、電圧変動率、及び、電気信号発生器によって課されるピーク電圧によって制御される。電流制限障壁層が、少なくとも一つの電極と対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成される。   2. A method of generating a time-varying electric field in a living tissue of an animal or a human body. The time variation of the electric field takes the form of a pulse. This is a rise and fall time lasting between about 1 and 100 nanoseconds, lasting between about 2 and 200 nanoseconds (or any 1 nanosecond unit in between), with a peak size of 100-100. , 000 V / cm (or any 1.0 V / cm unit therebetween). A pulsed or oscillating voltage of approximately the same duration is applied between the conductive electrodes. At least one electrode is placed near the tissue and conduction current flowing from the electrode into the tissue is substantially reduced or prevented by the presence of a dielectric insulator surrounding the electrode. The peak value of the electric field in the tissue in the target anatomical region is controlled by the rate of voltage variation and the peak voltage imposed by the electrical signal generator. A current limiting barrier layer is configured to be disposed between the at least one electrode and the target anatomical region.

3.動物又は人体の生体組織のなかで時変電界を発生させる装置。電界の時間変動は、パルスの形態をとる。これは、立上り及び立下り時間が約1〜100マイクロ秒の間(又はその間の任意の1マイクロ秒単位)持続し、約2〜200マイクロ秒の間持続し、ピークの大きさが100〜100,000V/cm(又はその間の任意の1.0V/cm単位)である。およそ同じ持続期間のパルス状又は発振電圧が、伝導性電極の間に適用される。少なくとも一つの電極が組織の近くに配置され、電極から組織のなかへ流れる導通電流が、電極を囲む誘電絶縁体の存在により、実質的に低減され又は防止される。対象解剖学的領域における組織のなかの電界のピーク値は、電圧変動率、及び、電気信号発生器によって課されるピーク電圧によって制御される。電流制限障壁層が、少なくとも一つの電極と対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成される。   3. A device that generates a time-varying electric field in a living tissue of an animal or a human body. The time variation of the electric field takes the form of a pulse. This is a rise and fall time lasting between about 1 and 100 microseconds (or any 1 microsecond unit therebetween), lasting between about 2 and 200 microseconds, with a peak size of 100-100. , 000 V / cm (or any 1.0 V / cm unit in between). A pulsed or oscillating voltage of approximately the same duration is applied between the conductive electrodes. At least one electrode is placed near the tissue and conduction current flowing from the electrode into the tissue is substantially reduced or prevented by the presence of a dielectric insulator surrounding the electrode. The peak value of the electric field in the tissue in the target anatomical region is controlled by the rate of voltage variation and the peak voltage imposed by the electrical signal generator. A current limiting barrier layer is configured to be disposed between the at least one electrode and the target anatomical region.

4.動物又は人体の生体組織のなかで時変電界を発生させる装置。電界の時間変動は、パルスの形態をとる。これは、立上り及び立下り時間が約1〜1000ナノ秒の間(又はその間の任意の1ナノ秒単位)持続し、約2〜2000ナノ秒の間持続し、ピークの大きさが100〜100,000V/cmの間(又はその間の任意の1.0V/cm単位)である。およそ同じ持続期間のパルス状又は発振電圧が、伝導性電極の間に適用される。少なくとも一つの電極が組織の近くに配置され、電極から組織のなかへ流れる導通電流が、電極を囲む誘電絶縁体の存在により、実質的に低減され又は防止される。対象解剖学的領域における組織のなかの電界のピーク値は、電圧変動率、及び、電気信号発生器によって課されるピーク電圧によって制御される。電流制限障壁層が、少なくとも一つの電極と対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成される。   4). A device that generates a time-varying electric field in a living tissue of an animal or a human body. The time variation of the electric field takes the form of a pulse. This is a rise and fall time lasting between about 1-1000 nanoseconds (or any 1 nanosecond unit therebetween), lasting between about 2-2000 nanoseconds, with a peak size of 100-100 , 000 V / cm (or any 1.0 V / cm unit therebetween). A pulsed or oscillating voltage of approximately the same duration is applied between the conductive electrodes. At least one electrode is placed near the tissue and conduction current flowing from the electrode into the tissue is substantially reduced or prevented by the presence of a dielectric insulator surrounding the electrode. The peak value of the electric field in the tissue in the target anatomical region is controlled by the rate of voltage variation and the peak voltage imposed by the electrical signal generator. A current limiting barrier layer is configured to be disposed between the at least one electrode and the target anatomical region.

本開示の原理、態様及び実施形態を列挙する本明細書におけるすべての記述(加えて、その具体例)は、その構造的及び機能的等価物を包含することを意図している。更に、このような等価物は、現時点で既知の等価物も含むことを意図している。もちろん、将来開発される等価物、すなわち、構造に関わらず同じ機能を実現するよう開発される任意の要素も両方とも含む。   All statements herein (in addition to specific examples) that enumerate the principles, aspects, and embodiments of the present disclosure are intended to include structural and functional equivalents thereof. Moreover, such equivalents are intended to include currently known equivalents. Of course, it includes both equivalents that will be developed in the future, that is, any elements that are developed to achieve the same function regardless of structure.

回路及び方法ステップ及びの本明細書における記載は、開示する実施形態の原理を具体化する例示的な回路及びソフトウェアの概念的実施形態を表す。したがって、本明細書に示し記載した様々な要素の機能は、専用のハードウェアを通して提供してもよい。もちろん、本明細書にしたがう適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行できるハードウェアでもよい。   Descriptions herein of circuits and method steps represent conceptual embodiments of exemplary circuits and software that embody the principles of the disclosed embodiments. Accordingly, the functionality of the various elements shown and described herein may be provided through dedicated hardware. Of course, it may be hardware capable of executing software in connection with appropriate software according to this specification.

本明細書の開示において、特定の機能を実現する手段として表される任意の要素は、その機能を実現するすべてのやり方を包含することを意図している。これには、例えば、a)その機能を実現する回路要素及び関連するハードウェアの組合せ、又は、b)本明細書に示す任意の形態(したがって、ファームウェア、マイクロコードなどを含む)のソフトウェアを、その機能を実現するのに適した、そのソフトウェアを実行する回路と組み合わせたものが含まれる。本出願人は、したがって、これらの機能を提供できるすべての手段を、本明細書に示したものと等価であると考える。   In this disclosure, any element expressed as a means of realizing a particular function is intended to encompass all ways of realizing that function. This may include, for example, a) a combination of circuit elements that implement the function and associated hardware, or b) software in any form shown herein (and thus including firmware, microcode, etc.) It includes a combination with a circuit that executes the software, suitable for realizing the function. Applicant therefore regards any means that can provide those functionalities as equivalent to those shown herein.

同様に、本明細書に記載したシステム及び処理フローは、様々な処理を表すことが理解される。これは、コンピュータ可読媒体のなかに実質的に表現され、コンピュータ又は処理装置によって(このようなコンピュータ又は処理装置が明示的に示されていようといまいと)そのように実行されてもよい。更に、様々な処理が、処理及び/又は他の機能を表すだけでなく、その代わりとして、こうした処理又は機能を実行するプログラムコードのブロックとしても理解され得る。   Similarly, it is understood that the systems and process flows described herein represent various processes. This is substantially represented in a computer readable medium and may be performed as such by a computer or processing device (whether or not such computer or processing device is explicitly indicated). Further, various processes may be understood not only as representing processes and / or other functions, but instead as blocks of program code that perform such processes or functions.

なかでも、上述し、図面に示したような、本開示の方法、システム、コンピュータプログラム及び可搬装置は、治療処置を実行するための改善された方法、システム及び機械可読プログラムを提供する。当業者に明らかなように、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、本開示の装置、方法、ソフトウェアプログラム及び可搬装置において、様々な改変及び変形をなし得る。したがって、本開示は、主題の開示及び等価物の範囲のなかにおける改変及び変形を含むことを意図している。本明細書で参照したすべての文献は、あらゆる目的のため、参照により本明細書に全体として明示的に組み込まれる。   Among other things, the methods, systems, computer programs and portable devices of the present disclosure, as described above and illustrated in the drawings, provide improved methods, systems and machine readable programs for performing therapeutic procedures. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the devices, methods, software programs and portable devices of the present disclosure without departing from the spirit or scope of the disclosure. Accordingly, this disclosure is intended to include modifications and variations within the scope of subject disclosure and equivalents. All documents referred to herein are expressly incorporated herein by reference in their entirety for all purposes.

Claims (22)

生体組織の領域を治療するシステムであって、
a)複数のパルスを有する時変電界を発生させるよう構成された電気信号発生器を備え、前記複数のパルスは、それぞれ、立上り及び立下り時間が〜100マイクロ秒の間持続し、2〜200マイクロ秒の間の持続期間の間持続
b)対象解剖学的領域に近接して配置されて前記時変電界を前記対象解剖学的領域に印加するよう構成された少なくとも一つの電極を備え、前記電界は、ピークの大きさが00〜100,000V/cm間であり、前記対象解剖学的領域における組織のなかでの前記電界のーク値は、電圧変動率、及び、前記電気信号発生器によって課されるピーク電圧によって制御され
c)前記少なくとも一つの電極と前記対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成された電流制限障壁層備える、
システム。
A system for treating a region of biological tissue,
with an electric signal generator configured to generate a substation field when having a) a plurality of pulses, said plurality of pulses, respectively, the rise and fall time lasts between 1 to 100 microsecond, 2 200 persisted for the duration of between microseconds,
b) is arranged close to the target anatomical region comprising at least one electrode configured to apply the time-substation field to the subject anatomical region, said electric field, the magnitude of the peak 1 00 It is between ~100,000V / cm, peak value of the electric field among the tissue in the subject anatomical region, voltage regulation, and, by the peak voltage imposed by the electrical signal generator Controlled ,
c) a current limiting barrier layer configured to be disposed between said at least one electrode the subject anatomical region,
system.
生体組織の領域を治療するシステムであって、
a)複数のパルスを有する時変電界を発生させるよう構成された電気信号発生器を備え、前記複数のパルスは、それぞれ、立上り及び立下り時間が〜1000ナノ秒の間持続し、2〜2000ナノ秒の間の持続期間の間持続
b)対象解剖学的領域に近接して配置されて前記時変電界を前記対象解剖学的領域に印加するよう構成された少なくとも一つの電極を備え、前記電界は、ピークの大きさが00〜100,000V/cmの間であり、前記対象解剖学的領域における組織のなかでの前記電界のーク値は、電圧変動率、及び、前記電気信号発生器によって課されるピーク電圧によって制御され
c)前記少なくとも一つの電極と前記対象解剖学的領域との間に配置されるよう構成された電流制限障壁層備える、
システム。
A system for treating a region of biological tissue,
with an electric signal generator configured to generate a substation field when having a) a plurality of pulses, said plurality of pulses, respectively, the rise and fall time lasts between 1 to 1000 nanoseconds, 2 2000 and lasts for a duration of between nanoseconds,
b) is arranged close to the target anatomical region comprising at least one electrode configured to apply the time-substation field to the subject anatomical region, said electric field, the magnitude of the peak 1 00 It is between ~100,000V / cm, peak value of the electric field among the tissue in the subject anatomical region, voltage regulation, and, by the peak voltage imposed by the electrical signal generator Controlled ,
c) a current limiting barrier layer configured to be disposed between said at least one electrode the subject anatomical region,
system.
請求項1又は2のシステムにおいて、
前記電流制限障壁層は、前記生体組織を通る導通電流を防ぐよう構成されている、
システム。
The system of claim 1 or 2,
The current limiting barrier layer is configured to prevent conduction current through the biological tissue;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記電流制限障壁は、厚さが〜2000マイクロメートルの間である絶縁材料を含む、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The current limiting barrier layer comprises an insulating material having a thickness between 1 and 2000 micrometers;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記電流制限障壁は、気体充填間隙を含み、前記気体充填間隙を横切る前記電界が前記気体充填間隙のなかの気体のイオン化閾値を超えたときそこを通って電流を導通し始める、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The current limiting barrier layer includes a gas fill gap and begins to conduct current therethrough when the electric field across the gas fill gap exceeds a gas ionization threshold in the gas fill gap;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記電流制限障壁は、イオン伝導性の液体又はポリマーを含む、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The current limiting barrier layer comprises an ion conductive liquid or polymer,
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、電界を前記対象解剖学的領域に適用するよう構成され、これは、前記対象解剖学的領域のなかで前記電極に対して主に垂直な方向に向けられる、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode is configured to apply an electric field to the target anatomical region, which is oriented in a direction that is primarily perpendicular to the electrode within the target anatomical region;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、電界を前記対象解剖学的領域に適用するよう構成され、これは、前記対象解剖学的領域のなかで前記電極に対して主に接する方向に向けられる、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode is configured to apply an electric field to the target anatomical region, which is oriented in a direction that is primarily in contact with the electrode within the target anatomical region;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、選択的に膨張して前記少なくとも一つの電極を前記対象解剖学的領域に近接させることができる膨張可能部材の表面に近接して形成されている、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode is formed proximate to a surface of an inflatable member that can be selectively expanded to bring the at least one electrode into proximity with the target anatomical region;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、パターン形成され、前記パターン形成は、露出した導体と絶縁材料とが交互にある領域、又は、厚さの異なる絶縁材料が交互にある領域によって画定されている、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode is patterned, the patterning being defined by regions of alternating exposed conductors and insulating materials, or regions of alternating insulating materials of different thicknesses;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、可撓性がある、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode is flexible;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、弾性がある、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode is elastic;
system.
請求項1乃至3いずれかのシステムにおいて、
前記少なくとも一つの電極は、中心軸を囲む複数の長尺導体を含み、これは、前記中心軸から放射状外側へ向けて展開できる、
システム。
The system according to any one of claims 1 to 3 ,
The at least one electrode includes a plurality of elongated conductors surrounding a central axis, which can be deployed radially outward from the central axis.
system.
請求項13のシステムにおいて、
前記複数の長尺導体は、実質的にそれらの全長に沿った絶縁層を含む、
システム。
The system of claim 13 , wherein
The plurality of elongated conductors includes an insulating layer substantially along their entire length,
system.
請求項14のシステムにおいて、
前記絶縁層の厚さは、前記複数の長尺導体の長さに沿って変化する、
システム。
15. The system of claim 14 , wherein
The thickness of the insulating layer varies along the length of the plurality of long conductors.
system.
請求項15のシステムにおいて、
前記絶縁層の厚さは、前記対象解剖学的領域に近接して配置されるよう構成された、前記複数の長尺導体の部分に沿って、小さくなっている、
システム。
The system of claim 15 , wherein
A thickness of the insulating layer is reduced along a portion of the plurality of elongated conductors configured to be disposed proximate to the target anatomical region;
system.
請求項13のシステムにおいて、
前記複数の長尺導体は、前記対象解剖学的領域に近接して配置されるよう構成された、前記複数の長尺導体の部分に沿って、部分的に絶縁されている、
システム。
The system of claim 13 , wherein
The plurality of elongated conductors are partially insulated along portions of the plurality of elongated conductors configured to be disposed proximate to the target anatomical region,
system.
請求項1〜15のいずれかに記載のシステムを使用して、ヒト以外の動物の上又は中にある前記対象解剖学的領域に電界を適用することを含む、方法。 16. A method comprising applying an electric field to the target anatomical region on or in a non-human animal using the system according to any of claims 1-15 . 請求項18の方法において、
前記対象解剖学的領域は、分の一秒と時間との間の時間、前記電界に曝される、
方法。
The method of claim 18 , wherein
The target anatomical region, time between one second and one hour of ten minutes, exposed to the electric field,
Method.
請求項18の方法において、
前記対象解剖学的領域は、秒と十分との間の時間、前記電界に曝される、
方法。
The method of claim 18 , wherein
The target anatomical region, time between five seconds and secondary sufficiently exposed to the electric field,
Method.
請求項18の方法において、
前記対象解剖学的領域は、十秒と分との間の時間、前記電界に曝される、
方法。
The method of claim 18 , wherein
The target anatomical region, time between thirty seconds and ten minutes, exposed to the electric field,
Method.
請求項18の方法において、
前記対象解剖学的領域は、分と分との間の時間、前記電界に曝される、
方法。
The method of claim 18 , wherein
The subject anatomical region is exposed to the electric field for a time between three and seven minutes;
Method.
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