RU2776694C1

RU2776694C1 - Virtually closed electrodes for an ire pulse generator

Info

Publication number: RU2776694C1
Application number: RU2021108434A
Authority: RU
Inventors: Андрес Клаудио АЛЬТМАНН; Ассаф ГОВАРИ; Юрий ШАМИС
Original assignee: Байосенс Вебстер (Изрэйл) Лтд.
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2022-07-25

Abstract

FIELD: medical equipment.

SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine, namely, to a medical apparatus for irreversible electroporation and to a method for treatment using irreversible electroporation. Apparatus comprises a probe, an electrical signal generator, and a controller. The probe comprises an insertable tube and a distal node. The tube is configured to be inserted into a body cavity of the patient. The node is distally connected with the insertable tube and comprises electrodes. The electrodes are configured to be brought into contact with tissue inside the body cavity. The electrical signal generator is configured to supply biphase electrical pulses simultaneously to a group of two or more electrodes with energy sufficient to conduct irreversible electroporation of the tissue in contact with the electrodes of the group. When implementing the method, a probe is provided to be inserted into the body cavity of the patient. Biphase electrical pulses are supplied simultaneously to a group of two or more electrodes with energy. The time-varying voltage differences between the electrodes of the group are measured using the controller, and the biphase electrical pulses supplied to the electrodes of the group are adjusted so that the voltage differences do not exceed a preset threshold value while the biphase electrical pulses are supplied. The adjustment of the phase of the biphase electrical pulses therein involves compensating the phase shift between the corresponding voltage signals measured on pairs of electrodes of the group, and the amplitude of biphase electrical pulses is adjusted so as to compensate for differences in the corresponding peak voltages measured on pairs of electrodes of the group. Due to the specifics of adjusting the electrical impulses, the grouping of adjacent electrodes is ensured such as to create a section of effective electroporation with a larger area than one electrode.

EFFECT: ensured treatment using irreversible electropolation.

10 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Область применения изобретенияScope of the invention

Настоящее изобретение по существу относится к медицинскому оборудованию и, в частности, к устройству и способам для необратимой электропорации физиологических тканей.The present invention essentially relates to medical equipment and, in particular, to a device and methods for the irreversible electroporation of physiological tissues.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

Необратимая электропорация (IRE) представляет собой способ абляции мягких тканей, которая предполагает приложение коротких импульсов сильных электрических полей для создания постоянных и, следовательно, летальных нанопор в клеточной мембране с нарушением, таким образом, клеточного гомеостаза (внутренних физических и химических условий). Гибель клеток в результате осуществления IRE является следствием апоптоза (запрограммированной гибели клетки), а не некроза (повреждения клетки, которое приводит к разрушению клетки под действием ее собственных ферментов), как и во всех остальных способах термической или радиационной абляции. IRE обычно используют для абляции опухоли в областях, в которых важны точность и сохранение внеклеточного матрикса, кровотока и нервов.Irreversible electroporation (IRE) is a soft tissue ablation technique that involves the application of short pulses of strong electric fields to create permanent and therefore lethal nanopores in the cell membrane, thus disrupting cellular homeostasis (internal physical and chemical conditions). Cell death resulting from IRE is due to apoptosis (programmed cell death) and not necrosis (damage to the cell, which leads to the destruction of the cell by its own enzymes), as in all other methods of thermal or radiation ablation. IRE is commonly used to ablate tumors in areas where precision and preservation of extracellular matrix, blood flow, and nerves are important.

В публикации заявки на патент США № 2010/0125315 описаны способ и система проведения терапии у пациента с имлантированным массивом электродов. Стимулирующий электрический ток протекает от по меньшей мере двух электродов к по меньшей мере одному из электродов по меньшей мере по двум электрическим путям через ткань пациента, и стимулирующий электрический ток перемещается между электрическими путями путем активной регулирования одного или более конечных электрических сопротивлений, ассоциированных с одним или более электрическими путями соответственно.US Patent Application Publication No. 2010/0125315 describes a method and system for delivering therapy to a patient with an implanted electrode array. A stimulating electrical current flows from at least two electrodes to at least one of the electrodes in at least two electrical paths through the patient's tissue, and the stimulating electrical current moves between the electrical paths by actively regulating one or more end electrical resistances associated with one or more more electrically, respectively.

Изложение сущности изобретенияStatement of the Invention

В вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных в настоящем документе, предложены улучшенные устройство и способы для необратимой электропорации тканей тела.The embodiments of the present invention described herein provide improved apparatus and methods for the irreversible electroporation of body tissues.

Таким образом, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предложено медицинское устройство, содержащее зонд, который содержит вводимую трубку, выполненную с возможностью введения в полость тела пациента, и дистальный узел, который соединен с вводимой трубкой в дистальном направлении и включает множество электродов, которые выполнены с возможностью приведения их в контакт с тканью внутри полости тела. Генератор электрических сигналов выполнен с возможностью подачи бифазных электрических импульсов одновременно к по меньшей мере одной группе из двух или более электродов с энергией, достаточной для проведения необратимой электропорации ткани, находящейся в контакте с электродами по меньшей мере одной группы. Контроллер подключен для измерения изменяющихся во времени разностей напряжений между электродами по меньшей мере одной группы и для регулирования бифазных электрических импульсов, подаваемых к электродам по меньшей мере одной группы, таким образом, чтобы разности напряжений не превышали заранее заданного порогового значения в любой момент во время подачи бифазных электрических импульсов.Thus, in accordance with an embodiment of the present invention, it is proposed a medical device comprising a probe that includes an insertion tube configured to be inserted into a patient's body cavity and a distal assembly that is connected to the insertion tube in a distal direction and includes a plurality of electrodes that are configured to bring them into contact with tissue within the body cavity . The electrical signal generator is configured to supply biphasic electrical pulses simultaneously to at least one group of two or more electrodes with energy sufficient to conduct irreversible electroporation of the tissue in contact with the electrodes of at least one group. The controller is connected to measure time-varying voltage differences between the electrodes of at least one group and to regulate the biphasic electrical pulses applied to the electrodes of at least one group so that the voltage differences do not exceed a predetermined threshold value at any time during application. biphasic electrical impulses.

В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью регулирования амплитуды бифазных электрических импульсов таким образом, чтобы компенсировать различия в соответствующих пиковых напряжениях, измеряемых на любой паре электродов по меньшей мере одной группы. В одном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью регулирования фазы бифазных электрических импульсов таким образом, чтобы компенсировать сдвиг фазы между соответствующими сигналами напряжений, измеряемых на любой паре электродов по меньшей мере одной группы.In some embodiments, the controller is configured to adjust the amplitude of the biphasic electrical pulses so as to compensate for differences in respective peak voltages measured across any pair of electrodes in at least one group. In one embodiment, the controller is configured to adjust the phase of the biphasic electrical pulses so as to compensate for the phase shift between the respective voltage signals measured at any pair of electrodes in at least one group.

В дополнительном варианте осуществления дистальный узел включает баллон, который соединен с вводимой трубкой в дистальном направлении и выполнен с возможностью его раздутия внутри полости тела с помощью жидкости, которая поступает в баллон через вводимую трубку.In a further embodiment, the distal assembly includes a balloon that is distally coupled to the insertion tube and configured to be inflated within a body cavity by fluid that enters the balloon through the insertion tube.

В дополнительном варианте осуществления устройство включает общий электрод, выполненный с возможностью его закрепления на теле пациента таким образом, чтобы бифазные электрические импульсы проходили через тело от множества электродов к общему электроду и тем самым осуществляли необратимую электропорацию ткани в униполярном режиме.In an additional embodiment, the device includes a common electrode, configured to be attached to the patient's body so that biphasic electrical impulses pass through the body from a plurality of electrodes to a common electrode and thereby perform irreversible electroporation of tissue in a unipolar mode.

В еще одном варианте осуществления по меньшей мере одна группа включает первую и вторую группу, причем бифазные электрические импульсы подают в биполярном режиме между электродами в первой группе и электродами во второй группе, при этом контроллер подключен для измерения изменяющихся во времени разностей напряжений между электродами в первой и второй группах и для регулирования бифазных электрических импульсов, подаваемых к электродам в первой и второй группах, таким образом, чтобы разности напряжений между электродами первой и второй групп включали заранее заданную серию бифазных электрических импульсов.In yet another embodiment, at least one group includes a first and a second group, wherein biphasic electrical pulses are applied in a bipolar mode between electrodes in the first group and electrodes in the second group, with a controller connected to measure time-varying voltage differences between the electrodes in the first and the second groups, and for adjusting the biphasic electrical pulses applied to the electrodes in the first and second groups so that the voltage differences between the electrodes of the first and second groups include a predetermined series of biphasic electrical pulses.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения также предложен способ лечения. Способ включает обеспечение зонда для введения в полость тела пациента, причем зонд включает содержит вводимую трубку и дистальный узел, который соединен с вводимой трубкой в дистальном направлении и содержит множество электродов, которые выполнены с возможностью приведения их в контакт с тканью внутри полости тела. Бифазные электрические импульсы подаются одновременно к по меньшей мере одной группе из двух или более электродов с энергией, достаточной для проведения необратимой электропорации ткани, находящейся в контакте с электродами по меньшей мере одной группы. Измеряют изменяющиеся во времени разности напряжений между электродами по меньшей мере одной группы и бифазные электрические импульсы, подаваемые к электродам по меньшей мере одной группы, регулируют таким образом, чтобы разности напряжений не превышали заранее заданного порогового значения в любой момент во время подачи бифазных электрических импульсов.In accordance with an embodiment of the present invention, a method of treatment is also provided. The method includes providing a probe for insertion into a patient's body cavity, wherein the probe includes an insertion tube and a distal assembly that is connected to the insertion tube in a distal direction and contains a plurality of electrodes that are configured to bring them into contact with tissue inside the body cavity. Biphasic electrical impulses are applied simultaneously to at least one group of two or more electrodes with energy sufficient to conduct irreversible electroporation of tissue in contact with the electrodes of at least one group. The time-varying voltage differences between the electrodes of at least one group are measured, and the biphasic electrical pulses applied to the electrodes of at least one group are regulated so that the voltage differences do not exceed a predetermined threshold value at any time during the supply of the biphasic electrical pulses.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Настоящее изобретение станет более понятным из следующего подробного описания вариантов осуществления, представленных вместе со следующими графическими материалами, причемThe present invention will be better understood from the following detailed description of the embodiments presented in conjunction with the following drawings, wherein

на Фиг. 1 представлено схематическое графическое изображение медицинского устройства в процессе проведения процедуры IRE в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;in FIG. 1 is a schematic graphical representation of a medical device during an IRE procedure in accordance with an embodiment of the present invention;

на Фиг. 2 представлено схематическое изображение бифазного IRE-импульса в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;in FIG. 2 is a schematic representation of a biphasic IRE pulse in accordance with an exemplary embodiment of the present invention;

на Фиг. 3 представлено схематическое изображение пакета бифазных импульсов в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;in FIG. 3 is a schematic representation of a biphasic burst in accordance with an embodiment of the present invention;

на Фиг. 4 представлена блок-схема, на которой схематически изображены соединения между генератором IRE-импульсов, контроллером, электродами и возвратной пластиной в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;in FIG. 4 is a block diagram showing schematically the connections between an IRE pulse generator, a controller, electrodes, and a return plate in accordance with an embodiment of the present invention;

на Фиг. 5 представлена принципиальная электрическая схема узла маршрутизации импульсов и метрологии, показанного на Фиг. 4, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения; иin FIG. 5 is a schematic diagram of the pulse routing and metrology assembly shown in FIG. 4, in accordance with an embodiment of the present invention; and

на Фиг. 6 представлена принципиальная электрическая схема двух смежных модулей в узле маршрутизации импульсов и метрологии, настроенном для проведения процедуры IRE в биполярном режиме, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.in FIG. 6 is a circuit diagram of two adjacent modules in a pulse routing and metrology node configured to conduct an IRE procedure in bipolar mode, in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments

Общее описаниеgeneral description

IRE представляет собой преимущественно нетермический процесс абляции, который обеспечивает повышение температуры ткани максимум на несколько градусов в течение нескольких миллисекунд. Таким образом, он отличается от радиочастотной абляции (РЧ-абляции), которая приводит к повышению температуры ткани на величину от 20 до 70 °C и разрушению клеток при нагревании. При IRE используют бифазные импульсы (комбинации положительных и отрицательных импульсов) во избежание мышечного сокращения вследствие наличия ненулевой компоненты напряжения постоянного тока. Бифазные импульсы также часто называют «биполярными» импульсами. Однако, как более подробно описано ниже, IRE можно проводить либо в униполярном режиме, либо в биполярном режиме. Чтобы избежать путаницы, в дальнейшем в настоящем документе термин «биполярный» используется только в контексте биполярного режима IRE.IRE is a predominantly non-thermal ablation process that provides a tissue temperature increase of a maximum of several degrees within a few milliseconds. Thus, it differs from radiofrequency ablation (RF ablation), which results in an increase in tissue temperature of 20 to 70 °C and destruction of cells when heated. IRE uses biphasic pulses (combinations of positive and negative pulses) to avoid muscle contraction due to the presence of a non-zero DC voltage component. Biphasic pulses are also often referred to as "bipolar" pulses. However, as described in more detail below, the IRE can be performed in either unipolar mode or bipolar mode. To avoid confusion, hereinafter the term "bipolar" is used only in the context of the bipolar IRE mode.

В некоторых процедурах IRE можно использовать баллонный катетер с баллоном на дистальном конце, а массив электродов размещают вокруг поверхности баллона. Баллон раздувают внутри полости тела и затем электроды приводят в контакт с тканью, по отношению к которой требуется выполнить электропорацию. Для выполнения электропорации ткани в малых полостях внутри тела, например в левом предсердии сердца, можно использовать баллоны малого размера, например с диаметром менее 15 мм.In some IRE procedures, a balloon catheter with a balloon at the distal end can be used and an array of electrodes is placed around the surface of the balloon. The balloon is inflated within the body cavity and then the electrodes are brought into contact with the tissue to be electroporated. To perform electroporation of tissue in small cavities within the body, such as the left atrium of the heart, small balloons, such as those less than 15 mm in diameter, can be used.

Процедуру IRE можно проводить либо в биполярном режиме, в котором токи электропорации протекают от одного электропорационного электрода к другому на том же катетере, или в униполярном режиме, в котором токи электропорации протекают между электропорационными электродами на катетере и внешним электродом, называемым «возвратной пластиной». Возвратную пластину обычно закрепляют на поверхности тела пациента, например на коже торса пациента, и соединяют ее с возвратной электрической линией генератора IRE-импульсов.The IRE procedure can be performed either in a bipolar mode, in which electroporation currents flow from one electroporation electrode to another on the same catheter, or in a unipolar mode, in which electroporation currents flow between the electroporation electrodes on the catheter and an external electrode, called the "return plate". The return plate is typically attached to a surface of the patient's body, such as the skin of the patient's torso, and connected to the return electrical line of the IRE pulse generator.

Электроды, размещаемые на баллонах небольшого диаметра, как и в случае других типов используемых в процедурах IRE электродных узлов, обычно имеют небольшие размеры для точного направления энергии абляции к целевому месту. Как правило, генератор электрических сигналов, который обеспечивает подачу IRE-импульсов к электродам (также в настоящем документе называется «генератором IRE-импульсов»), обеспечивает индивидуальную активацию каждого из электродов через соответствующий канал генератора. Из-за своих небольших размеров каждый электрод касается и обеспечивает абляцию лишь небольшого участка ткани.Electrodes placed on small diameter balloons, as with other types of electrode assemblies used in IRE procedures, are usually small in size to accurately direct the ablation energy to the target site. Typically, an electrical signal generator that provides IRE pulses to the electrodes (also referred to herein as an "IRE pulse generator") provides for individual activation of each of the electrodes via a corresponding channel of the generator. Due to their small size, each electrode touches and ablates only a small area of tissue.

В некоторых случаях может оказаться желательным выполнить IRE для участка ткани большей площади, чем может покрыть один небольшой электрод. Для этой цели можно электрически сгруппировать вместе два или более смежных электрода путем электрического замыкания их друг с другом, тем самым можно создать участок эффективной электропорации большей площади. Однако аппаратная реализация такого подхода требует дополнительных высоковольтных переключателей между индивидуальными выходными каналами генератора IRE-импульсов. Такие дополнительные переключатели являются дорогими и требуют выделенных линий управления, и они ограничены в гибкости, которую они могут обеспечить при объединении электродов в различные группы.In some cases, it may be desirable to perform IRE on a larger area of tissue than a single small electrode can cover. For this purpose, two or more adjacent electrodes can be electrically grouped together by electrically shorting them to each other, thereby creating a larger area of effective electroporation. However, the hardware implementation of this approach requires additional high-voltage switches between the individual output channels of the IRE pulse generator. Such additional switches are expensive and require dedicated control lines, and they are limited in the flexibility they can provide when combining electrodes into different groups.

Описанные в настоящем документе варианты осуществления настоящего изобретения решают эту проблему путем предоставления возможности «виртуального замыкания» групп из двух или более электродов в системе IRE. Электроды «виртуально замыкаются» в том смысле, что все электроды в группе осуществляют подачу сигнала одной и той же формы с одной и той же амплитудой и фазой напряжения одновременно к находящейся в контакте с ними ткани. Таким образом, ток IRE протекает через участок ткани большей площади, определяемой местом контакта всех электродов в группе.The embodiments of the present invention described herein solve this problem by allowing "virtual closure" of groups of two or more electrodes in an IRE system. The electrodes are "virtually closed" in the sense that all the electrodes in the group apply the same waveform with the same voltage amplitude and phase simultaneously to the tissue in contact with them. Thus, the IRE current flows through a larger area of tissue determined by the point of contact of all the electrodes in the group.

Однако подобный тип виртуального замыкания нельзя надежно реализовать просто настройкой генератора IRE-импульсов на подачу одного и того же сигнала на все электроды в группе. Например, локальные различия в импедансах ткани, а также различия в контактных импедансах между электродами в группе и находящейся в контакте с ними ткани могут приводить к различиям в амплитудах и фазах IRE-сигналов, которые в конечном итоге обеспечивают в ткани различными электродами. Такая неоднородность сигналов может вызвать протекание токов IRE по неожиданным путям через ткань и привести к неудовлетворительным эффектам абляции.However, this type of virtual circuit cannot be reliably implemented simply by setting the IRE pulse generator to supply the same signal to all electrodes in a group. For example, local differences in tissue impedances, as well as differences in contact impedances between electrodes in a group and tissue in contact with them, can lead to differences in the amplitudes and phases of the IRE signals that are ultimately provided to the tissue by different electrodes. This heterogeneity of signals can cause IRE currents to flow in unexpected ways through tissue and lead to unsatisfactory ablation effects.

Описанные в настоящем документе варианты осуществления настоящего изобретения решают эту проблему путем измерения изменяющихся во времени разностей напряжений между электродами в группе. На основании результатов этих измерений генератор IRE-импульсов регулирует подаваемые на электроды группы бифазные электрические импульсы таким образом, чтобы разности напряжений не превышали заранее заданного порогового значения в любой момент во время подачи бифазных электрических импульсов.The embodiments of the present invention described herein solve this problem by measuring time-varying voltage differences between electrodes in a group. Based on the results of these measurements, the IRE pulse generator regulates the biphasic electrical pulses applied to the electrodes of the array so that the voltage differences do not exceed a predetermined threshold value at any time during the application of the biphasic electrical pulses.

В описанных вариантах осуществления в ходе процедуры униполярной IRE генератор IRE-импульсов обеспечивает одновременную подачу бифазных IRE-импульсов на выбранную группу электродов на зонде с энергией, достаточной для проведения электропорации ткани, находящейся в контакте с электродами. Контроллер измеряет изменяющиеся во времени разности напряжений между электродами в группе и подстраивает амплитуды и фазы IRE-импульсов таким образом, чтобы разности напряжений не превышали заранее заданного порогового значения в любой момент во время подачи IRE-импульсов. Такой подход обеспечивает подачу IRE-импульсов группой электродов так, как если бы группа представляла собой один электрод большой площади.In the described embodiments, during the unipolar IRE procedure, the IRE pulse generator provides simultaneous biphasic IRE pulses to a selected set of electrodes on the probe with sufficient energy to electroporate the tissue in contact with the electrodes. The controller measures the time-varying voltage differences between the electrodes in the array and adjusts the amplitudes and phases of the IRE pulses so that the voltage differences do not exceed a predetermined threshold at any time during the delivery of the IRE pulses. This approach ensures that the IRE pulses are delivered by a group of electrodes as if the group were a single large-area electrode.

В процедуре биполярной IRE IRE-импульсы должны протекать через ткань от одной группы электродов к другой группе электродов. Для этого контроллер регулирует относительные амплитуды и фазы между подаваемыми на две группы электродов IRE-импульсами таким образом, чтобы получить серию IRE-импульсов между двумя группами электродов для проведения биполярной электропорации ткани, находящейся в контакте с электродами. Дополнительно и аналогично униполярной IRE контроллер регулирует амплитуды и фазы IRE-импульсов в каждой группе таким образом, чтобы разности напряжений между электродами в группе не превышали заранее заданного порогового значения в любой момент во время подачи IRE-импульсов.In a bipolar IRE procedure, IRE pulses must flow through the tissue from one set of electrodes to another set of electrodes. To do this, the controller adjusts the relative amplitudes and phases between the IRE pulses applied to the two groups of electrodes so as to obtain a series of IRE pulses between the two groups of electrodes for bipolar electroporation of the tissue in contact with the electrodes. Additionally, and similar to a unipolar IRE, the controller adjusts the amplitude and phase of the IRE pulses in each group so that the voltage differences between the electrodes in the group do not exceed a predetermined threshold at any time during the delivery of the IRE pulses.

Описание системыSystem description

На Фиг. 1 представлено схематическое графическое изображение медицинского устройства 20 в процессе проведения процедуры IRE в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Врач 22 выполняет процедуру IRE на пациенте 24 с применением электропорационного катетера 26, причем более подробное описание катетера представлено далее в настоящем документе. Представленный на фигурах вариант осуществления относится к примеру проведения процедуры IRE в камере сердца 27 с использованием баллона 32. В альтернативных вариантах осуществления процедура IRE может проводиться с использованием катетеров других типов с множеством электродов, и ее можно проводить не только на сердце 27, но также и в других органах и тканях, как станет понятно специалистам в данной области после изучения настоящего описания.On FIG. 1 is a schematic graphical representation of a medical device 20 during an IRE procedure in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Physician 22 performs an IRE procedure on patient 24 using an electroporation catheter 26, the catheter being described in more detail later in this document. The embodiment shown in the figures relates to an example of performing an IRE procedure in the heart chamber 27 using a balloon 32. in other organs and tissues, as will become clear to experts in this field after studying the present description.

Как показано на вставке 36, электропорационный катетер 26 содержит ствол 28 и дистальный узел 30, причем ствол выполняет функцию вводимой трубки, используемой для введения дистального узла в полость тела пациента 24, в данном случае в камеру сердца 27. Дистальный узел 30 содержит баллон 32 с множеством электропорационных электродов 34. На вставке 38 также показаны дистальный узел 30 и часть ствола 28. В альтернативных вариантах осуществления дистальный узел 30 может содержать структуры, отличные от баллона.As shown in inset 36, the electroporation catheter 26 comprises a shaft 28 and a distal assembly 30, the shaft acting as an insertion tube used to introduce the distal assembly into a patient's body cavity 24, in this case, the heart chamber 27. The distal assembly 30 includes a balloon 32 with a plurality of electroporation electrodes 34. Inset 38 also shows distal assembly 30 and a portion of shaft 28. In alternative embodiments, distal assembly 30 may include structures other than the balloon.

Медицинское устройство 20 дополнительно содержит контроллер 42 и генератор электрических сигналов, выполненный с возможностью функционирования в качестве генератора 44 IRE-импульсов, как правило, с размещением в пульте 46 управления; каждый из контроллера и генератора сигналов может содержать один или несколько схемных компонентов. Более подробное описание генератора сигналов такого типа приведено в заявке на патент США № 16/701,989, поданной 3 декабря 2019 г., и в заявке на патент США № 17/092,662, поданной 9 ноября 2020 г., причем описания этих заявок включены в настоящий документ путем ссылки. Катетер 26 подключен к пульту 46 управления посредством электрического интерфейса 48, такого как порт или гнездо, через который IRE-импульсы передаются от генератора 44 IRE-импульсов к дистальному узлу 30. Пульт 40 управления содержит устройства 49 ввода, такие как клавиатура и мышь, а также экран 58 дисплея.The medical device 20 further comprises a controller 42 and an electrical signal generator configured to function as an IRE pulse generator 44, typically located in a control panel 46; each of the controller and signal generator may contain one or more circuit components. For a more detailed description of this type of signal generator, see U.S. Patent Application No. 16/701,989, filed December 3, 2019, and U.S. Patent Application No. 17/092,662, filed November 9, 2020, the descriptions of which are incorporated herein. document by reference. The catheter 26 is connected to the control console 46 via an electrical interface 48, such as a port or socket, through which IRE pulses are transmitted from the IRE pulse generator 44 to the distal node 30. The control console 40 contains input devices 49, such as a keyboard and mouse, and also the display screen 58 .

Контроллер 42 получает от врача 22 (или от другого оператора) параметры 51 настройки процедуры до и/или во время проведения процедуры электропорации. Например, с помощью одного или более приемлемых устройств ввода, таких как клавиатура, мышь или сенсорный экран (не показано на фигуре), врач 22 задает соответствующие электрические и временные параметры импульсов для подачи на выбранные электроды 34. Контроллер 42 передает приемлемые сигналы управления на генератор 44 IRE-импульсов для выполнения IRE.The controller 42 receives from the physician 22 (or other operator) the procedure settings 51 before and/or during the electroporation procedure. For example, using one or more acceptable input devices such as a keyboard, mouse, or touch screen (not shown), clinician 22 sets the appropriate electrical and timing parameters for pulses to be delivered to selected electrodes 34. Controller 42 transmits acceptable control signals to the generator. 44 IRE pulses to perform IRE.

Контроллер 42 может быть дополнительно выполнен с возможностью отслеживания соответствующих положений электродов 34 в ходе процедуры IRE с использованием любой приемлемой процедуры отслеживания. Например, дистальный узел 30 может содержать один или более электромагнитных датчиков положения (не показано на фигуре), которые в присутствии внешнего магнитного поля, создаваемого одним или более генераторами 50 магнитного поля, выдают сигналы, которые изменяются с положением датчиков. На основе этих сигналов контроллер 42 может определить положения электродов 34. Генераторы 50 магнитного поля подключены к пульту 46 управления посредством кабелей 52 и интерфейса 54. Альтернативно для каждого электрода 34 контроллер 42 может определять соответствующие импедансы между электродом и множеством внешних электродов 56, которые подключены к пациенту 24 в множестве различных мест и соединены с пультом 46 управления посредством кабеля 39. Контроллер 42 вычисляет соотношения между этими импедансами, при этом такие соотношения указывают местоположение каждого электрода 34. В качестве еще одной альтернативы контроллер может одновременно использовать как электромагнитное отслеживание, так и отслеживание на основе измерения импедансов, как описано, например, в патенте США 8,456,182, описание которого включено в настоящий документ путем ссылки.The controller 42 may further be configured to track the respective positions of the electrodes 34 during the IRE procedure using any suitable tracking procedure. For example, the distal assembly 30 may include one or more electromagnetic position sensors (not shown) that, in the presence of an external magnetic field generated by one or more magnetic field generators 50, output signals that change with the position of the sensors. Based on these signals, the controller 42 can determine the positions of the electrodes 34. The magnetic field generators 50 are connected to the control console 46 via cables 52 and interface 54. Alternatively, for each electrode 34, the controller 42 can determine the appropriate impedances between the electrode and a plurality of external electrodes 56 that are connected to patient 24 at a variety of different locations and connected to control console 46 via cable 39. Controller 42 calculates relationships between these impedances, with such relationships indicating the location of each electrode 34. based on the measurement of impedances, as described, for example, in US patent 8,456,182, the description of which is incorporated herein by reference.

В некоторых вариантах осуществления контроллер 42 выводит на экран 58 дисплея соответствующее изображение 60 анатомии пациента, аннотированное, например, для указания текущего положения и ориентации дистального узла 30.In some embodiments, the controller 42 displays on the display screen 58 the corresponding image 60 of the patient's anatomy, annotated, for example, to indicate the current position and orientation of the distal node 30.

Контроллер 42 и генератор 44 электрических IRE-импульсов, как правило, может содержать как аналоговые, так и цифровые элементы. Таким образом, контроллер 42 содержит аналоговый входной блок с множеством входов с соответствующими аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) для контроля IRE-импульсов, подаваемым генератором 44 IRE-импульсов на каждый из электродов 34. Контроллер 42 дополнительно содержит множество цифровых выходных цепей для подачи команд в генератор 44 IRE-импульсов для регулирования IRE-импульсов, как более подробно показано на приведенных далее Фиг. 4-6.The controller 42 and the generator 44 of electrical IRE pulses, as a rule, may contain both analog and digital elements. Thus, the controller 42 comprises a multiple input analog input block with associated analog-to-digital converters (ADCs) for controlling the IRE pulses supplied by the IRE pulse generator 44 to each of the electrodes 34. The controller 42 further comprises a plurality of digital output circuits for issuing commands to the IRE pulse generator 44 for adjusting the IRE pulses, as shown in more detail in the following FIGS. 4-6.

Генератор 44 электрических IREимпульсов, как правило, содержит аналоговые цепи для генерации и усиления IRE-импульсов для электропорации, а также цифровые выходные цепи для получения цифровых сигналов управления от контроллера 42.Electrical IRE pulse generator 44 typically includes analog circuits for generating and amplifying IRE pulses for electroporation, as well as digital output circuits for receiving digital control signals from controller 42.

Альтернативно сигналы управления можно передавать от контроллера 42 в генератор 44 электрических IRE-импульсов в аналоговом виде, при условии, что контроллер и генератор IRE-импульсов предоставляют соответствующие возможности.Alternatively, control signals may be transmitted from controller 42 to electrical IRE pulse generator 44 in analog form, provided that the controller and IRE pulse generator provide the appropriate capabilities.

Обычно описываемый в настоящем документе набор функций контроллера 42 по меньшей мере частично реализуется программным образом. Например, контроллер 42 может содержать программируемое цифровое вычислительное устройство, содержащее по меньшей мере центральный процессор (ЦП) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Программный код, включающий программное обеспечение и/или данные, загружают в ОЗУ для выполнения и обработки ЦП. Программный код и/или данные могут быть загружены в контроллер в электронной форме, например, по сети. Альтернативно или дополнительно программный код и/или данные могут быть предоставлены и/или сохранены на энергонезависимом материальном носителе, таком как магнитная, оптическая или электронная память. Такие программные коды и/или данные при предоставлении контроллеру приводят к созданию вычислительной машины или специализированного компьютера, выполненного с возможностью выполнения задач, описанных в настоящем документе.The functionality of controller 42 typically described herein is at least partially implemented in software. For example, controller 42 may include a programmable digital computing device including at least a central processing unit (CPU) and random access memory (RAM). Program code, including software and/or data, is loaded into RAM for execution and processing by the CPU. The program code and/or data may be downloaded to the controller in electronic form, such as over a network. Alternatively or additionally, the program code and/or data may be provided and/or stored on a non-volatile tangible medium such as magnetic, optical or electronic memory. Such program codes and/or data, when provided to a controller, results in a computer or dedicated computer capable of performing the tasks described herein.

В начале процедуры IRE врач 22 вводит катетер 26 через оболочку 62 с баллоном 32 в сжатой конфигурации, и только после выхода катетера из оболочки баллон раздувают до его рабочей формы с помощью жидкости, которая поступает в баллон через трубку ствол 28. Такая рабочая форма показана на вставках 36 и 38. Удерживая баллон 32 в сжатой конфигурации, оболочка 62 также сводит к минимуму травмирование сосудов на пути баллона к целевому местоположению. Врач 22 направляет катетер 26 в целевое положение в сердце 27 пациента 24 путем манипулирования катетером с помощью манипулятора 64 возле проксимального конца катетера и/или отклонения от оболочки 62. Врач 22 приводит дистальный узел 30 в контакт с тканью, такой как миокардиальная или эпикардиальная ткань сердца 27. Затем под управлением врача 22 и контроллера 42 генератор 44 IRE-импульсов вырабатывает IRE-импульсы, которые передаются через катетер 26 по различным соответствующим каналам к электропорационным электродам 34.At the start of the IRE procedure, clinician 22 inserts catheter 26 through sheath 62 with balloon 32 in a compressed configuration, and only after the catheter exits the sheath is the balloon inflated to its working shape with fluid that enters the balloon through tube shaft 28. This working shape is shown in inserts 36 and 38. By holding balloon 32 in a compressed configuration, sheath 62 also minimizes vascular injury along the way of the balloon to its target location. The clinician 22 guides the catheter 26 to a target position in the heart 27 of the patient 24 by manipulating the catheter with the manipulator 64 near the proximal end of the catheter and/or deflecting the sheath 62. The clinician 22 brings the distal node 30 into contact with tissue, such as the myocardial or epicardial tissue of the heart 27. Under the control of the clinician 22 and the controller 42, the IRE pulse generator 44 then produces IRE pulses which are transmitted through the catheter 26 through various appropriate channels to the electroporation electrodes 34.

В униполярном режиме IRE токи электропорации протекают от одного или более электропорационных электродов 34 к внешнему электроду, или «возвратной пластине» 66, которая подключается снаружи пациента 24, обычно на коже торса пациента, к генератору 44 IRE-импульсов. Для выполнения электропорации ткани в малых полостях внутри тела, например в левом предсердии сердца 27, часто используют катетеры 26 с баллоном 32 диаметром менее 15 мм. Из-за небольших размеров электропорационных электродов 34 для таких баллонов небольшого диаметра активация только одного из электродов IRE-импульсами может привести к обеспечению электропорации только на слишком маленьком участке. Замыкание нескольких электродов 34 вместе в одну группу позволяет создать эффективно большую площадь участка электропорации. Хотя этого можно достичь добавлением между индивидуальными выходными каналами генератора 44 IRE-импульсов замыкающих переключателей, такое добавление является дорогостоящим. В описанном варианте осуществления по меньшей мере два электрода 34 объединяются в одну группу и эффективно замыкаются путем регулирования амплитуд и фаз IRE-импульсов на каждом из этих электродов до одинаковых величин. Для этого контроллер 42 отслеживает амплитуды и фазы IRE-импульсов на каждом из электродов 34 в группе и направляет сигналы управления в генератор 44 IRE-импульсов, чтобы сделать эти амплитуды и фазы равными.In unipolar IRE mode, electroporation currents flow from one or more electroporation electrodes 34 to an external electrode, or "return plate" 66, which is connected outside the patient 24, typically on the patient's torso skin, to an IRE pulse generator 44. To perform electroporation of tissue in small cavities within the body, for example in the left atrium of the heart 27, catheters 26 with a balloon 32 with a diameter of less than 15 mm are often used. Due to the small size of the electroporation electrodes 34 for such small diameter balloons, activating only one of the electrodes with IRE pulses can result in only too small an area being electroporated. The shorting of several electrodes 34 together in one group allows you to create effectively a large area of the site of electroporation. While this can be achieved by adding closure switches between the individual output channels of the IRE pulse generator 44, such an addition is costly. In the described embodiment, at least two electrodes 34 are combined into one group and effectively closed by adjusting the amplitudes and phases of the IRE pulses on each of these electrodes to the same values. To do this, the controller 42 monitors the amplitude and phase of the IRE pulses at each of the electrodes 34 in the group and sends control signals to the IRE pulse generator 44 to make these amplitudes and phases equal.

В биполярном режиме IRE токи электропорации протекают между двумя электродами или группами электродов 34, что требует подачи серии IRE-импульсов между электродами. В описанном варианте осуществления контроллер 42 отслеживает - как и в описанном выше варианте осуществления униполярной IRE - амплитуды и фазы IREимпульсов на каждом из электродов 34, но в данном случае регулирует их таким образом, чтобы сгенерировать необходимую серию IRE-импульсов между двумя электродами или двумя группами электродов. Дополнительно контроллер 42, аналогично униполярной IRE, выравнивает амплитуды и фазы IRE-импульсов внутри каждой группы. In bipolar IRE mode, electroporation currents flow between two electrodes or groups of electrodes 34, requiring a series of IRE pulses to be applied between the electrodes. In the embodiment described, the controller 42 monitors - as in the unipolar IRE embodiment described above - the amplitude and phase of the IRE pulses at each of the electrodes 34, but in this case adjusts them in such a way as to generate the required series of IRE pulses between two electrodes or two groups electrodes. Additionally, the controller 42, similarly to the unipolar IRE, aligns the amplitudes and phases of the IRE pulses within each group.

Более подробная информация о генераторе 44 IRE-импульсов и контроллере 42 представлена ниже на Фиг. 4-6.More detailed information about the generator 44 IRE pulses and the controller 42 is presented below in FIG. 4-6.

Несмотря на конкретный тип процедуры электропорации, показанной на Фиг. 1, следует отметить, что описанные в настоящем документе варианты осуществления можно применять в рамках любого приемлемого типа процедуры многоканальной IRE.Despite the particular type of electroporation procedure shown in FIG. 1, it should be noted that the embodiments described herein can be applied within any acceptable type of multichannel IRE procedure.

На Фиг. 2 представлено схематическое изображение бифазного IRE-импульса 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.On FIG. 2 is a schematic representation of a biphasic IRE pulse 100 in accordance with an embodiment of the present invention.

Кривая 102 изображает напряжение V бифазного IREимпульса 100 в зависимости от времени t в процедуре IRE. Бифазный IRE-импульс содержит положительный импульс 104 и отрицательный импульс 106, причем термины «положительный» и «отрицательный» относятся к произвольно выбранной полярности двух электродов, между которыми подают бифазный импульс. При униполярной IRE бифазный импульс можно подавать либо между одним электродом 34 и возвратной пластиной 66, либо между группой электродов 34 и возвратной пластиной 66. Для биполярной IRE биполярный импульс можно подавать либо между двумя электродами 34, либо между двумя группами электродов 34. Амплитуда положительного импульса 104 обозначена как V+, а временная ширина импульса обозначена как t+. Аналогичным образом амплитуда отрицательного импульса 106 обозначена как V-, а временная ширина импульса обозначена как t-. Временная ширина между положительным импульсом 104 и отрицательным импульсом 106 обозначена как t_{ИНТЕРВАЛА}. Типичные значения параметров бифазного импульса 100 приведены ниже в таблице 1.Curve 102 depicts the voltage V of the bi-phase IRE pulse 100 as a function of time t in the IRE procedure. The biphasic IRE pulse comprises a positive pulse 104 and a negative pulse 106, with the terms "positive" and "negative" referring to the arbitrarily chosen polarity of the two electrodes between which the biphasic pulse is applied. With a unipolar IRE, a biphasic pulse can be applied either between one electrode 34 and return plate 66, or between a group of electrodes 34 and return plate 66. For a bipolar IRE, a bipolar pulse can be applied either between two electrodes 34 or between two groups of electrodes 34. Positive pulse amplitude 104 is denoted V+ and the time pulse width is denoted t+. Similarly, the amplitude of the negative pulse 106 is denoted V- and the time width of the pulse is denoted t-. The time width between positive pulse 104 and negative pulse 106 is denoted as t _INTERVAL . Typical values for the parameters of the biphasic pulse 100 are shown in Table 1 below.

На Фиг. 3 представлено схематическое изображение пакета 200 бифазных импульсов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.On FIG. 3 is a schematic representation of a biphasic burst 200 in accordance with an embodiment of the present invention.

IRE-сигналы в ходе процедуры IRE подают на электроды 34 в виде одного или более пакетов 200, показанных кривой 202. Пакет 200 содержит N_T серий 204 импульсов, причем каждая серия содержит N_P бифазных импульсов 100. Длительность серии 204 импульсов обозначена как t_T. Период бифазных импульсов 100 в составе серии 204 импульсов обозначен как t_PP, а интервал между последовательными сериями, в течение которого передача сигналов отсутствует, обозначен как Δ_T. Типовые значения параметров пакета 200 приведены ниже в таблице 1.The IRE signals during the IRE procedure are applied to the electrodes 34 in the form of one or more bursts 200 shown by curve 202. Burst 200 contains N _T bursts 204 of pulses, with each burst containing N _P biphasic pulses 100. The duration of burst 204 is denoted as t _T . The period of the biphasic pulses 100 in the burst 204 is denoted as t _PP , and the interval between successive bursts during which there is no signaling is denoted as _ΔT . Typical values of package 200 parameters are shown in Table 1 below.

Таблица 1. Типовые значения параметров IRE-сигналовTable 1. Typical values of IRE signal parameters

ПараметрParameter СимволSymbol Типовые значенияTypical values Значения амплитуды импульсаPulse Amplitude Values V+, V-V+, V- 500-2000 В500-2000V Значения ширины импульсаPulse Width Values t+, t-t+, t- 0,5-5 мкс0.5-5 µs Разнесение между положительным и отрицательным импульсамиSpacing between positive and negative pulses t_{ИНТЕРВАЛА} t _INTERVAL 0,1-5 мкс
(1-10 мс, если между положительным и отрицательным импульсами передают необязательный РЧ-сигнал)0.1-5 µs
(1-10ms if an optional RF signal is transmitted between positive and negative pulses) Период бифазных импульсов в серии импульсовThe period of biphasic impulses in a series of impulses t_PP _tPP 1-20 мкс1-20 µs Длительность серии импульсовPulse train duration t_T t _T 1-100 мкс1-100 µs Количество бифазных импульсов в серии импульсовNumber of biphasic impulses in a series of impulses N_P N _P 1-1001-100 Разнесение между последовательными сериями импульсовSpacing between consecutive pulse trains Δ_T _∆T 0,3-1000 мс0.3-1000ms Количество серий импульсов в пакетеThe number of series of pulses in the package N_T N _T 1-1001-100 Длина пакетаPacket length 0-500 мс0-500ms Энергия на каналEnergy per channel ≤ 60 Дж≤ 60 J Общее время доставки IRE-сигналаTotal IRE signal delivery time ≤ 10 с≤ 10 s

На Фиг. 4 представлена блок-схема, на которой схематически изображено более подробное устройство системы 20 (Фиг. 1), включая соединения между генератором 44 IRE-импульсов, контроллером 42, электродами 34 и возвратной пластиной 66, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.On FIG. 4 is a block diagram schematically showing a more detailed arrangement of the system 20 (FIG. 1), including the connections between the IRE pulse generator 44, controller 42, electrodes 34, and return plate 66, in accordance with an embodiment of the present invention.

Генератор 44 IRE-импульсов, выделенный пунктирной рамкой 404, содержит узел 406 генерации импульсов и узел 408 маршрутизации импульсов и метрологии, причем узел маршрутизации импульсов и метрологии более подробно показан ниже на Фиг. 5-6.The IRE pulse generator 44, highlighted by the dotted box 404, includes a pulse generation node 406 and a pulse routing and metrology node 408, with the pulse routing and metrology node shown in more detail below in FIG. 5-6.

Контроллер 42 получает цифровые сигналы 412 напряжения и тока от узла 408 маршрутизации импульсов и метрологии и передает в узел 406 генерации импульсов цифровые сигналы 418 управления на основе параметров 51 настройки для того, чтобы генератор 44 IRE-импульсов вырабатывал IRE-импульсы, такие как показанные выше на Фиг. 2-3. Эти IRE-импульсы передают на узел 408 маршрутизации импульсов и метрологии в виде аналоговых импульсных сигналов 420. Узел 408 маршрутизации импульсов и метрологии подключен к электродам 34 посредством выходных каналов 422, а также к возвратной пластине 66 посредством соединения 424. На Фиг. 4 показаны десять выходных каналов 422, обозначенных CH1-CH10. В нижеследующем описании наименование конкретного электрода 34 соответствует наименованию конкретного подключенного к нему канала; например, электрод CH5 представляет собой электрод, который подключен к каналу CH5 из каналов 422. Хотя на Фиг. 4 показаны десять каналов 422, генератор 44 IRE-импульсов может альтернативно содержать другое количество каналов, например 8, 16 или 20 каналов или любое другое приемлемое количество каналов.The controller 42 receives digital voltage and current signals 412 from the pulse routing and metrology node 408 and transmits to the pulse generation node 406 digital control signals 418 based on the settings 51 so that the IRE pulse generator 44 generates IRE pulses such as those shown above in FIG. 2-3. These IRE pulses are transmitted to the pulse routing and metrology node 408 in the form of analog pulse signals 420. The pulse routing and metrology node 408 is connected to the electrodes 34 via output channels 422, and to the return plate 66 via connection 424. In FIG. 4 shows ten output channels 422 labeled CH1-CH10. In the following description, the name of a particular electrode 34 corresponds to the name of a particular channel connected to it; for example, electrode CH5 is an electrode that is connected to channel CH5 of channels 422. Although in FIG. 4 shows ten channels 422, the IRE pulse generator 44 may alternatively comprise a different number of channels, such as 8, 16, or 20 channels, or any other suitable number of channels.

На Фиг. 5 представлена принципиальная электрическая схема узла 408 маршрутизации импульсов и метрологии, показанного на Фиг. 4, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Для ясности цепи, задействованные в измерении токов и напряжений, опущены. Эти цепи будут подробно описаны далее со ссылкой на Фиг. 6. Выходные каналы 422 и соединение 424 показаны на Фиг. 5 с использованием тех же обозначений, что и на Фиг. 4.On FIG. 5 is a schematic diagram of the pulse routing and metrology node 408 shown in FIG. 4 in accordance with an embodiment of the present invention. For clarity, the circuits involved in measuring currents and voltages are omitted. These circuits will be described in detail below with reference to FIG. 6. Output channels 422 and connection 424 are shown in FIG. 5 using the same notation as in FIG. four.

Узел 408 маршрутизации импульсов и метрологии содержит модули 502, по одному модулю на каждый выходной канал 422. Пара 504 смежных модулей 502, выполненная для биполярной IRE, подробно описана ниже со ссылкой на Фиг. 6. Альтернативно в качество обратной цепи для униполярной IRE можно использовать линию 506 BP, подключенную к возвратной пластине 66. Входные импульсы поступают в модули 502 через соответствующие вторичные обмотки трансформатора 508, 510, которые раскачиваются первичными катушками в узле 406 генерации импульсов.The pulse routing and metrology node 408 contains modules 502, one module for each output channel 422. A pair 504 of adjacent modules 502 configured for bipolar IRE is described in detail below with reference to FIG. 6. Alternatively, a 506 BP line connected to return plate 66 can be used as a return circuit for a unipolar IRE. Input pulses enter the modules 502 through the respective secondary windings of the transformer 508, 510, which are driven by the primary coils in the pulse generation node 406.

Каждый модуль 502 содержит переключатели и реле, обозначенные как FO_i, SO_i, N_i и BP_i для i-го модуля. Все переключатели FO_i представляют собой быстрые переключатели, управляемые программируемыми пользователем интегральными схемами (FPGA, не показаны на фигуре) для переключения IRE-абляции между каналами, тогда как переключатели SO_i, N_i и BP_i представляют собой более медленные реле, используемые для настройки узла 408 маршрутизации импульсов и метрологии в соответствии с заданным режимом IRE-абляции. Типовое время переключения для быстрых переключателей FO_i составляет менее 0,3 мкс, тогда как время переключения медленных реле SO_i, N_i и BP_i составляет только 3 мс.Each module 502 contains switches and relays labeled FO _i , SO _i , N _i , and BP _i for the i-th module. The FO _i switches are all fast switches controlled by user-programmable integrated circuits (FPGAs, not shown) for switching IRE ablation between channels, while the SO _i , N _i and BP _i switches are slower relays used for tuning node 408 routing pulses and metrology in accordance with the specified mode of IRE-ablation. Typical switching times for fast FO _i switches are less than 0.3 µs, while the switching times for slow relays SO _i , N _i and BP _i are only 3 ms.

На Фиг. 6 представлена принципиальная электрическая схема двух смежных модулей 601 и 602 в узле 408 маршрутизации импульсов и метрологии, настроенном для проведения процедуры IRE в биполярном режиме, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Применение модуля 601 для униполярного режима будет описано ниже.On FIG. 6 is a circuit diagram of two adjacent modules 601 and 602 in a pulse routing and metrology node 408 configured to conduct an IRE procedure in bipolar mode, in accordance with an embodiment of the present invention. Application of module 601 for unipolar mode will be described below.

Модули 601 и 602 составляют пару 504 (изображенную на Фиг. 5), которая обведена штрихпунктирной рамкой с таким же обозначением (504). Модули 601 и 602 получают питание от цепей 603 и 604 генерации импульсов соответственно, которые составляют, как показано на Фиг. 4, части узла 406 генерации импульсов. Модули 601 и 602 в свою очередь питают каналы CH1 и CH2 соответственно, аналогично модулям 502 пары 504, как показано на Фиг. 5. На Фиг. 6 представлены два модуля 601 и 602, чтобы показать соединение 605 между модулями. Поскольку эти два модуля идентичны (и идентичны дополнительным модулям, входящим в состав узла 408 маршрутизации импульсов и метрологии), ниже подробно описан только модуль 601.Modules 601 and 602 make up a pair 504 (shown in Fig. 5), which is surrounded by a dash-dotted frame with the same designation (504). Modules 601 and 602 are powered by pulse generating circuits 603 and 604, respectively, which are, as shown in FIG. 4, parts of the node 406 generating pulses. Modules 601 and 602 in turn feed channels CH1 and CH2, respectively, similar to modules 502 of pair 504, as shown in FIG. 5. In FIG. 6 shows two modules 601 and 602 to show the connection 605 between the modules. Since these two modules are identical (and identical to the additional modules included in the pulse routing and metrology node 408), only the module 601 is described in detail below.

Узел 406 генерации импульсов содержит одну цепь генерации импульсов, аналогичную цепям 603 и 604, для каждого канала генератора 44 IRE-импульсов. Цепь 603 генерации импульсов соединена с модулем 601 посредством трансформатора 606. Быстрые переключатели FO₁ и медленные реле SO₁, N₁ и BP₁ обозначены аналогично тем же компонентам, показанным на Фиг. 5.Node 406 generation of pulses contains one chain of generation of pulses, similar circuits 603 and 604, for each channel of the generator 44 IRE pulses. Pulse generation circuit 603 is connected to module 601 via transformer 606. Fast switches FO ₁ and slow relays SO ₁ , N ₁ and BP ₁ are labeled similarly to the same components shown in FIG. 5.

Напряжение V₁ и ток I₁, подводимые к каналу CH1, показаны на Фиг. 6 как напряжение между каналами CH1 и CH2 и ток, протекающий к CH1 и возвращающийся от CH2.Voltage V ₁ and current I ₁ supplied to channel CH1 are shown in FIG. 6 as voltage between channels CH1 and CH2 and current flowing to CH1 and returning from CH2.

V₁ и I₁ измеряют с помощью метрологического модуля 612, содержащего операционный усилитель 614 для измерения напряжения и дифференциальный усилитель 616 для измерения тока с помощью токочувствительного резистора 618. Напряжение V₁ измеряют на делителе 620 напряжения, содержащем резисторы R₁, R₂ и R₃, а также аналоговый мультиплексор 622. Аналоговый мультиплексор 622 соединен с резистором R₁ или R₂, так что коэффициент деления напряжения делителя 620 напряжения равен либо R₁/R₃, либо R₂/R₃. Метрологический модуль 612 дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 624 для преобразования измеренного аналогового напряжения V₁ и тока I₁ в цифровые сигналы DV₁ и DI₁. Эти цифровые сигналы передают через цифровое устройство 626 развязки на контроллер 42 как сигналы 412 (Фиг. 4). Контроллер 42 использует полученные цифровые сигналы 412 для обеспечения сигналов 418 управления, посылаемых в узел 406 генерации импульсов для регулирования амплитуд и фаз IRE-импульсов, подаваемых в каналы CH1 и CH2.V ₁ and I ₁ are measured using a metrology module 612 comprising an operational amplifier 614 for measuring voltage and a differential amplifier 616 for measuring current using a current sense resistor 618. Voltage V ₁ is measured at a voltage divider 620 containing resistors R ₁ , R ₂ and R ₃ as well as an analog multiplexer 622. The analog multiplexer 622 is connected to a resistor R ₁ or R ₂ such that the voltage divider of the voltage divider 620 is either R ₁ /R ₃ or R ₂ /R ₃ . The metrology module 612 further comprises an analog-to-digital converter (ADC) 624 for converting the measured analog voltage V ₁ and current I ₁ into digital signals DV ₁ and DI ₁ . These digital signals are transmitted via digital decoupler 626 to controller 42 as signals 412 (FIG. 4). The controller 42 uses the received digital signals 412 to provide control signals 418 sent to the pulse generator 406 to control the amplitudes and phases of the IRE pulses applied to the channels CH1 and CH2.

Для целей «виртуального замыкания» контроллер 42 получает сигналы 412 из соответствующих модулей 502. В качестве примера биполярной IRE с «виртуально замкнутыми электродами» электроды CH1, CH2 и CH3 (подключенные к каналам CH1, CH2 и CH3) выбирают в качестве одного расширенного электрода, а электроды CH4, CH5 и CH6 выбирают в качестве другого расширенного электрода. Сигналы от электродов CH1, CH2 и CH3 после прохождения через ткани пациента 24 подводят к каналам CH4, CH5 и CH6 с использованием реле, показанных на Фиг. 5. Контроллер 42 получает от каналов CH1, CH2 и CH3 сигналы 412, отражающие соответствующие измеренные напряжения и токи, и вырабатывает соответствующие сигналы 418 управления таким образом, чтобы каждый из V₁, V₂ и V₃ имел одинаковые амплитуду и фазу (т. е. они были виртуально замкнуты). Аналогичным образом контроллер 42 получает сигналы 412 из каналов CH4, CH5 и CH6 и вырабатывает соответствующие сигналы 418 управления таким образом, чтобы каждый и V₄, V₅ и V₆ имел одинаковые амплитуду и фазу, но отличался по амплитуде и фазе от V₁, V₂ и V₃, так что между двумя группами каналов (и соответственно между двумя группами подключенных к этим каналам электродов 34) протекает требуемая серия IRE-импульсов.For the purposes of "virtual circuit", the controller 42 receives signals 412 from the respective modules 502. As an example of a bipolar IRE with "virtual circuit electrodes", the electrodes CH1, CH2 and CH3 (connected to channels CH1, CH2 and CH3) are selected as one extended electrode, and the electrodes CH4, CH5 and CH6 are selected as the other expanded electrode. The signals from the electrodes CH1, CH2 and CH3, after passing through the tissues of the patient 24, are connected to the channels CH4, CH5 and CH6 using the relays shown in FIG. 5. Controller 42 receives signals 412 from channels CH1, CH2, and CH3 representing the respective measured voltages and currents, and generates appropriate control signals 418 so that V ₁ , V ₂ , and V ₃ each have the same amplitude and phase (i.e., i.e. they were virtually closed). Similarly, controller 42 receives signals 412 from channels CH4, CH5, and CH6 and generates appropriate control signals 418 such that V ₄ , V ₅ , and V ₆ each have the same amplitude and phase, but differ in amplitude and phase from V ₁ . V ₂ and V ₃ so that between the two groups of channels (and respectively between the two groups of electrodes 34 connected to these channels) the required series of IRE pulses flows.

В качестве примера униполярной IRE с «виртуально замкнутыми электродами» электроды CH1, CH2 и CH3 выбирают в качестве одного расширенного электрода, а возвратная пластина 66 выполняет функцию обратного электрода для сигналов IRE-абляции, исходящих от электродов CH1, CH2 и CH3. Возвратная пластина 66 подключена через соединение 424 к соответствующим модулям 502 каналов CH1, CH2 и CH3 через реле BP₁, BP₂ и BP₃. Аналогично описанной выше биполярной IRE контроллер 42 получает сигналы 412 из каналов CH1, CH2 и CH3 и вырабатывает соответствующие сигналы 413 управления таким образом, чтобы каждый из V₁, V₂ и V₃ имел одинаковые амплитуду и фазу с виртуальным замыканием таким образом подключенных к этим каналам электродов 34.As an example of a "virtually closed electrode" unipolar IRE, electrodes CH1, CH2, and CH3 are selected as one extended electrode, and return plate 66 acts as a return electrode for IRE ablation signals from electrodes CH1, CH2, and CH3. Return plate 66 is connected via connection 424 to respective modules 502 of channels CH1, CH2 and CH3 via relays BP ₁ , BP ₂ and BP ₃ . Similar to the bipolar IRE described above, controller 42 receives signals 412 from channels CH1, CH2 and CH3 and generates appropriate control signals 413 so that each of V ₁ , V ₂ and V ₃ has the same amplitude and phase with a virtual circuit thus connected to these channels of electrodes 34.

Цифровое устройство 626 развязки защищает пациента 24 (Фиг. 1) от нежелательного воздействия электрических напряжений и токов.The digital decoupler 626 protects the patient 24 (FIG. 1) from unwanted electrical voltages and currents.

Контроллер 42 приводит в действие переключатели FO₁, реле SO₁, BP₁, N₁ и 610, а также аналоговый мультиплексор 622. Для упрощения соответствующие линии управления не показаны на Фиг. 6.Controller 42 operates switches FO ₁ , relays SO ₁ , BP ₁ , N ₁ and 610, and analog multiplexer 622. For simplicity, the respective control lines are not shown in FIG. 6.

Следует понимать, что описанные выше варианты осуществления приведены лишь в качестве примера и что настоящее изобретение не ограничено вариантами, показанными и описанными выше в настоящем документе. Напротив, объем настоящего изобретения включает как комбинации, так и подкомбинации различных элементов, описанных выше в настоящем документе, а также их варианты и модификации, которые могут быть предложены специалистами в данной области после прочтения приведенного выше описания и которые не были описаны на предшествующем уровне техники.It should be understood that the embodiments described above are by way of example only and that the present invention is not limited to the embodiments shown and described above herein. On the contrary, the scope of the present invention includes both combinations and subcombinations of the various elements described herein above, as well as variations and modifications thereof, which may be suggested by those skilled in the art after reading the above description and which have not been described in the prior art. .

Claims

1. Medical device for irreversible electroporation (IRE), containing:

probe that contains:

an insertion tube configured to be inserted into a patient's body cavity; and

a distal assembly that is distally connected to the insertion tube and contains electrodes that are configured to be brought into contact with tissue within the body cavity;

an electrical signal generator that is configured to deliver biphasic electrical pulses simultaneously to at least one group of two or more electrodes with sufficient energy to irreversibly electroporate tissue in contact with the at least one group of electrodes; and

a controller that is connected to measure time-varying voltage differences between the electrodes of at least one group and to regulate biphasic electrical pulses applied to the electrodes of at least one group so that the voltage differences do not exceed a predetermined threshold value during the application of biphasic electrical impulses, wherein the controller is configured to adjust the phase of the biphasic electrical impulses in such a way as to compensate for the phase shift between the corresponding voltage signals measured on pairs of electrodes of at least one group, and to regulate the amplitude of the biphasic electrical impulses in such a way as to compensate for differences in the corresponding peak voltages measured on pairs of electrodes of at least one group.

2. The apparatus of claim. 1, wherein the controller is configured to adjust the amplitude of the biphasic electrical pulses so as to compensate for differences in the respective peak voltages measured on pairs of electrodes of at least one group.

3. The device of claim. 1, in which the distal assembly contains a balloon that is connected to the insertion tube in the distal direction and is configured to inflate inside the body cavity with the help of fluid that enters the balloon through the insertion tube.

4. The device according to claim 1, containing a common electrode, made with the possibility of fixing it on the patient's body in such a way that biphasic electrical impulses pass through the body from the electrodes to the common electrode and thereby carry out irreversible tissue electroporation in a unipolar mode.

5. The device according to claim 1, wherein at least one group comprises first and second groups, wherein biphasic electrical pulses are applied in a bipolar mode between electrodes in the first group and electrodes in the second group, while the controller is connected to measure time-varying differences voltages between the electrodes in the first and second groups and to regulate the biphasic electrical pulses applied to the electrodes in the first and second groups so that the voltage differences between the electrodes of the first and second groups provide for a predetermined series of biphasic electrical pulses.

6. A method of treatment using irreversible electroporation, including:

providing a probe for insertion into a body cavity of a patient, the probe comprising:

insertion tube; and

applying biphasic electrical pulses simultaneously to at least one group of two or more electrodes with energy sufficient to conduct irreversible electroporation of tissue in contact with the electrodes of at least one group; and

measuring time-varying voltage differences between the electrodes of at least one group and adjusting the biphasic electrical pulses applied to the electrodes of at least one group so that the voltage differences do not exceed a predetermined threshold value at the time the biphasic electrical pulses are applied, wherein the regulation phase of biphasic electrical impulses provides for compensating the phase shift between the corresponding voltage signals measured on pairs of electrodes of at least one group, and adjusting the amplitude of biphasic electrical impulses in such a way as to compensate for differences in the corresponding peak voltages measured on pairs of electrodes of at least one group.

7. The method of claim 6, wherein adjusting the biphasic electrical pulses comprises adjusting the amplitude of the biphasic electrical pulses to compensate for differences in respective peak voltages measured across pairs of electrodes of at least one group.

8. The method of claim 6, wherein the distal assembly comprises a balloon that is distally connected to the insertion tube and configured to be inflated within a body cavity with fluid that enters the balloon through the insertion tube.

9. The method according to claim 6, including fixing the common electrode on the patient's body in such a way that biphasic electrical impulses pass through the body from the electrodes to the common electrode and thereby carry out irreversible electroporation of the tissue in a unipolar mode.

10. The method of claim. 6, wherein at least one group contains the first and second groups, and the supply of biphasic electrical pulses provides for the supply of biphasic electrical pulses in a bipolar mode between the electrodes in the first group and the electrodes in the second group and the measurement of time-varying differences voltages between the electrodes in the first and second groups; and adjusting the biphasic electrical pulses applied to the electrodes in the first and second groups so that the voltage differences between the electrodes of the first and second groups provide for a predetermined series of biphasic electrical pulses.