RU2776919C1

RU2776919C1 - Automatic irreversible electroporation during the refractory period of the heart

Info

Publication number: RU2776919C1
Application number: RU2021108079A
Authority: RU
Inventors: Ассаф ГОВАРИ
Original assignee: Байосенс Вебстер (Изрэйл) Лтд.
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-07-28

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine, namely, to cardiovascular surgery. An ablation catheter is delivered to the ablation site in the heart of the patient, having a stem, provided at the distal end whereof is a flexible end section with a rectified configuration, carrying electrodes configured both to record intracardiac signals (IC) of the electrocardiogram (ECG) at the ablation site and to perform irreversible electroporation (IRE) of the cardiac tissue at the ablation site. The end section is then bent, and the electrodes of the flexible end section are positioned at the ablation site. ECG signals are received by the processor from the electrodes of the flexible end section. The processor is used to record the refractory period of the heart of the patient based on the received ECG signals. The processor herein is configured to ensure that pulses causing irreversible electroporation (IRE) only during the refractory period of the heart are issued to the electrodes of the ablation catheter. The ablation site is ablated using an ablation catheter for the duration of the recorded refractory period. The method is implemented by means of the claimed systems for irreversible electroporation.

EFFECT: group of inventions can improve the quality and safety of tissue ablation by preventing episodes of issuance of IRE-causing pulses to the tissue at the same time when the sinoatrial node applies activation pulses, and by ensuring the impact of IRE-causing pulses on the tissue at the ablation site during refractory periods, and also allows for monitoring the quality of the IRE procedure.

16 cl, 2 dwg

Description

Область применения изобретенияScope of the invention

Настоящее изобретение относится по существу к абляции ткани и, в частности, к способам и системам для повышения безопасности пациента при проведении процедур необратимой электропорации.The present invention relates essentially to tissue ablation and, in particular, to methods and systems for improving patient safety during irreversible electroporation procedures.

Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention

В данной области известны различные методики абляции сердечной ткани путем применения импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП).Various techniques are known in the art to ablate cardiac tissue by applying pulses that cause irreversible electroporation (IRE).

Например, в патенте США №10,531,914 описан способ абляции ткани путем применения по меньшей мере одной серии импульсов энергии импульсного поля. Способ включает в себя подачу на сердечную ткань серии импульсов энергии, имеющих предварительно заданную частоту.For example, US Pat. No. 10,531,914 describes a method for ablation of tissue by applying at least one burst of pulsed field energy. The method includes applying to the heart tissue a series of energy pulses having a predetermined frequency.

В патенте США №10,322,286 описана система, включающая в себя генератор импульсных волн и абляционное устройство, соединенное с генератором импульсных волн. Абляционное устройство включает в себя по меньшей мере один электрод, выполненный с возможностью подачи абляционного импульса к ткани во время применения. Генератор импульсов заданной формы выполнен с возможностью подачи импульсов напряжения на абляционное устройство в форме импульса заданной формы.US Pat. No. 10,322,286 describes a system including a pulsed wave generator and an ablative device coupled to the pulsed wave generator. The ablative device includes at least one electrode configured to deliver an ablative pulse to tissue during application. The pulse generator of a given shape is configured to supply voltage pulses to the ablation device in the form of a pulse of a given shape.

Изложение сущности изобретенияStatement of the Invention

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, описанном в настоящем документе, предложен способ, включающий введение абляционного катетера в участок абляции в сердце пациента. С помощью катетера получают множество сигналов электрокардиограммы (ЭКГ). Рефрактерный период сердца пациента регистрируют на основании полученных сигналов ЭКГ. Абляция места абляции производится при помощи абляционного катетера в течение регистрируемого рефрактерного периода.In one embodiment of the present invention, described herein, a method is provided comprising inserting an ablation catheter into an ablation site in a patient's heart. A catheter is used to receive a variety of electrocardiogram (ECG) signals. The refractory period of the patient's heart is recorded based on the received ECG signals. Ablation of the ablation site is performed using an ablation catheter during a recorded refractory period.

В некоторых вариантах осуществления изобретения получение множества сигналов ЭКГ включает получение по меньшей мере одного из (i) внутрисердечных (ВС) сигналов ЭКГ на участке абляции и (ii) сигналов ЭКГ на поверхности тела (BS). В других вариантах осуществления изобретения регистрация рефрактерного периода включает указание на синусовый ритм по меньшей мере в одном из полученных сигналов ЭКГ.In some embodiments, obtaining a plurality of ECG signals includes obtaining at least one of (i) intracardiac (IC) ablation site ECG signals and (ii) body surface (BS) ECG signals. In other embodiments of the invention, registration of the refractory period includes an indication of sinus rhythm in at least one of the received ECG signals.

В одном варианте осуществления изобретения абляция участка абляции включает применение одного или более импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП), к ткани на участке абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода. В другом варианте осуществления изобретения применение одного или более импульсов, вызывающих НЭП, включает управление генератором импульсов, вызывающих НЭП, и подачу импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в ответ на прием по меньшей мере в одном из полученных сигналов ЭКГ, указывающих на синусовый ритм.In one embodiment of the invention, ablation of an ablation site involves applying one or more irreversible electroporation (IRE) pulses to tissue at the ablation site for a recordable refractory period. In another embodiment of the invention, the application of one or more NEP-inducing pulses includes driving an NEP-inducing pulse generator and delivering NEP-inducing pulses to tissue in response to receiving in at least one of the received ECG signals indicative of sinus rhythm.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечена система, включающая один или более электродов и процессор. Один или более электродов выполнены с возможностью регистрации множества сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) сердца пациента. Процессор выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца пациента на основании полученных сигналов ЭКГ и контроля абляции в участке абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода.In accordance with an embodiment of the present invention, a system is further provided including one or more electrodes and a processor. One or more electrodes are configured to record a plurality of electrocardiogram (ECG) signals from the patient's heart. The processor is configured to register the refractory period of the patient's heart based on the received ECG signals and control ablation in the ablation site during the recorded refractory period.

В некоторых вариантах осуществления изобретения электроды включают: (i) по меньшей мере первый электрод, установленный на катетере и выполненный с возможностью регистрировать внутрисердечные (ВС) сигналы ЭКГ на участке абляции, и (ii) вторые электроды, связанные с поверхностью тела пациента и выполненные с возможностью регистрировать сигналы ЭКГ сердца пациента, полученные с поверхности тела (ПТ). В других вариантах осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода на основании по меньшей мере одного из сигналов ЭКГ, которые указывают на импульс синусового ритма. В других вариантах осуществления изобретения система включает в себя генератор импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП), который выполнен с возможностью приложения импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в месте абляции во время регистрируемого рефрактерного периода.In some embodiments of the invention, the electrodes include: (i) at least a first electrode mounted on a catheter and configured to record intracardiac (IC) ECG signals at the ablation site, and (ii) second electrodes associated with the surface of the patient's body and made with the ability to record ECG signals of the patient's heart, received from the surface of the body (BT). In other embodiments, the processor is configured to detect a refractory period based on at least one of the ECG signals that are indicative of a sinus rhythm pulse. In other embodiments of the invention, the system includes an irreversible electroporation (IEP) pulse generator that is configured to apply IEP-inducing pulses to tissue at the ablation site during a recorded refractory period.

В одном варианте осуществления изобретения генератор импульсов, вызывающих НЭП, выполнен с возможностью применения одного или более биполярных импульсов, вызывающих НЭП, между парой электродов, которые находятся в контакте с тканью на участке абляции. В другом варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из одного или более электродов установлен на катетере и выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного из следующих действий: (i) регистрация внутрисердечных сигналов ЭКГ на участке абляции и (ii) подача одного или более импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП) к ткани на участке абляции.In one embodiment of the invention, an NEP-inducing pulse generator is configured to apply one or more bipolar NEP-inducing pulses between a pair of electrodes that are in contact with tissue at the ablation site. In another embodiment of the invention, at least one of one or more electrodes is mounted on a catheter and configured to perform at least one of the following: (i) recording intracardiac ECG signals at the ablation site, and (ii) delivering one or more pulses, causing irreversible electroporation (IEP) to the tissue at the site of ablation.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно предложена система, включающая в себя этапы, на которых: (i) интерфейс, выполненный с возможностью приема множества сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) сердца пациента, и (ii) процессор, выполненный с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца пациента на основании полученных сигналов ЭКГ и контроля абляции на участке абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода.In accordance with one embodiment of the present invention, there is further provided a system including: (i) an interface configured to receive a plurality of electrocardiogram (ECG) signals from a patient's heart, and (ii) a processor configured to record a refractory period of the patient's heart based on the received ECG signals and ablation control at the ablation site during the recorded refractory period.

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 представлена схематическая наглядная иллюстрация системы отслеживания положения и необратимой электропорации (НЭП) с использованием катетера в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения; иIn FIG. 1 is a schematic illustrative illustration of a position tracking and irreversible electroporation (IEP) system using a catheter in accordance with an embodiment of the present invention; and

на фиг. 2 представлена блок-схема, которая схематически иллюстрирует способ автоматической процедуры НЭП во время рефрактерного периода сердца в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.in fig. 2 is a flowchart that schematically illustrates a method for automatic IEP procedure during a cardiac refractory period in accordance with an embodiment of the present invention.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments

Общее описаниеgeneral description

Необратимую электропорацию (НЭП) можно использовать, например, для лечения аритмии путем абляции клеток ткани с помощью подачи импульсов высокого напряжения. Разрушение клеток происходит, когда трансмембранный потенциал превышает пороговое значение, что приводит к гибели клеток и формированию повреждения. Во время процедур абляции на основе НЭП биполярные электрические импульсы высокого напряжения подаются, например, к паре электродов, находящихся в контакте с тканью, подлежащей абляции, с образованием повреждения между электродами и, таким образом, могут применяться с целью лечения аритмии в сердце пациента.Irreversible electroporation (IEP) can be used, for example, to treat arrhythmia by ablation of tissue cells using high voltage pulses. Cell destruction occurs when the transmembrane potential exceeds a threshold value, resulting in cell death and damage. During IEP-based ablation procedures, high voltage bipolar electrical pulses are applied to, for example, a pair of electrodes in contact with the tissue to be ablated, causing damage between the electrodes and thus can be used to treat an arrhythmia in the patient's heart.

Ритм сердца пациента определяется, среди прочего, импульсами электрической активации, инициируемыми синусовым узлом сердца. Таким образом, одновременное применение импульсов, вызывающих НЭП, и импульсов активации может приводить к нарушению сердечного ритма и, следовательно, представлять опасность для пациента.The rhythm of a patient's heart is determined, among other things, by electrical activation pulses initiated by the sinus node of the heart. Thus, the simultaneous use of impulses that cause NEP and activation impulses can lead to a violation of the heart rhythm and, therefore, pose a danger to the patient.

В вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных ниже в настоящем документе, предложены улучшенные методики подачи одного или более импульсов, вызывающих НЭП, в течение рефрактерного периода между импульсами электрической активации синусового узла.The embodiments of the present invention described herein below provide improved techniques for delivering one or more NES-inducing pulses during the refractory period between electrical activation pulses of the sinus node.

В некоторых вариантах осуществления изобретения врач вводит абляционный катетер в участок абляции, имеющий ткань, предназначенную для абляции, в сердце пациента. Абляционный катетер содержит по меньшей мере пару электродов, которые находятся в контакте с тканью сердца в участке абляции.In some embodiments, a physician inserts an ablation catheter into an ablation site having tissue to be ablated in a patient's heart. The ablation catheter contains at least a pair of electrodes that are in contact with the heart tissue at the ablation site.

Пара электродов (также называемых в настоящем документе первыми электродами) выполнена с возможностью получения внутрисердечных (ВС) сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) на участке абляции сердца пациента, а также с возможностью приложения биполярных импульсов, вызывающих НЭП, к ткани сердца, размещенной между двумя электродами одной пары.The pair of electrodes (also referred to herein as the first electrodes) are configured to receive intracardiac (IC) electrocardiogram (ECG) signals at the ablation site of the patient's heart, as well as to apply bipolar pulses causing NEP to the heart tissue placed between the two electrodes of one couples.

В некоторых вариантах осуществления изобретения второй набор множества электродов соединен, например, с кожей пациента, при этом регистрируют сигналы ЭКГ сердца пациента, полученные с поверхности тела (ПТ).In some embodiments of the invention, the second set of multiple electrodes is connected, for example, to the patient's skin, while ECG signals of the patient's heart obtained from the body surface (BST) are recorded.

В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью приема как ВС, так и ПТ сигналов ЭКГ и проверки того, отвечает ли один или более полученных сигналов ЭКГ ритму синусового узла. Процессор выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца пациента и управления генератором импульсов, вызывающих НЭП (IPG - IRE pulse generator), для подачи одного или более импульсов, вызывающих НЭП (посредством по меньшей мере пары первых электродов) к участку абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода в ответ на идентификацию одного или более ВС и (или) ПТ сигналов ЭКГ. Следует отметить, что весь описанный выше процесс выполняется автоматически, то есть, без вмешательства врача, однако врач может иметь средства для вмешательства и при необходимости корректировать или прерывать процедуру НЭП.In some embodiments, the processor is configured to receive both IC and AT ECG signals and check if one or more of the received ECG signals are in sinus node rhythm. The processor is configured to record the refractory period of the patient's heart and control the IRE pulse generator (IPG) to deliver one or more IRE-inducing pulses (via at least a pair of first electrodes) to the ablation site during the recorded refractory period in response to identification of one or more VS and/or PT ECG signals. It should be noted that the entire process described above is performed automatically, that is, without the intervention of a doctor, however, the doctor may have the means to intervene and, if necessary, correct or interrupt the IEP procedure.

Описанные методики повышают качество и безопасность абляции ткани путем предотвращения эпизодов подачи импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в то же время, когда синусовый узел применяет импульсы активации, и путем обеспечения воздействия импульсов, вызывающих НЭП, на ткань в месте абляции в рефрактерные периоды. Более того, описанные методики снимают с врача некоторую нагрузку, связанную с выполнением процедуры НЭП, и позволяют ему отслеживать качество процедуры НЭП.The described techniques improve the quality and safety of tissue ablation by preventing episodes of NEP-inducing impulses being applied to the tissue at the same time that the sinus node is applying activation impulses, and by ensuring that NEP-inducing impulses are applied to the tissue at the ablation site during refractory periods. Moreover, the described techniques relieve the doctor of some burden associated with the implementation of the IEP procedure, and allow him to monitor the quality of the IEP procedure.

Описание системыSystem description

На фиг. 1 представлена схематическая наглядная иллюстрация системы 20 отслеживания положения и необратимой электропорации (НЭП) с использованием катетера в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.In FIG. 1 is a schematic illustrative illustration of a position tracking and irreversible electroporation (IEP) system 20 using a catheter in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.

Следует обратить внимание на вставку 25. В некоторых вариантах осуществления изобретения система 20 содержит гибкую концевую секцию 40, которая установлена на дистальном конце 22a ствола 22 катетера 21 с гибкой концевой секцией 40, содержащей множество электродов 50.Attention should be paid to the insert 25. In some embodiments of the invention, the system 20 includes a flexible end section 40, which is installed on the distal end 22a of the shaft 22 of the catheter 21 with a flexible end section 40 containing a plurality of electrodes 50.

В варианте осуществления, описанном в настоящем документе, электроды 50 выполнены с возможностью регистрации внутрисердечных (ВС) сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) и могут дополнительно применяться для выполнения НЭП ткани левого предсердия сердца 26, такой как процедура НЭП устья 51 легочной вены (ЛВ) в сердце 26. Следует отметить, что методики, описанные в настоящем документе, применимы, с учетом необходимых изменений, к другим структурам (например, предсердиям или желудочкам) сердца 26 и другим органам пациента 28.In the embodiment described herein, the electrodes 50 are configured to record intracardiac (IC) electrocardiogram (ECG) signals and can additionally be used to perform an IEP of the left atrial tissue of the heart 26, such as an IEP procedure of the pulmonary vein (PV) orifice 51 in the heart. 26. It should be noted that the techniques described herein are applicable, mutatis mutandis , to other structures (e.g., atria or ventricles) of the heart 26 and other organs of the patient 28.

Обратимся снова к общему виду, показанному на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления изобретения проксимальный конец катетера 21 соединен с пультом управления 24 (также для краткости именуемым в настоящем документе пультом управления 24), содержащим источник питания для абляции, в настоящем примере генератор импульса, вызываемого НЭП 45, который выполнен с возможностью подачи пиковой мощности в диапазоне десятков киловатт (кВт). Пульт управления 24 содержит блок 46 переключения, который выполнен с возможностью переключения мощности, которая подается IPG 45 на одну или более выбранных пар электродов 50. Последовательный протокол НЭП может храниться в памяти 48 пульта управления 24.Referring again to the general view shown in Fig. 1. In some embodiments of the invention, the proximal end of the catheter 21 is connected to a control panel 24 (also referred to herein as control panel 24 for short) containing an ablation power source, in the present example, a pulse generator called by the IEP 45, which is configured to deliver peak power in the range of tens of kilowatts (kW). The control panel 24 includes a switching unit 46 that is configured to switch the power that is supplied by the IPG 45 to one or more selected pairs of electrodes 50. The SER serial protocol may be stored in the memory 48 of the control panel 24.

В некоторых вариантах осуществления изобретения врач 30 вводит дистальный конец 22a ствола 22 через оболочку 23 в сердце 26 пациента 28, лежащего на столе 29. Врач 30 направляет дистальный конец 22а ствола 22 в целевое положение в сердце 26 путем манипулирования стволом 22 с помощью манипулятора 32 возле проксимального конца катетера 21. Во время введения дистального конца 22a гибкая концевая секция 40 удерживается в сжатой конфигурации с помощью оболочки 23. Благодаря тому, что концевая секция 40 находится в выпрямленной конфигурации, оболочка 23 также служит для сведения к минимуму травмы сосудов, когда врач 30 перемещает катетер 21 через сосудистую сеть пациента 28 в целевое местоположение, такое как участок абляции, в сердце 26.In some embodiments, clinician 30 inserts distal end 22a of shaft 22 through sheath 23 into heart 26 of patient 28 lying on table 29. Physician 30 directs distal end 22a of shaft 22 to a target position in heart 26 by manipulating shaft 22 with manipulator 32 near of the proximal end of the catheter 21. During insertion of the distal end 22a, the flexible end section 40 is held in a compressed configuration by the sheath 23. By keeping the end section 40 in a straightened configuration, the sheath 23 also serves to minimize vascular injury when the clinician 30 moves the catheter 21 through the vasculature of the patient 28 to a target location, such as an ablation site, in the heart 26.

Как только дистальный конец 22a ствола 22 достигает места абляции, врач 30 втягивает оболочку 23 и сгибает концевую секцию 40, при этом врач дополнительно манипулирует стволом 22 для размещения электродов 50, расположенных поверх гибкой секции 40, в контакте с устьем 51 легочной вены в месте абляции. В настоящем примере участок абляции содержит одну или более ЛВ сердца 26, но в других вариантах осуществления изобретения врач 30 может выбрать любой другой подходящий участок абляции.Once the distal end 22a of the shaft 22 reaches the ablation site, the clinician 30 retracts the sheath 23 and flexes the end section 40, while the clinician further manipulates the shaft 22 to place the electrodes 50 over the flexible section 40 in contact with the pulmonary vein orifice 51 at the ablation site. . In the present example, the ablation site contains one or more PVs of the heart 26, but in other embodiments, the clinician 30 may choose any other suitable ablation site.

В некоторых вариантах осуществления изобретения электроды 50 соединены проводами, проходящими через ствол 22 к процессору 41, который выполнен с возможностью управления распределительной коробкой 46 интерфейсных цепей 44 в пульте управления 24.In some embodiments of the invention, the electrodes 50 are connected by wires passing through the shaft 22 to the processor 41, which is configured to control the junction box 46 of the interface circuits 44 in the control panel 24.

Как дополнительно показано на вставке 25, дистальный конец 22а содержит датчик положения 39 системы определения положения, который соединен с дистальным концом 22а, например, на концевой секции 40. В настоящем примере датчик положения 39 содержит магнитный датчик положения, но в других вариантах осуществления изобретения может использоваться любой другой подходящий тип датчика положения (например, отличный от магнитного поля). Во время навигации дистального конца 22a в сердце 26 процессор 41 принимает сигналы от магнитного датчика 39 в ответ на магнитные поля от внешних генераторов поля 36, например, с целью определения положения концевой секции 40 в сердце 26 и необязательно для представления отслеживаемого положения, наложенного на изображение сердца 26, на дисплее 27 пульта управления 24. Генераторы магнитного поля 36 размещены в известных положениях вне тела пациента 28, например, под столом 29. Пульт 24 управления также содержит схему 34 запуска, выполненную с возможностью приведения в действие генераторов 36 магнитного поля.As further shown in inset 25, the distal end 22a includes a position sensor 39 that is connected to the distal end 22a, for example, at the end section 40. In the present example, the position sensor 39 includes a magnetic position sensor, but in other embodiments of the invention may any other suitable type of encoder (eg other than magnetic field) may be used. During navigation of the distal end 22a into the heart 26, the processor 41 receives signals from the magnetic sensor 39 in response to magnetic fields from external field generators 36, for example, to determine the position of the end section 40 in the heart 26 and optionally to represent the tracked position superimposed on the image. heart 26, on the display 27 of the control panel 24. The magnetic field generators 36 are placed at known positions outside the body of the patient 28, for example, under the table 29. The control panel 24 also contains a trigger circuit 34 configured to actuate the magnetic field generators 36.

Данный способ определения положения с использованием внешних магнитных полей реализуют в различных сферах медицины, например, в системе CARTO^TM производства компании «Биосенс-Вебстер Инк.» (Biosense-Webster Inc.) (Ирвайн, штат Калифорния), и подробно описан в патентах США №№5,391,199, 6,690,963, 6,484,118, 6,239,724, 6,618,612 и 6,332,089, в опубликованном патенте согласно PCT WO 96/05768 и в опубликованных заявках на патент США №№2002/0065455 A1, 2003/0120150 A1 и 2004/0068178 A1, описания которых полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.This method of determining the position using external magnetic fields is implemented in various fields of medicine, for example, in the CARTO ^TM system manufactured by Biosens-Webster Inc. (Biosense-Webster Inc.) (Irvine, Calif.), and is detailed in U.S. Patent Nos. 5,391,199, 6,690,963, 6,484,118, 6,239,724, 6,618,612, and 6,332,089, PCT Published Patent WO 96/05768, and U.S. Published Applications. Nos. 2002/0065455 A1, 2003/0120150 A1 and 2004/0068178 A1, the descriptions of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Как правило, процессор 41 пульта управления 24 представляет собой компьютер общего назначения с подходящим пользовательским интерфейсом и интерфейсными цепями 44 для приема сигналов от катетера 21, а также для приложения энергии абляции посредством катетера 21 в левом предсердии сердца 26 и для управления другими компонентами системы 20. Процессор 41, как правило, содержит программное обеспечение в памяти 48 системы 20, которое запрограммировано для выполнения функций, описанных в настоящем документе. Программное обеспечение может быть загружено на компьютер в электронном виде, например передано по сети, или в альтернативном или дополнительном варианте осуществления может быть обеспечено и/или может храниться на материальном носителе для долговременного хранения информации, таком как магнитная, оптическая или электронная память.Typically, the processor 41 of the control console 24 is a general purpose computer with a suitable user interface and interface circuits 44 for receiving signals from the catheter 21, as well as for applying ablation energy through the catheter 21 in the left atrium of the heart 26 and for controlling other components of the system 20. Processor 41 typically contains software in memory 48 of system 20 that is programmed to perform the functions described herein. The software may be electronically downloaded to a computer, such as transmitted over a network, or in an alternative or additional embodiment, may be provided and/or may be stored on a tangible storage medium such as magnetic, optical or electronic memory.

Выполнение необратимой электропорации в период рефрактерного периода сердцаPerforming irreversible electroporation during the refractory period of the heart

Необратимая электропорация (НЭП), также называемая абляцией импульсного поля (PFA - Pulsed Field Ablation), может применяться в качестве минимально инвазивного терапевтического метода для уничтожения клеток ткани на участке абляции путем подачи высоковольтных импульсов к ткани. В настоящем варианте импульсы, вызывающие НЭП, можно использовать для уничтожения клеток миокардиальной ткани для лечения сердечной аритмии в сердце 26. Разрушение клеток происходит, когда трансмембранный потенциал превышает пороговое значение, что приводит к гибели клеток и, таким образом, к развитию поражения ткани. Следовательно, особый интерес представляет применение биполярных электрических импульсов высокого напряжения, например, применение пары электродов 50, контактирующих с тканью на участке абляции, для генерирования сильных электрических полей (например, сильнее определенного порога) для уничтожения клеток ткани, расположенных между электродами.Irreversible electroporation (IEP), also called pulsed field ablation (PFA), can be used as a minimally invasive therapeutic method to kill tissue cells at the ablation site by applying high voltage pulses to the tissue. In the present embodiment, NEP-inducing pulses can be used to kill cells in myocardial tissue to treat cardiac arrhythmia in the heart 26. Cell destruction occurs when the transmembrane potential exceeds a threshold, resulting in cell death and thus development of tissue damage. Therefore, of particular interest is the use of high voltage bipolar electrical pulses, such as the use of a pair of electrodes 50 in contact with tissue at the ablation site, to generate strong electrical fields (e.g., above a certain threshold) to kill tissue cells located between the electrodes.

В контексте данного описания «биполярный» импульс напряжения означает импульс напряжения, приложенный между двумя электродами 50 катетера 21 (в противоположность, например, однополярным импульсам, прилагаемым, например, во время радиочастотной абляции при помощи катетерного электрода относительно какого-либо общего заземляющего электрода, не размещенного на катетере).In the context of this description, a "bipolar" voltage pulse means a voltage pulse applied between the two electrodes 50 of the catheter 21 (as opposed to, for example, unipolar pulses applied, for example, during RF ablation with a catheter electrode relative to any common ground electrode, not placed on the catheter).

Для выполнения НЭП в относительно большой области ткани сердца 26, такой как окружность устья легочной вены (ЛВ) или любого другого приемлемого органа, необходимо использовать множество пар электродов 50 катетера 21, имеющих множество электродов 50 в гибкой концевой секции 40. Для получения как можно более равномерного генерируемого электрического поля в большой области ткани лучше всего выбирать пары электродов 50 с перекрывающимися полями или, по меньшей мере, полями, смежными друг с другом. Однако существует компонент джоульной теплоты, которая возникает в полях, генерируемых НЭП, и эта теплота может повредить электроды, когда множество пар электродов 50 постоянно применяют для подачи последовательности импульсов, вызывающих НЭП.To perform IEP in a relatively large region of heart tissue 26, such as the circumference of the pulmonary vein (PV) or any other suitable organ, it is necessary to use multiple pairs of electrodes 50 of the catheter 21 having a plurality of electrodes 50 in the flexible end section 40. To obtain as many as possible For a uniformly generated electric field over a large area of tissue, it is best to choose pairs of electrodes 50 with overlapping fields, or at least fields adjacent to each other. However, there is a joule heat component that occurs in the fields generated by the NEP, and this heat can damage the electrodes when multiple pairs of electrodes 50 are continuously applied to deliver the NEP-inducing pulse train.

В одном варианте осуществления изобретения система 20 содержит поверхностные электроды 38, показанные в примере на фиг. 1, прикрепленные проводами, проходящими по кабелю 37, к груди и плечу пациента 28. В некоторых вариантах осуществления изобретения поверхностные электроды 38 выполнены с возможностью восприятия сигналов ЭКГ поверхности тела (ПТ) в ответ на удары сердца 26. ПТ сигналы ЭКГ можно получать с использованием контактных площадок, прикрепленных к поверхности тела, или любой другой приемлемой методики. Любая пара электродов 38 может измерять разницу электрических потенциалов между двумя соответствующими местами прикрепления. Такая пара образует отведение. Однако «отведения» также могут образовываться между физическим и виртуальным электродами, известным как центральный терминал Уилсона. Например, десять электродов 38, прикрепленных к телу, применяют для формирования 12 отведений ЭКГ, при этом каждый провод измеряет конкретную разность электрических потенциалов в сердце 26. Как показано на фиг. 1, поверхностные электроды 38 прикрепляются к груди и плечу пациента 28, однако дополнительные поверхностные электроды 38 могут быть прикреплены к другим органам пациента 28, таким как конечности. В контексте настоящего описания и в формуле изобретения разность электрических потенциалов, измеренная между поверхностными электродами 38, в настоящем документе называется сигналами ЭКГ на поверхности тела (ПТ).In one embodiment of the invention, system 20 includes surface electrodes 38 as shown in the example of FIG. 1 attached by wires through cable 37 to the chest and shoulder of a patient 28. In some embodiments, the surface electrodes 38 are configured to sense body surface (BT) ECG signals in response to heart beats 26. PT ECG signals can be obtained using contact pads attached to the surface of the body, or any other acceptable technique. Any pair of electrodes 38 can measure the electrical potential difference between two respective attachment sites. Such a pair forms an abduction. However, "leads" can also form between the physical and virtual electrodes, known as the Wilson's central terminal. For example, ten body-attached electrodes 38 are used to generate 12 ECG leads, with each lead measuring a specific electrical potential difference in the heart 26. As shown in FIG. 1, surface electrodes 38 are attached to the chest and shoulder of patient 28, however, additional surface electrodes 38 may be attached to other organs of patient 28, such as limbs. In the context of the present description and in the claims, the electrical potential difference measured between the surface electrodes 38 is referred to herein as body surface (BSU) ECG signals.

В сердце 26 синусовый ритм представляет собой любой сердечный ритм, в котором начинается деполяризация сердечной мышцы в синусовом узле. Синусовый ритм характеризуется наличием правильно ориентированных P волн на ЭКГ. Синусовый ритм необходим, но недостаточен, для обеспечения нормальной электрической активности в сердце. После инициации потенциала действия (например, синусовым узлом) сердечная клетка сердца 26 не может инициировать другой потенциал действия в течение некоторого периода времени. Этот период времени в настоящем документе называется рефрактерным периодом, который имеет длительность приблизительно 250 мс и помогает защитить сердце.In heart 26, sinus rhythm is any heart rhythm in which depolarization of the heart muscle at the sinus node begins. Sinus rhythm is characterized by the presence of correctly oriented P waves on the ECG. Sinus rhythm is necessary, but not sufficient, to ensure normal electrical activity in the heart. After initiating an action potential (eg, by the sinus node), the cardiac cell of heart 26 cannot initiate another action potential for some period of time. This period of time is referred to herein as the refractory period, which is approximately 250 ms long and helps protect the heart.

В некоторых вариантах осуществления изобретения электроды 50 выполнены с возможностью регистрировать вышеупомянутые ВС сигналы ЭКГ, и (например, одновременно) поверхностные электроды 38 регистрируют ПТ сигналы ЭКГ.In some embodiments of the invention, the electrodes 50 are configured to record the aforementioned IC ECG signals, and (for example, simultaneously) the surface electrodes 38 record PT ECG signals.

В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью приема сигналов ЭКГ на поверхности тела (ПТ) от поверхностных электродов 38 и внутрисердечных сигналов (ВС) ЭКГ от электродов 38. Процессор 41 дополнительно выполнен с возможностью проверки того, отвечают ли ВС или ПТ сигналы ЭКГ ритму синусового узла.In some embodiments, the processor 41 is configured to receive body surface (SB) ECG signals from the surface electrodes 38 and intracardiac (IC) ECG signals from the electrodes 38. The processor 41 is further configured to check whether the BC or AT ECG signals respond sinus rhythm.

В некоторых вариантах осуществления, если ни один из полученных сигналов ЭКГ не отвечает ритму синусового узла, процессор 41 продолжает принимать и анализировать дополнительные ВС и ПТ сигналы ЭКГ в динамике.In some embodiments, if none of the received ECG signals match the rhythm of the sinus node, the processor 41 continues to receive and analyze additional ECG and PT ECG signals over time.

В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца 26 на основании регистрируемых ВС и ПТ сигналов ЭКГ и в ответ на сигналы ЭКГ, отвечающие ритму синусового узла. Следует отметить, что по причинам безопасности подача импульсов, вызывающих НЭП, допускается в течение рефрактерного периода, а не во время инициации потенциала действия.In some embodiments of the invention, the processor 41 is configured to record the refractory period of the heart 26 based on the recorded VS and PT ECG signals and in response to the ECG signals corresponding to the rhythm of the sinus node. It should be noted that, for safety reasons, the application of impulses that cause NEP is allowed during the refractory period, and not during the initiation of the action potential.

В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью контроля IPG 45 для подачи одного или более импульсов, вызывающих НЭП, к ткани на участке абляции сердца 26 посредством одной или более пар электродов 50, выбранных блоком переключения 46. Например, врач 30 может отправить команду процессору 41 на активацию IPG 45 (или может непосредственно активировать контроллер IPG 45), например, посредством нажатия на ножную педаль. Процессор 41 выполнен с возможностью приема ВС и ПТ сигналов ЭКГ от электродов 50 и 38, соответственно, и контроля IPG 45 для подачи импульсов, вызывающих НЭП, в регистрируемый рефрактерный период, когда по меньшей мере один из ВС и (или) ПТ сигналов ЭКГ указывает на синусовый ритм. Другими словами, при регистрации рефрактерного периода сердца 26 процессор 41 контролирует IPG 45 для подачи импульсов, вызывающих НЭП, к ткани участка абляции сердца 26.In some embodiments, the processor 41 is configured to control the IPG 45 to deliver one or more NEP-inducing pulses to the tissue at the ablation site of the heart 26 via one or more pairs of electrodes 50 selected by the switch unit 46. For example, the clinician 30 may send a command processor 41 to activate the IPG 45 (or may directly activate the IPG 45 controller), for example by depressing a foot pedal. Processor 41 is configured to receive the VS and PT ECG signals from electrodes 50 and 38, respectively, and control the IPG 45 to deliver NEP-inducing pulses during the recorded refractory period when at least one of the VS and/or PT ECG signals indicates to sinus rhythm. In other words, when recording the refractory period of the heart 26, the processor 41 controls the IPG 45 to deliver NEP-inducing impulses to the tissue of the ablation site of the heart 26.

В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью автоматического выполнения процедуры НЭП. В таких вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью контроля: (i) количества и качества ВС и ПТ сигналов ЭКГ, полученных от сердца 26, (ii) синхронизации подачи импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в течение одного или более рефрактерных периодов, и (iii) по меньшей мере некоторых параметров поданных импульсов, вызывающих НЭП. Следует отметить, что после расположения по меньшей мере пары электродов 50 в контакте с тканью на участке абляции врач 30 может дать команду процессору 41 управлять захватом сигнала ЭКГ и автоматически подачей импульсов, вызывающих НЭП. Однако при необходимости (например, в случае неотложной помощи) врач 30 может вмешаться в процедуру НЭП, например, для коррекции и (или) прерывания процесса, выполняемого процессором 41.In some embodiments of the invention, the processor 41 is configured to automatically perform the NAP procedure. In such embodiments, the processor 41 is configured to monitor: (i) the quantity and quality of the VS and AT ECG signals received from the heart 26, (ii) the timing of the delivery of NEP-inducing impulses to the tissue during one or more refractory periods, and (iii) at least some parameters of the applied pulses causing the NEP. It should be noted that after placing at least a pair of electrodes 50 in tissue contact at the ablation site, clinician 30 can instruct processor 41 to control ECG signal capture and automatic delivery of NEP-inducing pulses. However, if necessary (e.g., in the event of an emergency), physician 30 may intervene in the IEP procedure, for example, to correct and/or interrupt the process performed by processor 41.

На фиг. 2 представлена блок-схема, которая схематически иллюстрирует способ автоматической процедуры НЭП во время рефрактерного периода сердца 26 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 is a flowchart that schematically illustrates a method for automatic IEP procedure during the refractory period of the heart 26 in accordance with an embodiment of the present invention.

Способ начинается со стадии 100 введения катетера, в котором врач вводит катетер 21 с использованием системы отслеживания положения для расположения одной или более пар электродов 50, прикрепленных к участку абляции сердца 26, как описано на фиг. 1 выше.The method begins with catheter insertion step 100, wherein the clinician inserts catheter 21 using a position tracking system to position one or more pairs of electrodes 50 attached to cardiac ablation site 26 as described in FIG. 1 above.

На стадии 102 захвата сигнала ЭКГ процессор 41 выполнен с возможностью приема внутрисердечных сигналов (ВС) ЭКГ и сигналов ЭКГ с поверхности тела (ПТ) от электродов 50 и 38, соответственно, как описано на фиг. 1 выше.In the ECG signal capture step 102, processor 41 is configured to receive intracardiac (IC) ECG signals and body surface (BSU) ECG signals from electrodes 50 and 38, respectively, as described in FIG. 1 above.

На стадии 104 регистрации синусового ритма процессор 41 выполнен с возможностью проверки того, отвечают ли один или более ВС или ПТ сигналов ЭКГ ритму синусового узла. В случае если в ритме синусового узла сигналы ЭКГ не зарегистрированы, способ возвращается к стадии 102, а процессор 41 продолжает проверять дополнительные ВС и ПТ сигналы ЭКГ, полученные электродами 50 и 38, соответственно. Если процессор идентифицирует ВС и ПТ сигналы ЭКГ, которые отвечают ритму синусового узла, способ переходит к стадии 106 процедуры НЭП, на которой способ завершается.In the sinus rhythm recording step 104, the processor 41 is configured to check whether one or more VS or PT ECG signals are in sinus node rhythm. In the event that no ECG signals are detected in the sinus node rhythm, the method returns to step 102 and the processor 41 continues to check for additional ECG and PT ECG signals received by electrodes 50 and 38, respectively. If the processor identifies the IC and AT ECG signals that correspond to the sinus node rhythm, the method proceeds to step 106 of the NEP procedure, where the method ends.

На стадии 106 процедуры НЭП, на основании ВС и ПТ сигналов ЭКГ, которые отвечают ритму синусового узла, процессор 41 выполнен с возможностью: (i) регистрации рефрактерного периода сердца пациента и (ii) контроля IPG 45 для подачи импульсов, вызывающих НЭП, для абляции ткани в участке абляции сердца 26 в течение регистрируемого рефрактерного периода. Следует отметить, что импульсы, вызывающие НЭП, доставляются к ткани посредством одной или более пар электродов 50, выбранных посредством блока переключения 46 или с применением любого другого подходящего механизма выбора.In step 106 of the NEP procedure, based on the VS and AT ECG signals that correspond to the rhythm of the sinus node, the processor 41 is configured to: (i) record the refractory period of the patient's heart and (ii) control the IPG 45 to deliver NEP-inducing pulses for ablation tissue in the ablation site of the heart 26 during the recorded refractory period. It should be noted that the NEP-inducing impulses are delivered to the tissue by one or more pairs of electrodes 50 selected by the switch block 46 or any other suitable selection mechanism.

Следует отметить, что способ, описанный на фиг. 2, выполняется автоматически, например, без вмешательства врача 30, однако врач 30 может иметь средства для вмешательства, и при необходимости корректировать или прерывать процедуру автоматической НЭП, описанную выше.It should be noted that the method described in FIG. 2 is performed automatically, for example, without the intervention of the physician 30, however, the physician 30 may have the means to intervene and, if necessary, correct or interrupt the automatic IEP procedure described above.

Несмотря на то, что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, главным образом касаются абляции ткани сердца, способы и системы, описанные в настоящем документе, можно также применять в других областях применения, например, при абляции других органов человека или других млекопитающих.While the embodiments described herein are primarily concerned with ablation of cardiac tissue, the methods and systems described herein may also be applied to other applications, such as ablation of other human or other mammalian organs.

Таким образом, следует понимать, что описанные выше варианты осуществления изобретения приведены лишь в качестве примера и что настоящее изобретение не ограничено вариантами, показанными и подробно описанными выше в настоящем документе. Напротив, объем настоящего изобретения включает в себя как комбинации, так и подкомбинации различных вышеописанных признаков, а также их варианты и модификации, которые будут очевидны специалистам в данной области после ознакомления с приведенным выше описанием и которые не были описаны на предшествующем уровне техники. Документы, включенные в настоящую заявку на патент путем ссылки, следует считать неотъемлемой частью заявки, за исключением того, что, если определение терминов в этих включенных документах противоречит определениям, сделанным явным или неявным образом в настоящем описании, следует учитывать только определения настоящего описания.Thus, it should be understood that the embodiments of the invention described above are given by way of example only and that the present invention is not limited to the embodiments shown and described in detail above herein. On the contrary, the scope of the present invention includes both combinations and subcombinations of the various features described above, as well as variations and modifications thereof, which will be apparent to those skilled in the art upon reading the above description and which have not been described in the prior art. Documents incorporated in this patent application by reference are to be considered an integral part of the application, except that if the definitions of terms in these incorporated documents conflict with definitions made explicitly or implicitly in the present description, only the definitions of the present description should be considered.

Claims

1. Method for performing irreversible electroporation during the refractory period of the heart, including:

introduction of an ablation catheter (21) into the ablation site in the patient's heart, having a shaft (22), at the distal end (22a) of which there is a flexible end section (40), having a straightened configuration and carrying electrodes, made with the possibility of both recording intracardiac signals (IC ) electrocardiogram (ECG) at the ablation site, and irreversible electroporation (IEP) of the heart tissue at the ablation site;

bending the end section (40) and correspondingly placing the electrodes of the flexible end section (40) at the ablation site;

receiving by the processor (41) ECG signals from the electrodes of the flexible end section (40);

registering by the processor the refractory period of the patient's heart based on the received ECG signals, and the processor is configured to ensure that the electrodes of the ablation catheter are given pulses that cause irreversible electroporation (IEP) only during the refractory period of the heart; and

ablation of the ablation site using an ablation catheter during a recorded refractory period.

2. The method of claim 1 further comprising using surface electrodes (38) to record ECG signals at a body surface (BT) and obtain ECG signals includes obtaining at least one of (i) BC ECG signals at the ablation site and (ii ) PT of ECG signals.

3. The method of claim. 1 or 2, in which the registration of the refractory period includes an indication of sinus rhythm in at least one of the received ECG signals.

4. A method according to any one of the preceding claims, wherein ablation of the ablation site comprises applying at least one NEP-inducing pulse to tissue at the ablation site for a recordable refractory period.

5. The method of claim 4, wherein applying at least one NEP-inducing pulse comprises driving an NEP-inducing pulse generator and delivering NEP-inducing pulses to tissue in response to receiving in at least one of the received ECG signals. indicating sinus rhythm.

6. A system for performing irreversible electroporation during the refractory period of the heart, comprising:

ablation catheter (21) inserted into the ablation site of the patient's heart and having a shaft (22), at the distal end (22a) of which there is a flexible end section (40), having a straightened configuration during insertion and carrying electrodes, made with the possibility of both registering intracardiac signals (ES) of the electrocardiogram (ECG) at the site of ablation, and the performance of irreversible electroporation (IEP) of the heart tissue at the site of ablation; and

a processor capable of recording the refractory period of the patient's heart based on the registered ECG signals and with the possibility of providing pulses to the electrodes of the ablation catheter that cause irreversible electroporation (IEP) only during the refractory period of the heart.

7. The system according to claim. 6, containing: (i) at least the first electrodes mounted on the catheter and configured to register the ECG VS signals at the ablation site, and additionally (ii) the second electrodes associated with the surface of the patient's body and made with the possibility of recording ECG signals of the patient's heart received from the body surface (BT).

8. The system of claim 6 or 7, wherein the processor is configured to detect a refractory period based on at least one of the ECG signals that are indicative of a sinus rhythm pulse.

9. The system according to any one of paragraphs. 6-8, comprising a NEP-inducing pulse generator that is configured to apply NEP-inducing pulses to tissue at the site of ablation during a recorded refractory period.

10. The system of claim 9, wherein the processor is configured to control the NEP-inducing pulse generator to apply NEP-inducing pulses in response to receiving at least one of the ECG signals that is indicative of a sinus rhythm pulse.

11. The system of claim 9, wherein the NEP-inducing pulse generator is configured to apply at least one bipolar NEP-inducing pulse between a pair of electrodes that are in contact with tissue at the ablation site.

12. A system for performing irreversible electroporation during the refractory period of the heart, comprising:

ablation catheter (21) inserted into the ablation site of the patient's heart and having a shaft (22), at the distal end (22a) of which there is a flexible end section (40), having a straightened configuration during insertion and carrying electrodes made with the possibility of registration as intracardiac signals (ES) of the electrocardiogram (ECG) at the site of ablation, and the performance of irreversible electroporation (IEP) of the heart tissue at the site of ablation;

an interface that is configured to receive electrocardiogram (ECG) signals from the patient's heart from the ablative catheter; and

a processor capable of recording the refractory period of the patient's heart based on the ECG signals received from the interface and with the possibility of providing pulses to the electrodes of the ablation catheter that cause irreversible electroporation (IEP) only during the refractory period of the heart.

13. The system according to claim 12, further comprising surface electrodes (38) for recording ECG signals at the body surface (BT) and in which the interface is configured to receive both (i) intracardiac (IC) ECG signals at the ablation site, and ( ii) ECG signals from the body surface (BT).

14. The system of claim 12 or 13, wherein the processor is configured to detect a refractory period by indicating sinus rhythm in at least one of the received ECG signals.

15. The system according to any one of paragraphs. 12-15, comprising a NEP-inducing pulse generator that is configured to apply NEP-inducing pulses to tissue at the ablation site during a recorded refractory period.

16. The system of claim 15, wherein the processor is configured to control the NEP inducing pulse generator to deliver NEP inducing pulses in response to receiving at least one of the ECG signals that are indicative of a sinus rhythm pulse.