基于接觸力的消融功率控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)適于通過預(yù)測消融灶尺寸來對活體受檢者體內(nèi)的靶組織進(jìn)行消融，所述消融灶尺寸是由于如下操作產(chǎn)生：將消融電極放置成在特定的接觸力下與所述靶組織接觸，同時按給定功率水平施加能量并持續(xù)特定的時間間隔。所述預(yù)測涉及將所述消融灶尺寸建模成接觸力、功率水平和時間間隔的非線性函數(shù)?？赏ㄟ^改變接觸力、功率水平或時間間隔來迭代所述預(yù)測，直至找到飽和點(diǎn)，超過所述飽和點(diǎn)之后所述消融灶尺寸不再增大。在確立所述迭代之一預(yù)測期望的消融灶尺寸之后，可使用所述一個迭代的接觸力、功率水平和時間間隔來進(jìn)行對靶組織的消融。
【專利說明】基于接觸力的消融功率控制
【背景技術(shù)】
[0001]1.摶術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及組織消融系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及監(jiān)視侵入式探針與體內(nèi)組織之間的接觸。
[0003]2.【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)心臟組織區(qū)向相鄰組織異常地傳導(dǎo)電信號時，會發(fā)生諸如心房纖顫之類的心律失常，從而擾亂正常的心動周期并造成心律不同步。
[0005]用于治療心律失常的手術(shù)包括通過手術(shù)擾亂造成心律失常的信號源，以及擾亂用于這種信號的傳導(dǎo)通路。通過經(jīng)由導(dǎo)管施加能量來選擇性地消融心臟組織，有時可以終止或更改不利電信號從心臟一部分傳播到另一部分。消融方法通過形成不傳導(dǎo)的消融灶來破壞無用的電通路。 [0006]驗(yàn)證電極與靶組織的物理接觸對于控制消融能量的遞送而言非常重要。本領(lǐng)域已針對驗(yàn)證電極與組織的接觸進(jìn)行大量嘗試，并且已提出多種技術(shù)。例如，美國專利6，695，808描述了用于治療選定的患者組織或器官區(qū)域的設(shè)備。探針具有可推抵所述區(qū)域的接觸表面，由此產(chǎn)生接觸壓力。壓力傳感器測量所述接觸壓力。手術(shù)過程中醫(yī)療器械必須牢固放置，但是不與解剖表面過度接觸，該裝置據(jù)說通過給醫(yī)療器械的使用者提供接觸力的存在和量級的指示信息來滿足所述手術(shù)的需要。
[0007]又如，美國專利6，241，724描述了使用分段電極組件在身體組織內(nèi)產(chǎn)生消融灶的方法。在一個實(shí)施例中，導(dǎo)管上的電極組件載有壓力傳感器，該傳感器感測與組織的接觸情況并向壓力接觸模塊傳達(dá)信號。所述模塊識別與壓力傳感器信號相關(guān)聯(lián)的電極元件，并且指示能量發(fā)生器將RF能量傳送至這些元件，而不傳輸至僅與血液接觸的其他元件。
[0008]美國專利6，915，149中提供了另一個例子。該專利描述了用具有測量局部電活動的末端電極的導(dǎo)管來標(biāo)測心臟的方法。為了避免可能因末端與組織接觸不良而產(chǎn)生的假象，使用壓力傳感器測量末端與組織之間的接觸壓力，以確保穩(wěn)定接觸。
[0009]美國專利申請公布2007/0100332描述了用于評估組織消融的電極-組織接觸的系統(tǒng)和方法。導(dǎo)管軸內(nèi)的機(jī)電傳感器生成電信號，該電信號對應(yīng)于導(dǎo)管軸的遠(yuǎn)側(cè)部分內(nèi)的電極運(yùn)動的量。輸出裝置接收用于評價電極與組織之間的接觸水平的電信號。
[0010]授予Keidar等人的美國專利7，306，593描述了通過如下步驟消融器官內(nèi)組織的方法:將體內(nèi)的探針與待消融的組織接觸，并且在消融組織之前使用探針測量該位置處的一個或多個局部參數(shù)。顯示器官的標(biāo)測圖，根據(jù)一個或多個局部參數(shù)示出對于用探針在該位置處施加的給定劑量的能量可達(dá)到的組織預(yù)測消融范圍。使用探針施加給定劑量的能量來消融組織，并在消融組織之后使用探針測量該位置處的實(shí)際消融范圍。在標(biāo)測圖上顯示測量的實(shí)際消融范圍，以與預(yù)測范圍進(jìn)行比較。
[0011]本領(lǐng)域已知的用于評估導(dǎo)管組織接觸的基于阻抗的方法通常依賴于對導(dǎo)管上電極與體表電極之間的阻抗量級的測量。當(dāng)阻抗量級低于一些閾值時，視為電極與組織接觸。然而，這種二元接觸指示可能不可靠，并且對于體表電極與皮膚之間的阻抗變化敏感。[0012]Sauarav等人的以引用方式并入本文的美國專利申請公布2008/0288038和2008/0275465描述了電極導(dǎo)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)可包括適于施加電能的電極。當(dāng)電極接近靶組織時，可在電極與地面之間應(yīng)用適于測量阻抗的測量電路?？蓱?yīng)用處理器或處理單元來確定靶組織的接觸條件，該接觸條件至少部分地基于測量電路所測得的阻抗的電抗。在另一個實(shí)施例中，接觸條件可基于阻抗的相位角。
[0013]文獻(xiàn) Determinants of Lesion Size During Radiofrequency CatheterAblation:The Role of Electrode—Tissue Contact Pressure and Duration of EnergyDelivery (David E.Haines, J.Cardiovasc Electrophysiol,第 2 卷，第 509-515 頁，1991 年12月)中描述了在犬心肌導(dǎo)管的體外模型中不同的電極組織接觸壓力以及射頻能量遞送的持續(xù)時間對所得消融灶的尺寸的影響。較大的接觸力顯著地減小了維持恒定的電極-組織界面溫度所需的功率，并且消融灶尺寸隨時間呈單指數(shù)增長。
[0014]美國專利申請公布2010/0298826描述了力-時間積分，用于實(shí)時估測基于導(dǎo)管的消融系統(tǒng)中的消融灶。設(shè)備測量由接觸消融探針對靶組織施加的力，并對消融探針的通電時間內(nèi)的力求積分。可計(jì)算并利用力-時間積分來實(shí)時提供所估測的消融灶尺寸(深度、體積和/或面積)。據(jù)說力-時間積分可解釋實(shí)時遞送到靶組織的功率的變化，以提供對消融灶尺寸的改善的估測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種消融方法，所述消融方法是通過如下方式執(zhí)行:將探針插入到活體受檢者的體內(nèi)；選擇探針的消融電極與靶組織之間的接觸力、功率水平和時間間隔。所述方法還通過如下方式執(zhí)行:通過將消融灶尺寸建模成接觸力、功率水平和時間間隔的非線性函數(shù)來預(yù)測消融灶尺寸，所述消融灶尺寸由于如下操作產(chǎn)生:將消融電極放置成在所述接觸力下與靶組織成接觸關(guān)系，同時持續(xù)所述時間間隔、經(jīng)由所述消融電極按所述功率水平對靶組織施加能量以消融靶組織。在增大接觸力、功率水平和時間間隔之一之后迭代所述預(yù)測，直至找到飽和點(diǎn)，其中找到飽和點(diǎn)時進(jìn)一步的增大不會導(dǎo)致所預(yù)測的消融灶尺寸增大。所述方法還通過如下方式執(zhí)行:確立所述迭代之一預(yù)測期望的消融灶尺寸，促使消融電極與所述靶組織形成所述接觸關(guān)系，并使用所述一個迭代的所述接觸力、所述功率水平和所述時間間隔來消融所述靶組織。
[0016]所述方法的附加方面包括在所述迭代期間以圖形方式顯示所述預(yù)測。
[0017]在所述方法的一個方面，作出預(yù)測的迭代包括改變所述接觸力并且將所述功率水平和所述時間間隔保持在恒定水平。
[0018]在所述方法的另一個方面，作出預(yù)測的迭代包括改變所述功率水平并且將所述接觸力和所述時間間隔保持在恒定水平。
[0019]在所述方法的另一個方面，作出預(yù)測的迭代包括改變所述時間間隔并且將所述接觸力和所述功率水平保持在恒定水平。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例還提供了用于執(zhí)行上述方法的消融設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為更好地理解本發(fā)明，以舉例的方式提供本發(fā)明的詳細(xì)說明。要結(jié)合以下附圖來閱讀詳細(xì)說明，附圖中相同的元件用相同的附圖標(biāo)號來表示，并且其中:
[0022]圖1為用于在活體受檢者的心臟上執(zhí)行消融手術(shù)的系統(tǒng)的圖示，所述系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造和操作的；
[0023]圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的接觸力與消融灶尺寸之間的關(guān)系的復(fù)合圖；
[0024]圖3顯示一組示例性曲線，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的消融灶尺寸；
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的心臟消融手術(shù)的模擬器所產(chǎn)生的心臟壁的一部分的屏幕顯示；
[0026]圖5為類似于圖4的屏幕顯示，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生的所預(yù)測的消融灶；
[0027]圖6為類似于圖4的屏幕顯示，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生的另一所預(yù)測的消融灶；并且
[0028]圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的消融功率控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了能夠全面理解本發(fā)明的各種原理，在以下說明中闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而對于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員將顯而易見的是，并非所有這些細(xì)節(jié)始終都是實(shí)施本發(fā)明所必需的。在這種情況下，為了不使主要概念不必要地模糊，未詳細(xì)示出熟知的電路、控制邏輯以及用于常規(guī)算法和進(jìn)程的計(jì)算機(jī)程序指令細(xì)節(jié)。
[0030]本發(fā)明的多個方面可在軟件編程代碼中體現(xiàn)，所述軟件編程代碼通常被保持在永久性存儲器(例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))中。在客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境中，這種軟件編程代碼可存儲在客戶機(jī)或服務(wù)器上。軟件編程代碼可在與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一起使用的多種已知非臨時性介質(zhì)(例如，軟盤、硬盤驅(qū)動器、電子介質(zhì)或⑶-ROM)中的任一者上體現(xiàn)。所述代碼可分布于這類介質(zhì)上，或者可經(jīng)一些類型的網(wǎng)絡(luò)從一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲器向其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的存儲裝置分發(fā)給使用者，以便于此類其他系統(tǒng)的使用者使用。
[0031]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，首先參見圖1，其為用于在活體受檢者的心臟12上執(zhí)行消融手術(shù)的系統(tǒng)10的圖示，所述系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明的公開實(shí)施例構(gòu)造和操作的。該系統(tǒng)包括導(dǎo)管14，由操作者16將該導(dǎo)管經(jīng)由皮膚穿過患者的血管系統(tǒng)插入到心臟12的心室或血管結(jié)構(gòu)中。操作者16 (通常為醫(yī)師)將導(dǎo)管的遠(yuǎn)側(cè)末端18在消融靶點(diǎn)處與心壁接觸。任選地，隨后可按照美國專利6，226，542和6，301，496以及共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6，892，091中所公開的方法制備電激活圖，所述專利的公開內(nèi)容均以引用方式并入本文中。一種體現(xiàn)系統(tǒng)10的兀件的商品可以 CARTO? 3 系統(tǒng)從Biosense Webster, Inc.(3333Diamond Canyon Road,Diamond Bar, CA91765)商購獲得。該系統(tǒng)可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行改進(jìn)以體現(xiàn)本文所述的發(fā)明原理。
[0032]可以通過施加熱能對例如通過電活動圖評價確定為異常的區(qū)域進(jìn)行消融，例如通過將射頻電流通過導(dǎo)管中的金屬線傳導(dǎo)至遠(yuǎn)側(cè)末端18處的一個或多個電極，這些電極將射頻能量施加至心肌。能量被吸收在組織中，從而將組織加熱到一定點(diǎn)(通常約50°C)，在該溫度下組織會永久性失去其電興奮性。當(dāng)手術(shù)成功后，在心臟組織中產(chǎn)生非傳導(dǎo)性的消融灶，這些消融灶可中斷導(dǎo)致心律失常的異常電通路。本發(fā)明的原理可應(yīng)用于不同的心室以治療多種不同的心律失常。[0033]導(dǎo)管14通常包括柄部20，在柄部上具有合適的控制器以使得操作者16能夠根據(jù)消融手術(shù)的需要對導(dǎo)管的遠(yuǎn)端進(jìn)行操縱、定位和定向。為了輔助操作者16，導(dǎo)管14的遠(yuǎn)側(cè)部分包含位置傳感器(未示出)，其向位于控制臺24中的定位處理器22提供信號。
[0034]可使消融能量和電信號經(jīng)由電纜34穿過位于遠(yuǎn)側(cè)末端18處或附近的一個或多個消融電極32，在心臟12和控制臺24之間來回傳送。可通過電纜34和電極32將起搏信號和其他控制信號從控制臺24傳送至心臟12。同樣連接至控制臺24的感測電極33被設(shè)置在消融電極32之間并且具有至電纜34的連接部。
[0035]線材連接部35將控制臺24與體表電極30和定位子系統(tǒng)的其他部件鏈接在一起。電極32和體表電極30可用于在消融位點(diǎn)測量組織阻抗，如授予Govari等人的美國專利7，536，218中所教導(dǎo)的那樣，該專利以引用方式并入本文。溫度傳感器(未示出)，通常為熱電偶或熱敏電阻器，可安裝在電極32的每一個上或附近。
[0036]控制臺24通常包括一個或多個消融功率發(fā)生器25。導(dǎo)管14可適于利用任何已知的消融技術(shù)將消融能量(例如，射頻能量、超聲能量和激光產(chǎn)生的光能)傳導(dǎo)到心臟。共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6,814, 733,6,997,924和7，156,816中公開了此類方法，這些專利以引用方式并入本文。
[0037]定位處理器22為系統(tǒng)10中定位子系統(tǒng)的元件，其測量導(dǎo)管14的位置和定向坐標(biāo)。
[0038]在一個實(shí)施例中，定位子系統(tǒng)包括磁定位跟蹤構(gòu)造，該磁定位跟蹤構(gòu)造利用生成磁場的線圈28，通過以預(yù)定的工作體積生成磁場并感測導(dǎo)管處的這些磁場來確定導(dǎo)管14的位置和定向。定位子系統(tǒng)可采用阻抗測量，如以引用方式并入本文的美國專利7，756，576以及上述美國專利7，536，218中所教導(dǎo)的那樣。
[0039]如上所述，導(dǎo)管14聯(lián)接到控制臺24，該控制臺使得操作者16能夠觀察并調(diào)控導(dǎo)管14的功能。控制臺24包括處理器，優(yōu)選地具有適當(dāng)信號處理電路的計(jì)算機(jī)。所述處理器被聯(lián)接以驅(qū)動監(jiān)視器29。信號處理電路通常接收、放大、過濾并數(shù)字化來自導(dǎo)管14的信號，這些信號包括上述傳感器和位于導(dǎo)管14的遠(yuǎn)側(cè)的多個位置感測電極(未示出)所產(chǎn)生的信號。控制臺24和定位系統(tǒng)接收并使用數(shù)字化信號，以計(jì)算導(dǎo)管14的位置和定向并分析來自電極的電信號。
[0040]通常，系統(tǒng)10包括其他元件，但為了簡潔起見未在圖中示出這些元件。例如，系統(tǒng)10可包括心電圖(ECG)監(jiān)視器，其被聯(lián)接以接收來自一個或多個體表電極的信號，以便為控制臺24提供ECG同步信號。如上所述，系統(tǒng)10通常還包括基準(zhǔn)位置傳感器，其或者位于附接到受檢者身體外部的外部施加基準(zhǔn)補(bǔ)片上，或者位于插入心臟12內(nèi)并相對于心臟12保持在固定位置的內(nèi)置導(dǎo)管上。設(shè)置了用于使液體循環(huán)穿過導(dǎo)管14以冷卻消融部位的常規(guī)泵和管路。
[0041]現(xiàn)在參見圖2，該圖為例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的接觸力與消融灶尺寸之間的關(guān)系的復(fù)合圖，所述消融灶尺寸是由導(dǎo)管14的消融電極移動至接觸心臟12的壁37 (圖1)時所造成。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在對組織進(jìn)行消融時存在飽和效應(yīng)。具體地，對于給定的消融時間間隔T和給定的消融功率P，曲線41給出針對導(dǎo)管所施加的不同力F的消融灶尺寸，如圖2的下部中所示。曲線41顯示，隨著力的增大，消融灶尺寸的變化率(dS/dF)、即曲線的斜率減小。點(diǎn)43(Fsat，Ssat)處的斜率實(shí)際為零，該點(diǎn)對應(yīng)于消融系統(tǒng)的飽和點(diǎn)，這是因?yàn)閷⒘υ龃蟮酱笥贔sat的值不會改變消融灶尺寸Ssat。
[0042]可利用飽和效應(yīng)的知識來確定在消融手術(shù)中產(chǎn)生期望的消融灶尺寸(對于給定的功率P和時間間隔T)所需的力。使消融灶尺寸S與力F相關(guān)的表達(dá)式可為如下:
[0043]S = f(F，P，T) (1)。
[0044]由于心動周期期間所發(fā)生的身體變化而導(dǎo)致的變化可通過在時間上的積分來補(bǔ)償，如公式(2)和(3)所示:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種消融方法，包括如下步驟:將探針插入活體受檢者的體內(nèi)，所述探針具有消融電極；選擇所述消融電極與靶組織之間的接觸力、功率水平和時間間隔；通過將消融灶尺寸建模成所述接觸力、所述功率水平和所述時間間隔的非線性函數(shù)來對所述消融灶尺寸作出預(yù)測，所述消融灶尺寸是由于如下操作產(chǎn)生:將所述消融電極放置成在所述接觸力下與所述靶組織成接觸關(guān)系，同時持續(xù)所述時間間隔、經(jīng)由所述消融電極按所述功率水平對所述靶組織施加能量以用于消融所述靶組織；通過增大所述接觸力、所述功率水平和所述時間間隔之一來迭代作出預(yù)測的所述步驟，直至找到飽和點(diǎn)，其中找到飽和點(diǎn)時進(jìn)一步的增大不會導(dǎo)致所預(yù)測的消融灶尺寸增大；確立作出預(yù)測的所述步驟的所述迭代之一預(yù)測期望的消融灶尺寸；促使所述消融電極與所述靶組織成所述接觸關(guān)系；以及使用所述一個迭代的所述接觸力、所述功率水平和所述時間間隔來消融所述靶組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟:在迭代作出預(yù)測的所述步驟的同時以圖形方式顯示所述預(yù)測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中迭代作出預(yù)測的所述步驟包括改變所述接觸力并且將所述功率水平和所述時間間隔保持在恒定水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 方法，其中迭代作出預(yù)測的所述步驟包括改變所述功率水平并且將所述接觸力和所述時間間隔保持在恒定水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中迭代作出預(yù)測的所述步驟包括改變所述時間間隔并且將所述接觸力和所述功率水平保持在恒定水平。
6.—種消融設(shè)備，包括:柔性導(dǎo)管，所述柔性導(dǎo)管適于插入活體受檢者的心臟中并且具有遠(yuǎn)端設(shè)置的消融電極以與所述心臟中的靶組織接觸；消融器，所述消融器能夠操作以按功率水平對所述靶組織施加一定劑量的能量，以便消融所述靶組織；阻抗測量系統(tǒng)，所述阻抗測量系統(tǒng)包括將被附接到所述受檢者的體表電極，具有用于使電流流過所述體表電極與所述消融電極之間的電路；處理器，所述處理器用于根據(jù)所述消融電極與所述靶組織之間的給定接觸力、所述電流中的能量大小、以及所述電流流過所述消融電極的時間間隔之間的關(guān)系來預(yù)測消融灶尺寸，其中所述處理器能夠操作以執(zhí)行預(yù)測消融灶尺寸的所述步驟的迭代，直至找到飽和點(diǎn)，所述消融灶尺寸被預(yù)測為選自所述接觸力、所述功率水平和所時間間隔的參數(shù)的非線性函數(shù)，其中找到飽和點(diǎn)時所述參數(shù)的增大不會導(dǎo)致所預(yù)測的消融灶尺寸增大；控制電路，所述控制電路用于按照在預(yù)測消融灶尺寸的所述步驟的選擇的迭代中的所述接觸力、所述功率水平和所述時間間隔的值操作所述消融器；以及監(jiān)視器，所述監(jiān)視器鏈接至所述處理器，所述監(jiān)視器能夠操作以顯示所預(yù)測的消融灶尺寸的視覺指示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的消融設(shè)備，其中預(yù)測消融灶尺寸的所述步驟的迭代包括改變所述接觸力并且將所述功率水平和所述時間間隔保持在恒定水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的消融設(shè)備，其中預(yù)測消融灶尺寸的所述步驟的迭代包括改變所述功率水平并且將所述接觸力和所述時間間隔保持在恒定水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的消融設(shè)備，其中預(yù)測消融灶尺寸的所述步驟的迭代包括改變所述時間間隔并且將所述接觸力和所述功率水平保持在恒定水平。
【文檔編號】A61B18/12GK103720511SQ201310470135
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】A.戈瓦里, A.帕派奧安瑙 申請人:韋伯斯特生物官能(以色列)有限公司