基于阻抗的不可逆电穿孔（IRE）的制作方法

基于阻抗的不可逆电穿孔(ire)
技术领域
1.本发明整体涉及侵入式消融，并且具体地涉及心脏组织的不可逆电穿孔(ire)。


背景技术：

2.先前已在专利文献中提出了对侵入式消融参数的估计以及根据该估计来控制消融。例如，美国专利申请公布第2013/0006228号描述了用于局部递送能量的装置和使用此类装置的方法，特别是用于生物组织的治疗处理的方法。本发明所公开的方法可涉及将能量递送构件定位和部署在目标部位中，以及通过能量递送构件递送能量。在一个实施方案中，射频(rf)占空比和/或脉冲持续时间可被配置成响应于一个或多个选择的参数而变化，这些参数可包括治疗信号的频率、治疗信号的功率或治疗信号的组织阻抗。
3.又如，美国专利申请公布第2016/0066977号描述了一种用于在电穿孔处理规程期间通过实时监测来消融组织部位的医疗系统。脉冲发生器生成在治疗规程之前频率为至少1mhz的治疗前测试信号和在治疗规程期间的治疗中测试信号。治疗控制模块根据治疗前测试信号和治疗中测试信号确定阻抗值，并且基于在治疗进行时确定的阻抗值实时确定电穿孔的进展和治疗的结束点。


技术实现要素：

4.下文所述的本发明的一个实施方案提供了不可逆电穿孔(ire)方法，该方法包括选择被放置成与器官中的组织接触的导管的电极，用于在所选择的电极之间施加ire脉冲。在所选择的电极之间测量阻抗。基于所测量的阻抗，选择具有在所测量的阻抗下满足预定义安全标准的参数的ire协议。根据所选择的协议施加ire脉冲。
5.在一些实施方案中，选择ire协议包括选择脉冲宽度、脉冲重复率和ire脉冲的数目。
6.在一些实施方案中，选择预定义安全标准包括选择具有低于所测量的阻抗的阻抗阈值的ire协议，从而确保ire脉冲将不会使组织过热。
7.在一个实施方案中，所选择的协议的阻抗阈值通过计算和查找表中的一者导出。
8.在另一个实施方案中，ire方法还包括设定包括阻抗阈值的ire协议。在所选择的电极之间测量阻抗，并且将所测量的阻抗与给定阈值进行比较。如果所测量的阻抗低于阈值，则改变ire协议以具有低于所测量的阻抗的新阻抗阈值。根据所改变的协议施加ire。
9.在一个实施方案中，设定ire协议包括选择脉冲宽度、脉冲重复率和ire脉冲的数目，并且改变ire协议包括改变脉冲宽度、脉冲重复率和ire脉冲的数目中的一者或多者。在另一个实施方案中，改变脉冲宽度、脉冲重复率和ire脉冲的数目中的一者或多者包括减小脉冲宽度和重复率中的一者，以及增加脉冲的数目。
10.在一些实施方案中，改变ire协议包括维持由ire施加的相同累积电能。
11.根据本发明的另一个实施方案，还提供了一种包括接口和处理器的不可逆电穿孔系统。接口被配置成与被放置成与器官中的组织接触的导管交换信号。处理器被配置成(i)
选择导管的电极，用于在所选择的电极之间施加ire脉冲，(ii)测量所选择的电极之间的阻抗，(iii)基于所测量的阻抗，选择具有在所测量的阻抗下满足预定义安全标准的参数的ire协议，以及(iv)根据所选择的协议施加ire脉冲。
附图说明
12.结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
13.图1为根据本发明的示例性实施方案的基于导管的不可逆电穿孔(ire)系统的示意性图解；并且
14.图2为示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的使用图1的系统施加不可逆电穿孔(ire)脉冲的方法的流程图。
具体实施方式
15.概述
16.不可逆电穿孔(ire)还被称为脉冲场消融(pfa)，可以用作侵入式治疗模态，以通过使组织细胞经受高压脉冲来杀死组织细胞。具体地，ire脉冲可用于杀死心肌组织细胞以便治疗心律失常。当跨膜电势超过阈值时会发生细胞破坏，从而导致细胞死亡，并且因此导致组织病变的发展。因此，特别要关注的是使用高压双极电脉冲(例如，使用所选择的与组织接触的一对电极)来生成高电场(例如，高于特定阈值)以杀死电极之间的组织细胞。
17.然而，如果所选择的电极之间的电阻抗较低，则电极之间的高压也可生成过度焦耳加热，所述过度焦耳加热可导致潜在的临床危险的不期望的影响，诸如消融组织中的蒸汽爆裂。例如，跨100ω(两个可能的值)的2kv脉冲电压在组织中瞬时生成20安培，即40kw，这可能是危险的。
18.下文所述的本发明的实施方案通过考虑电极之间的电阻抗来防止经历ire的组织的过度焦耳加热。在一个实施方案中，最初，选择ire消融协议，例如默认协议，其中此协议通常指定脉冲形状(峰值电压和宽度)、脉冲重复率和脉冲的数目。
19.所选择的协议可被视为具有特定阻抗阈值，即，电极之间的实际电阻抗必须超过的阈值，以使消融被认为是安全的。给定协议的阻抗阈值可例如由处理器基于协议参数来计算，或者从预先确定的关系(例如，从存储在查找表中的经验导出或预先计算的关系)中读取。
20.一些实施方案使用为ire选择的电极来测量电极之间的阻抗。如果所测量的阻抗高于阻抗阈值，这意味着焦耳加热在可接受的范围内，则处理器命令系统使用初始协议来执行ire。
21.然而，如果所测量的阻抗低于阻抗阈值，则在这种情况下，所选择的协议可导致过度加热，则处理器或用户改变初始协议。该改变可涉及缩短单个脉冲长度、减小脉冲的重复率和/或增加脉冲的数目(以维持相同的累积临床效应)。所改变的协议具有不同的阻抗阈值(例如，较低阈值)，使得相同的测量阻抗现在高于新阈值，并且可执行ire。
22.消融能量方面，为了在给定阻抗下进行消融，如果阻抗低于阈值，则调整协议以尽可能维持类似的能量递送。优化是修改脉冲持续时间和/或脉冲的数目和/或脉冲串的数目
以维持类似的能量递送，从而获得相同的临床效应和热效应。对于具有较低阻抗的消融，通过修改脉冲持续时间和/或脉冲的数目，总能量仍然被减少，并且相应地将阻抗阈值调整到最大允许值。
23.当改变协议时，ire脉冲的峰值电压通常不降低，因为这影响所生成的电穿孔场。在一些实施方案中，峰值电压可被降低，只要其保持在ire达到临床有效所需的预定最小水平以上。
24.如上所述，为了维持临床效应，对协议的改变通常不会改变总的(例如，累积的)耗散能量。相反，这些变化扩展了施加脉冲的时间，以便准许所生成的热扩散更多并降低由加热引起的最高温度。
25.在另一个实施方案中，医师首先将导管插入并放置在目标组织位置处。接下来，ire消融系统测量导管的电极之间的阻抗。然后，系统或医师基于所测量的阻抗选择具有在所测量的阻抗下满足预定义安全标准的参数的ire协议。可使用任何合适的安全标准。例如，提供了以最小化过热组织的风险为目标的安全标准，该安全标准基于所测量的最小阻抗，其中系统选择具有低于最小测量阻抗的阻抗阈值的协议，使得所得的电流将低于引起组织过热的电流。因此，此类协议可安全地使用，因为预期焦耳加热在可接受的范围内。在该实施方案中，不需要初始选择协议(例如，上载协议并随后基于所测量的阻抗对其进行修改)。
26.本发明所公开的技术可用于各种类型的ire消融规程并可与各种类型的导管一起使用。在一个示例中，心脏ire消融使用装配在消融导管的远侧端部上的可膨胀框架(例如，球囊或篮状件)来执行。设置有消融电极的可膨胀框架被导航通过心血管系统并插入心脏中，以例如消融肺静脉(pv)的口。
27.通过对ire协议进行上述改变，可使使用可膨胀框架导管对例如pv的口进行ire消融更安全，同时维持其临床功效。
28.系统描述
29.图1为根据本发明的实施方案的基于导管的不可逆电穿孔(ire)系统20的示意性图解。系统20包括导管21，其中导管的轴22由医师30通过护套23穿过患者28的血管系统插入。然后，医师30将轴22的远侧端部22a导航到患者心脏26内的目标位置(插图25)。
30.一旦轴22的远侧端部22a已到达目标位置，医师30便通常通过将盐水泵送到球囊40中来回缩护套23，并且使球囊40膨胀。然后，医师30操纵轴22，使得设置在球囊导管40上的电极50接合pv口51的内壁，以经由电极50向pv口51的组织施加高压ire脉冲。
31.如插图25和27所示，远侧端部22a装配有包括多个平滑边缘和等距ire电极50的可膨胀球囊40。由于球囊40的远侧部分的扁平形状，即使在电极50覆盖远侧部分的情况下，相邻电极50之间的距离(诸如电极50a和50b之间的距离55)也保持大致恒定。因此，球囊40的配置允许相邻电极50之间更有效的(例如，具有大致均匀的电场强度)电穿孔，同时电极50的平滑边缘使不期望的热效应最小化。
32.例如，在2019年9月12日提交的标题为“具有力传感器的球囊导管”的美国临时专利申请第62/899,259号以及2019年12月24日提交的标题为“具有机械止挡件的接触力弹簧”的美国专利申请第16/726,605号中，解决了可膨胀球囊的特定方面，这两个专利申请均转让给本专利申请的受让人，并且其公开内容以引用方式并入本文。
33.在本文所述的实施方案中，导管21可用于任何合适的诊断目的和/或治疗目的，诸如心脏26的左心房45中的pv口51组织的电生理感测和/或前述ire隔离。
34.导管21的近侧端部连接至控制台24，所述控制台包括被配置成在相邻电极50之间施加ire脉冲的ire脉冲发生器38。电极通过在导管21的轴22中延伸的电线连接至ire脉冲发生器38。控制台24的存储器48存储包括ire脉冲参数的ire协议，诸如存储峰值双极电压和脉冲宽度。
35.控制台24包括处理器41，通常为通用计算机，该通用计算机具有合适的前端和接口电路37，用于接收来自导管21和来自通常围绕患者26的胸部放置的外部电极49的信号。为此，处理器41通过延伸穿过线缆39的导线连接至外部电极49。
36.在规程期间，系统20可使用由bisense-webster(加利福尼亚州欧文市(irvine california))提供的有源电流位置(acl)方法来跟踪电极50在心脏26内的相应位置，该方法在美国专利第8,456,182号中有所描述，该专利的公开内容以引用方式并入本文。
37.在一些实施方案中，接口电路37被配置成在球囊40被放置在目标组织处之后但在执行ire之前测量电极50中的所选择的电极之间的阻抗，诸如电极50a和50b之间的阻抗，并且将所测量的阻抗提供给处理器41。处理器将阻抗与预先确定的阻抗阈值进行比较，并且如果阻抗低于阈值，则处理器41或(由系统)警示医师30改变例如下表i和ii中所述的协议，以便减轻热危害，同时维持ire的临床功效。
38.在其他实施方案中，医师30可从用户界面47修改所改变的协议的任何参数。
39.处理器41通常在软件中编程以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。
40.具体地讲，处理器41运行如本文所公开的包括在图2中的专用算法，该专用算法使处理器41能够执行所公开的步骤，如下文进一步所述。具体地，处理器41被配置成根据处理器41从存储器48上载的治疗协议命令ire脉冲发生器38输出ire脉冲。
41.基于阻抗的ire方法
42.图2为示意性地示出根据本发明的实施方案的使用图1的系统20施加不可逆电穿孔(ire)脉冲的方法的流程图。根据所呈现的实施方案，算法执行从ire计划步骤80开始的过程，此时医师使用处理器41上载具有要施加于组织中的ire脉冲的参数的协议。初始协议中的可用于使用所公开的球囊40消融心脏组织的ire消融设定的示例在表i中给出：
43.参数值预设ire峰值电压1000v脉冲宽度1毫秒重复率2hz脉冲的数目10
44.表i
–
初始协议
45.接下来，在球囊导管导航步骤82处，医师30使用例如电极50作为acl感测电极将球囊40导管插入并导航到患者器官中的目标组织位置，诸如在pv口51处。
46.接下来，在阻抗测量步骤84处，处理器41测量所选择的电极之间的阻抗(例如，使用接口电路37)。
47.在阻抗阈值确定步骤86处，处理器41输出(例如，从查找表计算或选择)上载的协议的阻抗阈值。
48.在阻抗检查步骤88处，处理器41将所测量的阻抗与阻抗阈值进行比较。如果所测量的阻抗低于协议的阻抗阈值，则在协议改变步骤90中，医师使用处理器41将协议改变为例如表ii中给出的协议：
49.参数范围预设ire峰值电压1000v脉冲宽度0.5毫秒重复率1hz脉冲的数目40
50.表ii
–
所改变的协议
51.如表ii所示，当脉冲宽度和重复率减小时，通过增加脉冲的数目来保持累积的电能相同。
52.换句话讲，给定所测量的阻抗，修改除电压之外的协议参数，使得能量将保持类似于计划值。阻抗阈值被调整到低于所测量的阻抗，因为其以这种方式优化。因此，针对所改变的协议(例如，表ii的协议)自动调整的阻抗阈值移动到低于相同的所测量的阻抗，然后，在ire处理步骤92处，使用所改变的ire脉冲参数，处理器41命令发生器38将ire脉冲施加到组织。ire脉冲被施加在球囊40的所选择的电极之间，以隔离经由口51产生或传播的心律失常。
53.另一方面，如果所改变的协议产生仍然高于所测量的阻抗的新阻抗阈值，则该过程通过返回到步骤90并进一步改变ire协议来重复。
54.虽然本文所述的实施方案主要涉及心脏应用，但本文所述的方法和系统也可用于其他医疗应用，诸如肝癌或肺癌的消融，以及神经病学和耳鼻喉科学中。
55.因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本技术的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。

技术特征：
1.一种不可逆电穿孔(ire)方法，所述方法包括：选择被放置成与器官中的组织接触的导管的电极，用于在所选择的电极之间施加ire脉冲；测量所选择的电极之间的阻抗；基于所测量的阻抗，选择具有在所测量的阻抗下满足预定义安全标准的参数的ire协议；以及根据所选择的协议施加所述ire脉冲。2.根据权利要求1所述的ire方法，其中选择所述ire协议包括选择脉冲宽度、脉冲重复率和所述ire脉冲的数目。3.根据权利要求1所述的ire方法，其中选择所述预定义安全标准包括选择具有低于所测量的阻抗的阻抗阈值的ire协议，从而确保所述ire脉冲将不会使所述组织过热。4.根据权利要求3所述的ire方法，其中所选择的协议的所述阻抗阈值通过计算和查找表中的一者导出。5.根据权利要求3所述的ire方法，并且所述ire方法包括：设定包括所述阻抗阈值的ire协议；测量所选择的电极之间的所述阻抗并将所测量的阻抗与给定阈值进行比较；如果所测量的阻抗低于所述阈值，则改变所述ire协议以具有低于所测量的阻抗的新阻抗阈值；以及根据所改变的协议施加所述ire。6.根据权利要求5所述的ire方法，其中设定所述ire协议包括选择脉冲宽度、脉冲重复率和ire脉冲的数目，并且其中改变所述ire协议包括改变所述脉冲宽度、所述脉冲重复率和ire脉冲的所述数目中的一者或多者。7.根据权利要求6所述的ire方法，其中改变所述脉冲宽度、所述脉冲重复率和ire脉冲的所述数目中的一者或多者包括减小所述脉冲宽度和所述重复率中的一者，以及增加脉冲的所述数目。8.根据权利要求5所述的方法，其中改变所述ire协议包括维持由所述ire施加的相同累积电能。9.一种不可逆电穿孔(ire)系统，所述不可逆电穿孔系统包括：接口，所述接口被配置成与被放置成与器官中的组织接触的导管交换信号；和处理器，所述处理器被配置成：选择所述导管的电极，用于在所选择的电极之间施加ire脉冲；测量所选择的电极之间的阻抗；基于所测量的阻抗，选择具有在所测量的阻抗下满足预定义安全标准的参数的ire协议；以及根据所选择的协议施加所述ire脉冲。10.根据权利要求9所述的ire系统，其中所述处理器被配置成通过选择脉冲宽度、脉冲重复率和所述ire脉冲的数目来选择所述ire协议。11.根据权利要求9所述的ire系统，其中所述处理器被配置成通过选择具有低于所测量的阻抗的阻抗阈值的ire协议来选择所述预定义安全标准，从而确保所述ire脉冲将不会
使所述组织过热。12.根据权利要求11所述的ire系统，其中所述处理器被配置成通过计算和查找表中的一者来导出所选择的协议的所述阻抗阈值。13.根据权利要求11所述的ire系统，其中所述处理器被配置成：设定包括所述阻抗阈值的ire协议；测量所选择的电极之间的所述阻抗；将所测量的阻抗与给定阈值进行比较；如果所测量的阻抗低于所述阈值，则改变所述ire协议以具有低于所测量的阻抗的新阻抗阈值；以及根据所改变的协议施加所述ire。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述处理器被配置成通过选择脉冲宽度、脉冲重复率和所述ire脉冲的数目来设定所述ire协议，并且通过改变所述脉冲宽度、所述脉冲重复率和ire脉冲的所述数目中的一者或多者来改变所述ire协议。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置成减小所述脉冲宽度和重复率中的一者，并且增加脉冲的所述数目。16.根据权利要求13所述的系统，其中所述处理器被配置成改变所述ire协议，同时维持由所述ire施加的相同累积电能。

技术总结
本发明题为“基于阻抗的不可逆电穿孔(IRE)”。不可逆电穿孔(IRE)方法包括选择被放置成与器官中的组织接触的导管的电极，用于在所选择的电极之间施加IRE脉冲。在所选择的电极之间测量阻抗。基于所测量的阻抗，选择具有在所测量的阻抗下满足预定义安全标准的参数的IRE协议。根据所选择的协议施加所述IRE脉冲。冲。冲。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：伯恩森斯韦伯斯特（以色列）有限责任公司
技术研发日：2021.03.30
技术公布日：2022/3/8