用于組織消融的電極耦合評估的制作方法

專利名稱：用于組織消融的電極耦合評估的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于組織消融的電極導管和使用該電極導管的方法。特別地，本發明的電極導管可包括電路，用于評估電極-組織接觸和電學耦合以向目標組織施加消融能量(例如射頻能量)。
背景技術：
已知如果可以控制所形成損傷的深度和位置，則可以通過在組織中形成損傷而受益。特別地，期望將組織溫度提升到大約50°C，直到通過凝固性壞死形成損傷為止，其中凝固性壞死改變組織的電學性質。例如，通過凝固性壞死在心臟組織的特定位置形成損傷，以減少或消除不期望的心房纖維性顫動。然而，當嘗試使用一些現有的消融電極在特定位置形成損傷時，可能會遭遇幾個困難。使用現有消融電極所遇到的一個這樣的困難是如何保證足夠的組織接觸和電學耦合。使用諸如熒光透視法的傳統技 術不容易確定電極-組織接觸。作為替代，醫師使用電極導管基于他/她的經驗來確定電極-組織接觸。這種經驗僅來源于時間的積累，并且一旦該醫師不使用正規基準的電極導管，則會很快喪失。此外，當在心臟中形成損傷時，心臟的跳動進一步使問題變得復雜，使得很難在電極和組織之間確定并保持足夠的接觸壓力達到足夠長的時間以形成所期望的損傷。如果不能恰當保持電極和組織之間的接觸，則無法形成有質量的損傷。類似地，不容易先驗地獲知電極和目標組織之間的電學耦合信息，以確定在消融過程中組織可吸收多少消融能量。作為替代，醫師使用通用的預定的消融參數，例如功率和持續時間，使用電極導管基于他/她的經驗來施行消融程序。這種經驗可導致不足、低效和復雜化，諸如損傷形成不足、提前高阻抗關閉、組織炭化和血栓形成。

發明內容
人們期望能夠評估用于組織消融程序的電極導管的電極-組織接觸和電學耦合。盡管在典型的大約500kHz的操作頻率下，射頻(RF)消融能量主要是電阻性加熱，但在較低的頻率下，患者的血液和組織中存在電容。可以測量血液-組織界面上電阻和電容的組合效果(例如，作為阻抗)，來自動評估電極和目標組織之間的不同接觸情況。一個示例性的電極導管系統可包括適于施加電能的電極。當所述電極接近目標組織時，可在所述電極和地之間應用適于測量阻抗的測量電路。可應用處理器或處理單元，至少部分地基于所述測量電路測量的阻抗的電抗，來確定目標組織的接觸情況。在另一個實施例中，接觸情況可基于阻抗的相角。一個示例性的電極導管系統可包括適于施加電能的電極。當所述電極接近目標組織時，在所述電極和地之間應用適于測量阻抗的測量電路。可應用處理器或處理單元，至少部分地基于所述測量電路測量的阻抗的電抗，來確定目標組織的電學耦合情況。在另一個實施例中，所述電學耦合情況可以基于阻抗的相角。一種用于組織消融的評估電極-組織接觸的示例性方法可包括:當電極接近目標組織時測量電極和地之間的阻抗，從所測量的阻抗中分離出電抗分量，和至少部分地基于所述電抗分量來指示目標組織的接觸情況。一種用于組織消融的評估電極-組織電學耦合的示例性方法可包括:當電極接近目標組織時測量電極和地之間的阻抗，從所測量的阻抗中分離出電抗分量，和至少部分地基于所述電抗分量來指示目標組織的電學耦合情況。另一種用于組織消融的評估電極-組織接觸的示例性方法可包括:當電極接近目標組織時直接測量電極和地之間的相角，并且至少部分地基于所述相角來指示目標組織的接觸情況。另一種用于組織消融的評估電極-組織電學耦合的示例性方法可包括:當電極接近目標組織時直接測量電極和地之間的相角，并且至少部分地基于所述相角來指示目標組織的電學耦合情況。所述接觸情況可傳達給用戶(例如，醫師或技師)，例如在顯示設備或其它界面上。然后，用戶可使用所述接觸情況作為反饋，來將電極導管以所期望的接觸水平恰當地放置到目標組織上，以用于消融程序。例如，如果接觸情況指示接觸不足，則用戶可增加接觸。或者例如，如果接觸情況指示接觸過多，則用戶可減少接觸。

電學耦合情況可傳達給用戶(例如醫師或技師)，例如在顯示設備或其他界面上。然后，用戶可使用所述電學耦合情況作為反饋，來將電極導管以所期望的耦合水平恰當地放置到目標組織上，以用于消融程序。例如，如果耦合情況指示耦合不足，則用戶可增加耦合。或者例如，如果耦合情況指示耦合過多，則用戶可減少耦合。還注意到，在示例性實施例中，電流源(或可選擇的，電壓源)可用于管理電能。該電源可以與用于消融程序和在電極定位過程中用于“查驗(ping)”的電源是同一電源，或者其可以為單獨提供的電源。在任一情況下，可使用恒流源(或恒壓源)。可選擇的，可變電流源(或可變電壓源)，例如運行于適應組織溫度的模式中的消融電源。此外，可使用多個電流源(或電壓源)。所述多個電流源(或電壓源)可運行于并發、順序或暫時重疊模式。本發明存在許多附加的方面。特征為本發明第一至第七方面的每一個都可以用于評估電極和組織之間的耦合，此后其被稱為“電極耦合”。這種電極耦合可以是電極和組織之間的機械耦合的形式，或者換句話說，就是電極和組織之間的物理接觸的情況或狀態。另一實施例中，這種電極耦合為電極和組織之間的電學耦合的形式。電學耦合是指足夠數量的電能從電極轉移到組織的情況或狀態。還應當理解，可能存在一種或多種“程度”的電極耦合，與特定程度的電極耦合相關聯的一種或多種基準可能是取決于組織的。本發明第一方面實施為用于在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。第一電極可相對于組織布置在特定位置，第一電信號被發送給第一電極。與該到第一電極的第一電信號的提供相關聯的相角被用于評估所述第一電極和組織之間的耦合(電極耦合)。更具體地，可將這樣的相角與至少一個其他相角值相比較，以評估電極和組織之間的耦合。涉及本發明第一方面的特征存在各種改進。本發明的第一方面中還可以包含有其它的特征。這些改進和附加的特征可單獨存在或以任何方式結合。首先，下面討論的涉及第五方面的特征可包含在該第一方面 中。根據該第一方面，可以提供至少一個相角基準值以用于相角比較。在一個實施例中，該相角基準值存儲于數據結構中或以其他方式被相角比較器或類似裝置所存取。在一個實施例中，相角基準值與耦合不足的情況相關聯。在又一實施例中，相角基準值與提高的耦合或過度耦合的情況相關聯。在第一方面的一個實施例中，可提供一個或多個種類或范圍用于相角比較，以評估電極耦合。可使用任何適當數量的相角種類或范圍，并且這些相角種類或范圍可以任何適當的方式(例如根據經驗)確定或設置。例如:1)第一范圍可包括那些與耦合不足的情況相關聯的相角，并且其可被相角比較器或類似裝置使用來確定與第一電信號相關聯的相角是否位于該第一范圍內；2)第二范圍可包括那些與充分耦合的情況相關聯的相角，并且其被相角比較器或類似裝置使用來確定與第一電信號相關聯的相角是否位于該第二范圍內；以及3)第三范圍可包括那些與提高的或過度耦合的情況相關聯的相角，并且其可被相角比較器或類似裝置使用來確定與所述第一電信號相關聯的相角是否位于該第三范圍內。第一、第二和第三范圍的每個都可以單獨使用，以將其同與第一電信號相關聯的相角值進行比較，或者可以任何適當的彼此結合的方式來使用。應當理解，何為“不足”、“充分”、“提高/過度”依賴于與第一電極耦合的組織和其他一個或多個因素。在醫療程序的一定時間點的與所述第一電信號相關聯的相角可以任何適當方式確定，并且用于根據所述第一方面評估該一定時間點處電極耦合的目的。當然，期望基于某種預定的時間基礎或另外根據某種預定的函數來評估電極耦合(例如，在醫療程序的至少部分中，每“X”秒評估與第一電信號相關聯的相角)。在一個實施例中，與第一電信號相關聯的相角為提供給所述第一電極的電流和存在于第一電極和諸如返回電極的另一電極之間的電壓之間的相角。本發明的第二方面實施為在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。第一電極可相對于組織布置在特定位置，第一電信號被發送給第一電極。與該到第一電極的第一電信號的提供相關聯的電抗被用于評估所述第一電極和組織之間的耦合(電極耦合)。更具體地，可將這樣的電抗與至少一個其它電抗值相比較，以評估電極和組織之間的耦合。涉及本發明第二方面的特征存在各種改進。本發明的第二方面中還可以包含有進一步的特征。這些改進和附加的特征可單獨存在或以任何方式結合。首先，下面討論的涉及第五方面的特征可包含在該第二方面中。根據該第二方面，可以提供至少一個電抗基準值以用于電抗比較。在一個實施例中，該電抗基準值存儲于數據結構中或以其他方式被電抗比較器或類似裝置所存取。在一個實施例中，電抗基準值與耦合不足的情況相關聯。在又一實施例中，電抗基準值與提高的耦合或過度耦合的情況相關聯。在第二方面的一個實施例中，可提供一個或多個種類或范圍用于電抗比較，以評估電極耦合。可使用任何適當數量的電抗種類或范圍，并且這些電抗種類或范圍可以任何適當的方式(例如根據經驗)確定或設置。例如:1)第一范圍可包括那些與耦合不足的情況相關聯的電抗值，并且可被電抗比較器或類似裝置使用來確定與第一電信號相關聯的電抗是否位于該第一范圍內；2)第二范圍可包括那些與充分耦合的情況相關聯的電抗值，并且可被電抗比較器或類似裝置使用來確定與第一電信號相關聯的電抗是否位于該第二范圍內；以及3)第三范圍可包括那些與提高的或過度耦合的情況相關聯的電抗值，并且電抗比較器或類似裝置可使用其來確定與所述第一電信號相關聯的電抗是否位于該第三范圍內。第一、第二和第三范圍的每個都可以單獨使用，以將其同與第一電信號相關聯的電抗值進行比較，或者可以任何適當的彼此結合的方式來使用。應當理解，何為“不足”、“充分”或“提高/過度”依賴于與第一電極耦合的組織和其它一個或多個因素。在醫療程序的一定時間點的與所述第一電信號相關聯的電抗可以任何適當方式確定，并且用于根據所述第二方面評估該一定時間點處電極耦合的目的。當然，期望基于某種預定的時間基礎或另外根據某種預定的函數來評估電極耦合(例如，在醫療程序的至少部分中，每“X”秒評估與第一電信號相關聯的電抗)。在一個實施例中，與所述第一電信號相關聯的電抗為與第一電極和諸如返回電極的另一電極之間的電學路徑相關聯的電抗。本發明第三方面實施為用于在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。第一電極可相對于組織布置在特定位置，第一電信號可被發送給第一電極。使用特征為與提供第一電信號到第一電極相關聯的阻抗分量比率來評估第一電極和組織之間的耦合(電極耦合)。該“阻抗分量比率”為限定阻抗(例如，電阻、電抗、阻抗)的兩個分量的值的比率，其與第一電信號的提供相關聯。更具體地，這種阻抗分量比率可與至少一個其它阻抗分量比率值相比較，來評估電極和組織間的耦合。本發明第四方面實施為用于在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。第一電極可相對于組織布置在特定位置，第一電信號可被發送給第一電極。通過適當的評估，可以確認提高的或過度耦合情況(例如，機械的、電學的、或二者)的發展。涉及本發明第四方面的特征存在各種改進。本發明的第四方面中還可以包含有其它的特征。這些改進和附加的特征可單獨存在或以任何方式結合。首先，下面討論的涉及第五方面的特征可包含在該第四方面中。在第四方面的情況中，出于確認第一電極和組織間提高的或過度耦合情況的存在的目的，可以對一個或多個參數進行監控/評估，包括但不限于阻抗、相角(例如根據第一方面)、電抗(例如根據第二方面)和目標頻率(例如根據下面討論的第七方面)。電抗(例如，從第一電極延伸穿過患者身體，并延伸至返回電極的電路的一部分的電抗)可與至少一個電抗基準值相比較，以確定是否存在過度耦合情況。在一個實施例中 ，提高的或過度耦合情況等同于小于預定的負電抗值的電抗。相角(例如，在第一電極處的電流同第一電極和返回電極之間的電壓之間的相角)可與至少一個相角基準值相比較，以確定是否存在提高的或過度耦合情況。在一個實施例中，提高的或過度耦合情況等同于小于預定的負相角值的相角。相角位于一定的、預設值(例如，第一電極的電流同第一電極與返回電極間的電壓之間的相角)的第一電信號的頻率可稱作“目標頻率”，并且為了該第四方面的目的，該目標頻率可與至少一個頻率基準值相比較以確定是否存在提高的或過度耦合情況。在一個實施例中，提高的或過度耦合情況等同于具有大于預定頻率值的目標頻率。電感處于一定的、預設值(例如，從第一電極延伸穿過患者身體，并延伸至返回電極的電路的一部分的電感)的第一電信號的頻率也可限定目標頻率，并且該目標頻率可與至少一個頻率基準值相比較以確定是否存在提高的或過度耦合情況。在一個實施例中，提高的或過度耦合情況等同于具有大于預定頻率值的目標頻率。通常地，適當的電學參數可與目標頻率相關聯，并且為了目標頻率的目的，該電學參數可使用任何適合的值。大于目標頻率的頻率與某種情況相關聯，小于目標頻率的頻率與某種情況相關聯，或二者均與某些情況相關聯。本發明第五方面實施為用于在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。第一電極可相對于組織布置在特定位置，提供第一電流的第一電信號被發送給第一電極。該第一電流用于執行第一醫療程序(例如心臟組織的消融)。第一電極和組織間的耦合也可使用該第一電流進行評估。涉及本發明第五方面的特征存在各種改進。本發明的第五方面中還可以包含有其它的特征。這些改進和附加的特征可單獨存在或以任何方式結合。在第五方面的情況下，第一電極和組織間的耦合可用任何適當的參數進行評估。該評估可基于阻抗比較、相角比較(例如根據第一方面)、電抗比較(例如，根據第二方面)、和目標頻率比較(例如，根據下面討論的第七方面)。在第五方面的情況下，可以將提供第二電流的第二電信號發送到第一電極。也可使用該第二信號對第一電極和組織間的耦合進行評估。各種特征可能涉及到第二電信號，并且其單獨地或以任意組合地應用:1)第二電流可小于第一電流；2)第一和第二電信號至少具有大體上相同的頻率；以及3)第一和第二信號可順序發送，例如通過從一個電源切換至另一個電源。在后者中，可將開關布置在一個位置以使得第一電極和第一電源(例如，評估電源)互相連接，并且可使用第一電極耦合評估模塊來評估電極耦合。將該開關布置在另一位置，可使第一電極和第二電源(例如，消融電源)相互連接，并且可使用第二電極耦合評估模塊對電極耦合進行評估。這些第一和第二電極耦合評估模塊可為共同的配置。本發明第 六方面實施為用于在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。在一個實施例中，具有第一電極的第一導管同具有第二電極的第二導管一起放置于患者心臟的第一腔室中(例如，左心房)。在另一實施例中，第一和第二電極尖端(例如，與不同導管相關聯；與公共導管相關聯)位于心臟的第一腔室中。在每種情況中，可發送第一電信號到第一電極，以執行第一醫療程序，并使用該第一電信號對第一電極和組織間的耦合進行評估。涉及本發明第六方面的特征存在各種改進。本發明的第六方面中還可以包含有其它的特征。這些改進和附加的特征可單獨存在或任意結合。在第六方面的情況下的第一電極和組織間的耦合可用任何適當的參數進行評估。該評估可基于阻抗比較、相角比較(例如根據第一方面)、電抗比較(例如，根據第二方面)、和目標頻率比較(例如，根據下面討論的第七方面)。此外，上述涉及第五方面的特征可包含在該第六方面中。本發明第七方面實施為用于在組織上施行醫療程序的醫療系統/方法。第一電極可相對于組織布置在特定位置，第一電信號可被發送給第一電極。可分析一個或多個頻率來識別電學參數為特定值(其中“值”包括值的一定范圍)的頻率。涉及本發明第七方面的特征存在各種改進。本發明的第七方面中還可以包含有其它的特征。這些改進和附加的特征可單獨存在或以任何方式結合。目標頻率可以為提供零相角的頻率(例如，提供給第一電極的電流同第一電極和諸如返回電極的另一電極間存在的電壓之間的相角)。零頻率也可以為提供為零的電感的頻率(例如，從第一電極延伸穿過患者身體，并延伸至返回電極的電路的一部分的電感)。為了目標頻率的目的，可使用任意電學參數，并且為了目標頻率的目的，該電學參數可以是任何適當的值。在一個實施例中，通過以不同頻率順序提供多個電信號(例如，使用頻率掃描)，并且確定這些電信號中的哪一個產生具有所需值的電學參數來確認目標頻率。在另一實施例中，包含有多個頻率的電信號被發送到第一電極。可使用濾波器，使得可以對來自該公共電信號的各種頻率中的每一個進行單獨分析，以確定這些頻率中的哪一個產生具有所需值的電學參數。在第七方面的情況中，可使用目標頻率來評估第一電極和組織間的耦合。在這點上，根據第七方面，可為頻率比較提供至少一個頻率基準值以評估電極耦合。在一個實施例中，該頻率基準值存儲在數據結構中或可被頻率比較器或類似裝置以其它方式所存取。在一個實施例中，頻率基準值與耦合不足的情況相關聯。在又一實施例中，頻率基準值與提高的或過度耦合的情況相關聯。在第七方面的一個實施例中，可提供一個或多個種類或范圍用于頻率比較，以評估電極耦合。可使用任何適當數量的頻率種類或范圍，并且這些頻率種類或范圍可以任何適當的方式(例如根據經驗)確定或設置。例如:1)第一范圍可包括那些與耦合不足的情況相關聯的頻率，并且其可被頻率比較器或類似裝置使用來確定目標頻率是否位于該第一范圍內；2)第二范圍可包括那些與充分耦合的情況相關聯的頻率，并且其可被頻率比較器或類似裝置使用來確定目標頻率是否位于該第二范圍內；以及3)第三范圍可包括那些與提高的或過度耦合的情況相關聯的頻率，并且其可被頻率比較器或類似裝置使用來確定目標頻率是否位于該第三范圍內。第一、第二和第三范圍的每個都可以單獨使用，以同目標頻率值進行比較，或者可以任何適當的彼此結合的方式來使用。應當理解，何為“不足”、“充分”或“提高/過度”依賴于與第一電極耦合的組織和其他一個或多個因素。有許多可應用于第一至第七方面中的每一個方面中的特征等，現在將對其進行總結。第一電極可為任何適當的尺寸、形狀、配置、和/或類型，并且進一步地可用于執行任何類型的醫療程序(例如，消融)。在一`個實施例中，第一電極為導管電極的形式。在第一至第七方面的情況中，第一電信號可為任何適當的頻率。在一個實施例且除了在第七方面的情況中，為了提供電極耦合評估的目的，僅需單個頻率。任何適合的電源或信號發生器都可用于提供第一電信號或任何其他電信號。每個這種電源或信號發生器可持續地與第一電極相互連接，或可以根據期望/需要，通過開關操作或類似操作，電學上相互連接。在第一至第七方面的情況下，可將返回電極與第一電極結合使用來執行使用第一電極的醫療程序，并且其也可以用于對電極耦合進行評估。下述涉及這樣的返回電極的特征可以單獨使用或以任何適當組合使用:1)第一電極和返回電極的每個可為導管電極的形式，并且每個這種導管電極可以獨立靈活操控；2)所述返回電極可利用比所述第一電極更大的表面積；以及3)第一電極和返回電極中的每個可布置于心臟的共同的腔室中，例如左心房。第一至第七方面所使用的任何電極耦合評估都可利用至少一個電極耦合評估模塊(例如，電路)。每個這種電極耦合評估模塊可以任何適當方式且在任何適當位置被包含。例如，電極耦合評估模塊可被包含于導管中，可以為獨立單元的形式，可以被電能發生器包含，可以被電生理學測繪系統包含，或者可以被電生理學信號記錄系統包含。第一至第七方面的每一個都可用于確認提高的或過度耦合情況的存在。由于多種原因，期望具有確認這種提高的或過度耦合情況存在的能力。例如，期望能避免提高的或過度耦合的情況(例如，降低刺破組織壁或組織膜的可能)。可能還期望達到提高的或過度耦合情況(例如，增加第一電極穿過組織壁或組織膜的可能)。第一至第七方面所使用的任何相角比較都可利用相移電路來促進相角的測量和確定。例如，被提供給第一電極的電流信號的相可移動適當的量(例如，90° )。為了基于相角比較的任何電極耦合評估，還期望對剩余相移進行補償。也就是說，當實際上在當前情況下沒有相差時，可指示相移的存在來評估電極耦合。第一至第七方面所使用的任何電極耦合評估的結果可以任何適當方式輸出至一個或多個位置。該輸出可為視覺反饋、聽覺反饋或物理反饋的一個或多個的形式。例如，可以利用直方圖或其他顯示來視覺上傳達電極耦合的當前程度。可能期望調整/放大電極耦合評估的輸出。通過閱讀下面的說明書和權利要求書，以及通過閱讀附圖，本發明的前述以及其他方面、特征、細節、應用和優點將變得清晰。


圖1為示例性的組織消融系統的圖解說明，在患者的組織消融程序中，可應用該系統來評估電極-組織接觸。圖1a為圖1中患者心臟的詳細圖解說明，示出了移動進入患者心臟后的電極導管。圖2a示例說明電極導管和目標組織間示例性的電學接觸或耦合水平。圖2b示例說明電極導管和目標組織間示例性的機械接觸或耦合水平。圖3為高級功能框圖，更詳細地示出了圖1的示例性組織消融系統。圖4為與目標組織接觸(或耦合)的電極導管模型。圖4a為用于圖4中所示模型的簡化的電路。圖5為示例性相位探測電路，其可應用于組織消融系統以評估電極-組織接觸或奉禹合。圖6為示例性框圖，示出用于接觸傳感和組織傳感的相角測量。圖7為示例性框圖，示出消融能量和接觸傳感信號同時施加在消融電極上的消融過程中，相角的測量。圖8為示例性框圖，示出在傳感信號和消融功率間切換的消融過程中，相角的測量。圖9a示例說明可用于基于相角比較來評估電極和組織間的耦合的協議的一個實施例。圖9b示例 說明可用于基于電抗比較來評估電極和組織間的耦合的協議的一個實施例。圖9c示例說明可用于基于阻抗分量比率比較來評估電極和組織間的耦合的協議的一個實施例。圖10示例說明具有代表性的、電極和組織間的電學耦合的示意性表示。圖1la示例說明使用兩個運行在不同頻率的電源的消融系統的一個示意性實施例，其中在任何時候僅有這些電源中的一個與消融電極相互連接，并且其中這些電源中的一個用于評估電極和組織間的耦合。圖1lb示例說明使用兩個運行在不同頻率的電源的消融系統的一個示意性實施例，其中兩個電源都一直與消融電極相互連接，并且其中一個電源用于評估電極和組織間的耦合。圖1lc示例說明使用兩個運行在至少大體上相同頻率的電源的消融系統的一個示意性實施例，其中在任何時候僅有這些電源中一個與消融電極相互連接，并且其中每個電源都可用于評估電極和組織間的耦合。圖12a示例說明用于評估電極和組織間耦合的系統的一個實施例。圖12b示例說明協議的一個實施例，可用于基于對基線耦合情況的確認來評估電極和組織間的耦合。圖12c示例說明協議的一個實施例，可用于基于對目標頻率的確認來評估電極和組織間的耦合。
具體實施方式
附圖中描述了組織消融系統的示例性實施例及其評估電極-組織接觸和電學耦合的使用方法。如下面進一步描述的那樣，本發明的組織消融系統提供了許多優點，包括，例如，在減輕電極-組織接觸和耦合問題的同時，對目標組織施加合理量的消融能量的能力。本發明還使得困難環境中(例如，在跳動的心臟內側表面形成損傷的過程中)增強的組織接觸和電學耦合變得容易。圖1為示例性的電極導管系統10的圖解說明，在對患者12進行組織消融程序的過程中，其可用于評估電極-組織接觸。導管系統10可包括電極導管14，其可插入患者12用來例如在患者心臟16內形成消融性損傷。在示例性的消融程序過程中，用戶(例如，患者的醫師或技師)可將電極導管14插入患者的血管18之一中，例如，通過患者的頸部或腿部(如圖1所示)。在實時熒光透視成像設備(未示出)的引導下，用戶將電極導管14移動進入患者的心臟16 (如圖1a更詳細的示出)。當電極導管14到達患者的心臟16，電極導管14尖端的電極20可用于電學測繪心肌22 (即心臟壁中的肌肉組織)并定位目標組織24。在定位目標組織24后，用戶必須移動電極導管14，以在施加消融能量來形成一個或多個消融損傷前，使電極20接觸并電學耦合至目標組織24。所述電極-組織接觸是指電極20物理接觸目標組織24，從而引發電極20和目標組織24間的機械耦合的情況。電學耦合是指在消融過程中，電學能量的足夠的部分從電極20傳輸到目標組織24，使得允許有效地產生損傷的情況。對于電學和機械性質類似的目標組織，電學耦合包括機械接觸。也就是說，機械接觸是電學耦合的子集。這樣，導管電極可與目標組織充分電學耦合而不產生機械接觸，但反之則不行。換句話說，如果導管電極處于機械接觸，則其也處于電學耦合。然而，電學耦合的范圍或靈敏度隨組織的不同電學性質而變化。例如，導電的心肌組織的電學耦合范圍不同于血管壁。同樣地，電學耦合的范圍或靈敏度還隨組織的不同的機械性質而變化，例如組織順應性。例如，相對較柔順平滑的心房壁的電學耦合范圍不同于相對較不柔順的梳狀心肌組織。在心臟16中，為了在目標組織24上形成足夠深的消融損傷而不傷害周圍組織，接觸和電學耦合水平經常是至關重要的。可應用導管系統10來測量電極-組織界面的阻抗，并評估電極導管14和目標組織24間的接觸水平(由顯示器11圖解說明)，如下面更詳細描述的那樣。圖2a說明電極導管14和目標組織24間的電學接觸或耦合的示例性水平。圖2b示例說明電極導管14和目標組織24間機械接觸或耦合的示例性水平。接觸或耦合的示例性水平包括如接觸情況30a所示例說明的“很少接觸或未接觸”，如接觸情況30b所示例說明的“輕到中度接觸”，以及接觸情況30c所示例說明的“重度接觸“。在一個示例性實施例中，可應用導管系統10來為用戶顯示接觸情況，或否則輸出接觸情況，例如，燈陣列31a-c所示例說明的情況分別相應于接觸情況30a_c。在電極導管14接觸到目標組織24之前，可能會經歷接觸情況30a (“很小或未接觸”)。當操作電極導管14來施加消融能量時，接觸不足可能會抑制或者甚至阻止足夠損傷的形成。然而，接觸情況30c(“重度接觸”)可導致所形成的損傷太深(例如，導致心肌22穿孔)和/或破壞目標組 織24周圍的組織。因此，用戶可能希望接觸情況30b (“輕到中度接觸”)。注意到在圖2a_b中示出示例性接觸或耦合情況30a_c的目的是示例說明，而無意限制。還可能存在和/或用戶期望有其他接觸或耦合情況(例如，接觸情況間更精細的間隔)。這種接觸情況的定義至少在某種程度上可依賴于操作情況，僅舉出一些例子，例如目標組織類型、所期望的消融損傷深度和RF輻射的操作頻率。圖3為高水平功能結構圖，更詳細地示出了導管系統10，其可應用于評估電極導管14的接觸或耦合情況。注意到，為了簡潔起見，圖1中傳統組織消融系統的某些典型部件以簡化形式示出和/或根本沒有示出。然而，也可提供這種部件作為導管系統10的一部分，或用于導管系統10。例如，電極導管14可包括，僅列舉若干示例，手柄部分、熒光透視成像設備和/或各種其他控制裝置。這種部件在醫療設備領域中可以是公知的，因此對于本發明的完全理解不需要在此進一步討論。示例性導管系統10可包括發生器40，例如射頻(RF)發生器和電連接至電極導管14的測量電路42 (如所示通過線路44連接到電極導管)。電極導管14還可以電學接地，例如通過附于患者手臂或胸部的接地片46 (如圖1所示)。可操作發生器40在電極導管14的尖端附近發射電能(例如，RF電流)。注意到，盡管本發明此處參考RF電流進行描述，但也可使用其他類型的電能來評估接觸情況。在一個示例性實施例中，當電極導管14接近目標組織24時，發生器40發射所謂“查驗(pinging)”(例如，低)頻率。該“查驗”頻率可由用于施加消融能量以形成損傷的同一電極導管發射。可替換地，可使用獨立的電極導管來施加“查驗”頻率。在這樣的一個實施例中，獨立的電極可緊密接觸(或附著)所述施加消融能量的電極，使得將要施加消融能量的電極的接觸或耦合情況可以被確定。在接觸或耦合評估(或“查驗”)過程中，可使用測量電路42來測量在電極-組織界面上得到的阻抗。在一個示例性實施例中，測量電路42可為常規上可獲得的電阻-電容-電感(RCL)測量儀。下面參照圖5更詳細地描述了另一個可用來確定相角分量的示例性測量電路。還可應用其他測量電路42，并且本發明不限于使用任何特定類型或配置的測量電路。阻抗測量的電抗和/或相角分量可用于確定接觸或耦合情況。然后，接觸或耦合情況被實時傳送給用戶以實現消融程序所期望的接觸或耦合水平。例如，可以在光源陣列中為用戶顯示接觸或稱合情況(例如，如圖2a_b所示)。當用戶成功地引導電極導管14進入所期望的與目標組織24的接觸或耦合情況后，可操作諸如發生器40或第二發生器的發生器以產生消融性(例如，高頻)能量，來在目標組織24上形成一個或者多個消融性損傷。在一個示例性實施例中，同一發生器40可用來在各種頻率產生電能，以用于阻抗測量(例如，“查驗”頻率)和用于形成消融性損傷。然而，在可替換的實施例中，還可以應用獨立的發生器或發生單元，這也不脫離本發明的范圍。在一個示例性實施例中，測量電路42可操作地與處理器50和存儲器52相關聯，來分析所測量的阻抗。作為示例，處理器50可確定阻抗測量的電抗和/或相角分量，并基于該電抗分量和/或相角，所述處理器50可為電極導管14確定相應的接觸或耦合情況。在一個示例性實施例中，相應于各種電抗和/或相角的接觸或耦合情況可預先確定，例如，在各種頻率下且對廣大范圍組織類型內任一組織類型進行測試的過程中。接觸或耦合情況可存儲于存儲器52中，例如，作為表或其他合適的數據結構。然后，處理器50可存取存儲器52中的表，并且基于電抗分量和/或相角確定相應于阻抗測量的接觸或耦合情況。所述接觸或耦合情況可為對用戶的輸出，例如，在顯示設備54上。注意到，導管系統10不限于使用處理器50和存儲器52.在其他實施例中，可將模擬電路應用于基于阻抗測量的接觸情況評估，以及用于輸出相應的接觸情況。當電子領域普通技術人員熟悉此處的教導后，將很容易提供這種電路，因此，無需進一步討論。還注意到，顯示設備54不限于任一特定類型的設備。例如，顯示設備54可為諸如液晶顯示器(LCD) 的計算機監示器。可替換地，顯示設備可以光源陣列的方式實現，其中，光源陣列中的一個或多個發光二極管(LED)被啟動以指示接觸情況(例如，發光燈越多，表明接觸越多)。當然，可以使用任何合適的輸出設備來向用戶指示接觸情況，而不限于顯示設備。例如，接觸情況可以作為聲音信號或電極導管的手柄上的觸覺反饋(例如振動)輸出給用戶。還注意到，不必在同一外殼中提供導管系統10的多個部件。作為例子，測量電路42和/或處理器50和存儲器52可配在電極導管14的手柄部分。在另一例子中，測量電路42的至少一部分可在電極導管14的其他部分提供(例如，在尖端部分)。在又一例子中，可將處理器50、存儲器52和顯示設備54作為獨立的計算設備提供，例如個人桌面計算機或膝上計算機，其可操作地與導管系統10的其他部件相聯系起來。參照圖4和圖4a，可更好地理解基于在電極-組織界面上阻抗測量來對電極導管14和目標組織24間的接觸或耦合情況的評估。圖4是與目標組織24接觸(或耦合)的電極導管14的模型。電極導管14電連接到發生器40 (例如，射頻發生器)。在一個示例性實施例中，所述電路可穿過目標組織24完成，示出流經血液、心肌和其他器官到達諸如患者身體上的接地片46 (圖1)的參考電極的電流。如上所述，可操作發生器40以產生用于電極導管14發射的電能。所述發射在圖4中由箭頭60示例說明。且如上所述，當電極導管14接近所述目標組織24來評估電極-組織接觸或耦合時，發生器40可發射“查驗”頻率。在一個示例性實施例中，可選擇該“查驗”頻率，使得在血液-組織界面以外的電感、電容和電阻效應不明顯影響所述阻抗測量。在一個示例性的應用中，發現在高于大約50kHz的頻率下，在電極-血液界面(例如，金屬電極導管和血液之間)以及血液的電容效應為最小或甚至不存在。還發現在高于大約50kHz的頻率下，在電極界面處的雜散電感(例如，由于相對細的導管線)、電容和電阻，以及其他器官(例如，肺)的電容效應也最小或甚至不存在。此外，發現在50kHz以下的頻率，在血液-組織界面處，電阻效應處于主導地位，因為電流主要經過組織間液空間23流入目標組織24，并且細胞膜25(例如，二脂類或“脂肪”)充當絕緣體。然而，在高于大約50kHz的頻率下，細胞膜變得導電，電流通過組織間液空間23和細胞膜25穿透目標組織24。相應地，細胞膜作為“電容器”，且在高于大約50kHz的頻率下，電阻效應減小。在接觸或耦合評估過程中，為了避免產生消融損傷的風險，期望使用少量的電流和功率。目前對小于ImA的電流的優選范圍是在50 500kHz范圍內的工作頻率。頻率選擇主要基于生理學方面和工程學方面，并在本領域普通技術人員的能力范圍內。對于生理學方面，由于電極-電解液界面，更低的頻率可引入測量錯誤。當頻率上升到MHz范圍或以上時，寄生電容變得重要。然而，注意到，本發明不限于使用在任何特定頻率或頻率范圍。頻率至少在一定程度上取決于操作的考慮，例如，僅給出幾個示例，如具體應用、目標組織類型和所用電能的類型。假定已經為特定應用選擇了所期望的頻率，圖4所示的模型可進一步表達為簡化的電路62，如圖4a所示。在電路62中，發生器40被表示為AC電源64。如上所述，在血液-組織界面處的電容和電阻主導了諸如用于評估電極-組織接觸的低頻操作下的阻抗測量結果。因此，可忽略其它·電容、電感和電阻效應，并且在電路62中，在血液-組織界面的電容電阻效應可由電阻器-電容器(R-C)電路66表不。所述R-C電路66可包括電阻器68，用于表示血液對阻抗的電阻效應，其與電阻器70和電容器72并聯，電阻器70和電容器72表示目標組織24對阻抗的電阻效應和電容效應。當電極導管14與目標組織24沒有或只有很少接觸時，血液的電阻效應影響所述R-C電路66，因而還影響阻抗測量結果。然而，隨著電極導管14移動至與目標組織24接觸，目標組織24的電阻和電容效應影響R-C電路66，因而還影響到阻抗測量結果。參考阻抗的定義，可以更好的理解電阻和電容對阻抗測量結果的影響。阻抗(Z)可表達為:Z=R+jX其中:R為來自血液和/或組織的電阻；j為虛數，表明該項具有+ 90度的相角；以及X為來自電容和電感的電抗。從上面公式可以看出電抗分量的大小響應于電路62的電阻和電容效應。這種變化直接相應于電極-組織界面處的接觸或耦合水平，因此，可用于評估電極-組織接觸或耦合。通過示例，當在IOOkHz頻率下操作電極導管14,并初步接觸血液時，阻抗為純電阻,且電抗(X)接近于零Ohm。當電極導管14接觸目標組織時，所述電抗分量變為負數。隨著接觸或耦合水平的增加，電抗分量變得更負。可選地，可基于相角確定接觸或耦合情況。當然，在某些應用中基于相角確定接觸或耦合情況可能是優選的，因為相角可表示為電抗和電阻之間的三角比率(trigonometricradio)。盡管在變化情況下(例如，對不同的患者)，電抗分量的大小可能不同，但相角是一個相對的測量值，其趨向對外部情況不敏感。在一個示例性的實施例中，可根據阻抗測量結果確定相角(例如，通過圖3中的處理器50)。就是說，阻抗可以表達為:Z=I Z I Z Φ 其中:Izl為阻抗的大小；以及φ為相角。項Izl和Φ可進一步表達為:
權利要求
1.一種醫療系統，包括 電力系統，配置為向導管的電極提供多個頻率的電力；以及 評估模塊，配置為當電學參數是預設值的時候，確定目標頻率，以及基于目標頻率與至少第一基準頻率值的比較來評估電極和組織間的耦合。
2.權利要求I的醫療系統，其中所述電極是消融導管電極。
3.權利要求I的醫療系統，其中所述電力系統配置為提供具有多個頻率的電信號。
4.權利要求I的醫療系統，其中所述電力系統被配置為順序地提供多個電信號，每個所述電信號具有不同的頻率。
5.權利要求I的醫療系統，其中所述電學參數是相位角或電抗。
6.權利要求I的醫療系統，其中所述評估模塊包括 第一評估模塊，配置為確定目標頻率；以及 第二評估模塊，配置為根據從第一評估模塊的輸出來評估電極與組織之間的耦合。
7.權利要求I的醫療系統，其中所述耦合是機械耦合或電耦合。
8.權利要求I的醫療系統，還包括可由評估模塊訪問的數據結構，其中所述數據結構包括第一范圍、第二范圍、和第三個范圍，其中所述第一范圍包括與耦合不足情況相關聯的頻率，其中第二范圍包括與充分耦合的情況相關聯的頻率，以及其中在第三范圍內包括與提高的耦合情況相關聯的頻率。
9.一種醫療系統,包括 電力系統，配置為向導管的電極提供多個頻率的電力； 電學參數測量模塊，配置為在所述多個頻率中的每個頻率測量至少一個電學參數； 評估模塊，配置為 確定測量用于所述多個頻率中的一個頻率的第一電學參數，其中所述第一電學參數在預設值；以及 對于所述多個頻率中的所述一個頻率基于所述第一電學參數的順序變化來評估電極和組織之間的耦合。
10.權利要求9的醫療系統，其中所述多個頻率中的所述一個頻率包括目標頻率，以及其中所述第一電學參數包括基準值。
11.權利要求10的醫療系統，其中所述電學參數測量模塊配置為在測量所述第一電學參數之后的第二時間在所述多個頻率中的所述一個頻率測量第二電學參數。
12.權利要求11的醫療系統，其中所述評估模塊適于使用所述第二電學參數以確定所述第一電學參數的所述變化。
13.權利要求11的醫療系統，其中所述醫療系統配置為在測量所述第一電學參數之后向所述電極施加消融能量，其中所述第二電學參數在施加所述消融能量之后被測量。
14.權利要求13的醫療系統，其中所述醫療系統還包括用于提供所述第一電學參數和所述第二電學參數之間變化的指示的輸出，其中所述變化提供組織中損傷形成的測量。
15.權利要求11的醫療系統，還包括包含用于所述電學參數的至少一個基準值的數據結構，其中所述評估模塊還被配置為相較于所述至少一個基準頻率值比較所述變化。
16.權利要求9的醫療系統，其中所述電學參數包括相角。
全文摘要
本發明公開了一種用于評估電極-組織接觸和耦合的方法和電極導管。一個示例性的電極導管包括適于施加電能的電極。當電極趨近目標組織時，測量電路適于測量電極與地之間的阻抗。處理器至少部分地基于測量電路所測量的阻抗的電抗來確定目標組織的接觸和耦合情況。在另一示例性實施例中，電極導管至少部分地基于阻抗的相角來確定接觸和耦合情況。
文檔編號A61B18/14GK103251451SQ20131013040
公開日2013年8月21日 申請日期2006年12月6日 優先權日2005年12月6日
發明者S·保羅, K·R·貝爾赫, 曹宏, C·邵 申請人:圣朱德醫療有限公司房顫分公司