专利名称：具有用于肾神经消融的表面电极和整体冷却的球囊的制作方法
具有用于肾神经消融的表面电极和整体冷却的球囊
发明内容
本公开的实施例是针对使用具有整体冷却的血管内消融设备来消融躯体的靶组织，诸如神经支配的肾组织。本公开的实施例针对用于使用球囊支承的消融电极和用于冷却所述消融电极的整体冷却布置来消融诸如神经支配的肾组织之类的躯体的靶组织的系统、装置和方法。根据各种实施例，消融装置包括导管布置，所述导管布置具有柔性轴和置于轴的远端处的球囊。所述球囊被配置用于部署在躯体的靶组织内。消融电极由球囊的壁支承并且布置在预定图案中。所述消融电极被配置成当球囊在部署的配置中时输送足以消融靶脉管的壁近侧的靶组织的电能量。冷却布置至少部分地被球囊包围并且配置成在消融期间将冷却至少提供给电极，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从在靶脉管壁处的电极-组织界面被平移到与电极-组织界面离预定距离的位置。在一些实施例中，消融装置包括:导管布置，其包括具有近端、远端、长度的柔性轴；和内腔布置，其在所述近侧和远侧端之间延伸。轴的长度足以相对于经皮访问位置来访问患者的肾动脉。治疗单元被设置在轴的远端处并且耦合到内腔布置。治疗单元尺寸定制为用于部署在患者的肾动脉内，而且包括流畅地耦合到内腔布置并且可在小外形引入配置与较大外形部署配置之间变形的球囊。所述球囊包括配置成当在所部署的配置中时接触肾动脉的内壁的壁。消融电极由球囊壁支承并且布置在预定图案中。消融电极被配置成当球囊在所部署的配置中时输送足以消融邻近肾动脉的血管周肾神经的电能量。冷却布置至少部分地被球囊包围并且配置成在消融期间将冷却至少提供给电极，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从在肾内动脉壁处的电极-组织界面被平移到与电极-组织界面离预定距离的位置。依照其他实施例，消融组织的方法涉及在靶脉管内展开消融设备，其中，所述消融设备的脉管接触表面支承布置在预定图案中的消融电极。所述方法还涉及通过靶脉管的壁输送足以消融靶脉管壁近侧的靶组织的电能量，并且在消融期间至少冷却所述消融电极从而使得靶脉管被冷却并且稳态消融加热在与电极离预定距离处开始。方法可以进一步涉及压缩靶脉管壁在与电极中的每一个相关联的组织-电极界面处的部分，并且通过经压缩的靶脉管壁部分来输送电能量。例如，靶脉管可以包括肾动脉而靶组织可以包括血管周肾神经组织。能够考虑到以下具体讨论和附图来理解这些和其他特征。
图1是右肾和包括从腹主动脉横向地分支的肾动脉的肾脉管系统的图示；
图2A和2B图示了肾动脉的交感神经分布；
图3A图示了肾动脉的壁的各种组织层；
图3B和3C图示了肾神经的一部分；
图4示出了依照各种实施例的包括冷却布置和球囊支承的消融电极的消融导管的治疗设备；
图5示出了依照各种实施例的包括冷却布置和球囊支承的消融电极的消融导管的治疗设备；
图6是示出了依照各种实施例的限定在球囊支承的消融电极与肾动脉的壁之间的电极-组织界面的治疗设备的一部分的截面 图7是示出了依照各种实施例的限定在球囊支承的消融电极与肾动脉的壁之间的电极-组织界面的治疗设备的一部分的截面 图8-10示出了依照各种实施例的包括球囊支承的消融电极的治疗设备的一部分的冷却布置的特征；以及
图11示出了依照各种实施例的配置成使用包括冷却布置和球囊支承的消融电极的消融导管的治疗设备来执行肾去神经支配法的治疗系统。
具体实施例方式本公开的实施例是针对用于使用通过由可膨胀的治疗设备所支承的多个被冷却的消融电极所输送的电能量来消融靶组织的装置和方法。本公开的实施例是针对用于使用由部署在躯体脉管中的可膨胀的治疗设备所支承的多个被冷却的消融电极来消融与躯体脉管相邻定位的靶组织的装置和方法。实施例是针对使用位于靶组织近侧的靶脉管的壁处的被冷却的消融电极来消融躯体的靶组织，从而使得被冷却的消融电极将稳态消融加热从其开始的位置从在靶脉管壁处的电极-组织界面平移到与电极-组织界面离预定距离的所期望的位置。本公开的特定实施例是针对用于针对高血压的治疗消融血管周肾神经的装置和方法。位于靠近肾动脉的外膜的肾神经的射频(RF)消融可能是用于慢性高血压的有效治疗。在不损伤肾动脉壁的情况下，已经难以从肾动脉通过访问来有效地消融血管周肾交感神经。为了在消融过程之后减少对潜在的动脉狭窄变窄的担心，在这样的消融过程期间最小化动脉损伤是重要的。本公开的实施例合并了安装在用于支承治疗设备的消融电极和冷却部件的治疗导管的远端处的壳体。壳体至少包围冷却布置的一部分并且在壳体的外表面上支承了许多个消融电极。壳体优选地可在小外形引入配置与较大外形部署配置之间变形。例如，小夕卜形引入配置允许治疗导管容易地通过静脉或动脉系统前进到所期望的躯体位置。较大外形部署配置允许治疗导管被稳定在所期望的躯体位置处，诸如在肾动脉内。在各种实施例中，所述可膨胀结构包括球囊，诸如冷却球囊或冰冻球囊(cryoballoon)。本公开的各种实施例包括在球囊上具有电极的球囊导管以执行靶组织的消融同时冷却肾动脉的腔表面防止了肾动脉的非目标组织特别是动脉的内皮的不希望的加热。本公开的装置能够提供许多好处，包括减少对动脉的损伤、采用减少治疗时间的单次治疗而不是多次治疗的消融、以及以更加可控的和可重复的方式的消融中的一个或多个。可以冷却RF电极以限制在电极表面处的温度提高同时允许在离电极一定距离处的提高的温度。当电极接触组织时，稳态加热在哪里开始的距离优选地是近似到组织里约
0.5 mm到约I mm。例如，稳态消融加热在与电极表面离至少约0.5 mm的距离处开始是备受期待的。热量从该点被传导出来。在血管中，限制在电极-脉管表面(在本文中还被称为电极-组织界面)处的热量能够限制在脉管表面处的损伤，这能够减少对于脉管表面的热损伤，并且产生脉管表面的改进加热。诸如热电偶之类的一个或多个温度传感器能够被设置在电极的部位处以测量在电极处或近侧的温度。在一些实施例中，温度传感器被定位在球囊上的每个电极附近或者在每个电极的部位处，允许在消融电极布置的各个电极位置处的精确温度测量。电极以及球囊的其他部分的冷却视需要能够使用若干个不同的冷却机构来实现。在一些实施例中，治疗导管合并了相变冷冻能力，诸如通过喷射冷冻剂以至少冷却膨胀球囊的电极支承部分。温度和/或压力传感器或其他传感器元件(例如，阻抗传感器)能够被合并在电极位置或其他位置附近或所述电极位置或其他位置处以有助于消融过程的监测和控制。在其他实施例中，治疗导管合并了配置成接收能够引起靶组织近侧的组织(诸如肾动脉的壁)的凝固的液体冷却剂的热交换装置。在一些实施例中，治疗导管合并了一个或多个固态热电冷却设备，诸如Peltier设备。治疗导管的冷却和消融电极部件能够与外部控制单元对接以控制设备功能并且监测或者显示温度、所使用的功率、阻抗、血压或其他参数。本公开的各种实施例是针对用于治疗高血压的肾去神经支配法的装置和方法。高血压是其中血压升高的慢性医学状况。持久性高血压是与各种不利的医学状况相关联的显著风险因素，所述不利的医学状况包括心脏病发作、心力衰竭、动脉瘤以及中风。持久性高血压是慢性肾衰竭的主因。服务肾的交感神经系统的功能亢进与高血压及其进展相关联。肾中的神经经由肾脏去神经支配法的去激活能够降低血压，并且对于对常规药物无反应的具有高血压的许多患者来说可能是可行的治疗选择。肾有助于许多躯体过程，包括血液透析、体液平衡的调节、血压控制、电解质平衡以及激素产生。肾的一个主要功能在于从血液中移除毒素、矿物盐以及水以形成尿。肾通过从腹主动脉左右分支的肾动脉接收心输出量的约20%-25%，在肾的凹面肾门处进入每个肾。血液通过肾动脉和输 入小动脉流入肾，进入肾的过滤部肾小体。肾小体由肾小球、被充满流体围绕的密集毛细血管、称作包曼(Bowman’s)囊的杯状囊(sac)构成。由于存在于毛细血管中的血液与包曼囊中的体液之间的压力梯度，血液中的溶质通过肾小球的非常薄的毛细血管壁来过滤。压力梯度由小动脉的收缩或扩张来控制。在过滤发生后，经过滤的血液移动穿过输出小动脉和血管周毛细血管，会聚在小叶间静脉中，以及最后通过肾静脉排出肾。从血液中过滤的微粒和体液通过许多个小管(tubule)从包曼囊移动到收集管。尿形成在该收集管中，并且然后通过输尿管和膀胱排出。小管被血管周毛细血管(包含经过滤的血液)围绕。随着滤出液穿过小管并且朝收集管移动，营养物、水以及诸如钠和氯化物等电解质被再吸收到血液中。肾受主要从主动脉肾神经节(ganglion)发出的肾丛神经支配。随着神经顺着肾动脉的路线并且进入到肾，肾神经节由肾丛的神经形成。肾神经是包括交感神经和副交感神经部件的自主神经系统的部分。已知交感神经系统是提供躯体“战或逃(fight orflight) ”反应的系统，而副交感神经系统提供“休息和消化”反应。交感神经活动的刺激作用触发使肾提高激素的生产的交感反应，所述激素增加血管收缩和体液潴流(retention)。该过程被称为增加肾交感神经活动的肾素-血管紧张素-醛固酮-系统(RAAS)反应。响应于血容量的降低，肾分泌肾素，其刺激血管紧张素的产生。血管紧张素使血管收缩，导致增加的血压，并且还刺激来自肾上腺皮质的激素醛固酮的分泌。醛固酮使肾的小管提高钠和水的再吸收，这提高了躯体内的体液的容量和血压。充血性心力衰竭(CHF)是与肾功能相关的状况。CHF发生在心脏不能够遍布躯体有效地泵送血液时。当血流量下降时，肾功能因为血液在肾小体内的不足灌流而退化。减少的肾的血流量触发交感神经系统活动的增加(即，RAAS变得太活跃)，其使肾分泌增加体液潴流和血管收缩的激素。体液潴流和血管收缩进而增加循环系统的外围阻力，使心脏承受甚至更大的负荷，这进一步地减少了血流量。如果心脏和肾功能的恶化继续，则逐渐地躯体变得不堪重负，并且心力衰竭代谢失调的发作出现，常常导致患者的住院治疗。图1是右肾10和包括从腹主动脉20横向地分支的肾动脉12的肾脉管系统的图示。在图1中，出于说明的简单性的目的仅示出了右肾10，但将在本文中对左肾和右肾二者以及相关的肾脉管系统和神经系统结构进行参考，其全部被构思在本公开的实施例的上下文中。肾动脉12被有目的地示出为不成比例地大于右肾10和腹主动脉20，以便有助于本公开的各种特征和实施例的讨论。左肾和右肾供应有来自从腹主动脉20的相应左右横向表面分支的左右肾动脉的血液。左右肾动脉中的每一个都跨越膈肌脚被定向，以便与腹主动脉20几乎形成直角。左右肾动脉通常从腹主动脉20延伸到肾的门17近侧的相应肾窦，并且分支进入到节段性动脉以及然后进入到肾10内的小叶间动脉。小叶间动脉向外辐射，穿透肾小体并且贯穿肾锥体之间的肾柱。典型地，肾接收总心输出量的约20%，其对于正常人来说表示每分钟约1200mL的血流量通过肾。肾的主要功能是通过控制尿的产生和浓缩来维持躯体的水和电解质平衡。在产生尿中，肾分泌诸如尿素和铵等废物。肾还控制葡萄糖和氨基酸的再吸收，并且在包括维生素D、肾素以及红细胞生 成素的激素的产生中是重要的。肾的一个重要的次要功能是控制躯体的新陈代谢体内平衡。控制体内平衡功能包括调节电解质、酸基平衡以及血压。例如，肾负责通过调节在尿中丧失的水的容量并且释放红细胞生成素和肾素来调节血容量和压力。肾还通过控制在尿中丧失的量和钙的合成来调节血浆离子浓度(例如，钠、钾、氯离子以及钙离子水平)。由肾控制的其他止血功能包括通过控制尿中的氢和碳酸氢盐离子的丧失来稳定血液pH、通过阻止它们的排泄来保存有价值的营养物、以及协助肝脏解毒。同样在图1中示出了右肾上腺11，通常被称为右肾上腺。肾上腺11是靠在肾10之上的星状内分泌腺。肾上腺(左和右)的主要功能是通过分别包括皮质醇和肾上腺素(肾上腺素)的皮质类固醇和儿茶酚胺类的合成来调节躯体的应力反应，围绕肾10、肾上腺
11、肾管12以及邻近周边脂肪是肾筋膜，例如，吉式(Gerota’s)筋膜(未示出)，其是得自锥体外系结缔组织的筋膜陷凹(pouch)。躯体的自主神经系统控制血管、消化系统、心脏以及腺中的平滑肌的不自主动作。自主神经系统被划分成交感神经系统和副交感神经系统。在通用术语中，副交感神经系统通过降低心率、降低血压以及刺激消化来为躯体休息做好准备。交感神经系统通过提高心率、提高血压以及提高新陈代谢来实现躯体的战或逃反应。
在自主神经系统中，源自于中央神经系统并且延伸到各种神经节的纤维被称为神经节前纤维，而从神经节延伸到效应器官的那些被称为神经节后纤维。交感神经系统的激活通过肾上腺素(肾上腺素)和在较小程度上来自肾上腺11的去甲肾上腺素的释放来实现。肾上腺素的这个释放由从神经节前交感神经所释放的神经递质乙酰胆碱触发。肾和输尿管(未示出)受肾神经14神经支配。图1和2A-2B图示了肾脉管系统的交感神经神经分布，主要是肾动脉12的神经分布。肾脉管系统的交感神经神经分布的主要功能包括肾血流量和压力的调节、肾素释放的刺激作用、以及水和钠离子再吸收的直接刺激作用。使肾脉管系统受神经支配的大多数神经是由肠系膜上神经节26引起的交感神经节后纤维。肾神经14通常轴向地沿着肾动脉12延伸，在门17处进入肾10，沿肾10内的肾动脉12的分支而行，并且延伸到各个肾元。诸如肾神经节24、肠系膜上神经节26、左右主动脉肾神经节22以及腹腔神经节28等其他肾神经节还使肾脉管系统受神经支配。腹腔神经节28通过较大的胸内脏神经(较大的TSN)连接。主动脉肾神经节26由较小的胸内脏神经(较小的TSN)连接并且使肾丛的更大部分受神经支配。肾10的交感神经信号经由主要发生在脊髓节段T10-T12和LI处的受神经支配的肾脉管系统来传送。副交感神经信号主要发生在脊髓节段S2-S4处并且来自于下半脑的延髓。交感神经流量穿过交感神经干神经节而行进，其中一些可以形成突触，而其他的在主动脉肾神经节22(经由较小的胸内脏神经，即，较小的TSN)和肾神经节24(经由最小的胸内脏神经，即，最小的TSN)处形成突触。突触后交感神经信号然后沿着肾动脉12的神经14向肾10行进。突触前副交感神经信号在它们在肾10上或附近形成突触之前行进到在肾10附近的部位。特别参考图2A，关于多数动脉和小动脉，肾动脉12内衬控制肾动脉内腔13的直径的平滑肌34。平滑肌通常是在大的和小的动脉和静脉以及各种器官的中膜层内发现的不自主非条纹肌。肾的肾小球例如包含称作肾小球系膜细胞的平滑肌状细胞。平滑肌在结构、功能、兴奋-收缩耦合以及收缩的机制方面根本不同于骨骼肌和心肌。
可以刺激平滑肌细胞以通过自主神经系统来收缩或者放松，但还能够对来自相邻细胞的刺激并且响应于激素以及血液承载电解质和药剂(例如，血管舒张药或血管收缩齐IJ)作出反应。肾10的肾小球旁器的输入小动脉内的专用平滑肌细胞例如产生激活血管紧张素II系统的肾素。肾神经14使肾动脉壁15的平滑肌34受神经支配，并且以一般轴向方式或纵向方式沿着肾动脉壁15纵长地延伸。平滑肌34环向地围绕肾动脉，并且在通常与肾神经14的纵向取向横向垂直的方向上纵长地延伸，如图2B中所描绘的那样。肾动脉12的平滑肌34在自主神经系统的不自主控制下。交感神经活动的增加例如趋于使平滑肌34收缩，这缩小肾动脉内腔13的直径并且减小血液灌流。交感神经活动的减少趋于使平滑肌34放松，导致血管扩张以及肾动脉内腔直径和血液灌流的增加。相反地，增加的副交感神经活动趋于使平滑肌34放松，而减少的副交感神经活动趋于引起平滑肌收缩。图3A示出了通过肾动脉的纵向横截面的节段，并且图示了肾动脉12的壁15的各种组织层。肾动脉12的最内层是内皮30，所述内皮30是内膜32的最内层并且由内部弹性膜支承。内皮30是接触流过管内腔13的血液的单层细胞。内皮细胞通常是多角形、卵形或纺锤形，并且具有非常不同的圆形核或卵形核。内皮30的细胞涉及若干个脉管功能，包括借助于血管收缩和血管舒张控制血压、血液凝结，并且作为内腔13内的容纳物与周边组织之间的阻挡层，所述周边组织诸如使内膜32与中膜34分离的内膜32的膜以及外膜36。内膜32的膜或浸溃作用是细密的、透明的、无色的结构，所述结构是高度弹性的，并且通常具有纵向波纹图案。邻近内膜32的是中膜33，其是肾动脉12的中间层。中膜由平滑肌34和弹性组织组成。中膜33能够通过它的颜色并且通过它的纤维的横向布置来容易地标识。更具体而言，中膜33主要由成束的平滑肌纤维34构成，所述平滑肌纤维34以细板状方式或薄层布置并且成圆形地布置在动脉壁15周围。肾动脉壁15的最外层是外膜36，其由结缔组织组成。外膜36包括在愈伤康复中起重要作用的成纤维细胞38。血管周区37被示出与肾动脉壁15的外膜36相邻并且依附于肾动脉壁15的外膜36。肾神经14被示出靠近外膜36并且穿过血管周区37的一部分。肾神经14被示出基本上纵向地沿着肾动脉12的外壁15延伸。肾神经14的主干通常位于肾动脉12的外膜36内或上，常常穿过血管周区37，其中特定分支追到中膜33中以消弱肾动脉平滑肌34。
本公开的实施例可以被实现来对于神经支配的肾脉管系统提供不同程度的去神经支配治疗。例如，本公开的实施例可以提供通过使用本公开的治疗设备输送的去神经支配治疗所实现的肾神经脉冲传输中断的程度和相对永久的控制。肾神经损伤的程度和相对永久可以被定制为实现交感神经活动的所期望的减少(包括部分阻断或完全阻断)，并且定制为实现所期望程度的持久(包括暂时性损伤或不可逆性损伤)。返回到图3B和3C，图3B和3C中所示出的肾神经14的部分包括每个包括轴突或树突的神经纤维14b的束14a，所述轴突或树突起源或者终止在位于神经节中或在脊髓上或在脑中的细胞体或神经元上。神经14的支承组织结构14c包括神经内膜(围绕神经轴突纤维)、神经束膜(围绕纤维组以形成肌束)、以及神经外膜(将肌束绑定到神经中)，所述神经外膜用来分离并且支承神经纤维14b和束14a。特别地，还被称为神经内膜管或小管的神经内膜是将神经纤维14b的髓鞘包封在纤维束内的纤弱结缔组织层。神经元的主要部件包括细胞体,所述细胞体是包括细胞核、称作树突的细胞伸展以及轴突的神经元的中心部分，所述轴突是携带神经信号的链状凸出部分。轴突末梢包含突触，所述突触是其中神经递质化学物质被释放以便与靶组织进行通信所在的专用结构。周边神经系统的许多神经元的轴突被包覆在髓鞘内，所述髓鞘由称为施沃恩(Schwann)细胞的一种类型的神经胶质细胞形成。髓鞘化施沃恩细胞被裹在轴突周围，让轴膜在不规则间隔的节(被称作朗式(Ranvier)节)处相对地未被覆盖。轴突的髓鞘化使得能实现称作跳跃的电脉冲传播的特别快速模式。在一些实施例中，本公开的治疗设备可以被实现来输送对肾神经纤维14b引起瞬时且可逆性损伤的去神经支配治疗。在其他实施例中，本公开的治疗设备可以被实现来输送对肾神经纤维14b引起更严重的损伤的去神经支配治疗，如果治疗被以及时的方式终止则这可能是可逆的。在优选实施例中，本公开的治疗设备可以被实现来输送对肾神经纤维14b引起严重的且不可逆性损伤的去神经支配治疗，导致肾交感神经活动的永久停止。例如，治疗设备可以被实现来输送使神经纤维形态学中断到足以在物理上分离神经纤维14b的神经内膜管的程度的去神经支配治疗，这能够阻止再生和再神经支配过程。通过示例，并且依照如本领域内所熟知的Seddon分类法，本公开的治疗设备可以被实现来输送去神经支配治疗，所述去神经支配治疗通过对肾神经纤维14b给予与神经失用症一致的伤害来中断神经脉冲沿着肾神经纤维14b的传导。神经失用症描述了其中不存在神经纤维14b或其髓鞘的破坏的神经伤害。在这种情况下，在神经脉冲往神经纤维下游的传导中存在中断，其中恢复在没有真实再生的情况下在数小时到数月内发生，因为华勒式(Wallerian)变性不发生。华勒式变性指的是其中与神经元的细胞核分离的轴突的部分变性的过程。这个过程还被称为顺行变性。神经失用症是可以通过利用根据本公开的实施例的治疗设备对肾神经纤维14b给予神经损伤的最温和的形式。治疗设备可以被实现来通过对肾神经纤维给予与轴突断伤(axonotmesis) —致的伤害来中断神经脉冲沿着肾神经纤维14b的传导。轴突断伤涉及神经纤维的轴突的相对连续性的丧失及其髓鞘的覆盖，但涉及神经纤维的结缔组织框架的保护。在这种情况下，神经纤维14b的封装支承组织14c被保护。因为轴突连续性丢失了，所以华勒式变性发生了。从轴突断伤恢复仅通过轴突的再生来发生，过程需要约数周或数月的时间。在电学上，神经纤维14b示出了快速且完全的变性。只要神经内管是完好的，再生和再神经支配就可以发生。治疗设备可以被实现来通过对肾神经纤维14b给予与轴突断伤一致的伤害来中断神经脉冲沿着肾神经纤维14b的传导。根据Seddon分类法，在本方案中神经断伤是最严重的神经损伤。在这种类型的损伤中，神经纤维14b和神经鞘两者被破坏。虽然部分恢复可以发生，但完全恢复是不可能的。在肾神经纤维14b的情况下，神经断伤涉及轴突和封装结缔组织14c的连续性的丧失，导致自主功能的完全丧失。如果神经纤维14b已经完全地分裂，则轴突再生使神经瘤形成在近侧残端中。可以参考如本领域内所熟知的Sunderland系统找到神经断伤神经伤害的更多的分层分类。Sunderland系统定义了五种程度的神经伤害,其中的前两个与Seddon分类法的神经衰弱症和轴突断伤接近一致。后三个Sunderland系统分类描述了不同水平的神经断伤神经伤害。Sunderland系统中的第一和第二种程度的神经损伤分别与Seddon的神经衰落症和轴突断伤类似。根据Sunderland系统，第三程度神经损伤涉及神经内膜的破坏，其中神经外膜和神经束膜保持完好。取决于束内纤维化的程度，恢复范围可以从差到完全。第四程度神经损伤涉及所有神经和支承元件的中断，其中神经内膜保持完好。神经通常被放大了。第五程度神经损伤涉及神经纤维14b在丧失连续性情况下的完全横断。图4示出了包括配置用于放置在诸如患者的肾动脉之类的躯体的靶脉管的内腔内的治疗导管100的本公开的实施例。图4中所示出的治疗导管100包括设置在治疗导管100的轴102的远端处的治疗设备104。治疗设备104包括多个电极108，所述多个电极108由可膨胀壳体121支承并且配置成将消融电能量(例如，RF能量或其他形式的高频AC能量)输送到位于邻近靶脉管的靶组织。治疗设备104进一步包括配置成冷却电极108中的每一个的冷却布置106,并且视需要,包括壳体121的壁的其他部分。
在消融期间，电极108通过冷却布置106来冷却，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从电极-组织界面被平移到与电极-组织界面离预定距离的位置。转换稳态消融加热从其开始的位置远离电极-组织界面提供了靶组织的有效消融，而介入靶脉管壁组织被热保护。
如图4中进一步示出的那样，治疗设备104被流畅地且电力地耦合到沿着轴102的长度延伸的内腔布置103。内腔布置103包括电导体布置、可增压的内腔布置以及尺寸定制为接收导丝110的导丝内腔101。导丝110可以被临床医生用来访问患者的静脉系统或动脉系统，定位诸如患者的肾动脉之类的靶脉管，以及使治疗设备104前进到靶组织的内腔中。轴102的近端经由内腔布置103而被流畅地且电力地耦合到外部控制系统，在下文中参考图11描述所述外部控制系统的实施例。在图4中所示出的实施例中，内腔布置103包括供应内腔118，通过所述内腔118热传递流体从耦合到轴102的近端的外部源被供应给治疗设备104。内腔布置103还包括返回内腔119，通过所述返回内腔119废热传递流体被返回到轴102的近端。根据一些实施例，例如冷却布置106能够包括相变冷冻机构、具有液体冷却剂的较简单的热交换器系统、或固态热电冷却设备。取决于所采用的特定冷却布置，可能或者可能不需要供应和返回内腔118、119中的一个或两者。能够适于在本公开的实施例中使用的各种冷却元件和支承、连接以及控制布置和方法论公开在2011年6月10日提交的共同拥有的美国专利N0.7，238，184和美国专利申请N0.13/157,844中，其通过引用合并到本文中。根据各种实施例，电极108使用由外部冷却剂源供应并且通过轴102的内腔布置103传输的热传递流体来冷却。可以采用各种热传递流体，例如包括冷盐水或冷盐水和乙醇混合物、氟利昂(Freon)或其他碳氟化合物致冷剂、一氧化二氮、液氮以及液态二氧化碳。治疗单元104的冷却布置106可以包括热传递流体通过其传递的管(例如，冷冻探针)、内腔、歧管和/或球囊布置。冷却布置106可以与可膨胀壳体121整合或分离。在一些配置中，冷却布置106可以被配置成冷却壳体壁的实体部分，包括安装电极108所在的位置。在其他配置中，冷却布置106可以被配置成仅冷却安装电极108所在的壳体壁的那些部分。依照各种实施例，电极108通过壳体121内的导热传递流体来通电。电导体沿着轴102的内腔布置延伸并且与导电流体进行电通信。在一些配置中，电导体被电力地耦合到定位于壳体121内的轴102上的电极112。高频AC功率经由电导体、电极112以及壳体121内的导电流体而被传送到由壳体121所支承的电极108。各种实施例可以合并在2011年7月22日提交的共同拥有的美国序号12/188，677中所公开的设备的选择的结构、电气、热以及控制特征，所述美国序号12/188，677要求2010年11月9日提交的美国临时申请N0.61/411，795和2010年7月30日提交的美国临时申请N0.61/369，442的优先权，其中的每一个都通过引用合并到本文中。在其他实施例中，电极108通过将每个电极108耦合到轴102的导体布置的电导体来通电。电极108能够被逐个地或者串联连接到外部控制系统。在一些实施例中，热传递流体当经由供应内腔118在冷却布置106(例如，冷冻球囊)内部释放时经历相位改变，所述相位改变通过吸收来自围绕治疗单元104的组织的汽化的潜在热量，并且通过汽化气体随着它进入冷却布置106内部的较低压力的区的冷却(焦耳_汤姆逊效应)来冷却壳体121中的一些或全部和电极108中的每一个。作为相位改变和焦耳-汤姆逊效应的结果，热量被从壳体121的周围抽取，从而至少冷却接触脉管壁组织的电极108 (并且视需要冷却壳体壁的其他部分)。在其中冷却限于电极108的配置中，歧管能够被实现在壳体121或壳体壁内以向和从电极108传输热传递流体。在冷却布置106内部释放的气体可以通过轴102的返回内腔119消耗尽。可以通过调节以其来输送热传递流体的速率和以其来抽取废气的速率中的一个或两者来控制冷却布置106内部的压力。传输热传递流体的内腔布置103的内腔118、119优选地内衬或者以其他的方式合并具有适于选择的热传递流体的适当的热和机械特性的(一个或多个)绝缘材料。本发明的实施例可以合并在以下共同拥有的美国专利和公开专利申请中所公开的设备的选择的球囊、导管、内腔、控制以及其他特征:美国专利公开号2009/0299356、2009/0299355、2009/0287202、2009/028 1533、2009/020995 1、2009/0209949、2009/0171333、2008/0312644、2008/0208182、2008/0058791 及 2005/0197668 和美国专利号 5868735、6290696、6648878、6666858、6709431、6929639、6989009、7022120、7101368、7172589、7189227及7220257，其通过引用合并到本文中。本发明的实施例可以合并在美国专利号 6355029、6428534、6432102、6468297、6514245、6602246、6648879、6786900、6786901、6811550、6908462、6972015和7081112中所公开的设备的选择的球囊、导管以及其他特征，其通过引用合并到本文中。在各种实施例中，冷却布置106能够包括配置成热耦合到在电极108处或附近的壳体121的壁并且在低温模式下操作的一个或多个热电元件。所述热电元件优选地包括固态热电元件，诸如Peltier元件。能够适于在本发明的实施例中使用的各种Peltier效应元件和支承、连接以及控制布置和方法论公开在共同拥有的美国专利N0.7，238，184中，其通过引用合并到本文中。在一些实施例中，例如，可膨胀壳体121包括或者被构建为球囊，所述球囊被流畅地耦合到内腔布置103并且可在小外形引入配置与较大外形部署配置之间变形。壳体121通常由聚合材料构成，并且优选地具有尺寸定制为适合在诸如一般患者的肾动脉之类的靶组织内的直径。要理解的是，消融导管100的不同模型能够被构建成每个具有适用于给定患者群体的特定壳体配置和尺寸。在一些实施例中，壳体`121可以包括可膨胀元件，诸如可增压的球囊或可机械地膨胀的布置(例如，可膨胀可折叠的网格结构)。这样的可膨胀元件在壳体121的结构中的使用允许针对具有不同解剖学的患者群体使用通用的壳体设计。依照其中可增压的球囊被用在壳体121的结构中的各种实施例，热传递流体可以被用于对球囊进行增压以及脉管组织和电极108的冷却。球囊121包括配置成当在它的部署配置中时接触靶组织的内壁的壁。多个消融电极108由该球囊壁支承并且被优选地布置在预定图案中。电极108可以例如被布置成形成一个或多个环向图案。通过进一步的示例，电极108可以被布置成形成螺旋状图案或螺旋形图案。消融电极108被配置成当球囊121在它的部署配置中时输送足以消融与靶脉管相邻定位的靶组织。冷却布置106的全部或至少部分的被球囊121包围。如先前所讨论的那样，冷却布置106被配置成在消融期间至少冷却电极108，使得稳态消融加热从其开始的位置从在内脉管壁处的电极-组织界面被平移到与电极-组织界面离预定距离的位置。在一些实施例中，冷却布置被配置成冷却电极108，从而使得稳态消融加热在离电极108 (远离电极-组织界面并且朝靶组织)约0.5 mm至约I mm的距离处开始。在其他实施例中，稳态消融加热从其开始的位置从电极-组织界面被平移约I mm的距离。
如图5中所示出的那样，一个或多个温度传感器115能够位于治疗设备104上以提供在电极108和/或靶组织壁处或附近的温度感测。在图5中所示出的实施例中，电极108中的每一个都连同对应的温度传感器115 —起被安装到壳体121的壁。在一些配置中，电极108能够被安装以便直接地接触对应的温度传感器115。在这样的配置中，每个电极108的温度能够被逐个地监测并且从每个电极108输送的能量能够被逐个地控制。尽管在一些实施例中可能需要将电极108串联到公共导体，但是可能更需要给电极108中的至少一些提供个别连接，允许电极108的选择性通电。其中进一步参考图5中所示出的实施例，治疗单元104合并了冷却布置106，其中壳体壁和电极108的冷却通过穿过治疗单元104被部署在其内的靶脉管的血液来提供。图5中所示出的实施例包括贯穿壳体121的纵向部分的冷却通道150。冷却通道150包括入口 152，其被配置成使流过靶脉管的血液转向进入到冷却通道150。冷却通道150进一步包括出口 154，通过所述出口 154加热血液返回到靶脉管。尽管图5中所示出的实施例的横截面图示示出了单个冷却通道150，但是要理解的是，两个或更多个冷却通道150可以被合并到壳体121中(例如，在2与6之间)。图6图示了定位在它的部署配置中的肾动脉12的内腔内的消融导管100的治疗单元104的一部分。更具体而言，图6示出了由球囊121的壁121a所支承的消融电极108。根据一些实施例，电导体117被连接到电极108并且在球囊壁121a内或沿着球囊壁121a延伸。导体117沿着轴102的长度延伸，并且终止在消融导管100的近端处的耦合处。电导体117可替换地可以被置于沿着球囊121的内部或外部所提供的内部内腔或外部内腔中。在其他实施例中，电导体117终止在除(一个或多个)电极108处之外的球囊内的位置处。例如，并且如参考图4的实施例先前所讨论的那样，电极能够位于球囊结构的轴上并且耦合到沿着导管的轴的长度延伸的电导体117。高频交流电经由球囊121内的导电热传递流体从轴电极向(一个或多个)电极108传导。电极108被示出为安装到球囊壁121a的外表面。在图6中所示出的实施例中，热导体160被固定到球囊壁121a并且能够用作基底结构以有助于电极108到球囊壁121a的安装。热导体160优选地增强热能在冷却媒体107与电极108之间的传递。尽管热导体160被示出贯穿球囊壁121a的厚度，但是热导体160能够延伸到球囊内部123中或者仅部分地在球囊壁121a内。热导体160可以使用提供热导体160的柔韧性的聚合材料和导电材料的矩阵来制造。如在图6的实施例中进一步示出的那样，电极108包括定义组织接触表面的突起109，所述突起109当球囊121在它的增压部署配置中时用来压缩肾动脉壁15的一部分。电极108的突起109被示出为具有连续弯曲形状。增压球囊121迫使电极108的突起109靠着肾动脉壁15，从而压缩作为压缩区R。所示出的肾动脉壁的一部分，围绕电极突起109。使用电极突起109来压缩肾动脉壁15减少了肾动脉壁部15a在电极108的区域中的宽度，并且缩短电极108与靶组织(例如，血管周肾神经37)之间的距离。由于电能量必须通过其经过的组织的减少量，电极108与邻近肾动脉12的血管周肾神经37之间的距离的有效减少能够有助于对于消融血管周肾神经 组织所需的电能量的量的减少。对于消融靶组织所需的电能量的量的减少能够导致在消融期间产生的热量的总量的减少，导致非目标组织的热损伤的风险降低。
在肾动脉壁15内产生的总热量的显著减少通过在消融期间冷却电极108来实现。如先前所讨论的那样，已经发现使用本文所讨论的类型的冷却布置来冷却电极108有利地将稳态消融加热从其开始的位置朝外平移了预定距离(即，与限定在电极突起109与相邻肾动脉壁之间的组织-电极界面离预定距离并且在血管周肾神经组织的方向上)。该平移的大小可能受多个因素影响，所述多个因素除了其他之外还包括输送到电极108的功率的量、电极突起109的形状、尺寸和材料、电极108在冷却期间的温度、肾动脉壁厚度、肾动脉壁压缩的量以及肾动脉和邻近组织的其他属性等。一般而言，该平移的大小能够在约0.5 _至约I _范围之间。当稳态加热的开始从电极-组织界面被平移约0.5_时动脉壁的热损伤的适当减少是可实现的，其中实现动脉壁损伤的进一步减少直到达到了约I mm的平移为止。因为肾解剖在各个患者之间不同，所以要理解的是，约0.5 mm至约I mm的范围是其中能够针对多数患者实现动脉壁的热损伤的有益减少的估计范围。例如对于一些患者来说,该范围能够大或小约+/- 0.1 mm、+/- 0.2 mm或+/- 0.3 mm(针对所述范围的一个或两个极限)。在定性方面，该平移的大小优选地是这样的，即靶组织被有效地消融而非目标组织经历可接受水平的热损伤(例如，很少的或没有永久性热损伤)。图7示出了定位在它的部署配置中的肾动脉12的内腔内的消融导管100的治疗单元104的一部分。图7中所示出的治疗单元104在大多数方面与图6中所示出的治疗单元类似，但是在形状方面与消融电极108的突起109不同。然而图6的实施例中的电极108的突起109具有连续弯曲形状，图7的实施例中的电极108的突起109具有复杂的弯曲形状。图7中的电极的突起109的外形包括不连续性使得电极108的下部相对于电极108的上部的梯度斜率具有更大的梯度斜率。当与具有连续弯曲形状的电极108相比时，电极108的上部的曲率的较小半径用来在电极108的尖端处集中更大的压缩力。图7的突起109提供肾动脉壁部15a与电极108接触的增加的压缩，导致电极108与定位与肾动脉12相邻的靶组织(血管周肾神经37)之间的分离距离的进一步减少。
要理解的是，在一些实施例中，电极108能够与治疗单元104的壳体121的外表面齐平或者几乎齐平。当使用齐平或几乎齐平安装的消融电极108时，能够实现针对具有突起109的被冷却的电极108在本文中所描述的许多属性，但有一定程度的利益减少。图8-10示出了依照本公开的各种实施例的包括合并到球囊121中的不同冷却布置的消融导管100的治疗单元104的一部分。图8示出了其中穿过脉管的血液被用于治疗单元104内冷却的实施例(参见例如图5的实施例)。图8的截面图示出了由治疗单元104的球囊121的壁121a所支承的消融电极108。电极108被安装在温度传感器115上或者以其他的方式I禹合到温度传感器115。在一些实施例中,球囊壁121a的内表面内衬材料的导热层180，诸如金属箔层。导热层180用来增强来自流过脉管的血液170的热能的传递，从而增强电极108的冷却。要注意的是，温度传感器115的配置和材料可以被选择为同样地增强电极108与血液170之间的热能传递。例如，温度传感器115可以被构建为热沉。电绝缘体162可以被用来使电极108与导热层180电力地绝缘。图9示出了其中冷却媒体107经由歧管111而被供应给球囊121的实施例。图9中所示出的实施例基本上和图8中所示出的实施例相同，但在冷却布置配置方面不同。在图9中，取决于冷却布置(例如，相变或热交换冷却布置)，歧管111将球囊121内的冷却媒体107作为气体或液体来分散。如先前所讨论的那样，歧管111能够被配置成将冷却媒体107分散到球囊壁121a中的全部或多数，或者仅分散到安装电极108所在的那些部分，在这种情况下传导金属层180能够被排除或者限于邻近电极180的球囊壁区。图10示出了其中热电冷却设备190被合并在冷却布置中的实施例。如图10中所不，一个或多个热电冷却设备190被稱合到球囊壁121a的内表面。热电冷却设备190例如能够被安装到导热层180，这提供了热能沿着球囊壁121a的横向传导。在一些配置中，传导性金属材料的补片180能够被固定到单独电极180下面或在电极180的子集下面的球囊壁121a的内表面。热电冷却设备190能够被固定到传导性金属材料补片180中的每一个。热电冷却设备190优选地在消融期间被逐个地控制，允许在每个电极180处的温度的增强控制。要理解的是，治疗单元104能够合并本文所述的类型的不止一个冷却布置，并且可以基于给定治疗单元104的应用来修改冷却布置。现参考图11，示出了根据各种实施例的用于消融影响交感肾神经活动的系统300。图11中所示出的系统300包括设置在部署在患者的肾动脉12内的治疗导管100的远端处的治疗设备104。治疗导管100包括在其内设置了内腔布置103的柔性轴102。轴102优选地在长度上足以从经皮访问位置129到达患者的肾动脉12。可能需要使用外部鞘套105来促进治疗设备104到肾动脉12中的输送。导管轴102可以包括远侧铰链356，其有助于从主动脉20到肾动脉12中的近90°转向的导航。治疗设备104包括先前所描述的类型的电极布置和冷却布置。电极布置被电力地耦合到外部射频(RF)发生器320。功率控制322和定时控制324从治疗单元104提供电能量输送的自动化或半自动化控制。治疗设备104的冷却布置被示出为流畅地耦合到冷却剂源340。温度控制324优选地被耦合到设置在治疗设备104处的一个或多个温度传感器。温度控制324产生温度信号，所述温度信号被RF发生器320和冷却剂源340用来调整(经由系统300的处理器自动地或者半自动地)输送到消融电极108的功率以及向/从治疗设备104的冷却布置输送和/或移除的热传递流体。栗系统341被不出为稱合到冷却剂源340。栗系统341被稱合到流体储器系统，所述流体储器系统可以被配置成 存储各种冷冻剂，例如诸如冷盐水或冷盐水和乙醇混合物、氟利昂或其他碳氟化合物致冷剂、一氧化二氮、液氮以及液态二氧化碳。一般地在针对高血压的控制消融血管周肾神经的背景下描述了在本文中所公开的各种实施例。要理解的是，然而，本公开的实施例在其他背景下具有适用性，诸如从躯体的其他脉管(包括其他动脉、静脉以及脉管系统(例如，心脏和泌尿脉管系统和脉管))和躯体的其他组织(包括各种器官)内执行消融。应当理解的是，即使已经在前述描述中阐述了各种实施例的许多特性以及各种实施例的结构和功能的细节，该具体描述也仅仅是说明性的，并且可以在细节上，特别是在由各种实施例所图示的部分的结构和布置方面进行改变，所述各种实施例在最大可能的范围内由所附权利要求用其表示的术语的广泛一般意义来指示。
权利要求
1.一种装置，包括: 包括柔性轴的导管布置； 球囊，其被置于所述轴的远端处并且可配置用于在躯体的靶脉管内的部署； 由所述球囊的壁支承的多个消融电极，所述消融电极被配置成当所述球囊在部署的配置中时输送足以消融所述靶脉管的壁近侧的靶组织；以及 冷却布置，其至少部分地被所述球囊包围并且配置成在消融期间将冷却至少提供给所述电极，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从在所述靶脉管壁处的电极-组织界面被平移到与所述电极-组织界面离预定距离的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却布置被配置成冷却所述电极，从而使得所述稳态消融加热在离所述电极至少约0.5 mm的距离处开始。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却布置被配置成冷却所述电极，从而使得所述稳态消融加热在离所述电极约0.5 _至约I _的距离处开始。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极被布置在所述球囊壁上以定义螺旋形图案或一个或多个环向图案。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述消融电极中的每一个都包括定义组织接触表面的突起，所述突起用来压缩所述肾动脉壁的一部分并且通过所述压缩的肾动脉壁部分来输送电能量。
6.根据权利要求1 所述的装置，其中，所述电极中的每一个都具有连续弯曲形状或复杂的弯曲形状。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极被耦合到沿着所述轴延伸的电导体布置。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极通过所述球囊内的导电流体和沿着所述轴延伸并且与所述导电流体进行电通信的电导体来通电。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却布置包括: 相变冷冻装置，其被配置成接收液体冷却媒体并且输出由所述冷冻相变产生的废气；或 热交换装置，其被配置成接收被冷却的液体冷却媒体并且输出废的液体冷却媒体；或 一个或多个固态热电冷却设备。
10.根据权利要求1所述的装置，其包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器由所述球囊壁支承并且配置成感测在消融期间在所述肾动脉壁处或近侧的温度。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，至少邻近所述电极的所述球囊的内壁的部分包括导热材料层，所述导热材料层被配置成在消融期间增强所述冷却布置与所述电极之间的热能传递。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内腔布置包括尺寸定制为接收导丝的引导内腔。
13.根据权利要求1所述的装置，其包括耦合到所述导管布置的近端的外部系统，所述系统被配置成控制输送到所述电极的功率和输送到所述冷却布置的冷却剂。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中: 所述轴具有足以相对于经皮访问位置来访问患者的肾动脉的长度；并且所述冷却布置被配置成在邻近所述电极的血管周肾神经的消融期间将冷却至少提供给所述电极，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从在所述肾动脉壁处的电极-组织界面被平移到与所述电极-组织界面离预定距离的位置。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中: 所述轴具有近端、远端、长度以及在所述近侧和远侧端之间延伸的内腔布置，所述轴的所述长度足以相对于经皮访问位置来访问患者的肾动脉； 所述球囊被尺寸定制为用于在所述肾动脉内的部署并且可在小外形引入配置与较大外形部署配置之间变形，所述球囊被流畅地耦合到所述内腔布置并且包括配置成当在所部署的配置中时接触所述肾动脉的壁的壁； 所述多个消融电极被配置成当所述球囊在所述部署的配置中时输送足以消融邻近所述肾动脉的血管周肾神经的电能量；以及 所述冷却布置被配置成在消融期间将冷却至少提供给所述电极，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从在所述动脉壁处的电极-组织界面被平移到与所述电极-组织界面离预定距离的 位置。
全文摘要
一种导管布置包括柔性轴和球囊，所述球囊被置于所述轴的远端处并且可配置用于在诸如肾动脉之类的躯体的靶组织内的部署。由球囊壁支承的消融电极被布置在预定图案中。当所述球囊在部署的配置中时，所述电极输送足以消融靶脉管壁近侧的诸如血管周肾神经之类的靶组织的电能量。冷却布置至少部分地被所述球囊包围并且在消融期间将冷却至少提供给所述电极，从而使得稳态消融加热从其开始的位置从在所述靶脉管壁处的电极-组织界面被平移到与所述电极-组织界面离预定距离的位置。
文档编号A61B18/14GK103209655SQ201180046950
公开日2013年7月17日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年7月30日
发明者M.R.威拉德, J.科布利什, R.黑斯廷斯 申请人:波士顿科学西美德公司