专利名称：用于组织消融的电极耦合评估的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于组织消融的电极导管和使用该电极导管的方法。特别地，本发明的电极导管可包括电路，用于评估电极-组织接触和电学耦合以向目标组织施加消融能量(例如射频能量)。
背景技术：
已知如果可以控制所形成损伤的深度和位置，则可以通过在组织中形成损伤而受益。特别地，期望将组织温度提升到大约50°C，直到通过凝固性坏死形成损伤为止，其中凝固性坏死改变组织的电学性质。例如，通过凝固性坏死在心脏组织的特定位置形成损伤，以减少或消除不期望的心房纤维性颤动。然而，当尝试使用一些现有的消融电极在特定位置形成损伤时，可能会遭遇几个困难。使用现有消融电极所遇到的一个这样的困难是如何保证足够的组织接触和电学耦合。使用诸如荧光透视法的传统技 术不容易确定电极-组织接触。作为替代，医师使用电极导管基于他/她的经验来确定电极-组织接触。这种经验仅来源于时间的积累，并且一旦该医师不使用正规基准的电极导管，则会很快丧失。此外，当在心脏中形成损伤时，心脏的跳动进一步使问题变得复杂，使得很难在电极和组织之间确定并保持足够的接触压力达到足够长的时间以形成所期望的损伤。如果不能恰当保持电极和组织之间的接触，则无法形成有质量的损伤。类似地，不容易先验地获知电极和目标组织之间的电学耦合信息，以确定在消融过程中组织可吸收多少消融能量。作为替代，医师使用通用的预定的消融参数，例如功率和持续时间，使用电极导管基于他/她的经验来施行消融程序。这种经验可导致不足、低效和复杂化，诸如损伤形成不足、提前高阻抗关闭、组织炭化和血栓形成。
发明内容
人们期望能够评估用于组织消融程序的电极导管的电极-组织接触和电学耦合。尽管在典型的大约500kHz的操作频率下，射频(RF)消融能量主要是电阻性加热，但在较低的频率下，患者的血液和组织中存在电容。可以测量血液-组织界面上电阻和电容的组合效果(例如，作为阻抗)，来自动评估电极和目标组织之间的不同接触情况。一个示例性的电极导管系统可包括适于施加电能的电极。当所述电极接近目标组织时，可在所述电极和地之间应用适于测量阻抗的测量电路。可应用处理器或处理单元，至少部分地基于所述测量电路测量的阻抗的电抗，来确定目标组织的接触情况。在另一个实施例中，接触情况可基于阻抗的相角。一个示例性的电极导管系统可包括适于施加电能的电极。当所述电极接近目标组织时，在所述电极和地之间应用适于测量阻抗的测量电路。可应用处理器或处理单元，至少部分地基于所述测量电路测量的阻抗的电抗，来确定目标组织的电学耦合情况。在另一个实施例中，所述电学耦合情况可以基于阻抗的相角。一种用于组织消融的评估电极-组织接触的示例性方法可包括:当电极接近目标组织时测量电极和地之间的阻抗，从所测量的阻抗中分离出电抗分量，和至少部分地基于所述电抗分量来指示目标组织的接触情况。一种用于组织消融的评估电极-组织电学耦合的示例性方法可包括:当电极接近目标组织时测量电极和地之间的阻抗，从所测量的阻抗中分离出电抗分量，和至少部分地基于所述电抗分量来指示目标组织的电学耦合情况。另一种用于组织消融的评估电极-组织接触的示例性方法可包括:当电极接近目标组织时直接测量电极和地之间的相角，并且至少部分地基于所述相角来指示目标组织的接触情况。另一种用于组织消融的评估电极-组织电学耦合的示例性方法可包括:当电极接近目标组织时直接测量电极和地之间的相角，并且至少部分地基于所述相角来指示目标组织的电学耦合情况。所述接触情况可传达给用户(例如，医师或技师)，例如在显示设备或其它界面上。然后，用户可使用所述接触情况作为反馈，来将电极导管以所期望的接触水平恰当地放置到目标组织上，以用于消融程序。例如，如果接触情况指示接触不足，则用户可增加接触。或者例如，如果接触情况指示接触过多，则用户可减少接触。
电学耦合情况可传达给用户(例如医师或技师)，例如在显示设备或其他界面上。然后，用户可使用所述电学耦合情况作为反馈，来将电极导管以所期望的耦合水平恰当地放置到目标组织上，以用于消融程序。例如，如果耦合情况指示耦合不足，则用户可增加耦合。或者例如，如果耦合情况指示耦合过多，则用户可减少耦合。还注意到，在示例性实施例中，电流源(或可选择的，电压源)可用于管理电能。该电源可以与用于消融程序和在电极定位过程中用于“查验(ping)”的电源是同一电源，或者其可以为单独提供的电源。在任一情况下，可使用恒流源(或恒压源)。可选择的，可变电流源(或可变电压源)，例如运行于适应组织温度的模式中的消融电源。此外，可使用多个电流源(或电压源)。所述多个电流源(或电压源)可运行于并发、顺序或暂时重叠模式。本发明存在许多附加的方面。特征为本发明第一至第七方面的每一个都可以用于评估电极和组织之间的耦合，此后其被称为“电极耦合”。这种电极耦合可以是电极和组织之间的机械耦合的形式，或者换句话说，就是电极和组织之间的物理接触的情况或状态。另一实施例中，这种电极耦合为电极和组织之间的电学耦合的形式。电学耦合是指足够数量的电能从电极转移到组织的情况或状态。还应当理解，可能存在一种或多种“程度”的电极耦合，与特定程度的电极耦合相关联的一种或多种基准可能是取决于组织的。本发明第一方面实施为用于在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。第一电极可相对于组织布置在特定位置，第一电信号被发送给第一电极。与该到第一电极的第一电信号的提供相关联的相角被用于评估所述第一电极和组织之间的耦合(电极耦合)。更具体地，可将这样的相角与至少一个其他相角值相比较，以评估电极和组织之间的耦合。涉及本发明第一方面的特征存在各种改进。本发明的第一方面中还可以包含有其它的特征。这些改进和附加的特征可单独存在或以任何方式结合。首先，下面讨论的涉及第五方面的特征可包含在该第一方面 中。根据该第一方面，可以提供至少一个相角基准值以用于相角比较。在一个实施例中，该相角基准值存储于数据结构中或以其他方式被相角比较器或类似装置所存取。在一个实施例中，相角基准值与耦合不足的情况相关联。在又一实施例中，相角基准值与提高的耦合或过度耦合的情况相关联。在第一方面的一个实施例中，可提供一个或多个种类或范围用于相角比较，以评估电极耦合。可使用任何适当数量的相角种类或范围，并且这些相角种类或范围可以任何适当的方式(例如根据经验)确定或设置。例如:1)第一范围可包括那些与耦合不足的情况相关联的相角，并且其可被相角比较器或类似装置使用来确定与第一电信号相关联的相角是否位于该第一范围内；2)第二范围可包括那些与充分耦合的情况相关联的相角，并且其被相角比较器或类似装置使用来确定与第一电信号相关联的相角是否位于该第二范围内；以及3)第三范围可包括那些与提高的或过度耦合的情况相关联的相角，并且其可被相角比较器或类似装置使用来确定与所述第一电信号相关联的相角是否位于该第三范围内。第一、第二和第三范围的每个都可以单独使用，以将其同与第一电信号相关联的相角值进行比较，或者可以任何适当的彼此结合的方式来使用。应当理解，何为“不足”、“充分”、“提高/过度”依赖于与第一电极耦合的组织和其他一个或多个因素。在医疗程序的一定时间点的与所述第一电信号相关联的相角可以任何适当方式确定，并且用于根据所述第一方面评估该一定时间点处电极耦合的目的。当然，期望基于某种预定的时间基础或另外根据某种预定的函数来评估电极耦合(例如，在医疗程序的至少部分中，每“X”秒评估与第一电信号相关联的相角)。在一个实施例中，与第一电信号相关联的相角为提供给所述第一电极的电流和存在于第一电极和诸如返回电极的另一电极之间的电压之间的相角。本发明的第二方面实施为在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。第一电极可相对于组织布置在特定位置，第一电信号被发送给第一电极。与该到第一电极的第一电信号的提供相关联的电抗被用于评估所述第一电极和组织之间的耦合(电极耦合)。更具体地，可将这样的电抗与至少一个其它电抗值相比较，以评估电极和组织之间的耦合。涉及本发明第二方面的特征存在各种改进。本发明的第二方面中还可以包含有进一步的特征。这些改进和附加的特征可单独存在或以任何方式结合。首先，下面讨论的涉及第五方面的特征可包含在该第二方面中。根据该第二方面，可以提供至少一个电抗基准值以用于电抗比较。在一个实施例中，该电抗基准值存储于数据结构中或以其他方式被电抗比较器或类似装置所存取。在一个实施例中，电抗基准值与耦合不足的情况相关联。在又一实施例中，电抗基准值与提高的耦合或过度耦合的情况相关联。在第二方面的一个实施例中，可提供一个或多个种类或范围用于电抗比较，以评估电极耦合。可使用任何适当数量的电抗种类或范围，并且这些电抗种类或范围可以任何适当的方式(例如根据经验)确定或设置。例如:1)第一范围可包括那些与耦合不足的情况相关联的电抗值，并且可被电抗比较器或类似装置使用来确定与第一电信号相关联的电抗是否位于该第一范围内；2)第二范围可包括那些与充分耦合的情况相关联的电抗值，并且可被电抗比较器或类似装置使用来确定与第一电信号相关联的电抗是否位于该第二范围内；以及3)第三范围可包括那些与提高的或过度耦合的情况相关联的电抗值，并且电抗比较器或类似装置可使用其来确定与所述第一电信号相关联的电抗是否位于该第三范围内。第一、第二和第三范围的每个都可以单独使用，以将其同与第一电信号相关联的电抗值进行比较，或者可以任何适当的彼此结合的方式来使用。应当理解，何为“不足”、“充分”或“提高/过度”依赖于与第一电极耦合的组织和其它一个或多个因素。在医疗程序的一定时间点的与所述第一电信号相关联的电抗可以任何适当方式确定，并且用于根据所述第二方面评估该一定时间点处电极耦合的目的。当然，期望基于某种预定的时间基础或另外根据某种预定的函数来评估电极耦合(例如，在医疗程序的至少部分中，每“X”秒评估与第一电信号相关联的电抗)。在一个实施例中，与所述第一电信号相关联的电抗为与第一电极和诸如返回电极的另一电极之间的电学路径相关联的电抗。本发明第三方面实施为用于在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。第一电极可相对于组织布置在特定位置，第一电信号可被发送给第一电极。使用特征为与提供第一电信号到第一电极相关联的阻抗分量比率来评估第一电极和组织之间的耦合(电极耦合)。该“阻抗分量比率”为限定阻抗(例如，电阻、电抗、阻抗)的两个分量的值的比率，其与第一电信号的提供相关联。更具体地，这种阻抗分量比率可与至少一个其它阻抗分量比率值相比较，来评估电极和组织间的耦合。本发明第四方面实施为用于在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。第一电极可相对于组织布置在特定位置，第一电信号可被发送给第一电极。通过适当的评估，可以确认提高的或过度耦合情况(例如，机械的、电学的、或二者)的发展。涉及本发明第四方面的特征存在各种改进。本发明的第四方面中还可以包含有其它的特征。这些改进和附加的特征可单独存在或以任何方式结合。首先，下面讨论的涉及第五方面的特征可包含在该第四方面中。在第四方面的情况中，出于确认第一电极和组织间提高的或过度耦合情况的存在的目的，可以对一个或多个参数进行监控/评估，包括但不限于阻抗、相角(例如根据第一方面)、电抗(例如根据第二方面)和目标频率(例如根据下面讨论的第七方面)。电抗(例如，从第一电极延伸穿过患者身体，并延伸至返回电极的电路的一部分的电抗)可与至少一个电抗基准值相比较，以确定是否存在过度耦合情况。在一个实施例中 ，提高的或过度耦合情况等同于小于预定的负电抗值的电抗。相角(例如，在第一电极处的电流同第一电极和返回电极之间的电压之间的相角)可与至少一个相角基准值相比较，以确定是否存在提高的或过度耦合情况。在一个实施例中，提高的或过度耦合情况等同于小于预定的负相角值的相角。相角位于一定的、预设值(例如，第一电极的电流同第一电极与返回电极间的电压之间的相角)的第一电信号的频率可称作“目标频率”，并且为了该第四方面的目的，该目标频率可与至少一个频率基准值相比较以确定是否存在提高的或过度耦合情况。在一个实施例中，提高的或过度耦合情况等同于具有大于预定频率值的目标频率。电感处于一定的、预设值(例如，从第一电极延伸穿过患者身体，并延伸至返回电极的电路的一部分的电感)的第一电信号的频率也可限定目标频率，并且该目标频率可与至少一个频率基准值相比较以确定是否存在提高的或过度耦合情况。在一个实施例中，提高的或过度耦合情况等同于具有大于预定频率值的目标频率。通常地，适当的电学参数可与目标频率相关联，并且为了目标频率的目的，该电学参数可使用任何适合的值。大于目标频率的频率与某种情况相关联，小于目标频率的频率与某种情况相关联，或二者均与某些情况相关联。本发明第五方面实施为用于在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。第一电极可相对于组织布置在特定位置，提供第一电流的第一电信号被发送给第一电极。该第一电流用于执行第一医疗程序(例如心脏组织的消融)。第一电极和组织间的耦合也可使用该第一电流进行评估。涉及本发明第五方面的特征存在各种改进。本发明的第五方面中还可以包含有其它的特征。这些改进和附加的特征可单独存在或以任何方式结合。在第五方面的情况下，第一电极和组织间的耦合可用任何适当的参数进行评估。该评估可基于阻抗比较、相角比较(例如根据第一方面)、电抗比较(例如，根据第二方面)、和目标频率比较(例如，根据下面讨论的第七方面)。在第五方面的情况下，可以将提供第二电流的第二电信号发送到第一电极。也可使用该第二信号对第一电极和组织间的耦合进行评估。各种特征可能涉及到第二电信号，并且其单独地或以任意组合地应用:1)第二电流可小于第一电流；2)第一和第二电信号至少具有大体上相同的频率；以及3)第一和第二信号可顺序发送，例如通过从一个电源切换至另一个电源。在后者中，可将开关布置在一个位置以使得第一电极和第一电源(例如，评估电源)互相连接，并且可使用第一电极耦合评估模块来评估电极耦合。将该开关布置在另一位置，可使第一电极和第二电源(例如，消融电源)相互连接，并且可使用第二电极耦合评估模块对电极耦合进行评估。这些第一和第二电极耦合评估模块可为共同的配置。本发明第 六方面实施为用于在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。在一个实施例中，具有第一电极的第一导管同具有第二电极的第二导管一起放置于患者心脏的第一腔室中(例如，左心房)。在另一实施例中，第一和第二电极尖端(例如，与不同导管相关联；与公共导管相关联)位于心脏的第一腔室中。在每种情况中，可发送第一电信号到第一电极，以执行第一医疗程序，并使用该第一电信号对第一电极和组织间的耦合进行评估。涉及本发明第六方面的特征存在各种改进。本发明的第六方面中还可以包含有其它的特征。这些改进和附加的特征可单独存在或任意结合。在第六方面的情况下的第一电极和组织间的耦合可用任何适当的参数进行评估。该评估可基于阻抗比较、相角比较(例如根据第一方面)、电抗比较(例如，根据第二方面)、和目标频率比较(例如，根据下面讨论的第七方面)。此外，上述涉及第五方面的特征可包含在该第六方面中。本发明第七方面实施为用于在组织上施行医疗程序的医疗系统/方法。第一电极可相对于组织布置在特定位置，第一电信号可被发送给第一电极。可分析一个或多个频率来识别电学参数为特定值(其中“值”包括值的一定范围)的频率。涉及本发明第七方面的特征存在各种改进。本发明的第七方面中还可以包含有其它的特征。这些改进和附加的特征可单独存在或以任何方式结合。目标频率可以为提供零相角的频率(例如，提供给第一电极的电流同第一电极和诸如返回电极的另一电极间存在的电压之间的相角)。零频率也可以为提供为零的电感的频率(例如，从第一电极延伸穿过患者身体，并延伸至返回电极的电路的一部分的电感)。为了目标频率的目的，可使用任意电学参数，并且为了目标频率的目的，该电学参数可以是任何适当的值。在一个实施例中，通过以不同频率顺序提供多个电信号(例如，使用频率扫描)，并且确定这些电信号中的哪一个产生具有所需值的电学参数来确认目标频率。在另一实施例中，包含有多个频率的电信号被发送到第一电极。可使用滤波器，使得可以对来自该公共电信号的各种频率中的每一个进行单独分析，以确定这些频率中的哪一个产生具有所需值的电学参数。在第七方面的情况中，可使用目标频率来评估第一电极和组织间的耦合。在这点上，根据第七方面，可为频率比较提供至少一个频率基准值以评估电极耦合。在一个实施例中，该频率基准值存储在数据结构中或可被频率比较器或类似装置以其它方式所存取。在一个实施例中，频率基准值与耦合不足的情况相关联。在又一实施例中，频率基准值与提高的或过度耦合的情况相关联。在第七方面的一个实施例中，可提供一个或多个种类或范围用于频率比较，以评估电极耦合。可使用任何适当数量的频率种类或范围，并且这些频率种类或范围可以任何适当的方式(例如根据经验)确定或设置。例如:1)第一范围可包括那些与耦合不足的情况相关联的频率，并且其可被频率比较器或类似装置使用来确定目标频率是否位于该第一范围内；2)第二范围可包括那些与充分耦合的情况相关联的频率，并且其可被频率比较器或类似装置使用来确定目标频率是否位于该第二范围内；以及3)第三范围可包括那些与提高的或过度耦合的情况相关联的频率，并且其可被频率比较器或类似装置使用来确定目标频率是否位于该第三范围内。第一、第二和第三范围的每个都可以单独使用，以同目标频率值进行比较，或者可以任何适当的彼此结合的方式来使用。应当理解，何为“不足”、“充分”或“提高/过度”依赖于与第一电极耦合的组织和其他一个或多个因素。有许多可应用于第一至第七方面中的每一个方面中的特征等，现在将对其进行总结。第一电极可为任何适当的尺寸、形状、配置、和/或类型，并且进一步地可用于执行任何类型的医疗程序(例如，消融)。在一`个实施例中，第一电极为导管电极的形式。在第一至第七方面的情况中，第一电信号可为任何适当的频率。在一个实施例且除了在第七方面的情况中，为了提供电极耦合评估的目的，仅需单个频率。任何适合的电源或信号发生器都可用于提供第一电信号或任何其他电信号。每个这种电源或信号发生器可持续地与第一电极相互连接，或可以根据期望/需要，通过开关操作或类似操作，电学上相互连接。在第一至第七方面的情况下，可将返回电极与第一电极结合使用来执行使用第一电极的医疗程序，并且其也可以用于对电极耦合进行评估。下述涉及这样的返回电极的特征可以单独使用或以任何适当组合使用:1)第一电极和返回电极的每个可为导管电极的形式，并且每个这种导管电极可以独立灵活操控；2)所述返回电极可利用比所述第一电极更大的表面积；以及3)第一电极和返回电极中的每个可布置于心脏的共同的腔室中，例如左心房。第一至第七方面所使用的任何电极耦合评估都可利用至少一个电极耦合评估模块(例如，电路)。每个这种电极耦合评估模块可以任何适当方式且在任何适当位置被包含。例如，电极耦合评估模块可被包含于导管中，可以为独立单元的形式，可以被电能发生器包含，可以被电生理学测绘系统包含，或者可以被电生理学信号记录系统包含。第一至第七方面的每一个都可用于确认提高的或过度耦合情况的存在。由于多种原因，期望具有确认这种提高的或过度耦合情况存在的能力。例如，期望能避免提高的或过度耦合的情况(例如，降低刺破组织壁或组织膜的可能)。可能还期望达到提高的或过度耦合情况(例如，增加第一电极穿过组织壁或组织膜的可能)。第一至第七方面所使用的任何相角比较都可利用相移电路来促进相角的测量和确定。例如，被提供给第一电极的电流信号的相可移动适当的量(例如，90° )。为了基于相角比较的任何电极耦合评估，还期望对剩余相移进行补偿。也就是说，当实际上在当前情况下没有相差时，可指示相移的存在来评估电极耦合。第一至第七方面所使用的任何电极耦合评估的结果可以任何适当方式输出至一个或多个位置。该输出可为视觉反馈、听觉反馈或物理反馈的一个或多个的形式。例如，可以利用直方图或其他显示来视觉上传达电极耦合的当前程度。可能期望调整/放大电极耦合评估的输出。通过阅读下面的说明书和权利要求书，以及通过阅读附图，本发明的前述以及其他方面、特征、细节、应用和优点将变得清晰。
图1为示例性的组织消融系统的图解说明，在患者的组织消融程序中，可应用该系统来评估电极-组织接触。图1a为图1中患者心脏的详细图解说明，示出了移动进入患者心脏后的电极导管。图2a示例说明电极导管和目标组织间示例性的电学接触或耦合水平。图2b示例说明电极导管和目标组织间示例性的机械接触或耦合水平。图3为高级功能框图，更详细地示出了图1的示例性组织消融系统。图4为与目标组织接触(或耦合)的电极导管模型。图4a为用于图4中所示模型的简化的电路。图5为示例性相位探测电路，其可应用于组织消融系统以评估电极-组织接触或奉禹合。图6为示例性框图，示出用于接触传感和组织传感的相角测量。图7为示例性框图，示出消融能量和接触传感信号同时施加在消融电极上的消融过程中，相角的测量。图8为示例性框图，示出在传感信号和消融功率间切换的消融过程中，相角的测量。图9a示例说明可用于基于相角比较来评估电极和组织间的耦合的协议的一个实施例。图9b示例 说明可用于基于电抗比较来评估电极和组织间的耦合的协议的一个实施例。图9c示例说明可用于基于阻抗分量比率比较来评估电极和组织间的耦合的协议的一个实施例。图10示例说明具有代表性的、电极和组织间的电学耦合的示意性表示。图1la示例说明使用两个运行在不同频率的电源的消融系统的一个示意性实施例，其中在任何时候仅有这些电源中的一个与消融电极相互连接，并且其中这些电源中的一个用于评估电极和组织间的耦合。图1lb示例说明使用两个运行在不同频率的电源的消融系统的一个示意性实施例，其中两个电源都一直与消融电极相互连接，并且其中一个电源用于评估电极和组织间的耦合。图1lc示例说明使用两个运行在至少大体上相同频率的电源的消融系统的一个示意性实施例，其中在任何时候仅有这些电源中一个与消融电极相互连接，并且其中每个电源都可用于评估电极和组织间的耦合。图12a示例说明用于评估电极和组织间耦合的系统的一个实施例。图12b示例说明协议的一个实施例，可用于基于对基线耦合情况的确认来评估电极和组织间的耦合。图12c示例说明协议的一个实施例，可用于基于对目标频率的确认来评估电极和组织间的耦合。
具体实施方式
附图中描述了组织消融系统的示例性实施例及其评估电极-组织接触和电学耦合的使用方法。如下面进一步描述的那样，本发明的组织消融系统提供了许多优点，包括，例如，在减轻电极-组织接触和耦合问题的同时，对目标组织施加合理量的消融能量的能力。本发明还使得困难环境中(例如，在跳动的心脏内侧表面形成损伤的过程中)增强的组织接触和电学耦合变得容易。图1为示例性的电极导管系统10的图解说明，在对患者12进行组织消融程序的过程中，其可用于评估电极-组织接触。导管系统10可包括电极导管14，其可插入患者12用来例如在患者心脏16内形成消融性损伤。在示例性的消融程序过程中，用户(例如，患者的医师或技师)可将电极导管14插入患者的血管18之一中，例如，通过患者的颈部或腿部(如图1所示)。在实时荧光透视成像设备(未示出)的引导下，用户将电极导管14移动进入患者的心脏16 (如图1a更详细的示出)。当电极导管14到达患者的心脏16，电极导管14尖端的电极20可用于电学测绘心肌22 (即心脏壁中的肌肉组织)并定位目标组织24。在定位目标组织24后，用户必须移动电极导管14，以在施加消融能量来形成一个或多个消融损伤前，使电极20接触并电学耦合至目标组织24。所述电极-组织接触是指电极20物理接触目标组织24，从而引发电极20和目标组织24间的机械耦合的情况。电学耦合是指在消融过程中，电学能量的足够的部分从电极20传输到目标组织24，使得允许有效地产生损伤的情况。对于电学和机械性质类似的目标组织，电学耦合包括机械接触。也就是说，机械接触是电学耦合的子集。这样，导管电极可与目标组织充分电学耦合而不产生机械接触，但反之则不行。换句话说，如果导管电极处于机械接触，则其也处于电学耦合。然而，电学耦合的范围或灵敏度随组织的不同电学性质而变化。例如，导电的心肌组织的电学耦合范围不同于血管壁。同样地，电学耦合的范围或灵敏度还随组织的不同的机械性质而变化，例如组织顺应性。例如，相对较柔顺平滑的心房壁的电学耦合范围不同于相对较不柔顺的梳状心肌组织。在心脏16中，为了在目标组织24上形成足够深的消融损伤而不伤害周围组织，接触和电学耦合水平经常是至关重要的。可应用导管系统10来测量电极-组织界面的阻抗，并评估电极导管14和目标组织24间的接触水平(由显示器11图解说明)，如下面更详细描述的那样。图2a说明电极导管14和目标组织24间的电学接触或耦合的示例性水平。图2b示例说明电极导管14和目标组织24间机械接触或耦合的示例性水平。接触或耦合的示例性水平包括如接触情况30a所示例说明的“很少接触或未接触”，如接触情况30b所示例说明的“轻到中度接触”，以及接触情况30c所示例说明的“重度接触“。在一个示例性实施例中，可应用导管系统10来为用户显示接触情况，或否则输出接触情况，例如，灯阵列31a-c所示例说明的情况分别相应于接触情况30a_c。在电极导管14接触到目标组织24之前，可能会经历接触情况30a (“很小或未接触”)。当操作电极导管14来施加消融能量时，接触不足可能会抑制或者甚至阻止足够损伤的形成。然而，接触情况30c(“重度接触”)可导致所形成的损伤太深(例如，导致心肌22穿孔)和/或破坏目标组 织24周围的组织。因此，用户可能希望接触情况30b (“轻到中度接触”)。注意到在图2a_b中示出示例性接触或耦合情况30a_c的目的是示例说明，而无意限制。还可能存在和/或用户期望有其他接触或耦合情况(例如，接触情况间更精细的间隔)。这种接触情况的定义至少在某种程度上可依赖于操作情况，仅举出一些例子，例如目标组织类型、所期望的消融损伤深度和RF辐射的操作频率。图3为高水平功能结构图，更详细地示出了导管系统10，其可应用于评估电极导管14的接触或耦合情况。注意到，为了简洁起见，图1中传统组织消融系统的某些典型部件以简化形式示出和/或根本没有示出。然而，也可提供这种部件作为导管系统10的一部分，或用于导管系统10。例如，电极导管14可包括，仅列举若干示例，手柄部分、荧光透视成像设备和/或各种其他控制装置。这种部件在医疗设备领域中可以是公知的，因此对于本发明的完全理解不需要在此进一步讨论。示例性导管系统10可包括发生器40，例如射频(RF)发生器和电连接至电极导管14的测量电路42 (如所示通过线路44连接到电极导管)。电极导管14还可以电学接地，例如通过附于患者手臂或胸部的接地片46 (如图1所示)。可操作发生器40在电极导管14的尖端附近发射电能(例如，RF电流)。注意到，尽管本发明此处参考RF电流进行描述，但也可使用其他类型的电能来评估接触情况。在一个示例性实施例中，当电极导管14接近目标组织24时，发生器40发射所谓“查验(pinging)”(例如，低)频率。该“查验”频率可由用于施加消融能量以形成损伤的同一电极导管发射。可替换地，可使用独立的电极导管来施加“查验”频率。在这样的一个实施例中，独立的电极可紧密接触(或附着)所述施加消融能量的电极，使得将要施加消融能量的电极的接触或耦合情况可以被确定。在接触或耦合评估(或“查验”)过程中，可使用测量电路42来测量在电极-组织界面上得到的阻抗。在一个示例性实施例中，测量电路42可为常规上可获得的电阻-电容-电感(RCL)测量仪。下面参照图5更详细地描述了另一个可用来确定相角分量的示例性测量电路。还可应用其他测量电路42，并且本发明不限于使用任何特定类型或配置的测量电路。阻抗测量的电抗和/或相角分量可用于确定接触或耦合情况。然后，接触或耦合情况被实时传送给用户以实现消融程序所期望的接触或耦合水平。例如，可以在光源阵列中为用户显示接触或稱合情况(例如，如图2a_b所示)。当用户成功地引导电极导管14进入所期望的与目标组织24的接触或耦合情况后，可操作诸如发生器40或第二发生器的发生器以产生消融性(例如，高频)能量，来在目标组织24上形成一个或者多个消融性损伤。在一个示例性实施例中，同一发生器40可用来在各种频率产生电能，以用于阻抗测量(例如，“查验”频率)和用于形成消融性损伤。然而，在可替换的实施例中，还可以应用独立的发生器或发生单元，这也不脱离本发明的范围。在一个示例性实施例中，测量电路42可操作地与处理器50和存储器52相关联，来分析所测量的阻抗。作为示例，处理器50可确定阻抗测量的电抗和/或相角分量，并基于该电抗分量和/或相角，所述处理器50可为电极导管14确定相应的接触或耦合情况。在一个示例性实施例中，相应于各种电抗和/或相角的接触或耦合情况可预先确定，例如，在各种频率下且对广大范围组织类型内任一组织类型进行测试的过程中。接触或耦合情况可存储于存储器52中，例如，作为表或其他合适的数据结构。然后，处理器50可存取存储器52中的表，并且基于电抗分量和/或相角确定相应于阻抗测量的接触或耦合情况。所述接触或耦合情况可为对用户的输出，例如，在显示设备54上。注意到，导管系统10不限于使用处理器50和存储器52.在其他实施例中，可将模拟电路应用于基于阻抗测量的接触情况评估，以及用于输出相应的接触情况。当电子领域普通技术人员熟悉此处的教导后，将很容易提供这种电路，因此，无需进一步讨论。还注意到，显示设备54不限于任一特定类型的设备。例如，显示设备54可为诸如液晶显示器(LCD) 的计算机监示器。可替换地，显示设备可以光源阵列的方式实现，其中，光源阵列中的一个或多个发光二极管(LED)被启动以指示接触情况(例如，发光灯越多，表明接触越多)。当然，可以使用任何合适的输出设备来向用户指示接触情况，而不限于显示设备。例如，接触情况可以作为声音信号或电极导管的手柄上的触觉反馈(例如振动)输出给用户。还注意到，不必在同一外壳中提供导管系统10的多个部件。作为例子，测量电路42和/或处理器50和存储器52可配在电极导管14的手柄部分。在另一例子中，测量电路42的至少一部分可在电极导管14的其他部分提供(例如，在尖端部分)。在又一例子中，可将处理器50、存储器52和显示设备54作为独立的计算设备提供，例如个人桌面计算机或膝上计算机，其可操作地与导管系统10的其他部件相联系起来。参照图4和图4a，可更好地理解基于在电极-组织界面上阻抗测量来对电极导管14和目标组织24间的接触或耦合情况的评估。图4是与目标组织24接触(或耦合)的电极导管14的模型。电极导管14电连接到发生器40 (例如，射频发生器)。在一个示例性实施例中，所述电路可穿过目标组织24完成，示出流经血液、心肌和其他器官到达诸如患者身体上的接地片46 (图1)的参考电极的电流。如上所述，可操作发生器40以产生用于电极导管14发射的电能。所述发射在图4中由箭头60示例说明。且如上所述，当电极导管14接近所述目标组织24来评估电极-组织接触或耦合时，发生器40可发射“查验”频率。在一个示例性实施例中，可选择该“查验”频率，使得在血液-组织界面以外的电感、电容和电阻效应不明显影响所述阻抗测量。在一个示例性的应用中，发现在高于大约50kHz的频率下，在电极-血液界面(例如，金属电极导管和血液之间)以及血液的电容效应为最小或甚至不存在。还发现在高于大约50kHz的频率下，在电极界面处的杂散电感(例如，由于相对细的导管线)、电容和电阻，以及其他器官(例如，肺)的电容效应也最小或甚至不存在。此外，发现在50kHz以下的频率，在血液-组织界面处，电阻效应处于主导地位，因为电流主要经过组织间液空间23流入目标组织24，并且细胞膜25(例如，二脂类或“脂肪”)充当绝缘体。然而，在高于大约50kHz的频率下，细胞膜变得导电，电流通过组织间液空间23和细胞膜25穿透目标组织24。相应地，细胞膜作为“电容器”，且在高于大约50kHz的频率下，电阻效应减小。在接触或耦合评估过程中，为了避免产生消融损伤的风险，期望使用少量的电流和功率。目前对小于ImA的电流的优选范围是在50 500kHz范围内的工作频率。频率选择主要基于生理学方面和工程学方面，并在本领域普通技术人员的能力范围内。对于生理学方面，由于电极-电解液界面，更低的频率可引入测量错误。当频率上升到MHz范围或以上时，寄生电容变得重要。然而，注意到，本发明不限于使用在任何特定频率或频率范围。频率至少在一定程度上取决于操作的考虑，例如，仅给出几个示例，如具体应用、目标组织类型和所用电能的类型。假定已经为特定应用选择了所期望的频率，图4所示的模型可进一步表达为简化的电路62，如图4a所示。在电路62中，发生器40被表示为AC电源64。如上所述，在血液-组织界面处的电容和电阻主导了诸如用于评估电极-组织接触的低频操作下的阻抗测量结果。因此，可忽略其它·电容、电感和电阻效应，并且在电路62中，在血液-组织界面的电容电阻效应可由电阻器-电容器(R-C)电路66表不。所述R-C电路66可包括电阻器68，用于表示血液对阻抗的电阻效应，其与电阻器70和电容器72并联，电阻器70和电容器72表示目标组织24对阻抗的电阻效应和电容效应。当电极导管14与目标组织24没有或只有很少接触时，血液的电阻效应影响所述R-C电路66，因而还影响阻抗测量结果。然而，随着电极导管14移动至与目标组织24接触，目标组织24的电阻和电容效应影响R-C电路66，因而还影响到阻抗测量结果。参考阻抗的定义，可以更好的理解电阻和电容对阻抗测量结果的影响。阻抗(Z)可表达为:Z=R+jX其中:R为来自血液和/或组织的电阻；j为虚数，表明该项具有+ 90度的相角；以及X为来自电容和电感的电抗。从上面公式可以看出电抗分量的大小响应于电路62的电阻和电容效应。这种变化直接相应于电极-组织界面处的接触或耦合水平，因此，可用于评估电极-组织接触或耦合。通过示例，当在IOOkHz频率下操作电极导管14,并初步接触血液时，阻抗为纯电阻,且电抗(X)接近于零Ohm。当电极导管14接触目标组织时，所述电抗分量变为负数。随着接触或耦合水平的增加，电抗分量变得更负。可选地，可基于相角确定接触或耦合情况。当然，在某些应用中基于相角确定接触或耦合情况可能是优选的，因为相角可表示为电抗和电阻之间的三角比率(trigonometricradio)。尽管在变化情况下(例如，对不同的患者)，电抗分量的大小可能不同，但相角是一个相对的测量值，其趋向对外部情况不敏感。在一个示例性的实施例中，可根据阻抗测量结果确定相角(例如，通过图3中的处理器50)。就是说，阻抗可以表达为:Z=I Z I Z Φ 其中:Izl为阻抗的大小；以及φ为相角。项Izl和Φ可进一步表达为:
权利要求
1.一种医疗系统，包括 电力系统，配置为向导管的电极提供多个频率的电力；以及 评估模块，配置为当电学参数是预设值的时候，确定目标频率，以及基于目标频率与至少第一基准频率值的比较来评估电极和组织间的耦合。
2.权利要求I的医疗系统，其中所述电极是消融导管电极。
3.权利要求I的医疗系统，其中所述电力系统配置为提供具有多个频率的电信号。
4.权利要求I的医疗系统，其中所述电力系统被配置为顺序地提供多个电信号，每个所述电信号具有不同的频率。
5.权利要求I的医疗系统，其中所述电学参数是相位角或电抗。
6.权利要求I的医疗系统，其中所述评估模块包括 第一评估模块，配置为确定目标频率；以及 第二评估模块，配置为根据从第一评估模块的输出来评估电极与组织之间的耦合。
7.权利要求I的医疗系统，其中所述耦合是机械耦合或电耦合。
8.权利要求I的医疗系统，还包括可由评估模块访问的数据结构，其中所述数据结构包括第一范围、第二范围、和第三个范围，其中所述第一范围包括与耦合不足情况相关联的频率，其中第二范围包括与充分耦合的情况相关联的频率，以及其中在第三范围内包括与提高的耦合情况相关联的频率。
9.一种医疗系统,包括 电力系统，配置为向导管的电极提供多个频率的电力； 电学参数测量模块，配置为在所述多个频率中的每个频率测量至少一个电学参数； 评估模块，配置为 确定测量用于所述多个频率中的一个频率的第一电学参数，其中所述第一电学参数在预设值；以及 对于所述多个频率中的所述一个频率基于所述第一电学参数的顺序变化来评估电极和组织之间的耦合。
10.权利要求9的医疗系统，其中所述多个频率中的所述一个频率包括目标频率，以及其中所述第一电学参数包括基准值。
11.权利要求10的医疗系统，其中所述电学参数测量模块配置为在测量所述第一电学参数之后的第二时间在所述多个频率中的所述一个频率测量第二电学参数。
12.权利要求11的医疗系统，其中所述评估模块适于使用所述第二电学参数以确定所述第一电学参数的所述变化。
13.权利要求11的医疗系统，其中所述医疗系统配置为在测量所述第一电学参数之后向所述电极施加消融能量，其中所述第二电学参数在施加所述消融能量之后被测量。
14.权利要求13的医疗系统，其中所述医疗系统还包括用于提供所述第一电学参数和所述第二电学参数之间变化的指示的输出，其中所述变化提供组织中损伤形成的测量。
15.权利要求11的医疗系统，还包括包含用于所述电学参数的至少一个基准值的数据结构，其中所述评估模块还被配置为相较于所述至少一个基准频率值比较所述变化。
16.权利要求9的医疗系统，其中所述电学参数包括相角。
全文摘要
本发明公开了一种用于评估电极-组织接触和耦合的方法和电极导管。一个示例性的电极导管包括适于施加电能的电极。当电极趋近目标组织时，测量电路适于测量电极与地之间的阻抗。处理器至少部分地基于测量电路所测量的阻抗的电抗来确定目标组织的接触和耦合情况。在另一示例性实施例中，电极导管至少部分地基于阻抗的相角来确定接触和耦合情况。
文档编号A61B18/14GK103251451SQ20131013040
公开日2013年8月21日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者S·保罗, K·R·贝尔赫, 曹宏, C·邵 申请人:圣朱德医疗有限公司房颤分公司