用于检测能量递送系统中的通道故障的系统和方法
【专利摘要】一种检测医疗设备中的热电偶短路的方法，包括从该医疗设备的热电偶获得第一温度测量；从该热电偶获得第二温度测量；计算在该第一和第二温度测量之间随时间的变化率；将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。
【专利说明】用于检测能量递送系统中的通道故障的系统和方法发明领域
[0001]本发明涉及用于检测用来治疗组织的能量递送系统中的通道故障或电短路的系统和方法，并且更具体地，涉及用于检测医疗能量递送系统中的各传感器之间的电短路的系统和方法。
【背景技术】
[0002]热组织治疗被用于各种不同的医疗条件。例如，射频(RF)和低温切除手术是用于诸如心房纤颤等心血管疾病以及用于癌组织和其他生理条件的切除治疗的公认治疗方法。RF或低温治疗方法的应用一般基于外科医生的偏好或拟被治疗的特定组织。然而，在RF或低温切除中，所产生的损伤的位置和质量是主要考量。特定组织切除手术的临床成功依赖于所选择能量的施加的有效性和安全性。许多因素影响到损伤尺寸，例如组织电极接触力、切除能级、以及冷却因子(即血液流速)、组织灌注以及能量递送的持续时间。快速且准确的温度获得可以提供向组织部位递送正确量的诊断和/或治疗能量时的重要度量。例如，在心脏手术中递送过量能量可造成凝血和/或损伤相邻组织和结构，如患者的膈神经或食道。能量递送不足可造成差的损伤创造以及低的治疗成功率。因此，在治疗区附近通常采用热电偶来提供所需反馈以调节功率递送。
[0003]然而，在手术期间，医疗设备内的热电偶可能短路。短路可由要被绝缘的各单独导体之间的绝缘阻挡物的损坏而造成。另外，短路不仅可能发生在多个热电偶之间，还可能发生在包括一对导线的一热电偶之内。热电偶短路可由一个或多个热电偶之间的温度差异来指示，但这样的温度差异也可能由血流或与装载热电偶的医疗设备接触的组织的变化而造成。因此，可能难以将特定热电偶的实际短路或通道故障与医疗设备的生理条件或环境的变化区分开来。
[0004]发明概述
[0005]公开了一种检测医疗设备中的热电偶短路的方法，包括:从所述医疗设备的热电偶获得第一温度测量；从所述热电偶获得第二温度测量；计算所述第一和第二温度测量之间随时间的变化率；将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。所述第二温度测量可以在所述第一温度测量后约200毫秒或更短时间内获得。预定义的随时间的变化率阈值可以是约每秒15度或更多。该方法可包括:将所述第一和第二温度测量中的至少一个与预定义的温度阈值进行比较；以及至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。该方法可包括:向所述医疗设备递送能量；以及至少部分地基于所述比较来改变能量递送。该能量可包括射频能量、电穿孔能量、超声能量、微波和/或低温能量。所生成的指示可包括音频、视觉、以及触觉警报中的至少一个。
[0006]公开了一种检测医疗设备中的热电偶短路的方法，包括:提供具有多个电极和耦合到每一电极的至少一个热电偶的医疗设备；向所述多个电极中的每一个递送能量；从每一电极的所述至少一个热电偶获得第一温度测量；从每一电极的所述至少一个热电偶获得第二温度测量；计算所述第一和第二温度测量之间随时间的变化率；将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。该方法可包括至少部分地基于所述比较来修改能量递送。所述医疗设备可包括耦合到每一电极的至少两个热电偶，其中所述第一和第二温度测量是从所述至少两个热电偶中的第一热电偶获得的，以及该方法还包括:从所述至少两个热电偶中的第二热电偶获得第三温度测量；以及将所述第三温度测量与预定义的温度阈值进行比较。
[0007]公开了一种医疗系统，包括:具有电极和耦合到所述电极的热电偶的医疗设备；耦合到所述电极和所述热电偶的控制单元，所述控制单元被编程来:从所述热电偶获得第一温度测量；从所述热电偶获得第二温度测量；计算所述第一和第二温度测量之间随时间的变化率；将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。所述控制单元可被编程来:向所述电极递送能量；以及至少部分地基于所述比较来修改能量递送。所述第二温度测量可以在所述第一温度测量后约200毫秒或更短时间内获得，以及预定义的随时间的变化率阈值可以是约每秒15度或更多。
[0008]公开了一种医疗系统，包括:具有多个电极的医疗设备，以及靠近每一电极的至少两个热电偶；耦合到所述多个电极和所述至少两个热电偶的控制单元，所述控制单元被编程来:从每一电极的所述至少两个热电偶中的第一热电偶获得第一温度测量；从所述第一热电偶获得第二温度测量；计算所述第一和第二温度测量之间随时间的变化率；将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。所述控制单元可被编程来:从每一电极的所述至少两个热电偶中的第二热电偶获得第三温度测量；以及将所述第三温度测量与预定义的温度阈值进行比较，其中至少部分地基于这一比较来生成热电偶短路的指示。所述控制单元可被编程来:向所述电极递送能量；以及至少部分地基于所述比较来修改能量递送，其中修改所述能量递送包括终止到至少一个电极的能量递送。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]在结合附图考虑时，参考以下详细描述，将更容易地了解本发明的更完整的理解以及其所附的优点和特征，其中:
[0010]图1是根据本发明原理构造的医疗系统的示例的示图；
[0011]图2是根据本发明原理构造的一个医疗设备组装件的示例的示图；
[0012]图3是根据本发明原理构造的一个医疗设备组装件的示例的另一示图；
[0013]图4是根据本发明原理构造的一个医疗设备组装件的示例的又一示图；
[0014]图5是根据本发明原理构造的一个医疗设备组装件的示例的又一示图；
[0015]图6是根据本发明原理构造的热电偶结构的示例的示图；以及
[0016]图7是示出根据本发明原理的医疗系统的示例性使用方法的流程图；
【具体实施方式】
[0017]本发明有利地提供用于检测用来治疗组织的能量递送系统中的通道故障或电短路的系统和方法，并且更具体地涉及用于检测医疗能量递送系统中的传感器之间的电短路的系统和方法。现在参照附图，其中相同的附图标记表示相同的元素，根据本发明原理构造的医疗系统的一个实施例在图1中示出并概括指定为“10”。系统10—般包括医疗设备12，该医疗设备12可耦合至控制单元14或操作控制台。医疗设备12 —般可包括一个或多个诊断或治疗区，用于医疗设备12和治疗部位之间的能量、治疗和/或研究性交互。治疗区可向靠近治疗区的组织区域(包括心脏组织)递送例如低温治疗、射频能量、电穿孔能量、微波能量、电阻性加热能量、或其它能量传递。
[0018]现在参见图1，医疗设备12可包括可经过患者的脉管和/或接近用于诊断或治疗的组织区的细长体16，例如导管、套管或血管内引导器。细长体16可限定近端部18和远端部20，并可进一步包括设置在细长体16内的一个或多个内腔，由此提供细长体16近端部和细长体16远端部之间的机械、电气和/或流体连通，如下文中更详细讨论的那样。
[0019]医疗设备12可包括至少部分地设置在细长体16的一部分内的轴22。轴22可从细长体16的远端伸出或突出，并可沿纵向和旋转方向相对于细长体16移动。S卩，轴22相对于细长体16可滑动地和/或转动地移动。轴22可进一步在其中限定内腔24以供引导线的引入和穿过。轴22可包括或耦合至远端末梢26，该远端末梢26限定用于引导线的开口和贯通其中的通道。
[0020]医疗设备12可进一步包括流体递送管道28，该流体递送管道28横越细长体的至少一部分并朝向远端部。递送管道28可耦合至细长体16的远端部或从中伸出，并可进一步耦合至医疗设备12的轴22和/或远端末梢。流体递送管道28可在其中限定内腔以使流体从细长体16的近端部和/或控制单元14经过或递送至医疗设备12的远端部和/或治疗区。流体递送管道28中可进一步包括一个或多个孔或开口，以提供流体从内腔至流体递送管道28外部的环境的扩散或直接喷射。
[0021]医疗设备12可在细长体16的远端部进一步包括一个或多个可扩张元件30。可扩张元件30可耦合至细长体16的一部分并也耦合至轴22的一部分和/或远端末梢26以在其中包含一部分流体递送管道28。可扩张元件30限定内部腔室或区域，其含有从流体递送管道28散布的冷却液或流体，并可与由细长体16限定或包括在其中的排放内腔32流体连通，以从可扩张元件30内部移除所散布的冷却液。可扩张元件30可进一步包括一个或多个材料层，用于抗刺穿、抗辐射等等。
[0022]医疗设备12可进一步包括位于细长体之上或周围的一个或多个导电段或电极34，用以将电信号、电流或电压传递至指定的组织区和/或用以测量、记录或评估周围组织的一个或多个电属性或特性。电极34可配置成众多不同的几何结构或可控地部署的形状，并也可在数量上改变以适应特定应用、目标的组织结构或生理特征。例如，如图1所示，电极34可包括在可扩张元件近端的第一对和在可扩张元件远端的第二电极对。
[0023]医疗设备12的替代电极结构示出于图2-5。例如，图2包括可配置成环形或基本圆形结构的电极阵列36。每一电极可由导电材料构成，如钼或金，且具有20和50毫克之间的质量。每一电极34可包括集成到或以其他方式耦合到每一电极34并且靠近与电极34的表面相接触的组织的一个或多个热电偶37。如图6所示，热电偶37可以直接位于电极的表面上，并且可以沿圆周和/或沿电极34的长度或宽度纵向间隔开。或者，热电偶37可以位于电极附近，但不与电极34直接热接触。一条或多条线(未示出)可耦合到每一热电偶37以提供与该系统的其他组件的信号和/或通信。电极阵列36可选择性地调整以在近直线几何形状与图2所示的近螺旋几何形状之间转换。
[0024]图3中的电极阵列36包括以伞状结构来安排的多个臂38，其中电极34沿朝向近端的方向或定向来定位在臂38上。与电极34的部分相接触的组织面朝医疗设备的近端，使得拉动电极阵列36使接触电极34的部分的组织先前进入组织。电极阵列36可被调整来在近直线几何形状与图3所示的伞状几何形状之间转换，它被配置成用于接触患者的心脏的左心房的隔膜。
[0025]图4也包括多个可扩张或可部署臂38，该臂38具有正方形或“X”形结构的多个电极34。每一电极34可包括如图所示的突出鳍，它提供到循环血液或穿过阵列36的流体的散热。电极阵列36可被调整来在近直线几何形状与图4所示的“X”、伞状几何形状之间转换，它可帮助接触患者的心脏的左心房或右心房的远端壁。
[0026]转向图5，多个电极34图示为沿医疗设备12的细长体16的一部分延伸的基本直线阵列36。与图2-5所示电极结构的构造、操纵和示例性使用相关的附加细节在2008年5 月 7 日提交的题为 “Ablat1n Therapy System and Method for Treating ContinuousAtrial Fibrillat1n (用于治疗连续心房纤颤的切除治疗系统和方法)”的美国专利申请S/N 12/116，753中给出，其全部内容通过援引纳入于此。
[0027]每个电极34可电耦合至射频信号发生器的输出部分，并且每个电极34还可包括传感器，例如耦合到电极或与电极通信的一个或多个热电偶(如本文所述)、电导率传感器、光谱仪、压力传感器、流量传感器、PH传感器和/或热传感器(未示出)。当达到或超出预定顺序、属性或测量时，传感器也可与控制单元14的反馈部分通信以触发或促使操作改变。
[0028]再次参见图1，医疗设备12可包括耦合至细长体16的近端部的手柄40。手柄40可包括电路，用于标识和/或用于控制医疗设备12或系统的另一组件。另外，手柄40可设有接头42以接纳可进入引导线内腔24的引导线。手柄40也可包括连接器44，该连接器44可配合于控制单元14以在医疗设备12和控制单元14的一个或多个组件或部分之间建立通信。
[0029]手柄40也可包括一个或多个致动或控制特征，从而允许用户从医疗设备12的近端部控制、偏转、驾驭或以其它方式操纵医疗设备12的远端部。例如，手柄40可包括例如杆或把手46之类的一个或多个组件，用以操纵医疗设备12的细长体16和/或附加组件。例如，具有近端和远端的牵引线48可使其远端在远端部20处或附近锚定到细长体16。牵引线48的近端可被锚定在诸如凸轮的元件上，该元件与杆46联系并对杆44进行响应。医疗设备12可包括致动元件50，该致动元件50可活动耦合至细长体16的近端部和/或手柄40以操作和移动医疗设备12的一部分(例如轴22)和/或例如前述电极组件的一个或多个部分。
[0030]系统10可包括耦合至医疗设备以用于手术过程的一个或多个诊断和/或治疗源，例如组织切除。控制单元14可包括:流体源52，该流体源52包括冷却液、低温制冷剂等；排放或清除系统(未示出)，用于回收或放出经膨胀的流体以供再使用或处置；以及各种控制机构。除了为流体或冷却液源52提供排放功能外，控制单元14也可包括泵、阀、控制器或类似物以回收和/或再循环被传递至手柄40、细长体16和/或医疗设备12的流体通路的流体。控制单元14中的真空泵54可在医疗设备12中的一个或多个管道内形成低压环境，以使流体被汲取到细长体16的导管/内腔，离开远端部20并朝向细长体16的近端部18。一个或多个阀、控制器等可与一个或多个传感器通信以提供流体通过医疗设备12的内腔/流体路径受控制的散布或循环。这些阀、控制器等可位于医疗设备12的一部分内和/或控制单元14内。
[0031]控制单元14可包括射频发生器或电源56，作为与医疗设备12的电极34通信的治疗或诊断机构。射频发生器56可具有多个可独立操作的输出通道，每个通道耦合至各自的电极34。每一输出通道的独立控制允许唯一(独立)闭环功率递送，如通过从集成到所附医疗设备的一个或多个温度传感器和/或从分开的设备中包括的传感器接收到的组织温度信息来调节的功率递送。
[0032]射频发生器56可工作在一个或多个工作模式，例如包括:(i)在患者体内的医疗设备上的至少两个电极之间的双极能量递送；(ii)至患者体内的医疗设备12的一个或多个电极34和通过与例如在患者的皮肤上的医疗设备14的电极34隔开的患者返回或接地电极(未示出)的一极或单极能量递送；以及(iii)单极和双极模式的组合。
[0033]除监测、记录或传递医疗设备12中的测量或状态或者医疗设备12远端部处的四周环境外，系统10可进一步包括一个或多个传感器以监测遍及系统的操作参数，例如包括控制单元14和/或医疗设备12中的压力、温度、流速、体积、功率递送、阻抗等。传感器可在医疗设备12的操作期间与控制单元14通信以发起或触发一个或多个警报或治疗递送修正。控制单元14可包括一个或多个控制器、处理器和/或软件模块，它们包含软件指令或算法以提供本文所述特征、顺序、计算或过程的自动操作和执行。
[0034]例如，射频发生器或电源56的每一通道可以利用独立PID环路，该环路处理温度信息(例如，从装载在或以其他方式耦合到每一电极34中的一个或多个热电偶37接收到的温度信息)来修改到该通道的能量递送和/或用信号通知该系统的操作状态，如该设备和/或控制单元内的误差或短路。作为直接电极放置的替换或补充，电极阵列36的一个或多个臂可包括沿其长度(如两个电极之间的中途)的一个或多个热电偶。可选择将热电偶放置在电极之中或之上，以便在电极的操作期间，热电偶按仅由电极壁厚度间隔开的距离来直接位于目标组织上(如0.006"的壁厚度或另选地范围从0.004"到0.010"到的壁厚度)。热电偶位置、大小、以及装载方法的组合可以提供改进的组织/电极接口温度。在一特定示例中，T型热电偶(铜/康铜)可被用作温度准确性曲线，因为T型在医疗诊断和/或治疗系统所使用的温度范围内(即在体温和约80°C之间)基本上是线性的。控制单元可包括与热电偶37和射频发生器56通信以促进该系统的温度-反馈控制的一个或多个放大器、滤波器、A/D转换器、微处理器和/或其他处理组件。与射频发生器的温度-反馈操作有关的附加细节在2008年5月8日提交的题为“RF Energy Delivery System and Method (RF能量递送系统和方法)”的申请SN.12/117，596中提供，其整体通过援引纳入于此。
[0035]作为该系统的温度-反馈控制或操纵的补充或替换，来自热电偶37的信息或信号也可被用来指示或检测控制单元14或医疗设备12内的短路或通道故障。现在转向图7的流程图，示出了一种用于通过操作医疗设备和控制单元14结合组织部位的治疗或诊断来检测和指示热电偶短路或通道故障的示例性方法。具体而言，医疗设备12可定位在组织部分附近，并且一个或多个电极34可被操作来向该组织部位递送电和/或热能量。在一个或多个电极34的操作期间，多个温度测量可从与每一电极配对的热电偶37获得。具体而言，来自热电偶37的第一温度测量可被获得，且可随后从同一热电偶37获得第二温度测量。例如，所述第二温度测量采样可以发生在所述第一温度测量后约200毫秒或更短时间内。温度测量可通过热电偶与控制单元14之间的通信来获得，并且可包括由控制单元14中的一个或多个相应组件执行的一个或多个处理、过滤、和/或计算步骤。控制单元14随后可计算第一和第二温度测量之间随时间的变化率，例如每单位时间的温度变化度数。控制单元14随后将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较。如果计算得到的每单位时间温度的速率大于预定义阈值(这可能例如每秒15度或更多)，则该温度变化更可能是特定热电偶中的短路或故障的结果，而非是包围医疗设备12和/或电极34的生理条件的变化，则控制单元14将至少部分地基于该比较来生成热电偶短路的指示。所生成的指示可包括音频、视觉、或触觉警报中的任一个。
[0036]例如，测量可以在每秒约6到12次之间(例如，约每85到165ms)从热电偶取得。如果一个或两个测量之间存在快速的温度变化，如约20度或更多，则该变化可能是短路的结果，并且将生成指不。
[0037]上述方法和处理可针对医疗设备的每一单独的热电偶37和/或每一电极34来执行。该过程可以在医疗设备的使用期间重复执行，以提供对医疗设备12的操作的当前的实时监视。温度随时间的变化率的计算和比较也可与一个或多个温度或指示相组合来生成短路或通道故障的指示。
[0038]例如，相对于一个热电偶37的随时间的温度变化率可以与第二热电偶的绝对温度测量进行比较或结合它来被评估，第二热电偶可耦合到与第一热电偶相同的电极34。例如，第一热电偶的温度测量可以与第二热电偶的温度测量进行比较，并且如果这两个测量之差小于预定义阈值，则它更可能是医疗设备周围的生理变化造成该温度条件，并且将不生成短路的指示。或者，如果这两个热电偶的两个测量之差过大，则将生成短路的指示。例如，如果第一热电偶的温度变化率在每秒15度以上，且第一和第二热电偶的温度差大于20度，则将生成指示。
[0039]作为计算两个温度测量之差的补充和/或替换，任一测量可以简单地与温度阈值进行比较以确定是否生成相对于该热电偶的通道故障或短路的指示。例如，如果第一热电偶的温度变化率在每秒15度以上，且第一或第二热电偶指示60°C的温度，则将生成指示。
[0040]控制单元14和/或医疗设备12可以在检测到短路或通道故障时指示进一步动作。例如，控制单元14可以修改和/或终止到与指示短路的热电偶37相关联的特定电极34的能量递送。
[0041]本领域技术人员应当理解，本发明不限于在上文中已具体示出并描述的内容。另夕卜，除非作出相反提及，应该注意所有附图都不是按比例的。注意，本文提供的具体变化率和阈值温度仅仅是示例。在不背离本发明范围和精神的情况下根据以上示教可能有各种修改和变型，本发明只受所附权利要求书限制。
【权利要求】
1.一种医疗系统，包括: 具有电极和耦合到所述电极的热电偶的医疗设备； 耦合到所述电极和所述热电偶的控制单元，所述控制单元被编程来: 从所述热电偶获得第一温度测量； 从所述热电偶获得第二温度测量； 计算所述第一和第二温度测量之间随时间的变化率； 将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及 至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元被编程来: 向所述电极递送能量；以及 至少部分地基于所述比较来修改所述能量递送。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述能量包括射频能量。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二温度测量是在所述第一温度测量后约200毫秒或更短的时间内获得的，并且其中预定义的随时间的变化率阈值是约每秒15度或更多。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二电极以及靠近所述电极和所述第二电极中的每一个的至少两个热电偶；所述控制单元耦合到第二电极和所述至少两个热电偶，所述控制单元被编程来: 从所述电极和第二电极中的每一个的所述至少两个热电偶中的第一热电偶获得第一温度测量； 从所述第一热电偶获得第二温度测量； 计算所述第一和第二温度测量之间随时间的变化率； 将计算得到的随时间的变化率与预定义的随时间的变化率阈值进行比较；以及 至少部分地基于所述比较来生成热电偶短路的指示。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元被编程来: 从所述电极和第二电极中的每一个的所述至少两个热电偶中的第二热电偶获得第三温度测量；以及 将所述第三温度测量与预定义的温度阈值进行比较，其中至少部分地基于这一比较来生成热电偶短路的指示。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元被编程来: 向所述第二电极递送能量；以及 至少部分地基于所述比较来修改所述能量递送。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，修改所述能量递送包括终止对所述电极和第二电极中的至少一个的能量递送。
【文档编号】A61B18/12GK104379077SQ201380031889
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月3日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】G·J·马丁, D·E·特姆林森 申请人:麦德托尼克消融前沿有限公司