本发明涉及用于心律失常(尤其是心房颤动)的治疗的设备和方法。更具体地，本发明涉及用于心房颤动的消融治疗，该消融治疗利用患者的心脏的三维模型来生成个性化的或患者特定定制的消融导管。
背景技术
仅在美国就有至少五百万人受困于心房颤动。由于其并发症(包括中风、心力衰竭和增加的死亡风险)，所以目前为止其代表了最相关的有关心律的临床问题。这些并发症在不太健康的个人(诸如：具有糖尿病、心力衰竭或心脏瓣膜功能障碍的大于75岁的患者)中更常发生。在很多情况下，可以利用药物通过降低心率(“速率控制”)或通过维持规则的节律(“节律控制”)来控制该状况。在相当一部分患者中，药物是无效的或会导致不可接受的副作用。在这些情况下，可以采用基于电生理学的治疗形式(诸如消融治疗)。
目前，全世界的很多专业化中心(特别是在美国、欧洲和南美洲)致力于用于心律失常的治疗的电生理学消融手术的安全和有效的使用。在电生理学实验室中执行消融手术。目前推荐借助于用于心脏的3d电映射的系统来实施消融手术，以便识别和定位引起心律失常的焦点。用于心房颤动的消融治疗的最常见的形式涉及借助于射频能量的肺静脉和周围的组织的消融。
心房颤动消融可以经由导管从心脏的内部执行，该导管从腹股沟或颈部中的静脉经由皮肤地被引入。可替代地，可以利用开心手术或经由胸腔镜方法从心脏的外侧完成。混合的或混交的方法也是可用的。最常见的方法是基于导管的方法。这被认为是一种最小化有创手术，因为并不需要手术切口。递送消融能量的导管可以使用射频或冷冻能量。以前也使用高强度超声和激光能量。标准的消融导管能够仅从其尖部生成毁损灶，该尖部为4到8mm长，形状像匹配点。消融点中心位于心脏的左上腔室或左心房。使用一系列消融点来建立毁损灶线。这些线应当阻挡心房颤动的触发点并创建阻止心律失常传播的屏障。毁损灶将肺静脉的入口作为目标，通常会发现两个右肺静脉和两个左肺静脉。将毁损灶施加到左心房内距左心房体中的肺静脉插入点几毫米处。该区域被称为肺静脉前庭。手术的最后部分是电隔离肺静脉——肺静脉隔离或pvi。一种不太常见的方法是利用单根较宽的椭圆线将一侧上的两个肺静脉孔包围起来，该技术叫作waca或广域圆周消融。通常还会在左心房和右心房内制造的其他毁损灶线和消融点——主要在后壁上并且通常也在其他目标(诸如冠状窦、左心耳基底部、上腔静脉、右心房峡部)上。该手术花费2到4个小时之间，且偶尔需要重复该手术。作为原则，具有更多心脏疾病和更频繁、更长时间的心房颤动发作的年龄较大的患者需要更大量的消融手术。则针对心房颤动的当前推荐方案需要有用圆形映射导管成功隔离了目标区域的凭证以及在沿直线来递送消融毁损灶(线性毁损灶)的情况下实现了阻挡的证明。也可以借助左心房的立体定向导航来执行心房颤动的射频消融，该立体定向导航使得能够在远离患者手术床的位置远程地控制消融导管在心房解剖结构内移动，其使用磁场来将导管引导并轻轻地转向进消融的合适位置。
心房颤动的消融治疗的现有方法受到一些缺点的不利影响。首先，消融手术非常耗费时间，因为其需要对患者的心房进行电物理映射，然后再使用电极尖部导管来逐点创建圆形和/或线性毁损灶。如以上所提到的，消融手术可能需要2-4个小时来完成。已努力开发旨在缩短手术时间的一次性方法。一种方法是使用一个或多个多电极导管，该多电极导管能够创建较长的消融毁损灶。到目前为止，该方法仅能实现手术时间的适度减少。
此外，心房颤动的消融治疗的成功率相当地低，通常在60％左右。通常必须重复手术。被识别为导致低成功率的因素包括：心房和肺静脉的解剖结构的变异以及消融导管与目标组织的不完全对合。本发明解决对于心房颤动的消融治疗的现有方法的这两个缺点。
附图说明
图1是左心房和肺静脉解剖结构的变异的图形表示。
图2示出从三维成像数据得出的图像，展示了肺静脉解剖结构的两个变体。
图3示出根据本发明所制造的用于心房颤动的治疗的个性化的消融导管设备的示例。
图4是图5的个性化的消融导管设备的侧视图。
图5a-5c示出作为个性化的消融导管设备的部件的神经保护网格。
图6a-6b示出如何通过拉动围绕网格外边缘的荷包缝合线来将神经保护网格闭合以捕捉栓塞。
图7和8示出流程图，表示用于制造根据本发明的个性化的消融导管设备的方法以及用于使用个性化的消融导管设备来进行心房颤动的消融治疗的方法。
图9表示本发明的三维成像步骤。
图10表示患者的心脏的三维模型。
图11示出基于患者的心脏的三维模型所设计的个性化的消融导管设备的消融仪面板。
图12示出基于患者的心脏的三维模型所设计的个性化的消融导管设备的网格环和弹簧组件。
图13表示制造基于患者的心脏的三维模型所设计的个性化的消融导管设备的步骤。
图14示出装载到递送导管中的个性化的消融导管设备。
图15示出经由越隔方法被递送并被部署在患者的左心房内的个性化的消融导管设备。
图16示出在患者的左心房内被释放的个性化的消融导管设备。
图17表示个性化的消融导管设备的感测电极，用于感测表示患者心跳节律的电信号。
图18示出开口适配组件上的触发电极，其施加触发信号以观察其是否可以触发心律失常从而使得将找到特定焦点且可以执行特定开口周围的目标消融。
图19表示个性化的消融导管设备的感测电极，用于感测表示已经触发了心律失常的电信号。如果识别出特定焦点，则将消融相应肺静脉开口周围的区域。
图20示出如果未识别出特定焦点则将消融全部肺静脉开口周围的区域。
图21示出神经保护网格将如何捕捉潜在的栓塞以及其他的粒子和碎片。
图22示出将一起或分别地触发每一个肺静脉开口中的触发电极。
图23示出个性化的消融导管设备的感测电极被用于感测电信号以便确定消融手术是否有效。
图24示出如果检测到表示消融未完成的电信号则将再次实施消融。
具体实施方式
左心房的解剖结构和肺静脉解剖结构的变异比曾经所认为的更常见。如由sohns等人在“世界放射学杂志(worldjournalofradiology)”(sohns等，世界放射学杂志，2011年2月28日；3(2):41-46)中所报导的那样，图1是左心房和肺静脉解剖结构的变异的示意图。在该研究中，发现仅大约61.3％的患者具有典型教科书式的解剖结构(具有连接至左心房的四个肺静脉)。在第二种最常见的变体中，约26.6％的患者具有将左肺静脉连接至左心房的左主干血管。约1.3％的患者具有将右肺静脉连接至左心房的右主干血管。如所示的那样，其他变异包括一个或多个较小的附属的肺静脉。其他研究已发现非典型解剖结构的相似的百分比。此外，即使在解剖变体的这些类别内，也可能在肺静脉的开口的尺寸和位置方面有相当大的变化。任何肺静脉可以是引起导致心房颤动的异常电信号的心律失常性焦点。hunter等人报导了在具有肺静脉的非典型解剖结构的患者中，心房颤动的消融治疗的单次手术成功率要低大约10％(europace(2010)12,1691-1697)。为了充分地有效，消融治疗必须考虑到解剖结构的这些变异。很多现有的设备的一种尺寸全适用的方法可能致使大量患者治疗不充分。
图2示出从三维成像数据(诸如ct扫描或mri)得出的图像，展示了肺静脉解剖结构的两个变体。重构的视图是从心房的腔室内部仰视心房的顶部。左侧的图像a示出了具有连接至左心房的四个肺静脉的最常见的变体。在四个肺静脉的开口的周围绘制了深色圆圈以便示出实施消融的所期望的区域。右侧的图像b示出了不太常见的变体，该变体具有将两个右肺静脉连接至左心房的共享开口或主干血管。在两个左肺静脉的开口以及右肺静脉的共享开口的周围绘制了深色圆圈以便示出实施消融的所期望的区域。
本发明提供了用于心房颤动的消融治疗的设备和方法，该消融治疗为了改善手术功效而考虑到了患者的左心房和肺静脉的解剖结构。图3示出根据本发明所制造的用于心房颤动的治疗的个性化的消融导管设备100的示例。图4是图3的个性化的消融导管设备100的侧视图。个性化的消融导管设备100具有由多个消融组件组成的消融面板102。消融组件的数量取决于连接至心房的肺静脉开口的数量和用于创建消融毁损灶的任何其他所期望区域的数量。在该说明性示例中，第一消融组件104配置为包围右上肺静脉，第二消融组件106配置为包围右下肺静脉，第三消融组件108配置为包围左上肺静脉，且第四消融组件110配置为包围左下肺静脉。自然而然地，如果由于有左或右主干血管而仅有三个肺静脉开口存在，则消融面板102将仅具有三个这样的消融组件。如果有其他附属的肺静脉开口存在，则可以添加更多的消融组件。连接构件105、107、109、111将消融组件104、106、108、110连接到一起以便形成消融面板102。由于解剖结构变异，所以消融组件104、106、108、110以及连接构件105、107、109、111的尺寸、形状和数量将发生变化。在一些情况中，连接构件105、107、109、111可以配置为线性消融组件。当被临床指示时，这些消融组件可以用于例如创建箱体毁损灶以便电隔离肺静脉之间的整个区域。可以进行这些变化和其他变化以便针对特定患者的解剖结构来个性化消融导管设备100。
消融组件由导电材料制成并由消融导管设备(未在该视图中示出)的轴中的电导线连接至消融能量源。消融组件可以由连续的一匝电线形成，或者每个消融组件可以由分开的电线形成以使得可以有选择性地向每个消融组件供能。在可替代的构造中，消融组件可以具有沿聚合物导管体间隔开的多个环形电极。环形电极可以分别地连接消融能量源，从而使得可以有选择性地向它们供能以创建消融毁损灶的所期望的图案。
为了对肺静脉进行有效的消融，消融面板102必须与心房壁良好地对合。为了该目的，个性化的消融导管设备100包括基底环112，该基底环112配置为安放在患者的二尖瓣的外边缘的周围。消融面板102通过弹簧构件114连接至环112，该弹簧构件114推动消融面板102使得其与心房的上壁相接触。基底环112和弹簧构件114可以由金属(诸如不锈钢或超弹性镍钛合金)、聚合物、或不同材料的复合物构成，。
附加的特征有助于保持消融面板102与心房的上壁对准和对合。开口适配组件116连接至消融组件104、106、108、110中的每一个，并且配置为接合肺静脉中的每一个以便将消融组件与开口中的每一个对准。开口适配组件116突出到肺静脉的开口中，以便有助于保持该对准。在开口适配组件116中的每一个上设有触发器电极118，其接触肺静脉内的组织。此外，在设备上至少有一个传感器电机120，该传感器电极120接触位于要由消融来电隔离的区域的外部的心房壁。例如，传感器电极120可以位于连接构件105、107、109、111中的一个上。
优选地，个性化的消融导管设备100还提供神经保护组件(诸如神经保护网格122)，该神经保护网格122跨基底环112附连，以阻止潜在的栓塞进入二尖瓣。网格122将由具有孔的合适的织造、非织造或打孔的材料组成，该孔的尺寸被设计为允许畅通的血流而阻止超过某一尺寸的血栓或其他栓塞性粒子通过。例如，网格122可以是由天然的、合成的、聚合的或金属的纤维制得的织造或非织造织物。该特征尤其有利，是因为具有心房颤动的患者由于颤动所引起的低效的泵血而易于在心房内形成血栓。如果这些血栓移动并流入大脑，则可能发生栓塞性中风。
优选地，神经保护网格122还配置为捕捉和移除潜在的栓塞。图5a-5c和6a-6b示出用于完成该功能的两个可能的构造。
图5a-5c示出神经保护组件，该神经保护组件具有如上所描述的附连至消融设备的环112的第一网格层122以及附连至可折叠线环126的第二网格层124。可折叠线环126是近似半圆形的，具有枢转地附连至环112的端部。当第一次部署设备时，如图5a中所示的那样，将第二网格层124折叠到一侧，从而使得栓塞性粒子积聚在第一网格层122上。在手术的结尾，在抽出消融设备之前，通过绕轴旋转可折叠的线环126，使第二网格层124遮盖第一网格层122，如图5b中所示的那样。拉线或类似的机构将用于致动关闭动作。图5c示出处于闭合位置的神经保护组件，所有潜在的栓塞都被困在第一网格层122与第二网格层124之间。
图6a-6b示出神经保护组件，该神经保护组件具有围绕神经保护网格122的外边缘的荷包缝合线128。神经保护网格122可以是类似袋状的构造，或者如以上所描述的示例中的那样，可以将其制成两层。当第一次部署设备时，将神经保护网格122围聚在消融设备的环112的外边缘，如图6中所示的那样。在手术的结尾，在抽出消融设备之前通过拉动荷包缝合线128来闭合神经保护网格122以困住所有潜在的栓塞，如图6b中所示的那样。
图7和8示出了流程图，表示根据本发明的方法。将流程图分为三个部分，该三个部分由利用虚线绘制的大方框来指示。位于图7的顶部上的第一部分130示出制造个性化的消融导管设备的步骤。位于图7的顶部上的第二部分132示出放置导管的步骤。图8中的第三部分134示出心房颤动的消融治疗的手术或方法的步骤，该消融治疗使用个性化的消融导管设备。将结合图9-24来描述该流程图中所示的方法的步骤。
在图9中描绘制造方法的第一步骤，在该第一步骤中，执行3d成像以确定患者的心脏的解剖结构(尤其是左心房和肺静脉)。3d成像可包括计算机轴向断层(ct)扫描、多检测器计算机断层扫描(mdct)、磁共振成像(mri)、超声心脏成像、经食道超声心动图(tee)或其他的已知成像技术。
可选地，患者的左心房和肺静脉的解剖成像可以与患者的左心房和肺静脉的电活动的电物理映射相结合，以便对疑似心律异常焦点进行定位。可以利用多电极感测导管来执行电物理映射。
基于3d成像研究，重构患者的左心房和肺静脉的3d计算机模型，如图10中所表示的那样。
随后，使用3d建模来设计个性化的消融导管设备，该个性化的消融导管设备将基于患者的左心房和肺静脉的3d计算机模型来创建消融毁损灶的所期望的图案。可在计算上交互地实现设备设计过程。可替代地，可以由计算机自动地执行设备设计过程中的部分或全部。图11示出计算机显示器，其中，正基于患者的心脏的三维模型来设计个性化的消融导管设备。可以为每一个患者从零开始设计消融面板中的消融组件，或者可以从预设计的部件的库中选择消融组件和其他部件。图12表示基于患者的心脏的三维模型而设计出的个性化的消融导管设备100的网格环112和弹簧组件114。类似地，可以从零开始设计环和弹簧构件，或从预设计的部件的库中选择环和弹簧构件。
接着，根据基于患者的左心房和肺静脉的3d计算机模型的设计，制造个性化的患者特定的定制消融导管设备100，该个性化的消融导管设备100将创建消融毁损灶的所期望的图案。图13表示制造基于患者的心脏的三维模型而设计出的个性化的消融导管设备的步骤。可以使用增材制造(也被称为3d打印)或使用传统制造技术来制造个性化的消融设备。可以使用其他的制造技术，诸如线材弯曲成形、聚合物挤出、热成形、注塑和数控(cnc)加工。也可以利用接合技术，诸如焊接、钎焊、粘接和应用紧固件。
可替代地，作为设计和制造个性化的消融导管设备的辅助手段，3d打印或cnc加工可以用于创建患者的心房和肺开口的物理模型。作为另一个替代方式，3d打印或cnc加工可以用于创建模具，该模具用于铸造、模塑或成形个性化的消融导管设备或其部分部件。
将神经保护网格122附连至环112，并且利用连接至消融组件的电导体142将消融面板102组装到导管轴140，如图14中所示的那样。为了连接至消融能量源，导管轴140将在近端上具有合适的连接件。在被组装之后，在使用前将个性化的消融导管设备100压缩并装载到递送导管150的内腔中。在图15-24中可更详细地看到递送导管150。
在制造方法的变形例中，可以由导管坯料来制造个性化的消融导管设备，在该导管坯料上使用机械和/或热成型方法来生成所期望的曲线。导管坯料是开始为直的或不具有特定曲线的电极导管。可替代地或另外地，在插入柔韧的电极导管中的导丝或管心针上生成所期望的曲线。在将其形成为所期望的3d曲线之后，3d打印可以用于向导管坯料添加附加的特征(诸如基底环112和弹簧构件114)。
导管放置的方法开始于经由越隔路径将个性化的消融导管设备100经皮肤递送进患者的左心房。将递送导管150(该递送导管150的内腔内具有被压入的个性化的消融导管设备100)经皮肤地插入大静脉(诸如股静脉或颈静脉)中并前进至患者的腔静脉，并且在荧光镜引导下进入右心房。递送导管150前进穿过心房隔膜进入患者的左心房。
接着，在患者的左心房内部，将个性化的消融导管设备100部署在递送导管150外部。图15示出经由越隔方法被递送并被部署在患者的左心房内的个性化的消融导管设备100。
图16示出在患者的左心房内被释放的个性化的消融导管设备100。一旦个性化的消融导管设备100在左心房内展开到其全尺寸，则导管设备100旋转，直到开口匹配构件的突出部接合肺静脉的开口并且环112接合二尖瓣的外边缘，消融组件的适当对准和对合为止。
个性化的消融导管设备100在患者的左心房内就位之后，用于图8中的流程图中所描述的心房颤动的消融治疗的手术或方法开始。如图17中所描绘的，使用个性化的消融导管设备100的(多个)感测电极来感测表示患者的心跳的节律的电信号。如果患者正经受心律异常(诸如心房颤动)，则该信息将用于帮助诊断和定位任何心律异常焦点。
接着，通过每个开口适配组件上的触发电极来递送触发信号，以便观察其是否可以触发心律失常从而使得将找到特定焦点且可以执行特定开口周围的目标消融。图18示出施加触发信号的开口适配组件上的触发电极。
如图19中所描绘的，使用个性化的消融导管设备的(多个)感测电极来感测表示已经触发心律失常的电信号。如果识别出特定焦点，则将对相应肺静脉开口周围的区域进行消融，如图20中所示的那样。如果未识别出特定焦点，则将消融所有肺静脉开口周围的区域。
通过导管的消融组件施加消融能量(例如射频能量)，以便创建消融毁损灶的所期望的图案，以阻挡引起心房颤动的异常电信号。也可使用消融能量的其他模式，例如可以通过消融组件施加双极直流电。可替换地，还可使用冷冻消融能量。在该情况下，为了与心房壁进行热交换，将修改消融导管以允许冷冻流体流过导管的内部的内腔。
在手术期间，由神经保护网格来捕获在心房内产生或移位的任何血栓或其他的栓塞，如图21中所示的那样。
在消融步骤之后，再次使用触发器电机来确定肺静脉是否已被电隔离。如图22中所示，在每一个肺静脉中同时或分别施加触发信号，而(多个)感测电极对电信号进行监测，如图23中所示的那样。如果位于消融组件外部的(多个)感测电极未检测到触发信号，则表示肺静脉已经被电隔离并且该手术完成。然而，如果由(多个)感测电极中的一个或多个检测到触发信号，则表示存在通过或绕过某个毁损灶的漏电流。在该情况下，在肺静脉中的一个或多个中要再次消融(如图24中所示)，直到实现电隔离为止。
一旦实现肺静脉的电隔离，则将个性化的消融导管设备抽回到递送导管中。在抽出之前，将保护神经网格112闭合以捕捉任何潜在的栓塞(如图5c或6b中所示)，以便捕捉和移除任何潜在的栓塞。
随后将递送装置抽出并闭合静脉穿刺部位以实现止血。
预期到本文中所描述的设备和方法将显著地降低心房颤动消融手术所需的手术时间，同时实现更好的手术功效并减少重复执行消融手术的需要。