柔性可伸展电极和管腔内递送脉冲功率的方法

柔性可伸展电极和管腔内递送脉冲功率的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]电消融疗法已在医学中用来治疗不良组织，诸如(例如)患病组织、癌症、恶性与良性肿瘤、包块、消融灶和其它异常组织生长。用于常规消融疗法的设备、系统和方法可包括电消融疗法(诸如，例如高温热疗法，包括聚焦超声消融、射频(RF)消融和间质性激光凝固)、其中将化学药剂注入不良组织以引起消融的化学疗法、外科切除、冷冻疗法、放射疗法、光动力疗法、莫式显微外科手术、使用5-氟尿嘧啶的局部治疗、以及激光消融。
[0002]常规电消融疗法的缺点包括因暴露于热能而对环绕不良组织的健康组织造成永久性损伤的风险和/或缺乏由电消融装置产生的控释能量。同样地，当不良组织发生在或起源于关键结构处或附近且外科切除会增加与对关键结构造成的损伤相关联的发病率的风险时，常规电消融疗法可为无法令人满意的替代方案。有时，施加控释能量来消融目标区内的细胞的能力可受目标区和/或由消融电极提供的可到达施加位置的一个或多个特性影响。上述问题的解决方案通常为侵入式的并且与最佳外科效果冲突。因此，需要一种能够准确地使消融电极瞄准目标部位、并且递送控释能量以消融目标区内的细胞、同时保持周围组织的必要基础架构的微创电消融疗法。

【发明内容】

[0003]在一个总的方面，各种实施例涉及一种电消融装置。所述电消融装置的一个实施例包括细长构件，沿所述细长构件设置有第一电极，所述第一电极沿轴线延伸。所述第一电极具有近侧端部和表面，所述近侧端部能够联接到能量源，所述表面能够联接到组织治疗区域并递送消融能量。第一可伸展部分沿所述轴线延伸并且限定所述第一电极的第一周边并且具有相对于所述轴线的相关联第一直径。所述第一可伸展部分包括第一框架，所述第一框架包括至少一个第一框架构件。所述第一框架能够选择性伸展以使所述第一可伸展部分从收缩状态转变到伸展状态。所述第一框架能够选择性收缩以使所述第一可伸展部分从所述伸展状态转变到所述收缩状态。当所述第一框架伸展时，所述第一直径伸展并且所述第一可伸展部分从所述收缩状态转变到所述伸展状态。当所述第一框架收缩时，所述第一直径收缩并且所述第一可伸展部分从所述伸展状态转变到所述收缩状态。
[0004]在另一个总的方面，一种使用本文所述的电消融装置来治疗组织的方法包括将所述第一电极递送到包括生物内腔的组织治疗区域并且使所述第一电极伸展。使所述第一电极与待治疗组织近侧的所述内腔的壁接触。通过下述方式来治疗组织:对所述第一电极施加一个或多个电脉冲序列以通过不可逆电穿孔来诱导所述组织中的细胞死亡。
【附图说明】
[0005]结合附图考虑下述说明可更好地理解本文所述的电消融装置、系统及其方法的各种实施例。
[0006]图1示出了根据本文所述的某些实施例的电消融系统。
[0007]图2示出了根据本文所述的某些实施例的图1所示的手柄和细长构件的实施例，其中电极的可伸展部分部署并且处于伸展状态。
[0008]图3示出了根据本文所述的某些实施例的沿细长构件的远侧部分设置的电极，其中可伸展部分部署并且处于伸展状态。
[0009]图4示出了根据本文所述的某些实施例的沿细长构件的远侧部分设置的两个电极，其中相应可伸展部分部署并且处于伸展状态。
[0010]图5示出了根据本文所述的某些实施例的沿细长构件的远侧部分设置的三个电极，其中相应可伸展部分部署并且处于伸展状态。
[0011]图6示出了根据本文所述的某些实施例的沿细长构件的远侧部分设置的电极的柔性部分。
[0012]图7示出了根据本文所述的某些实施例的电极的处于伸展状态的部署可伸展部分。
[0013]图8示出了根据本文所述的某些实施例的被接收于限定在护套内的通道内的可伸展部分的剖面图，其中可伸展部分处于收缩状态。
[0014]图9示出了根据本文所述的某些实施例的从护套的远侧端部部署并且处于伸展状态的图8所示的可伸展部分。
[0015]图10示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的部署可伸展部分。
[0016]图11示出了根据本文所述的某些实施例的从收缩状态转变到伸展状态的部署可伸展部分。
[0017]图12示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的可伸展部分。
[0018]图13示出了根据本文所述的某些实施例的从收缩状态转变到伸展状态的可伸展部分。
[0019]图14示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的图13所示的可伸展部分。
[0020]图15示出了根据本文所述的某些实施例的从收缩状态转变到伸展状态的可伸展部分。
[0021]图16示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的图15所示的可伸展部分。
[0022]图17示出了根据本文所述的某些实施例的从收缩状态转变到伸展状态的可伸展部分。
[0023]图18示出了根据本文所述的某些实施例的处于收缩状态的部署可伸展部分。
[0024]图19示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的图18所示的可伸展部分。
[0025]图20示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的图18所示的可伸展部分的另外的实施例。
[0026]图21示出了根据本文所述的某些实施例的部分部署并且处于收缩状态的可伸展部分。
[0027]图22示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的图21所示的可伸展部分。
[0028]图23示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的图21和图22所示的可伸展部分的另外的实施例。
[0029]图24示出了根据本文所述的某些实施例的处于伸展状态的可伸展部分。
[0030]图25示出了根据本文所述的某些实施例的处于收缩状态的图24所示的可伸展部分。
[0031]图26示出了根据本文所述的某些实施例的包括手柄和细长构件的电消融装置。
[0032]图27示出了根据本文所述的某些实施例的包括手柄和细长构件的电消融装置。
[0033]图28A-图28B包括根据本文所述的某些实施例的在接收电消融之后的猪肝脏组织的照片。
[0034]图29包括根据本文所述的某些实施例的在接收电消融之后的猪心脏组织的照片。
[0035]图30为根据本文所述的某些实施例的电消融系统的使用的图示。
【具体实施方式】
[0036]本发明整体涉及电外科领域。具体地讲，本发明涉及(但不完全)电外科装置。更具体地讲，本发明涉及(但不完全)电消融系统、装置和方法。
[0037]本发明描述了电消融系统、装置及其方法的各种实施例的各种元件、特征、方面、和优点。应当理解，各种实施例的某些说明已被简化成仅示出与更清楚地理解本发明所公开的实施例有关的那些元件、特征和方面，而为简洁和清晰起见去除了其它的元件、特征和方面。对“各种实施例”、“某些实施例” “一些实施例”、“一个实施例”、或“实施例”的任何提及通常是指所述实施例中所述的特定元件、特征和/或方面包括在至少一个实施例中。短语“在各种实施例中”、“在某些实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、或“在实施例中”可能不是指相同的实施例。此外，短语“在一个这样的实施例中”或“在某些这样的实施例中”，虽然通常是指并且详细阐述前述实施例，但并非旨在表明由所述短语引入的实施例的元件、特征和方面局限于前述实施例；相反，提供所述短语用于帮助读者理解本文所公开的各种元件、特征和方面，并且应当理解，本领域的普通技术人员将认识到，引入的实施例中所呈现的这些元件、特征和方面可与本发明所公开的实施例中所呈现的元件、特征和方面的其它各种组合和子组合结合应用。应当理解，本领域的普通技术人员在考虑本文说明后将认识到各种实施例与其它元件、特征和方面的各种组合或子组合在特定具体实施或应用中可为可取的。然而，由于此类其它元件、特征和方面可易于由本领域的普通技术人员在考虑本文说明后确定，并且不是完全理解本发明所公开的实施例所必要的，故可不提供对此类元件、特征和方面的说明。同样地，应当理解，本文所列举的说明仅为对本发明所公开的实施例的例示和举例说明而非旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由权利要求书限定。
[0038]除非另有说明，否则本文所述的所有数值量均为近似的，从而表示术语“大约”可在没有明确规定时推论出。本文所公开的数值量应当理解为不严格限于所引用的精确数值。相反，除非另有说明，否则每个数值均旨在表示所引用的值以及围绕该值的功能上等同的范围两者。最低程度上说，丝毫没有将等同原则的应用限制于权利要求保护的范围的意思，至少应该根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。
[0039]尽管本文所述的数值量为近似值，但还是尽可能精确地报告出实际测量值在特定例子中所述的数值量。本文所述的所有数值范围包括其中所包含的所有子范围。例如，“I至10”的范围旨在包括介于所引用的最小值I和所引用的最大值10之间并且包括所引用的最小值I和所引用的最大值10的所有子范围。本文所引用的任何上限值均旨在包括所有更低的限值。本文所引用的任何下限值均旨在包括所有更高的限值。另外，在一些示例性实施例中，参数、测量、转移或范围可为给定的。应当理解，任何这样的参数、测量、转移或范围均作为实施例的示例性例子或实例而提供并且并非旨在限制该实施例或其它实施例。
[0040]如本文通常所用，术语“近侧”和“远侧”通常是指临床医生调控用于治疗患者的器械的一个端部。术语“近侧”通常是指最靠近临床医生的器械的部分。术语“远侧”通常是指离临床医生最远定位的部分。还应当理解，为简明和清楚起见，本文可以参考所示实施例使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”之类的空间术语。然而，外科器械可在多个方向和位置中使用，并且这些术语并不意味着是限制性的且绝对的。
[0041]如本文通常所用，术语“消融”通常是指通过在电场内供应能量来直接或间接移除细胞，并且可包括通过细胞功能丧失、细胞裂解、细胞坏死、细胞凋亡和/或不可逆电穿孔来移除。“消融”可相似地指通过消融形成消融灶。另外，术语“不良组织”、“目标细胞”、“患病组织”、“患病细胞”、“肿瘤”、“细胞团块”以及诸如此类通常贯穿全文用于指通过消融整体地或部分地移除的或待移除的细胞，并且并非旨在限制本文所述的系统、装置或方法的应用。例如，此类术语包括消融患病细胞和某些周围细胞两者，尽管未确切指出这些周围细胞为患病的。相似地该等术语包括消融位于生物内腔(诸如，例如血管、管腔或道区域)周围的细胞，以形成供外科医生通过消融或其它方法来切除另外的细胞的边际。
[0042]根据某些实施例，一种消融系统通常包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极联接到能量源，所述能量源操作以当所述第一电极和所述第二电极与组织接触并且通电时在这些电极之间形成电场。供应至所述电场的电流在所述第一电极和所述第二电极之间传导穿过所述组织。不希望受限于任何特定的理论，据信电流至少部分地经由电子和/或电解质载体传播穿过导电组织。电消融装置通常可包括一个或多个电极，所述一个或多个电极能够定位于组织治疗区域(例如，目标区域)中的不良组织(例如，目标细胞、目标部位、治疗部位、患病组织、患病细胞、肿瘤、细胞团块)处或附近。一般而言，所述电极可包括导电部分(例如，医疗级不锈钢、镀金等)并且可能够电联接到能量源。一旦定位于不良组织处或附近，则可对所述电极施加通电电势以形成电场，所述不良组织暴露于所述电场。所述通电电势(和所得电场)可以各种参数为特征，诸如(例如)频率、振幅、脉冲宽度(脉冲的持续时间或脉冲长度)、和/或极性。根据期望的应用(例如，待呈现的诊断性治疗或疗法治疗)，特定电极可被配置为阳极或阴极，或者多个电极可被配置成其中至少一个电极被配置为阳极而至少另一个电极被配置为阴极。不管最初的极性构型如何，电极的极性可通过逆转能量源的输出的极性来加以逆转。在一些实施例中，可在消融之前对组织施加外源性电解质以增加传导性。在某些实施例中，施加外源性电解质可增大或减小电场的有效面积或密度。
[0043]在某些实施例中，合适的能量源可包括电波形发生器。能量源产生在频率、振幅、脉冲宽度和极性方面具有合适的特征波形输出的电场。电极可使用各种频率、振幅、脉冲宽度和极性的DC电压和传导电流来通电。电极也可使用适于呈现期望的疗法的振幅和频率的时变电压和电流来通电。合适的能量源可包括电波形发生器，所述电波形发生器适于向电极递送以频率、振幅、脉冲宽度和/或极性为特征的DC和/或时变通电电势。电流在电极之间流动并且与施加到电极的电势(例如，电压)成比例地穿过组织。在各种实施例中，所供应的电流由能量源提供并且包括施加到组织的脉冲序列。例如，能量源可在适合期望的应用的一个或多个脉冲序列中供应各种波形。2011年2月28日提交的名称为“ELECTRICALABLAT1N DEVICES AND METHODS”的共同拥有美国专利申请13/036，908和2012年I月18日提交的名称为“ELECTRICAL ABLAT1N DEVICES AND METHODS”的美国专利申请 13/352，495公开了用于电消融治疗的许多此类波形、脉冲序列及其施加方法，所述专利的内容以引用方式并入。
[0044]在一个实施例中，能量源可能够产生适于热加热和/或电消融组织治疗区域中的细胞的预先确定的频率、振幅、脉冲宽度和/或极性的RF波形。合适的RF能量源的一个例子可为市售常规、双极/单极电外科RF发生器，诸如可得自Erbe股份有限公司的型号ICC350。在一个实施例中，能量源可包括微波能量源，所述微波能量源能够产生适于热加热和/或电消融组织治疗区域中的细胞的预先确定的频率、振幅、脉冲宽度和/或极性的微波波形。微波功率源(诸如可得自Boston Scientific的MicroThermx)可联接到微波天线，以提供处于从915MHz到2.45GHz的频率范围内的微波能量。
[0045]在一个实施例中，能量源可能够产生适于诱导热加热和/或不可逆电穿孔的不稳定电势(例如，场)。不稳定电势可呈适于诱导热加热和/或不可逆电穿孔的双极/单极单相电脉冲的形式。适于以双极模式或单极模式产生热加热和/或不可逆电穿孔电场脉冲的市售能量源为脉冲DC发生器，诸如可得自Boston, MA的BTX分子递送系统(MolecularDelivery Systems)的型号ECM 830。在双极模式中，第一电极可电联接到能量源的第一极性并且第二电极可电联接到能量源的第二(例如，相反)极性。双极/单极单相电脉冲可以各种频率、振幅、脉冲宽度和/或极性产生。与可能需要将高功率级和高能量级递送到组织以加热并热破坏组织的RF消融系统不同，不可逆电穿孔可能仅需要对组织施加非常少的能量，以使用电场电势而不是热量来加热并杀死不良组织中的细胞。因此，不可逆电穿孔系统可避免由RF消融系统带来的有害热效应。
[0046]本文所述的电消融系统、装置和方法的各种实施例利用电穿孔或电透化技术对细胞膜施加外电场(电势)以显著增加细胞的质膜的渗透性。不可逆电穿孔(IRE)为通过使跨细胞膜的电势增加达长时间周期来杀死细胞的过程。IRE提供了用于破坏细胞同时避免一些热诱导疗法的消极并发症的有效方法。即，IRE杀死细胞而不会使周围组织的温度升高到可使支撑结构或区域脉管系统发生永久性损伤的水平。大的不稳定IRE电势可在施加于组织中以增大局部电场的大约数百伏特到大约数千伏特的范围内。电场的增大将使在大约数毫米的距离上的膜电势增大例如达相对长的时间周期。当跨细胞膜的电势达到临界水平时，不稳定电势在细胞膜中形成孔，从而通过被称为细胞凋亡和/或细胞坏死的过程使细胞死亡。
[0047]对细胞施加IRE脉冲可为用于消融大量不良组织而几乎没有对周围健康组织的有害热效应的有效方法。同样地，在一些实施例中，IRE可与本文所公开的各种电极和/或其它电消融装置结合使用，以执行一个或多个微创外科手术操作或治疗。不希望受限于任何特定的理论，据信IRE破坏细胞而几乎没有热量，并且因此，可不破坏细胞支撑结构或区域脉管系统。适于使细胞死亡而不诱导对周围健康组织的大量热损伤的不稳定不可逆电穿孔脉冲可具有在数百伏特到数千伏特范围内的振幅，并且通常可在数毫米的距离上跨生物膜施加例如达I μ S到10ms的相对长的持续时间。因此，可通过递送不稳定电场快速导致细胞坏死而使不良组织在体内消融。
[0048]在某些实施例中，能量源可包括无线发射器，所述无线发射器用于经由一个或多个远程定位的天线使用无线能量传递技术将能量递送到电极。本领域的技术人员将理解，无线能量传递或无线功率传输是指在没有互连线的情况下将电能从能量源传输到电力负荷的过程。在一个实施例中，能量源可通过有线连接或无线连接联接到第一电极和第二电极。在有线连接中，能量源可通过电导体联接到电极。在无线连接中，电导体可由联接到能量源的第一天线和联接到电极的第二天线取代，其中第二天线可自第一天线远程定位。在一个实施例中，能量源可包括无线发射器，所述无线发射器用于经由一个或多个远程定位的天线使用无线能量传递技术将能量递送到电极。如前所述，无线能量传递或无线功率传输为在不使用互连电导体的情况下将电能从能量源传输到电力负荷(例如，组织治疗区域中的异常细胞)的过程。电变压器为无线能量传递的最简单例子。变压器的初级电路和次级电路可不直接连接并且能量传递可经由被称为互感的过程通过电磁联接来进行。功率也可使用RF能量而被无线传递。
[0049]如将理解，电消融装置、系统和方法可包括可经由皮肤(例如，在经由针刺皮肤来进入内部器官或其它组织的情况下)插入到组织治疗区域中的部分。电消融装置的其它部分可通过内窥镜的套管针或通道、通过小的切口或透过皮肤(例如，在电脉冲通过皮肤递送到组织治疗区域的情况下)用内窥镜(例如，用腹腔镜和/或用胸腔镜)引入到组织治疗区域中。
[0050]用于电消融疗法的系统、装置和方法可适用于微创外科手术操作，所述微创外科手术操作用于进入各种解剖位置中的组织治疗区域，诸如(例如)大脑、肺、乳房、肝脏、胆囊、胰腺、前列腺、以及由以下限定的各种内部