用于输送治疗电脉冲的装置和方法

用于输送治疗电脉冲的装置和方法
【专利摘要】一种设备包括具有第一电极部分和第二电极部分的电极。第一电极部分和第二电极部分共同形成在向所述电极施加电压时由其生成电场的外表面。第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料构建的。第二电极部分与第一电极部分截然不同，其由第二材料构建而成。第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。
【专利说明】用于输送治疗电脉冲的装置和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年1月6日提交的发明名称为"Composite Electrode Design to Reduce Probability of Flash Arcing in High Voltage Electrical Impulse Delivery"的美国临时申请No.61/923971的优先权，通过引用将该文献全文并入本文。
【背景技术】
[0003] 文中描述的实施例总体上涉及用于治疗电能输送的医疗装置，更具体而言涉及用 于输送供选择性不可逆电穿孔法之用的电脉冲。
[0004] 在过去的二十年间电穿孔技术取得了发展，其已经从实验室走向了临床应用。已 知的方法包括向组织施加简短的高压DC，由此在局部生成高电场，该电场通常处于数百伏/ 每厘米的范围内。所述电场通过在细胞膜中生成小孔而破坏细胞膜，继而损毁细胞膜和细 胞。尽管这种电驱动的孔生成(或电穿孔）的确切机制尚有待于深入理解，但是人们认为施 加相对较大的电场在细胞膜，以及线粒体中的磷脂双层当中产生了不稳定性，从而导致该 膜中出现局部破口或孔隙的分布。如果膜处的施加电场超过了通常取决于细胞大小的阈 值，那么电穿孔是不可逆的，并且所述孔隙将保持开放，从而允许跨该膜进行物质交换，并 导致程序性细胞死亡(apoptosis)或细胞死亡。接下来，周围组织将按照自然过程愈合。
[0005] -些已知的组织消融方法采用不可逆的电穿孔，以通过将肿瘤暴露至高电平的DC 电压下来达到对其进行治疗的目的。这样的治疗肿瘤的已知方法通常涉及破坏明显的量的 组织。一些已知方法还在目标和/或周围组织当中生成高温（即，超过预期限度）。
[0006] 已经有人采用具有多个电极的已知导管来生成不可逆的电穿孔，从而对心脏组织 进行消融，由此治疗心脏的心律不齐，例如，心房纤颤。尽管已知在某些情况下采用脉冲DC 电压来驱动电穿孔，但是在所要消融的目标组织处于相对深远的位置时已知的输送方法和 系统不提供具体的措施来限制对附近组织的伤害。例如，在一些情况下，电极处的高压可能 导致在电极的部分周围产生闪光电弧或放电。在这样的情况下，局部电场强度能够大到足 以产生不希望出现的介电击穿，并且/或者生成放电或火花，从而导致局部热损伤并且有可 能导致烧焦碎片。
[0007] 此外，已知电极的几何结构当中的具有高曲率（例如，朝向环形电极的末端的曲 率)的部分易于电弧放电。具体而言，电极的几何结构能够影响电极周围的局部电场强度的 空间分布。因而，一些已知电极被设计为通过使边缘圆化而将电极表面曲率降至最低。但 是，这样的调整电极几何结构的方案存在实际的限制，尤其是在希望取得高压时。
[0008] 因而，需要改进方法和装置，从而实现更加安全并且更具选择性的能量输送，由此 在目标组织位置上产生组织消融，同时使别处的周围组织保持相对完好无变。类似地来讲， 需要改进的方法和装置在组织区域内生成大到足以驱动该区域内的不可逆电穿孔的局部 电场，同时使该组织区域和周围组织区域内的电场值保持在安全水平以下。需要避免在治 疗电脉冲的输送过程中产生介电击穿的系统和方法。

【发明内容】

[0009] 本公开的实施例包括用于在抑制不希望出现的放电或分解的发生的同时在最低 侵入性背景下选择性地应用电穿孔治疗的装置和方法。文中描述的实施例能够在保持总体 的组织完整性的同时，以安全、有效的方式提供受到良好控制的具体的电穿孔。在一些实施 例中，一种设备包括具有第一电极部分和第二电极部分的电极。第一电极部分和第二电极 部分共同形成在向所述电极施加电压时由其生成电场的外表面。所述第一电极部分是由具 有第一电导率的第一材料构建的。第二电极部分与第一电极部分截然不同，其由第二材料 构建而成。第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。
【附图说明】
[0010] 图1是说明被设置为具有周围组织环境的环形圈形式的第一电极和表示第二电极 的表面的示意图，其中，施加于所述电极之间的电压降导致电流从第一电极通过组织环境 流至第二电极。
[0011] 图2是包含两种具有不同电导率的截然不同的材料的、具有环形截面的、根据实施 例的电极的示意图。
[0012] 图3A是毗连导管杆的根据实施例的导管电极的示意图，其示出了用于局部边界场 分析的局部几何结构。
[0013] 图3B是耦合至导管杆的根据实施例的电极的部分的截面图。
[0014] 图4是包括设置在两个具有相对较低的电导率的区域之间的具有较高电导率的区 域的根据实施例的环形复合电极(具有环状截面)的透视图。
[0015] 图5示出了根据实施例的复合电极的透视图，其中，所述电极具有均匀外表面。
[0016] 图6示出了包括由电镀或者淀积在具有第二电导率的第二材料之上的具有第一电 导率的第一材料构建成的截面的根据实施例的复合电极。
[0017] 图7是根据实施例的复合电极的透视图，该电极具有设置在两个柔性电极末端部 分之间的中央部分，所述中央部分包括具有圆筒形环形电极的形式的刚性电极。
[0018] 图8是根据实施例的复合电极的透视图，该复合电极具有由设置在两个柔性线圈 末端部分之间的线圈构建而成的中央部分，所述末端部分是由不同材料构建成的。
[0019] 图9是包括与第二环形电导体毗连的第一环形电导体的根据实施例的环形电极的 图示。
[0020] 图10A-C分别示出了根据实施例的复合电极的顶视图、正视图和右侧视图。
[0021] 图11是具有各个由不同材料构成的段的根据实施例的复合电极的透视图。
[0022] 图12示出了根据实施例的电极和单一材料电极的边缘处和侧表面处的峰值电场 值的比较曲线图。
[0023] 图13是根据实施例的包括一系列电极的柔性医疗装置的远端部分的透视图。
[0024]图14A-C分别是根据实施例的复合电极的顶视图、正视图和右侧视图。
[0025] 图15A和15B分别是根据实施例的电极的正视图和侧视图。
[0026] 图16是根据实施例的包括电极的医疗装置的部分的侧视图。
[0027] 图17是根据实施例的包括电极的医疗装置的部分的侧视图。
[0028] 图18是根据实施例的包括电极的医疗装置的部分的侧视图。
[0029] 图19是说明根据实施例的用于提供电脉冲治疗的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 文中描述了用于输送电脉冲的装置。在一些实施例中，通过利用几何考虑事项连 同复合材料和/或多种不同材料将电极配置为生成具有改善的空间均匀性（即，与已知系统 和方法的情况相比降低了平均电场值和峰值电场值之间的差）的电场。在一些实施例中，电 极表面包括至少两种具有不同的电导率值的材料。电极材料表面的具有相对较小的电导率 的部分还包括具有相对较大的曲率(例如，边缘)的区域，而电极表面的具有相对较大电导 率的部分包括具有相对较小(或较低）曲率的区域。通过按这种方式将几何曲率和电导率的 影响相结合，使得具有大且不连续的电导率变化的区带(例如，组织和电极之间），尤其是具 有相对较大的曲率的区域内的此类区带缩到了最小。相应地，文中描述的实施例能够使峰 值电场强度最小化，在电导率经历大的转变的区域内和/或在电极表面不连续和/或具有高 曲率的区域内峰值电场强度可能往往更高。
[0031] 在一些实施例中，一种设备包括用于有选择地快速施加 DC电压以生成电穿孔的导 管装置。所述导管装置具有一组用于消融或电压脉冲输送的复合(或多材料)电极。例如，电 压脉冲可以具有处于几十到几百微秒的范围内的脉冲宽度。在一些实施例中，可能有很多 这样的通过所述电极施加的电压脉冲，其中，脉冲之间的间隔（出于说明的目的）可以处于 几十到几百微秒的范围内。所述复合和/或多材料电极可以是由一定范围内的材料构建的， 所述电极可以具有文中公开的任何适当几何结构和构造，其将使得峰值电场强度降低并且 使发生闪光电弧的可能性降至最低。
[0032] 在一些实施例中，一种设备包括具有第一电极部分和第二电极部分的电极。所述 第一电极部分和第二电极部分共同形成了一个外表面，在向所述电极施加电压时，能够从 所述外表面产生电场。第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料构建的。第二电极部 分与第一电极部分截然不同，其由第二材料构建而成。第二材料具有不同于第一电导率的 第二电导率。
[0033] 在一些实施例中，一种设备包括配置为耦合至导管杆的环形电极。环形电极包括 第一电极部分和第二电极部分，它们共同形成了圆柱形外表面，在向所述电极施加电压时， 将从所述外表面生成电场。第二电极部分形成了被配置为耦合至导管杆的端面的至少一部 分。第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料构建的，第二电极部分是由第二材料构 建的。第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。
[0034] 在一些实施例中，一种设备包括被配置为耦合至导管杆的电极。所述电极包括第 一电极部分和第二电极部分，在向所述电极施加电场时，将从所述第一和第二电极部分产 生电场。至少所述第一电极部分和第二电极部分共同形成了外表面。第一电极部分和第二 电极部分的至少其中之一包括柔性线圈。第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料构 建的。第二电极部分是由具有不同于第一电导率的第二电导率的第二材料构建的。
[0035] 在一些实施例中，一种设备包括具有第一电极部分和第二电极部分的电极。第一 电极部分具有第一表面，第二电极部分具有第二表面。第一表面相对于第二表面凹入。所述 第一表面和第二表面共同形成了一个外表面，在向所述电极施加电压时，能够从所述外表 面产生电场。第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料构建的。第二电极部分是由具 有不同于第一电导率的第二电导率的第二材料构建的。
[0036] 在一些实施例中，一种设备包括被配置为耦合至医疗装置的电极。所述电极包括 第一电极部分和第二电极部分。所述第一电极部分和第二电极部分共同形成了一个外表 面，在向电极施加电压时，能够从所述外表面产生电场。所述第一电极部分具有沿所述医疗 装置的纵轴变化的外径。所述第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料构建的。第二 电极部分沿定义所述外径的表面耦合至第一电极部分。第二电极部分是由具有不同于第一 电导率的第二电导率的第二材料构建的。
[0037] 在一些实施例中，一种方法包括将导管插入到身体内，从而将电极的外表面设置 为抵靠在目标组织上。所述电极包括第一电极部分和第二电极部分。所述第一电极部分和 第二电极部分共同形成了所述外表面。所述第二电极部分包括所述外表面的边缘部分。通 过电引线向所述第一电极部分和第二电极部分施加电压，从而从所述外表面生成电场。将 所述第一电极部分和第二电极部分配置为使得所述外表面的中央部分的峰值电场强度与 所述外表面的边缘部分的峰值电场强度之比小鱼1.8左右。
[0038] 如说明书和权利要求所用的那样，单数形式"一"和"该"包括多个指示物，除非语 境明确做出其他说明。因而，例如，词语"构建"意指单个构件或者构件组合，"材料"意指一 种或多种材料或其组合。此外，单数不定冠词可以与短语"一个或多个"交换使用。
[0039] 文中采用的词语"近端"和"远端"分别指接近和远离医疗装置的操作者的方向。因 而，例如，导管或输送装置的与患者身体接触的末端将是药物输送装置的远端，而与所述远 端相反的末端(即，用户操作的一端)将是所述导管或输送装置的近端。
[0040] 如文中所使用的，词语"大约"和/或"大概"在与数值和/或范围连用时一般是指接 近所陈述的数值和/或范围的那些数值和/或范围。例如，在一些情况下，"大约40[单位]"可 以指处于40的±25%内（例如，从30到50)。在一些情况下，词语"大约"和"大概"可以指处于 所列举的值的± 10%内。在一些情况下，词语"大约"和"大概"可以指处于处于9%、±8%、 ±7%、±6%、±5%、±4%、±3%、±2%、±1 %、不到± 1%以内，或者这些数值以内或低 于这些数值的任何其他值或数值范围。词语"大约"和"大概"可互换使用。
[0041] 按照类似的方式，词语"基本上"在于(例如)几何关系、数量和/或范围结合使用时 意在传达如此定义的几何关系（或者通过其描述的结构）、数量和/或范围名义上具有所陈 述的几何关系、数量和/或范围。例如，在文中将两个结构描述为"基本上平行"意在传达尽 管希望获得平行几何关系，但是在"基本上平行"布置当中可能出现不平行。这样的容差可 能是由制作容差、测量容差和/或其他实际考虑事项(例如，微小缺陷、如此定义的结构的陈 旧度和/或在系统内施加的压力或力等等）导致的。如上所述，适当的容差可以是(例如)所 陈述的几何构造、数值和/或范围的±1%、±2%、±3%、±4%、±5%、±6%、±7%、土 8%、±9%或±10%。此外，尽管受到词语"基本上"修饰的数值允许和/或包含所陈述的数 值的容差，但是其并非意在排除所陈述的确切值。
[0042]尽管为某些量提供了数值范围，但是应当理解，这些范围可以包括处于其内的所 有子范围。例如，范围"从50到80"包括其内的所有可能范围（例如，51-79、52-78、53-77、54_ 76、55-75、70-80等）。此外，既定范围内的所有值都可以是借其包含的范围的端点（例如，范 围50-80包括诸如55-80、50-75等的具有端点的范围）。
[0043] 参考图1，考虑从具有较高电势的电极12流向一般处于远端的电势较低的表面11 的电流。如图1所示，电极12具有较高电势，表面11是具有较低电势的表面(表面11可以是另 一电极、电极补片或者任何其他具有低电势的适当表面）。电流从电极12通过居间的组织空 间或区域19流至表面11。出于说明的目的，电极12是环形的，并且电极12还可以如图1左侧 的不意性表不所不具有内表面15和外表面14。在使用当中，向内电极表面15施加电压，从而 使得该表面相对于地或者较低电势表面11具有较高电势。这一处于内电极表面15上的电压 生成通过电极12，继而通过组织区域19的电流。在电极材料界定的环形区域17内，电极材料 具有电导率 〇1，并且通过Ei表示该区域内的电场。在刚好处于电极外表面14之外的组织区域 19内，电导率为〇s，电场为E s。作为初始近似，各个区域内的电流密度为常数，因而与外表面 14相邻的电极12内的电流密度等于刚好处于所述电极之外的组织区域内的电流 密度（j s = 〇sEs)。因而，刚好处于电极12外面（即，组织区域19内）的电场的幅度是通过下述 方程给出的：
[0044]
[0045]图2示出了根据实施例的环形电极20的示意图。电极20包括两种不同材料和/或由 该两种不同材料构建而成:左侧(或第一）电极部分21内的第一材料(具有电导率〇1)和右侧 (或第二）电极部分22内的第二材料(具有电导率〇2)。电极截面为环形断面，并且第一电极 部分21与第二电极部分22相连，如交接处23的透视截面图所示。类似地来讲，第一电极部分 21和第二电极部分22是截然不同的部分，它们形成了非同质电极20。第一电极部分21和第 二电极部分22之间的交接(或耦合)是平滑和/或连续的。类似而言，第一电极部分21和第二 电极部分22是耦合到一起的，从而使环形电极20的外径为常数，环形电极20的外表面基本 上是连续的，并且/或者第一电极部分21和第二电极部分22之间的环形区域基本上没有不 连续。通过这种方式，在向电极20施加电压时，刚好在部分23的左侧以及刚好在部分23的右 侧通过所述环形截面的总(纵向）电流是近似相等的。因为，在交接处23的两侧的截面面积 是相同的，因而两侧(就截面而言大致是均匀的）的电流密度也是相等的。因而，第一电极部 分22内的电流密度等于第二电极部分23内的电流密度(= wEi = j2 = σ2Ε2)。为了解出电场 所做的重新整理得到了：
[0046]
[0047]其中，El和Ε2分别是第一电极部分22和第二电极部分23内的电场幅度。因而，多材 料(或复合)电极能够基于所采用的不同材料的材料性质(例如，传导率)来生成具有不同幅 度的电场。
[0048]图3A是根据实施例的耦合至和/或毗连由绝缘体构建的导管杆31的环形电极32的 例示。电极32具有以外表面35、端面36以及处于外表面35和端面36之间的边缘33为边界的 环形区域38。将端面36通过任何适当的手段耦合至导管杆31。边缘33具有圆化轮廓，如图3a 所示，其相关曲率半径具有值r。因而，端面36和/或边缘33形成了电极32的末端边界。如图 所示，边缘33(具有曲率半径r) 一直围绕电极的周界34延伸，并且具有总周界长度L。如图中 所示，电极32的恰好处于边缘33之前（或者接近边缘33)的环形区域38内的电流和/或电流 密度(如箭头土所示)从弯曲边缘33和端面36流出，如箭头\所示。这一区域内的总电流为电 流密度乘以与电流的流动正交的面积。使恰好处于边缘33之前（即，环形区域38内）的总电 流与流出边缘的总电流相等，从而产生下述方程：
[0049] osEs(frL) = 〇iEiAc (3)
[0050] 其中，f是几何因数(对于等于四分之一圆的边缘而言等于表示恰好处 于电极32内的电活动和电场幅度，(^和匕表示恰好处于所述边缘之外的电活动和电场幅度， Ac是电极截面的（环状)面积。可以重写方程(3)，以获得刚好处于所述边界以及/或者边缘 33和电极32的端面36之外的电场Es的下述表达式：
[0051]
[0052]场E1是刚好处于电极32的区域38内的纵向电场。方程(4)表明电场Es(刚好处于所 述电极外）与所述边缘的曲率半径成反比，与边缘长度(或周界L)成反比，与刚好处于所述 电极内的电场Ει以及与内部电导率和外部电导率之比#成正比。 %
[0053]从方程(4)显然可以看出对于既定内部电场Ei而言，在形成电极的边缘33和/或端 面36的材料是具有相对较低的电导率值σ:(例如，相对于电极的其他部分而言）的导体时， 能够降低外部电场Es，由此降低比￥但是，对于既定的施加电压以及其他保持相同的因素 ☆ 〇 而言，简单地对整个电极应用电导率较低的材料将相应地提高内部电场Ei，从而导致相同 的外部电场Es。因而，在文中描述的一些实施例中，电极可以包括多个不同的截面，这些截 面能够在所述电极边缘和/或边界附近得到降低的外部电场E s。
[0054] 例如，图3B示出了包括由多种不同材料构建的电极232的医疗装置230的一部分的 截面图。由于所示出的装置230是对称的，因而所述截面图仅示出了所述装置的处于长向轴 Al之上的部分。具体而言，将电极232耦合至杆231，将电极232通过电引线245电耦合至电压 源(未示出）。电引线245可以是任何适当的引线，例如，包括高介电强度材料(例如，具有适 当厚度的聚四氟乙烯）的绝缘引线，从而抵御高电压脉冲而不会介电击穿（例如，高达 500VDC)。尽管引线245被示为耦合至第一电极部分241(如下所述），但是在其他实施例中， 可以将引线耦合至电极232的任何部分。
[0055] 杆231可以是任何适当的适于将电极232放置为接近目标组织和/或与目标组织接 触的杆、导管和/或输送装置。通过这种方式，如文中所述，可以采用医疗装置230输送电脉 冲治疗，以生成用于治疗诸如心脏心律不齐的任何状况的不可逆电穿孔。
[0056]如图3B所不，电极232是具有第一电极部分241和设置在电极232的每一末端的一 对第二电极部分242的环形电极。换言之，第一电极部分241是设置在两个第二电极部分242 之间的中央部分。第一电极部分241与第二电极部分242不同和/或非同质，并且在界面243 处耦合至第二电极部分242。尽管界面243被示为是锥形的，但是在其他实施例中，第一电极 部分241和第二电极部分242之间的界面基本上与电极232的纵轴La和/或杆231正交。换言 之，尽管界面243处的第一电极部分241的外径被示为在沿纵轴La的方向内变化，但是在其 他实施例中，界面243处的外径可以是恒定的和/或可以按照不连续的方式变化(即，形成界 面243的阶跃变化）。
[0057] 第一电极部分241和第二电极部分242共同形成外表面235,在（例如，经由引线 245)向电极232施加电压时将从外表面235生成电场Es。在图3B中将电场示为从外表面235 延伸出来的曲线。如图3B所示，外表面235是连续的、平滑的和/或定义了电极232的基本上 恒定的外径。因而，即使第一电极部分241和第二电极部分242是具有独立的材料特性的不 同和/或单独部分，外表面235也是连续的，如文中所描述的。不过，在其他实施例中，第一电 极部分241形成的外表面部分可以从第二电极部分242形成的外表面部分下陷。在又一其他 实施例中，第二电极部分242形成的外表面部分可以从第一电极部分241形成的外表面部分 下陷。
[0058]第二电极部分242形成了每一端面236的至少一部分，所述第二电极部分的每者被 耦合至杆231。第二电极部分242也包括成圆角的边缘235。换言之，每一第二电极部分242包 括处于基本上为圆柱形的外表面235和端面236之间的过渡区域。因而，第二电极部分242定 义了电极232的末端边界。如上所述，在所述边界的区域内生成的电场的幅度受到其几何结 构（g卩，曲率半径、端面236和外表面235之间的角度等)的影响。因而，在向电极232施加电压 时，一般将在边界或边缘处出现具有峰值电场强度(在图3B中被标识为Epeak)的区域。
[0059]第一电极部分241由具有第一电导率的第一材料构建而成，并且/或者包含所述第 一材料。第二电极部分242由具有不同于第一电导率的第二电导率的第二材料构建而成，并 且/或者包含所述第二材料。具体而言，第二电导率低于第一电导率。在与具有恒定电导率 的电极将获得的相应电场相比，通过这种方式并且根据方程(4)，能够降低与端面236和/或 边缘235相邻的区域内的外部电场Epeak的幅度。此外，由于第一电极部分241具有较高电导 率，因而外部电场Epeak的幅度和与圆柱形外表面235相邻的区域内的外部电场E s的幅度的比 值低于2左右。在其他实施例中，边缘235的几何形状和/或第一电极部分241和第二电极部 分242之间的热传导率之比可以使得Epeak和E s的比值低于大约1.8、1.5或1.25。通过这种方 式，装置230能够在目标组织位置生成组织消融，同时使周围组织相对保持完好无变。具体 而言，装置230能够在组织区域内生成大到足以驱动不可逆的电穿孔的局部电场，同时使峰 值电场值保持在预定阈值以下。
[0060] 图4示出了环形（具有环形截面）电极42,包括电导率较高的区域45以及两个电导 率较低的区域44和46。区域45构建自和/或包括具有电导率σ 2的材料，并且两侧被区域44和 46围堵，区域44和46构建自和/或包括具有电导率〇1的电导率相对较低的材料（因而 〇1< σ2)。区域44和46的边缘具有边缘曲率半径r(在图4中未示出所述边缘的曲率）和边缘（周 界）长度L。如图4中的附图标记47和49所示，区域44和46具有等同的长度h，而区域45则具 有通过附图标记48指示的长度1 2(其中，12>ω。通过12表示从区域45的外表面流出并且流 入到周围组织当中的净电流，同时通过I!表示从区域44和46的每者流出的净电流。在一些 实施例中，可以将电极42构造为使得电流的主要部分从中央区域45流出，而不是从边缘区 域44和46流出。作为近似，如果I是从电极42流出的总电流，那么可以通过下述方程表示从 所述外表面的部分不同流出的电流：
[0064] 借助于截面的面积A。和横向（即，垂直于电极的纵轴）电流密度氣|将h写为 % =4.1美，在此情况下还能够运用横向电场％将方程(6)写为：
[0061]
[0062]
[0063]
[0065]
(7)
[0066] 其中，将电极42构造为使得0212))20:]^
[0067]图4中的区域44和46中的纵向电场大致与所述横向电场成比例（刨除涉及几何结 构的因素），因而将所述纵向电场表示为：
[0068]
(8)
[0069]采用这一结果，能够由方程(4)将刚好处于区域44和46之外的外部电场写为：
[0070]
(9)
[0071 ]其中，L是边缘长度或周长，r是边缘半径。
[0072] 将上面的针对图4所示类型的复合或"多材料"电极42的结果与由单一材料(具有 电导率〇2和总长度l tclt)构建而成的电极的结果进行比较，就单一材料的情况而言能够(通 过与上文类似的分析)将接近电极边缘的外部电场写为：
[0073]
(10)
[0074] 将方程(9)除以方程（10)将提供接近复合(或多材料）电极(例如，电极42)和单一 材料(或同质）电极的边缘的电场强度之比：
[0075]
(11) ^ S L2
[0076] 因而，与单一材料电极的相应电场相比，通过将复合电极(例如，电极42或者文中 描述的电极中的任何电极)构造为使得〇21 2>>〇山。*，能够显著降低复合电极的外部边缘 电场。其将使得1还将满足刚好在方程(7)之后参考该方程提及的不等式。在一些实 施例中，能够将所述电极（例如，电极4 2或者文中描述的电极中的任何电极）构造为使得
E其他实施例中，能够将所述电极42(或者文中描述的电极中的任何电极)构造 为使4
[0077] 图5示出了具有均匀和/或平滑的侧表面(或外表面）以及总长度1的复合电极52的 实施例。电极52具有通过附图标记58指示的具有31/4的长度的中间部分55。中间部分55由 具有电导率 〇2的材料构建而成。电极52包括分别通过附图标记57和59指示的每者具有1/8 的长度的末端部分54和56。末端部分54和56由具有电导率〇:的材料构建而成。构成不同电 i -ry 极部分55和54的材料具有一定电导率比，从而使得比值至少为3。在一些实施例中，所 述的电导率比至少为3左右，至少为4左右，或者至少为5左右。在一些实施例中，比-41·至 、麵 ? 少为4左右，至少为5左右，或者至少为6左右。
[0078] 构建中间部分55和末端部分54、56(以及文中图不和描述的任何其他电极部分）的 电极材料可以是任何适当的具有生物相容性的材料。纯粹出于举例说明的目的，电导率较 高的电极区域和电导率较低的电极区域的生物相容材料的例子分别包括银和钯 (驚兰6·5)，、银和不锈钢兰47)、银和钼ζ兰 6·7)、铀和钛受兰3.9)、钼和不锈钢受兰7) 及其任何其他适当组合。在其他实施例中，电极52和文中描述的任何其他电极可以包括铂 铱合金或者替代铂的钛、替代银的金以及它们的任何其他适当的替换和/或组合。
[0079] 可以按照任何适当的方式将文中图示和描述的电极中的任何电极的不同材料连 到一起。例如，图6示出了具有圆筒形环形电极61的形式的根据实施例的复合电极。电极61 包括由电镀或者淀积在具有第二电导率的第二材料之上的具有第一导电性的第一材料构 建成的中央部分65。如图所示，第二材料形成了中央部分65内的薄层或衬底68，其截面积发 生扩展，以形成部分64和66。可以采用其他构造方法。例如，在一些实施例中，电极的构建可 以从由第二材料构成的长度等于总电极长度的单个细环开始，之后将三个不同材料的环附 着到该细环的外表面上。所述三个环可以分别包括第二材料、第一材料和第二材料。可以采 用各种各样的方法将各"外环"耦合至衬底(例如，衬底68)，以确保所有界面上的良好点接 触，例如，所述方法为熔融、退火、电镀、焊接、压接或层压。换言之，电极61以及文中描述的 电极中的任何电极的不同电极部分之间的界面可以免除不连续性和/或绝缘层等。这里描 述的构建方法只是出于举例说明的目的，本领域技术人员可以设计各种其他方法构建文中 描述的电极。
[0080] 在一些实施例中，中央部分65中的第一材料层的厚度可以至少近似等于或者可以 大于中央部分中的由第二材料构成的衬底68的厚度。在一些实施例中，中央部分65的长度 至少是末端部分64和66中的任一个的长度的二倍。此外，在一些实施例中，第一材料的电导 率至少是第二材料的电导率的四倍。将电极材料选择为是生物相容的，并且其可以包括任 何适当材料，如文中所描述的。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率 義_獅或白勺麵目浦腿_删麵麵巴(》6.5)、_稱丙 (5兰47)、银和钼兰6·7)、铂和钛(5兰3· 9)、铂和不锈钢(?兰7)及其任何适当组合。其他 例子包括铂铱合金或替代铂的钛、替代银的金以及任何其他适当的组合及替换的选择。
[0081] 图7示出了根据实施例的复合(或多部分）电极72。电极72包括三个段74、75和76， 其中中央部分75包括具有圆筒形环形电极的形式的刚性电极部分，该刚性电极部分由具有 第一电导率的第一材料构建而成（出于清晰的目的，在图7中未示出所述环状结构）。中央部 分75的侧面受到两个末端部分74和76的围堵，和/或中央部分75设置在两个末端部分74和 76之间，和/或中央部分75受到两个末端部分74和76的包围。末端部分74和76具有能够发生 挠曲并且由具有第二电导率的第二材料构建而成的绕组、线圈和/或弹簧的形式。在一些实 施例中，使每一柔性电极部分74和76的末端78和79圆化。如图所示，通过局部点焊、激光焊 接或其他适当方法将每一柔性电极部分的内部末端79附接至刚性电极部分75。在一些实施 例中，可以对柔性电极部分74和76的外端78进行覆盖和/或保护，其方式是将其设置到通过 图7中的罩77示意性地表示的聚合物薄壁管内，避免其因暴露至导管外部。在一些实施例 中，中央部分75的轴长至少是末端部分74和76的任一者轴长的两倍，而第一材料的电导率 至少是第二材料的电导率的四倍。在一些实施例中，将电极材料选择为是生物相容的，其可 采用文中描述的材料中的任何材料。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和 电导率较低的电极区域的生物相容材料选择的例子分别包括银和钯= 6_5Κ银和不锈钢 (驚三47)、银和钼(J兰6.7)、.钼和钛(驚兰3.9)、钼和不锈钢兰 7)及其任何适当组合。其 他例子包括铂铱合金或替代铂的钛、替代银的金以及任何其他适当的组合及替换的选择。
[0082] 图8示出了具有完全柔性的电极的形式的根据实施例的复合(或多部分）电极82。 电极82包括三个段84、85和86,其中，中央部分85是具有能够挠曲的线圈和/或弹簧的形式 的柔性电极部分。中央部分85由具有第一电导率的第一材料(通过图8中的较粗的线指示） 构建而成。中央部分85的侧面受到两个末端部分84和86的围堵，和/或中央部分85设置在两 个末端部分84和86之间，和/或中央部分85受到两个末端部分84和86的包围。两个末端部分 84和86具有能够挠曲的线圈或弹簧的形式并且由具有第二电导率的第二材料构建而成(第 二材料通过图8中的较细的线表示）。在一些实施例中，使每一柔性电极84和86的末端88圆 化。通过局部点焊、激光焊接或者其他适当方法将每一柔性电极的内端89平滑和/或连续地 附接至中央部分电极85的相应外端。在一些实施例中，还可以对柔性电极的外端88进行覆 盖和/或保护，避免其暴露至导管外部，其方式是将所述外端设置到通过图8中的87示意性 表示的聚合物薄壁管内。在一些实施例中，中央部分电极部分85的轴长至少是末端部分84 和86的任一者的长度的两倍，而第一材料的电导率至少是第二材料的电导率的四倍。在一 些实施例中，将电极材料选择为是生物相容的，其可采用文中描述的任何材料。纯粹出于举 例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率较低的电极区域的生物相容材料选择的例 子分别包括银和钯(3 s 6·5)、银和不锈钢3 47)、银和铂(^去.6·7)、..铂和钛s 3用、 铂和不锈钢(3 = 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱合金或替代铂的钛、替代银的金 以及任何其他适当的组合及替换的选择。
[0083] 尽管上文将电极230图示和描述为具有直径恒定的外表面，但是在其他实施例中， 电极可以由连到一起的多种材料构建而成，从而产生具有凹入部分的表面。例如，图9是根 据实施例的复合(或多材料)环形电极90的部分的举例说明。电极90包括与第二环形电导体 91毗连和/或耦合的第一环形电导体92,所述第二环形电导体91是不同于和/或独立于所述 第一电导体的。换言之，第一导体(或电极部分)92与第二导体91不同和/或非同质。第一电 极部分92具有相关曲率半径的值为r的边缘93,假定该边缘具有图9所示的圆化轮廓。边缘 93(具有这一曲率半径)始终围绕第一电极部分92的周界94延伸并且具有总长度L(周界长 度）。因而，所述端面和/或边缘93形成了第一电极部分92的末端边界。如图9所示，恰好处于 边缘93的前面(或者接近边缘93)的电极90的环形区域98内的电流密度（如箭头么所示)从 弯曲边缘93流出，如箭头j s所示。在一些实施例中，环形区域98相对于电极半径r。(外圆柱形 表面的半径)要细一些。例如，将环形区域98的(径向）厚度标识为具有厚度L，从而使环形区 域98的环形截面面积约为tL。作为总的（环形)截面A c的部分，可以将其写为tAc/ri，，其中^ 为电极内径。大致上，能够使所述电极的恰好在边缘93以前（或接近边缘93)的环形区域98 的总电流等于从边缘93流出的总电流：
[0084] o^E^ifrL) ? σ?Ε1 -/4,. (12) '* ' ri
[0085] 其中，f是几何因数(对于为四分之一圆的边缘而言等于！ hojPEi表示刚好处于 电极内的电导率和电场幅度，〇s和Es表示刚好处于所述边缘外的电导率和电场幅度。对于外 部电场幅度，可以重写方稈（12)，以获得：
[0086]
(13)
[0087] 比值通常将具有单位量级(order unity)。如果使截面积Ac大致保持固定，并使 边缘长度L变化，那么方程(13)表明能够通过在复合电极内结合较大的边缘长度L或边缘过 渡而降低外部电场Es。
[0088] 因而，在一些实施例中，电极90和/或第一电极部分92(或者文中描述的其他电极 中的任何电极)可以包括(例如)波状边缘、多个边缘等等。在一些实施例中，作为图9中所示 的具有相对凹陷或者相对升高的轮廓的部分的电极部分91和92可以具有不同的电导率。因 而，电极部分91是由具有第一电导率的第一材料构建的，而电极部分92则是由具有第二电 导率的第二材料构建的。为了进一步降低外部电场 Es，在一些实施例中，具有升高的轮廓 (并且具有第二电导率）的电极部分92可以具有比第一电导率小的电导率。换言之，在一些 实施例中，使相对更加导电的材料凹入。在一些实施例中，第一材料的电导率至少是第二材 料的电导率的三倍。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率较低的电 极区域的生物相容材料选择的例子分别包括银和钯银和不锈钢(f s 47)、银和 铂3 6.7)、铂和钛(，s 3·9)、铂和不锈钢(g s 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱 合金或替代铂的钛、替代银的金以及任何其他适当的组合及替换的选择
[0089] 尽管将电极90示为环形电极（即，形成了圆柱形外表面），但是在其他实施例中，多 材料和/或复合电极可以具有任何适当的形状。例如，图10A-10C通过三幅视图示意性地示 出了根据实施例的复合电极1 〇〇。例如，1 〇〇具有由两种材料构建成的相对较薄的平面电极 的形式，所述两种材料具有存在差异的电导率特性。部分101受到部分103包围。此外，部分 103形成了电极100的边缘和/或边界。部分101的电导率大于部分103的电导率，并且两种材 料连到一起从而发生电接触，如文中所述。部分101从电极的边缘嵌入和/或凹入，从而沿面 (face)的主表面提供部分103的材料的边界。部分103主要地在电极局部表面曲率最大的地 方（即，沿所述边缘)露出。部分101的材料主要地在表面曲率最小的地方（即，所述面处)露 出。如图所示，部分101和103共享公共的边界。相对于具有较低电导率的边缘部分103而言， 电导率较高的区域101具有凹陷部分的形式。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极 区域和电导率较低的电极区域的生物相容材料选择的例子分别包括银和钯银 和不锈钢47)、银和铂3 6·7)、铂和钛s 3·9)、铂和不锈钢7_)及其任何适当 组合。其他例子包括铂铱合金或替代铂的钛、替代银的金以及任何其他适当的组合及替换 的选择。这--般类型的复合电极构造能够在非常接近该电极的空间区域内实现峰值电场 的降低。尽管被示为基本上呈平面的电极，但是在其他实施例中，电极100可以是柔性的，并 且可以被围绕圆柱形构件包覆和/或耦合至圆柱形构件(例如，杆），以形成基本呈圆筒形的 电极。
[0090] 图11示出了具有由不同材料构成的段的根据实施例的复合电极110。电极110包括 由具有第一电导率的第一材料构建的中央部分113。中央部分113的两侧分别受到末端部分 112和114围堵，和/或中央部分113设置在末端部分112和114之间，末端部分112和114由具 有第二电导率的第二材料构建而成。在这一实施例中，中央部分113具有相对于末端部分 112和114略微升高(具有较大直径）的轮廓(或外表面）。通过这种方式，电极110可以与（例 如)上文描述的电极90类似。
[0091]对电极110执行计算模拟，其中，利用在所述电极和处于导电盐介质中的外表面 (未示出）之间施加的电势差来计算电极附近的电场分布。图11中的阴影是对结果的图形描 绘，其中，被标识为116和117的区域表示从第一材料向第二材料过渡的部位上的电场强度。 如文中所描述的，在向电极110施加电压时，一般在所述边界处出现具有峰值电场强度的区 域。因而，通过将图11所示的多材料电极的模拟结果与来自单一材料电极的结果进行比较， 能够分析出所产生的电场的空间变化的差异。
[0092]具体地，图12示出了比较电极110和单一材料电极的峰值"边缘"电场强度和峰值 "表面"电场强度的模拟结果的图表，其中，所述单一材料电极具有环形截面，该环形截面具 有与图11的复合电极相同的内径，并且具有与图11中的末端部分112的相同的外径（即，具 有相同的几何构造）。如图所示，电极110的峰值"边缘"电场强度（即，出现在材料过渡处或 边缘处的电场强度)处于8500伏/厘米的范围内（参见附图标记125标示的条）。复合电极110 的表面或侧面(例如，中央部分113)处的最大电场强度约为5800伏/厘米(参见附图标记126 标示的条）。因而，边缘处的峰值电场与中央部分113处的峰值电场之比约为1.46。比较起 来，包含第一材料并且具有类似总尺寸的单一材料电极的边缘处的峰值电场强度约为 11400伏/厘米(参见附图标记122标示的条）。单一材料电极的表面或侧面处的最大电场强 度约为7000伏/厘米(参见附图标记123标示的条）。因而，边缘处的峰值电场与中央部分113 处的峰值电场之比约为1.63。比值越高表明电场强度的空间变异性越大，在某些情况下可 能不希望出现这样的情况。如图所示，复合或多材料电极构造(在与单一材料电极相比时） 使得峰值电场大约降低了25% (从大约11400伏/厘米到8500伏/厘米）。类似地，对于单一材 料电极而言第一材料的表面或侧面处的最大电场强度约为8500伏/厘米，对于复合电极构 造而言，所述最大电场强度约为5800伏/厘米。
[0093] 应当指出，能够将文中公开的实施例中的任何实施例中的一个或多个复合(或多 材料）电极及其变型结合到任何适当的医疗装置上，例如，发明名称为"Catheters， Catheter Systems,and Methods for Puncturing Through a Tissue Structure"的国际 专利公开文本N〇.W02014/025394中描述的那些装置，通过引用将该文献全文并入本文。例 如，图13是诸如导管的柔性医疗装置的远端部分132的图示，其示出了沿所述远端部分按照 轴向间隔设置的复合电极133、134和135。尽管示出了三个电极，但是应当指出，可以在所述 医疗装置上利用任何数量的如文中图示和描述的各种实施例中的复合电极。实际上，多样 性的电极可以包括文中公开的实施例及其变型的不同组合，因而(例如）一些电极可以是刚 性的复合电极，而其他一些则可以包括柔性复合电极，等等，但这些方案不构成限制。此外， 如文中所公开的，可以在复合电极构造中利用一定范围的材料。电极引线（未示出）在内部 连接至电极133、134和135。利用高介电强度材料(例如，具有适当厚度的聚四氟乙烯)使所 述引线适当绝缘，使之能够抵御高电压脉冲而不发生介电击穿。
[0094] 图14A-C通过三幅视图示意性地示出了具有相对较薄的平面电极的形式的复合电 极实施例，该电极由两种具有不同电导率特性的材料构建而成，所述两种材料被分配成多 个不同的部分。部分142围绕部分141的一系列"岛"，并且部分142的一部分形成了所述电极 的边缘和/或边界。所述两个部分141和142分别包括具有不同电导率的不同的材料。部分 141(阴影较浅）的电导率大于部分142(阴影较深)的电导率，并且将两种材料连到一起使之 发生电接触。部分141从电极的边缘嵌入和/或凹入，从而沿面的主表面在部分142的材料处 提供多个边界。部分142主要地在电极局部表面曲率最大的地方（即，所述边缘处)露出。部 分141的材料主要地在表面曲率最小的地方（即，所述正面处)露出。如图所示，部分141和 142共享多个公共边界。相对于具有较低电导率的边缘部分142而言，较高电导率区域141具 有凹入部分的形式。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率较低的电 极区域的生物相容材料选择的例子分别包括银和钯(3 = &S)、银和不锈钢(3 S 47)、银和 铂(g s 6..7)、铂和钛(gs 3.9)、铂和不锈钢(f s 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱 合金或替代铂的钛、替代银的金以及任何其他适当的组合及替换的选择。这一一般类型的 复合电极构造包含处于至少两种不同的材料(分别具有较低电导率和较高电导率)之间的 较大的边界长度，这种类型的复合电极构造能够在非常接近所述电极的空间区域内实现峰 值电场的下降。
[0095] 图15A和15B分别是具有电极环（或环形电极）的形式的复合电极构造的正视图和 侧视图，该电极环包括多个具有不同的电导率的区域或部分。部分151形成了在其内包含一 组"岛"区域153的电极边缘和/或边界。将由具有第一电导率的第一材料构成的部分151(浅 阴影)与由具有第二电导率的第二材料构成的环状部分153(深阴影)交替设置到具有如图 所示的环的形式的电极的边缘处。部分153相对于部分151略微下陷（即，部分153的环具有 略小的直径）。将构成部分153的第二材料选择为具有比构成部分151的第一材料高的电导 率。显然，实际上这一构造在部分151和153之间提供了较大的净边界长度或总边界长度。如 前文所讨论的，能够由此降低接近电极的电场强度，从而使出现闪光电弧的可能性降至最 低。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率较低的电极区域的生物相 容材料选择的例子分别包括银和钯(3 = 6·5)、银和不锈钢G 47)、银和铂(? 3 6·7)、铂和 钛& 3·9)、铂和不锈钢(? S 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱合金或替代铂的 钛、替代银的金以及任何适当替换和/或组合的选择。可以采用本领域技术人员熟悉的各种 构造方法。例如，可以从长度等于总电极长度的由第二材料构成的单个细环开始，并采用诸 如熔融、退火、电镀、焊接、压接或层压的各种方法将若干包含由第二材料、第一材料、第二 材料等等构成的交错图案的环附接到所述单个细环上，以确保所有界面上都具有良好的电 接触。这里描述的构建方法只是出于举例说明的目的。在其他实施例中，可以采用适当的构 建文中描述的电极的方法。
[0096] 应当指出，可以构建(例如)具有图案化表面的形式的各种替代实施例，其中，将多 个具有高电导率的区域以略微凹陷的样式设置到复合电极的曲率较小的部分当中，并且使 这些区域散布于多个具有低电导率的区域之间，所述多个具有低电导率的区域以相对升高 的样式设置在曲率较大的部分当中。这样的图案可以包括但不限于条纹、圆点、曲线形状、 碎片图案等等，这些图案可以方便所述构建，并且对于既定应用而言可以是最佳的。
[0097] 图16是具有尖端电极的形式的复合电极161的图示。如图所示，电极161位于导管 或针杆的远端顶端。具体而言，导管杆162的远端顶端包括尖端电极161，该尖端电极161包 括帽部分163和环部分164。如文中所述，部分163和164是平滑并且连续接合的。环部分164 由具有第一电导率σι的第一材料构建而成，而帽部分163则由具有第二电导率σ 2的第二材料 构建而成。如图所示，帽部分163具有直径沿装置的纵向发生变化的截面轮廓。通过这种方 式，帽部分163形成了圆化和/或球端部分。环部分164是基本上为圆筒形的部分。在一些实 施例中，环部分164的半径至少是其宽度165的二倍。
[0098] 在一些实施例中，第二材料的电导率至少是第一材料的电导率的四倍。在其他实 施例中，将电极材料选择为是生物相容的，并且其可以包括任何适当材料，如文中所描述 的。例如，电导率较高的电极部分以及电导率较低的电极部分的生物相容材料选择分别包 括银和钯3 6·5)、银和不锈钢(3 3 4_7)、银和铂= 6_7)、铂和钛三3·9)、铂和不锈钢 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱合金或替代铂的钛、替代银的金以及它们的 任何其他适当替换和/或组合的选择。
[0099] 可以采用诸如熔融、退火、电镀、焊接、压接或层压的各种方法完成第一材料和第 二材料的平滑接合，以确保所有界面处的良好电接触。文中描述的构建方法只是出于例示 的目的，本领域技术人员可以设计各种其他的构建文中描述的电极的适当方法。文中描述 的复合尖端电极可以是能够在各种临床应用的治疗当中使用的聚焦消融导管的部分，例 如，所述应用可以是提供消融治疗，以治疗心室性心搏过速(VT)。在这样的实施例中，按照 单极样式采用所述尖端电极(例如，电极161)，并且用于电流返回路径的地电极可以是位于 患者体表上的表面分块电极，甚至可以是处于一个或多个不同医疗装置上的一个或多个电 极。
[0100]图17示出了具有尖端电极的形式的根据实施例的复合电极171。如图所示，将电极 171安装到导管172的远端顶端上，该电极包括帽部分173和环部分174。部分173和174是平 滑、连续接合的。部分174包括电镀或淀积在具有第二电导率的第二材料之上的具有第一导 电性的第一材料，所述帽部分173也包括第二材料，其中，所述第二材料形成了从帽173向近 端延伸的薄圆柱层或环状衬底部分175。之后，将环部分174电镀或者淀积(例如，通过溅射 淀积工艺)到衬底部分175之上。也可以采用本领域技术人员熟悉的其他构建方法。在该图 中，帽部分具有直径沿装置的纵向变化的截面轮廓。在优选实施例中，第一材料174的层厚 度至少大致等于或者大于由第二材料构成的衬底175的厚度。在优选实施例中，环部分174 的外径至少是其宽度的二倍，而第二材料的电导率至少是第一材料的电导率的四倍。在优 选实施例中，将所述电极材料选择为是生物相容的，并且本领域技术人员可以做出各种材 料选择。纯粹出于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率较低的电极区域的生 物相容材料选择的例子分别包括银和钯(|S6_S)、或银和不锈钢3 47)、银和铂 (? s 6.7)、铂和钛(S'3·9)、铂和不锈钢(3 S 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱合 金或替代铂的钛、替代银的金以及其他任何适当替换和/或组合的选择。
[0101]图18是具有尖端电极的形式的根据实施例的复合电极181的图示。在这一实施例 中，电极181位于手术仪器的远端顶端上，该手术仪器可能是手提装置，其用于采用高压DC 脉冲或电能进行组织消融，由此治疗心脏心律不齐。如图所示，手术仪器的远端部分182包 括圆化尖端电极181，该电极包括帽部分183和环部分184。手术仪器的远端部分182可以具 有锥度，如图所示。如文中所述，部分183和184是平滑并且连续接合的。环部分184包括具有 第一电导率 〇1的第一材料，而部分183则包括具有第二电导率〇2的第二材料。在该图中，帽部 分具有直径沿装置的纵向变化的截面轮廓。在优选实施例中，环部分184的半径至少是其宽 度185的二倍，而第二材料的电导率至少是第一材料的电导率的四倍。在优选实施例中，将 所述电极材料选择为是生物相容的，并且本领域技术人员可以做出各种材料选择。纯粹出 于举例说明的目的，电导率较高的电极区域和电导率较低的电极区域的生物相容材料选择 的例子分别包括银和钯(g s 6·5)、或银和不锈钢(g s 47)、银和铂= 6·7)、铂和钛 (|H9)、铂和不锈钢(| s 7)及其任何适当组合。其他例子包括铂铱合金或替代铂的钛、 替代银的金以及其他适当替换和/或组合的选择。可以采用诸如熔融、退火、电镀、焊接、压 接或层压的各种方法完成第一材料和第二材料的平滑接合，以确保所有界面处的良好电接 触。文中描述的构建方法只是出于例示的目的。在其他实施例中，可以采用适当的构建所述 电极的方法。文中描述的复合尖端电极可以构成能够在各种临床应用的治疗当中使用的用 于提供聚焦消融的手术仪器的部分，例如，所述应用可以是提供消融治疗，以治疗心室性心 搏过速(VT);在这种情况下按照单极样式采用所述尖端电极，并且用于电流返回路径的地 电极可以是置于患者体表上的表面分块电极，甚至可以是处于一个或多个不同医疗装置上 的一个或多个电极。
[0102] 图19是说明根据实施例的使用医疗装置的方法200的流程图。如图所示，方法200 包括在201中将导管插入到身体内，从而将电极的外表面设置为抵靠目标组织。所述电极包 括第一电极部分和第二电极部分。第一电极部分和第二电极部分共同形成了外表面。所述 第二电极部分包括所述外表面的边缘部分。所述电极可以是如图所示并且如文中所述的电 极中的任何电极。
[0103] 在202中，经由电引线向第一电极部分和第二电极部分施加电压，从而从所述外表 面生成电场。将第一电极部分和第二电极部分配置为使外表面中央部分处的峰值电场强度 与外表面边缘部分处的峰值电场强度之比低于1.8左右。在其他实施例中，外表面的中央部 分的峰值电场强度与外表面的边缘部分的峰值电场强度之比低于1.7左右。在其他实施例 中，外表面的中央部分处的峰值电场强度与外表面的边缘部分出的峰值电场强度之比低于 1.5左右。
[0104] 在一些实施例中，应当指出，能够使用文中描述的电极中的任何电极与任何适当 的过程结合使用，以提供电脉冲治疗，从而生成不可逆电穿孔，例如，所述过程可以是发明 名称为"Catheters，Catheter Systems,and Methods for Puncturing Through a Tissue Structure"的国际专利公开文本No.WO 2014/025394中描述的那些过程，通过引用将该文 献全文并入本文。在这样的方法和系统中，可以向耦合至导管的一个或多个电极施加用于 电穿孔的DC电压。在一些实施例中，同时激活导管的所有电极组，而在其他实施例中则可以 针对电压脉冲应用顺次激活电极组。可以通过足以引起不可逆电穿孔的简短脉冲向电极施 加 DC电压。施加至电极的DC电压可以处于0.5kV到10kV的范围内，更优选地处于lkV到4kV的 范围内，从而在将要消融的组织内有效地获得适当的阈值电场。所述DC电压脉冲导致了在 对应激活电极组中的阳极电极和阴极电极之间流动的电流，其中，所述电流从阳极流经居 间组织并通过阴极电极返回。
[0105] 每个不可逆电穿孔矩形电压脉冲的持续时间可以处于大约1纳秒到大约10毫秒的 范围内。在其他实施例中，所述范围可以处于10微秒到大约1毫秒之间，和/或处于从大约50 微秒到大约300微秒的范围内。脉冲串的相继脉冲之间的时间间隔可以处于大约10微秒到 大约1毫秒的范围内，处于大约50微秒到大约300微妙的范围内，或者处于任何其他适当范 围内。在单个脉冲串中施加的脉冲的个数(其中，各个脉冲之间的延迟处于刚刚提及的范围 内）可以处于大约1到大约100的范围内，在一些实施例中，处于1到10的范围内。在一些实施 例中，可以通过用户控制的开关或按钮来驱动脉冲串，在一个实施例中，所述开关或按钮优 选安装在手提操纵杆式装置上，在备选实施例中，所述开关或按钮可以具有计算机鼠标或 其他接口或脚踏开关的形式。实际上，本领域技术人员能够实施各种各样的此类触发方案， 只要方便具体应用并且不背离文中描述的实施例的范围即可。在一种操作模式中，可以在 每次按下这样的控制按钮时生成脉冲串，在备选操作模式中，可以重复生成脉冲串，只要用 户施用(engage)用户控制开关或按钮即可。
[0106] 文中描述的实施例和装置可以由一种或多种生物相容材料形成或构建而成。适当 的生物相容材料的例子包括金属、玻璃、陶瓷或聚合物。适当金属的例子包括不锈钢、金、 钛、铂、银、钯、铜、镍和/或其合金。聚合物材料可以是可生物降解的或者不可生物降解的。 适当可生物降解的聚合物的例子包括聚交酯、聚甘醇酸、乳酸羟基乙酸(PLGA)、聚酐、聚原 酸酯、聚醚酯、聚已酸丙酯、聚酰胺酯、聚丁酸、聚戊酸、聚氨酯和/或它们的混合物及共聚 物。不可生物降解的聚合物的例子包括尼龙、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、乙烯醋酸乙烯酯 的聚合物以及其他酰基置换醋酸纤维素、不可降解聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、 聚（乙烯基咪唑）、氯磺酸聚烯烃、聚环氧乙烷和/或它们的混合物和共聚物。
[0107] 文中描述的任何第一电极部分或第二电极部分均可由任何具有适当范围的电导 率的适当材料构建而成。例如，文中描述的任何电极部分均可由银、钯、不锈钢、钛、铂、镍以 及它们的任何合金构建而成。
[0108] 可以采用任何适当过程构建文中描述的电极。在一些实施例中，将具有选定电导 率的电极材料以适当厚度的层的形式电镀、涂覆和/或施加到不同衬底材料的上面。在其他 实施例中，可以采用退火、焊接、熔焊、压接和/或层压将各个电极部分耦接到一起，以确保 所有界面处的良好电接触。
[0109] 可以将文中描述的实施例中的任何实施例与任何适当装置、导管和/或系统结合 使用。这样的装置、导管或系统可以包括发明名称为"Catheters，Catheter Systems，and Methods for Puncturing Through a Tissue Structure" 的国际专利公开文本No .WO 2014/025394中描述的任何装置、导管或系统，通过引用将该文献全文并入本文。相应地，可 以根据将采用这样的电极的设备，针对各种过程和/或用途改变本发明的电极设计。
[0110]尽管将各种实施例描述为具有特定的特征和/或部件组合，但是其他具有来自上 文讨论的任何实施例的任何特征和/或部件的组合的实施例也是可能的。尽管上文描述的 方法和/或示意图指示某些事件和/或流程模式是按照某一顺序发生的，但是可以修改某些 事件和/或流程模式的顺序。此外，可以在可能的情况下按照并行处理同时执行某些事件， 也可以顺次执行某些事件。尽管已经对所述实施例给出了具体图示和描述，但是应当理解， 可以做出各种形式和细节上的变化。
[0111] 例如，尽管将上文描述的电极图示和描述为用于生成不可逆电穿孔，但是在其他 实施例中，可以将文中描述的电极和装置与任何适当的过程结合使用。
[0112] 尽管文中将所述电极描述为具有具体形状(例如，如图3A和3B所示的环形电极或 者如图10A-10C所示的基本为平面的电极），但是在其他实施例中，文中图示和描述的电极 中的任何电极都可以具有任何适当的形状和/或尺寸。
[0113] 尽管将各种实施例描述为具有特定的特征和/或部件组合，但是其他具有来自上 文讨论的任何实施例的任何特征和/或部件的组合的实施例也是可能的。
[0114]例如，可以在文中图示和描述的电极中的任何电极当中使用联系电极230(图3B) 图示和描述的电引线和连接。作为另一个例子，可以在文中图示和描述的电极中的任何电 极当中采用联系电极52(图5)图示和描述的几何比例。作为另一个例子，可以在文中图示和 描述的电极中的任何电极当中采用联系电极230(图3B)图示和描述的电极部分之间的锥形 接头。
【主权项】
1. 一种设备，包括： 包括第一电极部分和第二电极部分的电极，第一电极部分和第二电极部分共同形成了 外表面，在向所述电极施加电压时由所述外表面生成电场， 第一电极部分由具有第一电导率的第一材料构建而成，第二电极部分不同于第一电极 部分并且由第二材料构建而成，第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。2. 根据权利要求1所述的设备，其中： 所述电极是环形电极;并且 所述外表面是具有恒定外径的圆柱面。3. 根据权利要求1所述的设备，其中，第二电极部分包括所述外表面的边缘。4. 根据权利要求1所述的设备，其中，第二电极部分包围第一电极部分，并且形成了所 述外表面的边界。5. 根据权利要求1所述的设备，其中： 所述电极是被配置为耦合至导管杆的环形电极； 所述外表面是环形电极的圆柱面;并且 第二电极部分形成了环形电极的端面的至少部分，所述端面被配置为耦合至导管杆。6. 根据权利要求1所述的设备，其中： 所述电极是环形电极； 所述外表面是环形电极的圆柱面，所述圆柱面具有沿中心线的总长度，所述圆柱面是 围绕所述中心线界定的;并且 第一电极部分形成了所述外表面的部分，该部分具有至少为所述总长度的0.75倍的长 度。7. 根据权利要求1所述的设备，其中： 所述电极是环形电极； 所述外表面是所述环形电极的圆柱面； 第二电极部分形成了环形电极的第一端面的至少部分;并且 所述电极包括第三电极部分，所述第三电极部分形成了所述圆柱面的部分以及环形电 极的第二端面的至少部分。8. 根据权利要求1所述的设备，其中，第一电导率和第二电导率之比至少为四。9. 根据权利要求1所述的设备，其中，第一材料是铂或银中的任何一个，第二材料为不 锈钢。10. 根据权利要求1所述的设备，还包括： 耦合至所述电极的电引线，从而在通过所述电引线向所述电极施加电压时，电流在第 一电极部分和第二电极部分的每个当中流动以生成电场。11. 根据权利要求1所述的设备，其中： 所述外表面的第一部分是由所述电极的第一部分形成的;并且 所述外表面的第二部分是由所述电极的第二部分形成的，所述外表面的第一部分从所 述外表面的第二部分下陷。12. 根据权利要求1所述的设备，其中，第一电极部分或第二电极部分的至少一个包括 柔性线圈。13. -种设备，包括： 被配置为耦合至导管杆的环形电极，所述环形电极包括第一电极部分和第二电极部 分，第一电极部分和第二电极部分共同形成了圆柱形外表面，在向所述电极施加电压时，将 从所述圆柱形外表面生成电场，第二电极部分形成了被配置为耦合至导管杆的端面的至少 部分， 第一电极部分由具有第一电导率的第一材料构建而成，第二电极部分由第二材料构建 而成，第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。14. 根据权利要求13所述的设备，其中，第二电极部分形成了所述端面和所述圆柱形外 表面之间的过渡表面。15. 根据权利要求13所述的设备，其中： 所述圆柱形外表面具有沿中心线的总长度，所述圆柱形表面是围绕所述中心线界定 的;并且 第一电极部分形成了所述外表面的部分，该部分具有至少为所述总长度的0.75倍的长 度。16. 根据权利要求15所述的设备，其中，第一电极部分形成了长度不少于所述总长度的 圆柱形内表面。17. 根据权利要求13所述的设备，其中， 所述端面是环形电极的第一端面;并且 所述电极包括第三电极部分，所述第三电极部分形成了所述圆柱外表面的部分以及所 述环形电极的第二端面的至少部分。18. 根据权利要求13所述的设备，其中，第一电导率和第二电导率之比至少为四。19. 根据权利要求13所述的设备，还包括： 耦合至所述环形电极的电引线，从而在通过所述电引线向所述电极施加电压时，电流 在第一电极部分和第二电极部分的每个当中流动以生成电场。20. 根据权利要求13所述的设备，其中，第一电极部分或第二电极部分的至少一个包括 柔性线圈。21. -种设备，包括： 被配置为耦合至导管杆的电极，所述电极包括第一电极部分和第二电极部分，在向所 述电极施加电压时，将从所述第一电极部分和第二电极部分生成电场，至少所述第一电极 部分和第二电极部分共同形成了外表面，所述第一电极部分或第二电极部分的至少一个包 括柔性线圈， 所述第一电极部分由具有第一电导率的第一材料构建而成，第二电极部分由第二材料 构建而成，所述第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。22. 根据权利要求21所述的设备，其中 所述电极是环形电极;并且 所述外表面是具有恒定外径的圆柱面。23. 根据权利要求21所述的设备，其中所述第二电极部分包括所述外表面的边缘。24. 根据权利要求21所述的设备，其中： 所述电极包括由第二材料构建而成的第三电极部分，第一电极部分、第二电极部分和 第三电极部分共同形成了所述外表面，第一电极部分设置在第二电极部分和第三电极部分 之间，从而使第二电极部分界定所述外表面的第一边缘，且使第三电极部分界定所述外表 面的第二边缘。25. 根据权利要求21所述的设备，其中，第一电导率和第二电导率之比至少为四。26. 根据权利要求21所述的设备，其中，所述外表面具有沿电极的纵轴的总长度;并且 第一电极部分形成了所述外表面的部分，该部分具有至少为所述总长度的0.75倍的长 度。27. 根据权利要求21所述的设备，还包括： 耦合至所述电极的电引线，从而在通过所述电引线向所述电极施加电压时，电流在第 一电极部分和第二电极部分的每个当中流动以生成电场。28. -种设备，包括： 包括第一电极部分和第二电极部分的电极，第一电极部分具有第一表面，第二电极部 分具有第二表面，第一表面从第二表面下陷，第一表面和第二表面共同形成了外表面，在向 所述电极施加电压时由所述外表面生成电场， 第一电极部分由具有第一电导率的第一材料构建而成，第二电极部分由第二材料构建 而成，第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。29. 根据权利要求28所述的设备，其中，第一电导率和第二电导率之比至少为三。30. 根据权利要求28所述的设备，还包括： 耦合至所述电极的电引线，从而在通过所述电引线向所述电极施加电压时，电流在第 一电极部分和第二电极部分的每个当中流动以生成电场，所述电引线具有绝缘层，所述绝 缘层的厚度和介电强度能够承受住至少500伏的电压。31. 根据权利要求28所述的设备，其中，第二电极部分包括所述外表面的边缘。32. 根据权利要求28所述的设备，其中： 所述电极是被配置为耦合至导管杆的环形电极； 所述外表面是所述环形电极的圆柱面;并且 第二电极部分形成环形电极的端面的至少部分，所述端面被配置为耦合至所述导管 杆。33. 根据权利要求28所述的设备，其中，第一材料是铂或银中的任何一个，第二材料为 不锈钢。34. -种设备，包括： 被配置为耦合至医疗装置的电极，所述电极包括第一电极部分和第二电极部分，第一 电极部分和第二电极部分共同形成了外表面，在向所述电极施加电压时将由所述外表面生 成电场， 第一电极部分具有沿医疗装置的纵轴变化的外径，第一电极部分由具有第一电导率的 第一材料构建而成，第二电极部分沿界定所述外径的表面耦合至第一电极部分，第二电极 部分由第二材料构建而成，第二材料具有不同于第一电导率的第二电导率。35. 根据权利要求34所述的设备，还包括： 耦合至所述电极的电引线，从而在通过所述电引线向所述电极施加电压时，电流在第 一电极部分和第二电极部分的每个当中流动以生成电场。36. 一种方法，包括： 将导管插入到体内，从而将电极的外表面设置为抵靠目标组织，所述电极包括第一电 极部分和第二电极部分，所述第一电极部分和第二电极部分共同形成了所述外表面，第二 电极部分包括所述外表面的边缘部分；以及 经由电引线向第一电极部分和第二电极部分施加电压，从而从所述外表面生成电场， 所述第一电极部分和第二电极部分被配置为使外表面的中央部分处的峰值电场强度与外 表面的边缘部分处的峰值电场强度之比小于约1.8。37. 根据权利要求36所述的方法，其中，第一电极部分是由具有第一电导率的第一材料 构建而成的，第二电极部分是由第二材料构建而成的，第二材料具有小于第一电导率的第 二电导率。38. 根据权利要求37所述的方法，其中，第一电导率和第二电导率之比至少为三。
【文档编号】A61N1/04GK105939686SQ201580006848
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月5日
【发明人】S·R·迈克尔森, R·维斯瓦纳萨安, G·朗
【申请人】衣阿华方法股份有限公司