ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКИЙ ЗОНД ДЛЯ ДОСТАВКИ РАДИОЧАСТОТНОЙ И МИКРОВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ
ELECTROSURGICAL PROBE FOR DELIVERY OF RADIO-FREQUENCY AND MICROWAVE ENERGY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к электрохирургическому зонду для доставки радиочастотной и микроволновой энергии в биологическую ткань для удаления целевой ткани. В частности, зонд выполнен с возможностью вставки через канал бронхоскопа или катетера, который может быть введен в легкие, например, для удаления опухолей, поражений или фиброзных опухолей и для лечения астмы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По существу, сложно получить доступ к опухолям легких из-за малых размеров бронхиального дерева, в частности, в периферических областях, где могут образовываться небольшие узелки. Это обусловило использование многих видов лечения, таких как химиотерапия (целевая медицина, противоопухолевые препараты (химиотерапевтические вещества)), лучевая терапия (доставка ионизирующего излучения), хирургия (инвазивная и малоинвазивная), а также радиочастотное/микроволновое удаление. Хирургические процедуры включают пневмонэктомию (удаление одного легкого), лобэктомию (удаление доли органа), циркулярное удаление бронха (вырезание доли легкого вместе с частью прикрепленного к нему бронха), клиновидное вырезание (удаление клиновидной части легких) и сегментэктомию/вырезание сегмента (вырезание конкретного сегмента легкого).
Известно использование излучающих микроволны зондов для лечения различных состояний в легких и других тканях организма. Например, в легких микроволновое излучение может быть использовано для лечения астмы и для удаления опухолей или поражений.
Предлагаемые на рынке устройства для микроволнового удаления предназначены для чрескожного введения. Однако сложно такие устройства расположить при чрескожном введении в движущемся легком, что может привести к осложнениям, таким как пневмоторакс и гемоторакс (соответственно, воздух и кровь внутри плевральной полости).
Использование зонда для доставки энергии в целевую ткань является предпочтительным, поскольку излучающий элемент может быть расположен вблизи целевого участка и, таким образом, большая доля энергии может быть передана в целевой участок и меньшая доля теряется в окружающей здоровой ткани. Это позволяет уменьшить побочные эффекты лечения, а также повысить эффективность.
Желательно обеспечить эффективное лечение рака легких с минимальным применением инвазивных процедур для снижения уровня смертности среди пациентов с раком легких и снижения вероятности возникновения интраоперационных и послеоперационных осложнений. Зонды могут быть вставлены в ткань с применением лапароскопической хирургии, открытого хирургического вмешательства или через каналы в теле, такие как дыхательные пути. Наименее инвазивным способом является использование каналов в теле, которое позволяет уменьшить напряжение пациента при осуществлении процедуры. Для облегчения направления инструмента к целевому участку могут быть использованы катетеры или бронхоскопы, некоторые примеры используемых механизмов приведены в US2009/306644.
В US2014/046174 раскрыт катетер для микроволнового удаления с излучающим участком, который доставляют к целевому участку посредством бронхоскопа через дыхательные пути пациента.
Могут быть использованы различные конструкции излучающих элементов, таких как коаксиальный кабель с излучающим элементом на дальнем конце, согласно US2014/046174, и устройство доставки энергии согласно US2013/324995.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В наиболее общем варианте настоящего изобретения предложена система доставки энергии, с помощью которой можно выполнять удаление на дальнем конце инструмента для бронхоскопии с электромагнитной навигацией (ENB). Системы для бронхоскопии с электромагнитной навигацией выполнены с возможностью осуществления доступа к опухолям, которые недоступны с помощью обычных бронхоскопов, которые как правило используют для маркировки местоположения и биопсии. Например, катетер для бронхоскопии с электромагнитной навигацией обычно перемещают в дыхательные пути с использованием системы визуализации, а затем вводят биопсионный инструмент для проведения биопсии ткани, как только врач определит местоположение тканевого образования, имея высокую степень уверенности в том, что будет проведена биопсия опухолевого узелка или массы.
Выполнение электрохирургической обработки, в частности, удаления ткани, в этой среде является сложным из-за сложности доставки достаточной мощности через узкий диаметр инструмента без косвенных потерь, вызывающих нежелательные эффекты, например, из-за очень сильного нагрева инструмента вдоль его длины.
Потери энергии являются проблемой, поскольку пространство, доступное для передачи энергии, очень мало. Канал типового шнура или катетера инструмента для бронхоскопии с электромагнитной навигацией как правило равен или меньше 2,0 мм.
В настоящем описании представлено множество конфигураций доставки энергии с применением коаксиальной конструкции, например, коаксиального кабеля с дальним излучающим участком, в котором может быть использована комбинация радиочастотного и микроволнового излучения таким образом, чтобы достичь требуемого эффекта удаления, минимизируя или устраняя нежелательные эффекты, вызванные потерями энергии. Таким образом, в настоящем изобретении предложен инструмент для удаления ткани, выполненный с возможностью введения в направляющий катетер устройства для бронхоскопии с электромагнитной навигацией таким образом, что его можно направлять по сложным дыхательным путям внутри легких (т. е. в бронхиальном дереве и бронхиолах).
Инструмент для удаления ткани может содержать коаксиальный кабель и дальний концевой узел, которые имеют максимальный наружный диаметр, равный или меньший 1,9 мм, в идеальном случае 1,6 мм или менее или даже 1,5 мм или менее. Такие геометрические параметры обеспечивают вставку в катетер для бронхоскопии с электромагнитной навигацией после обнаружения узелка или массы для удаления тканевого образования. Возможная процедура может включать: (i) введение катетера для бронхоскопии с электромагнитной навигацией, (ii) взятие биопсионного образца, (iii) немедленная оценка гистологии образца (пока катетер остается на месте) и, (iv) если необходимо лечение, введение антенны для удаления ткани и выполнение удаления. Другая возможная процедура заключается в выполнении удаления при каждом определении узелка, т. е. удаления независимо от того, является ли узелок незлокачественным или злокачественным.
Кроме того, в настоящем документе описано множество профилей доставки радиочастотной/микроволновой энергии, которые могут быть использованы с настоящим изобретением, т. е. которые позволяют минимизировать или устранить потери энергии, при этом обеспечивая достаточную мощность для выполнения удаления ткани. Профили доставки энергии могут быть основаны на определенном импедансе ткани или (например, при отсутствии информации об импедансе ткани) могут содержать заданные (т. е. заранее установленные) модели доставки энергии, например, включающие периоды чередования радиочастотной и микроволновой энергии или их комбинации.
В настоящем описании термин «микроволна» может быть широко использован для обозначения частотного диапазона от 400 МГц до 100 ГГц, но предпочтительно от 1 ГГц до 60 ГГц. Предлагается использовать следующие конкретные значения частоты: 915 МГц, 2,45 ГГц, 3,3 ГГц, 5,8 ГГц, 10 ГГц, 14,5 ГГц и 24 ГГц. Устройство может доставлять энергию на более чем одной из этих микроволновых частот. И наоборот, в настоящем описании термины «радиочастота» или «РЧ» использованы для указания диапазона частот, который по меньшей мере на три порядка ниже, например, до 300 МГц, предпочтительно от 10 кГц до 1 МГц.
Согласно настоящему изобретению предложено электрохирургическое устройство для доставки радиочастотной (РЧ) энергии и микроволновой энергии в легочную ткань, содержащее: генератор для раздельной или одновременной генерации радиочастотной энергии и микроволновой энергии; электрохирургический инструмент, содержащий: коаксиальный кабель, соединенный с генератором и выполненный с возможностью передачи радиочастотной энергии и микроволновой энергии, причем коаксиальный кабель содержит внутренний проводник, наружный проводник и диэлектрический материал, разделяющий внутренний проводник и наружный проводник; и излучающий концевой участок, расположенный на дальнем конце коаксиального кабеля, для приема радиочастотной энергии и микроволновой энергии из коаксиального кабеля, причем излучающий концевой участок содержит первый проводящий элемент, электрически соединенный с внутренним проводником, и второй проводящий элемент, электрически изолированный от внутреннего проводника, причем первый проводящий элемент и второй проводящий элемент выполнены с возможностью их применения в качестве: активного электрода и обратного электрода для доставки радиочастотной энергии в ткань, окружающую излучающий концевой участок, и антенны для излучения микроволновой энергии в виде локализованного микроволнового поля, причем электрохирургический инструмент выполнен с возможностью введения через инструментальный канал управляемого шнура инструмента в бронхоскопе с электромагнитной навигацией. Таким образом, в настоящем изобретении предложен электрохирургический инструмент, размеры которого обеспечивают соответствие с катетером для бронхоскопии с электромагнитной навигацией и который способен доставлять как радиочастотную энергию, так и микроволновую энергию в биологическую ткань. Таким образом, один инструмент может быть использован для доставки требуемого количества энергии с использованием подходящей среды доставки (например, радиочастотной или микроволновой в зависимости от импеданса ткани), которая может обеспечить удаление ткани в областях легкого, в которых проведение лечения с малоинвазивным удалением ранее было невозможно.
Устройство согласно настоящему изобретению может включать бронхоскоп электромагнитный навигационный с управляемым шнуром инструмента для нечрескожного введения в легкие пациента, причем в шнуре инструмента имеется инструментальный канал, проходящий вдоль его длины.
Для обеспечения маневренности и доступа к дальнему концу шнура инструмента коаксиальный кабель и излучающий концевой участок могут иметь максимальный наружный диаметр, равный или меньший 1,9 мм, предпочтительно равный или меньший 1,6 мм.
Компоненты, которые передают микроволновую энергию, могут быть выполнены с возможностью минимизации потерь настолько, насколько это возможно. Например, коаксиальный кабель может быть выполнен таким образом, что он характеризуется потерями 2 дБ/м или менее при передаче микроволновой энергии, например, благодаря соответствующему выбору материалов и геометрических параметров.
Способ доставки энергии от генератора к инструменту также может влиять на эффект потерь. Таким образом, генератор может быть выполнен с возможностью доставки радиочастотной энергии и микроволновой энергии для выполнения удаления ткани на излучающем концевом участке согласно профилю доставки энергии. Профиль доставки энергии может представлять собой структуру данных, которая определяет величину, продолжительность и другие параметры радиочастотной энергии и микроволновой энергии для обеспечения доставки требуемого количества энергии или мощности в ткань или для обеспечения достижения определенного воздействия на ткань (например, удаления в пределах определенного объема).
Профиль доставки энергии может включать начальный интервал, состоящий исключительно из радиочастотной энергии. В начале лечения ткань имеет импеданс, благодаря которому возможно ее радиочастотное нагревание. Начальный объем удаления может быть обеспечен с использованием радиочастотной энергии. Это является предпочтительным, поскольку коаксиальный кабель может характеризоваться незначительными потерями на частотах, соответствующих радиочастотной энергии.
Профиль доставки энергии может включать интервал микроволнового удаления, включающий применение импульсной микроволновой энергии, например, при котором применение микроволновой энергии включает серию интервалов включения, в течение которых доставляют микроволновую энергию, разделенных серией интервалов выключения, в течение которых микроволновую энергию не доставляют. Во время интервалов выключения потери в кабеле незначительны, благодаря чему обеспечено время для рассеивания потерянной энергии (тепла). Радиочастотная энергия может быть доставлена в течение одного или более интервалов выключения для поддержания объема удаления.
Генератор может быть выполнен с возможностью определения импеданса ткани на излучающем концевом участке. Профиль доставки энергии может быть настроен на основании определенного импеданса. Например, профиль доставки энергии может включать первый интервал, включающий исключительно радиочастотную энергию, за которой следует второй интервал, включающий микроволновую энергию. Генератор может быть выполнен с возможностью переключения ко второму интервалу профиля, если определено, что импеданс ткани превысил заданное пороговое значение. Однако контроль импеданса ткани может не понадобиться. Профиль доставки энергии может иметь фиксированные параметры, например, продолжительность, уровень мощности и т. д.
Профиль доставки энергии может включать интервал, соответствующий доставке микроволновой энергии, причем генератор выполнен с возможностью модулирования микроволновой энергии на частоте, соответствующей радиочастотной энергии. Это может позволить уменьшить эффект потерь в кабеле, и в то же время обеспечить эффект удаления на дальнем конце устройства.
Первый проводящий элемент может соответствовать длине внутреннего проводника, который проходит за дальний конец наружного проводника, причем первый проводящий элемент окружен вдоль его длины диэлектрическим материалом. Эта конструкция образует дипольную антенну для передачи микроволновой энергии. Второй проводящий элемент может представлять собой дальний конец наружного проводника и может образовывать обратный электрод для передачи радиочастотной энергии.
Первый проводящий элемент и второй проводящий элемент могут образовывать одно или более кольцевых излучающих щелевых отверстий на излучающем концевом участке. Каждое щелевое отверстие может представлять собой полосу с удаленным наружным проводником, на которой открыт диэлектрический материал. Наружный проводник может быть удален по всей или части окружности. Для обеспечения требуемого сферического объема удаления, предпочтительно, чтобы щелевое отверстие было выполнено вокруг всей окружности.
В одном примере первый проводящий элемент и второй проводящий элемент могут образовывать множество кольцевых излучающих щелевых отверстий на излучающем концевом участке, причем множество излучающих щелевых отверстий включает ближнее щелевое отверстие, имеющее длину около одной десятой длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале, дальнее щелевое отверстие, имеющее длину около одной десятой длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале, и промежуточное щелевое отверстие между ближним щелевым отверстием и дальним щелевым отверстием, причем промежуточное щелевое отверстие имеет длину около четверти длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале. Могут быть использованы другие конфигурации щелевых отверстий.
Излучающее щелевое отверстие может быть использовано в сочетании с дипольным излучателем. Например, первый проводящий элемент может проходить за дальний конец второй проводящей части в дальней области излучающего концевого участка. В качестве альтернативы первый проводящий элемент и второй проводящий элемент могут выступать за дальний край щелевого отверстия до дальней поверхности излучающего концевого участка.
Первый проводящий элемент может быть открыт на дальней поверхности излучающего концевого участка, например, для образования активного электрода и/или для образования излучающей конструкции с дальним краем второго проводящего элемента.
Инструмент может содержать пару элементов захватного устройства, которые могут быть открыты и закрыты для набирания биопсионного образца. Первый проводящий элемент и второй проводящий элемент могут быть включены, например, в качестве составной части пары элементов захватного устройства, или установлены на ней.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 представлено схематическое изображение системы для удаления легких, используемой с устройством электромагнитной навигационной бронхоскопии, которая представляет собой один вариант осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 2 представлено схематическое изображение разреза шнура инструмента для бронхоскопии, который может быть использован с настоящим изобретением;
На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе инструмента для удаления, пригодного для использования в настоящем изобретении;
На фиг. 4 представлена схема, изображающая смоделированную потерю мощности в инструменте, показанном на фиг. 3;
На фиг. 5 представлен вид в поперечном разрезе другого инструмента для удаления, пригодного для использования в настоящем изобретении;
На фиг. 6 представлен вид в поперечном разрезе другого инструмента для удаления, пригодного для использования в настоящем изобретении;
На фиг. 7 представлен вид в поперечном разрезе другого инструмента для удаления, пригодного для использования в настоящем изобретении;
На фиг. 8А представлен вид в поперечном разрезе комбинированного инструмента для биопсии и удаления, пригодного для использования в настоящем изобретении, когда он находится в закрытом/убранном положении; и
На фиг. 8В представлен вид в поперечном разрезе инструмента, показанного на фиг. 8A, в открытом/выдвинутом положении.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 представлено схематическое изображение полной электрохирургической системы 100, способной подавать микроволновую энергию и текучую среду, например, охлаждающую текучую среду, к дальнему концу инвазивного электрохирургического инструмента. Система 100 содержит генератор 102 для управляемой подачи радиочастотной (РЧ) и микроволновой энергии. Генератор, подходящий для этой цели, описан в WO 2012/076844, который включен в настоящее описание посредством ссылки. Генератор может быть выполнен с возможностью контроля отраженных сигналов, принятых обратно от инструмента, для определения подходящего уровня доставляемой мощности. Например, генератор может быть выполнен с возможностью вычисления импеданса, определяемого на дальнем конце инструмента, для определения оптимального уровня доставляемой мощности. Генератор может быть выполнен с возможностью подачи энергии в виде последовательности импульсов, которые модулируют в соответствии с циклом дыхания пациента. Это позволит обеспечить подачу энергии, когда из легких выпущен воздух.
Генератор 102 соединен с интерфейсным соединением 106 с помощью интерфейсного кабеля 104. Интерфейсное соединение 106 также выполнено с возможностью приема подачи 107 текучей среды от устройства 108 подачи текучей среды, такого как шприц. При необходимости интерфейсное соединение 106 может содержать механизм для управления инструментом, которым можно управлять, сдвигая пусковой элемент 110, например, для управления продольным (назад и вперед) перемещением одного или более проводов цепи управления или толкающих стержней (не показаны). Если имеется множество проводов цепи управления, для обеспечения полного управления может быть применено множество сдвижных пусковых элементов на интерфейсном соединении. Функция интерфейсного соединения 106 заключается в объединении входов от генератора 102, устройства 108 доставки текучей среды и механизма для управления инструментом в единый гибкий вал 112, который проходит от дальнего конца интерфейсного соединения 106.
Гибкий вал 112 может быть вставлен по всей длине инструментального (рабочего) канала бронхоскопа 114, который согласно настоящему изобретению предпочтительно является частью системы для бронхоскопии с электромагнитной навигацией (ENB), например, такой как навигационная система Covidien's superDimension.
Бронхоскоп 114 содержит корпус 116, имеющий множество входных отверстий и выходное отверстие, из которого выходит шнур 120 инструмента. Шнур 120 инструмента содержит наружную оболочку, которая окружает множество внутренних каналов. По множеству внутренних каналов передают различные излучения из корпуса 116 в дальний конец шнура 120 инструмента. Один из множества внутренних каналов представляет собой инструментальный канал, рассмотренный выше. Другие внутренние каналы могут включать канал для передачи оптического излучения, например, для обеспечения освещения на дальнем конце или для получения изображений с дальнего конца. Корпус 116 может содержать окулярную часть 122 для наблюдения за дальним концом. Для обеспечения освещения на дальнем конце источник 124 света (например, светодиод или т. п.) может быть соединен с корпусом 116 посредством входного отверстия 126 для освещения.
Гибкий вал 112 содержит дальний узел 118 (показан не в масштабе на фиг. 1), который имеет форму, позволяющую ему проходить через инструментальный канал бронхоскопа 114 и выступать (например, внутри пациента) на дальнем конце трубки бронхоскопа. Дальний концевой узел включает активную концевую часть для подачи радиочастотной и/или микроволновой энергии в биологическую ткань.
Описанная ниже конструкция дальнего узла 118 может быть, в частности, выполнена с возможностью использования с системой для бронхоскопии с электромагнитной навигацией, причем максимальный наружный диаметр дальнего узла 118 равен или меньше 2,0 мм, например, меньше 1,9 мм (и более предпочтительно меньше 1,5 мм), а длина гибкого вала может быть равной или большей 1,2 м.
Корпус 116 содержит входное отверстие 128 подвода мощности для соединения с гибким валом, который содержит коаксиальный кабель (например, обычный коаксиальный кабель), способный передавать радиочастотную и микроволновую энергию от генератора 102 к дальнему узлу 118. Коаксиальные кабели, которые физически способны обеспечивать инструментальный канал устройства для бронхоскопии с электромагнитной навигацией, доступны со следующими наружными диаметрами: 1,19 мм (0,047 дюйма), 1,35 мм (0,053 дюйма), 1,40 мм (0,055 дюйма), 1,60 мм (0,063 дюйма), 1,78 мм (0,070 дюйма). Также могут быть использованы коаксиальные кабели со специальными размерами (т. е. изготовленные на заказ).
Как обсуждалось выше, желательно обеспечить возможность управления положением по меньшей мере дальнего конца шнура 120 инструмента. Корпус 116 может содержать исполнительный механизм 130 управления, который механически соединен с дальним концом шнура 120 инструмента посредством одного или более проводов цепи управления (не показаны), которые проходят через шнур 120 инструмента. Провода цепи управления могут перемещаться внутри инструментального канала или в пределах их собственных выделенных каналов. Исполнительный механизм 130 управления может представлять собой рычаг, поворотную ручку или любое другое известное устройство для выполнения манипуляций с катетером. Манипуляции со шнуром 120 инструмента могут осуществлять с помощью программного обеспечения, например, используя виртуальную трехмерную карту, собранную из изображений компьютерной томографии (КТ).
На фиг. 2 показан вид вниз по оси шнура 120 инструмента. В этом варианте осуществления внутри шнура 120 инструмента имеется четыре внутренних канала. Самым большим внутренним каналом является инструментальный канал 132. Другие внутренние каналы включают канал 134 камеры и пару каналов 136 освещения, но настоящее изобретение не ограничено этой конфигурацией. Например, могут быть применены другие внутренние каналы, например, для проводов цепи управления или же для подачи или всасывания текучей среды.
В настоящем изобретении предложен инструмент, который способен выполнять удаление ткани на дальнем конце катетера системы для бронхоскопии с электромагнитной навигацией. Для уменьшения побочных эффектов и достижения максимальной эффективности инструмента передающую антенну следует располагать как можно ближе к целевой ткани. В идеальном случае излучающая часть инструмента во время лечения находится внутри (например, в центре) опухоли. Чтобы достичь целевого места в легких, инструмент необходимо будет направлять по дыхательным путям и
вокруг препятствий, таких как голосовые связки. Это означает, что в идеальном случае инструмент будет гибким и будет иметь небольшое поперечное сечение. В частности, инструмент должен быть очень гибким вблизи антенны, где его необходимо направлять вдоль бронхиол, которые могут быть узкими и извилистыми. Размер антенной части инструмента также по возможности необходимо уменьшить для обеспечения надлежащего функционирования антенны в небольших пространствах и увеличить гибкость инструмента с жесткими компонентами антенны.
Ниже приведено описание нескольких конфигураций антенн, которые пригодны для использования в описанном дальнем узле 118. Также описаны несколько профилей доставки энергии. Следует понимать, что любой из профилей доставки энергии может быть использован с антенной любой конструкции и что все возможные комбинации следует понимать как раскрытые.
В нижеследующем описании, если не указано иное, длина компонента представляет собой его размер в направлении, параллельном продольной оси коаксиального кабеля/шнура инструмента.
На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе дальнего конца электрохирургического инструмента 200, который используют в качестве излучателя в дальнем узле 118 в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Электрохирургический инструмент 200 содержит коаксиальный кабель 202, который соединен на своем ближнем конце с электрохирургическим генератором (не показан) для передачи радиочастотной (РЧ) и микроволновой энергии. Коаксиальный кабель 202 содержит внутренний проводник 206, который отделен от наружного проводника 208 первым диэлектрическим материалом 210. Коаксиальный кабель 202 предпочтительно характеризуется низкими потерями микроволновой энергии. Дроссель (не показан) может быть предусмотрен на коаксиальном кабеле, чтобы не допустить обратного распространения микроволновой энергии, отраженной от дальнего конца, и, следовательно, ограничить нагрев в обратном направлении вдоль устройства.
На дальнем конце устройство может содержать датчик температуры. Например, согласно фиг. 3 термопара 230 установлена на наружный проводник для передачи сигнала обратно на ближний конец для указания температуры на дальнем конце инструмента.
Могут быть применены другие способы контроля температуры. Например, одна или более микромеханических конструкций, физическая конфигурация которых чувствительна к температуре, могут быть установлены в дальней части устройства, например, в или на наружной оболочке, описанной ниже. Эти конструкции могут быть сопряжены с оптическим волокном, в результате чего изменения отраженного сигнала, вызванные движением конструкции, могут указывать на изменения температуры.
Коаксиальный кабель 202 заканчивается на своем дальнем конце участком 204 излучающей концевой части. В этом варианте осуществления участок 204 излучающей концевой части содержит дальний проводящий участок 212 внутреннего проводника 206, который проходит перед дальним концом 209 наружного проводника 208. Дальний проводящий участок 212 окружен на своем дальнем конце диэлектрической концевой частью 214, образованной из второго диэлектрического материала, который может быть таким же как первый диэлектрический материал 210 или отличным от него. Длина диэлектрической концевой части 214 является меньшей, чем длина дальнего проводящего участка 212.
Коаксиальный кабель 202 и участок 204 излучающей концевой части могут содержать биосовместимую наружную оболочку (не показана), образованную поверх их самых верхних поверхностей. Наружная оболочка 218 может быть образована из биосовместимого материала.
Диэлектрическая концевая часть 214 может иметь любую подходящую форму в дальней части, например, любую из куполообразной, цилиндрической, конической и т. д. формы. Удобообтекаемая куполообразная форма может быть предпочтительной, поскольку она увеличивает подвижность антенны вследствие того, что она способна проходить через небольшие каналы.
На фиг. 4 показано продольное сечение смоделированного распределения поглощения антенны, имеющей конфигурацию, показанную на фиг. 3.
Во время лечения окружающая ткань поглощает излучаемую энергию. Объем ткани, в которую подается энергия, зависит от частоты микроволновой энергии.
На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе дальнего конца электрохирургического инструмента 220, который используют в качестве излучателя в дальнем узле 118 в другом варианте осуществления настоящего изобретения. Признаки, которые также показаны на фиг. 3, имеют такие же ссылочные позиции и не описаны повторно.
На фиг. 5 участок 204 излучающей концевой части содержит антенну с тремя щелевыми отверстиями, образованную путем удаления наружного проводника 208 из трех кольцевых областей 222, 224, 226, чтобы оставить открытыми три секции диэлектрика. Три кольцевые области (также называемые в настоящем описании «щелевыми отверстиями») 222, 224, 226 разделены короткими коаксиальными участками 228, 232. Самое дальнее щелевое отверстие 226 расположено на некотором расстоянии от дальнего конца инструмента 220, в результате чего инструмент заканчивается коаксиальным участком 234. Ближнее щелевое отверстие 222 и дальнее щелевое отверстие 226 имеют длину, по существу равную одной десятой длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале 214. Среднее щелевое отверстие 224 имеет длину, по существу равную четверти длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале 214. Пространственный разнос щелевых отверстий, т. е. длина коаксиальных участков 228, 232 и 234, по существу равен четверти длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале 214.
На фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе дальнего конца электрохирургического инструмента 240, который используют в качестве излучателя в дальнем узле 118 в другом варианте осуществления настоящего изобретения. Признаки, которые также показаны на фиг. 3, имеют такие же ссылочные позиции и не описаны повторно.
На фиг. 6 участок 204 излучающей концевой части содержит комбинированную дипольную и щелевую антенну. Это позволяет получить более сферический профиль плотности потерь мощности и уменьшить нагревание в обратном направлении наружной поверхности коаксиального кабеля. Излучающее щелевое отверстие 242 образовано путем удаления наружного проводника 208 из кольцевой области для открытия диэлектрического материала. Щелевое отверстие 242 отделено короткими коаксиальными участками 246 от участка 244 дальней концевой части, в которой также удален наружный проводник. Участок 244 дальней концевой части функционирует так же, как и весь участок 204 излучающей концевой части согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 3.
Щелевое отверстие 242 имеет длину, по существу равную одной десятой длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале 214. Пространственный разнос между щелевым отверстием 242 и участком 244 дальней концевой части (т. е. длина коаксиального участка 246) по существу равен четверти длины волны микроволновой энергии в диэлектрическом материале 214.
На фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе дальнего конца электрохирургического инструмента 250, который используют в качестве излучателя в дальнем узле 118 в другом варианте осуществления настоящего изобретения. Признаки, которые также показаны на фиг. 3, имеют такие же ссылочные позиции и не описаны повторно.
На фиг. 7 участок 204 излучающей концевой части содержит отдельную щелевую антенну и излучающую дальнюю торцевую поверхность. Этой конфигурации соответствует несферический профиль плотности потерь мощности, который демонстрирует, что различные профили плотности потери мощности могут быть обеспечены путем изменения геометрических параметров участка излучающей концевой части.
Согласно фиг. 7 излучающее щелевое отверстие 252 образовано путем удаления наружного проводника 208 из кольцевой области для открытия диэлектрического материала. Щелевое отверстие 252 отделено от дальней торцевой поверхности 256 инструмента короткими коаксиальными участками 254, которые заканчиваются вровень с дальней торцевой поверхностью 256.
Антенна для удаления согласно настоящему изобретению может быть включена в инструмент для биопсии. В случае применения такой комбинации функции отбора образцов и удаления ткани могут быть обеспечены с помощью одного инструмента, что может ускорить процедуру.
На фиг. 8А и 8В показан пример комбинированного инструмента для биопсии и удаления. На фиг. 8А представлено схематическое изображение вида в поперечном разрезе узла 300 дальнего захватного устройства, которое может быть использовано в качестве излучателя в дальнем узле 118 согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Узел 300 дальнего захватного устройства выступает из дальнего конца шнура 120 инструмента. Коаксиальный кабель 304, передаваемый посредством шнура 120 инструмента, содержит внутренний проводник 306, наружный проводник 308 и диэлектрический материал 310, разделяющий внутренний проводник 306 и наружный проводник 308. На дальнем конце коаксиального кабеля 304 расположена пара элементов 312а, 312b захватного устройства. Элементы из пары элементов 312а, 312b захватного устройства шарнирно соединены друг с другом, например, посредством шарнира 314 на ближнем конце пары элементов 312а, 312b захватного устройства. Элементы из пары элементов 312а, 312b захватного устройства образуют оболочку, которая окружает объем для набирания образца биологической ткани. В этом варианте осуществления оболочка напоминает леденец, но на практике форма оболочки не ограничена конкретным вариантом. Функция поворота пары элементов захватного устройства позволяет разжимать элементы захватного устройства для образования входа в пространство, обращенного к дальнему концу узла захватного устройства (см. фиг. 8В). Каждый из пары элементов 312а, 312b захватного устройства содержит электропроводящую наружную оболочку (например, из металла, такого как медь, серебро, золото или алюминий). В одном примере электропроводящая наружная оболочка выполнена из нержавеющей стали с серебряным или золотым покрытием на ее наружной поверхности. Внутренний слой из нержавеющей стали имеет более низкую теплопроводимость, чем наружное покрытие, что обеспечивает лучший тепловой барьер между внутренним пространством и наружной поверхностью, защищая образец ткани от повреждения из-за нагревания. В варианте осуществления, показанном на фиг. 8А, каждая из пар элементов 312а, 312b захватного устройства содержит тонкий слой теплоизоляции 318. Этот слой может быть выполнен из материала с низкой теплопроводимостью. Например, может быть использован пластмассовый материал, такой как полистирол. Слой теплоизоляции 318 может быть образован (например, присоединен или иным образом прикреплен) на внутренней поверхности соответствующей электропроводящей наружной оболочки. Альтернативно, слой теплоизоляции может быть сначала отформован и иметь образованный на нем слой металлизации или покрытия для обеспечения электропроводящей оболочки. В этом варианте осуществления каждый из пары элементов 312а, 312b захватного устройства образует открытые чашеобразные конструкции, которые расположены напротив друг друга по их открытым краям. Противоположные края каждого из 316 пары элементов 312а, 312b захватного устройства могут иметь зубчатый или пилообразный профиль. Противоположные края 316 выполнены с возможностью сопряжения (т. е. совмещения), когда узел захватного устройства находится в закрытом положении. Вдоль краев может быть образована канавка, благодаря которой поля находятся внутри захватного устройства, т. е. таким образом образуют электромагнитную прокладку или уплотнение для предотвращения попадания микроволновых полей в окружающую ткань, что может привести к нагреванию ткани. Электропроводящие наружные оболочки электрически соединены в закрытом положении. Это означает, что оболочка из проводящего материала может действовать как экранированная камера (клетка Фарадея) для предотвращения возникновения или подавления электрических полей (в частности, микроволнового поля, создаваемого энергией, подаваемой из коаксиального кабеля) в имеющемся внутри замкнутом пространстве, когда узел дальнего захватного устройства закрыт.
Для предотвращения проникновения электрических полей через электропроводящую наружную оболочку пары элементов 312а, 312b захватного устройства электропроводящий материал, который образует эти оболочки, имеет толщину, соответствующую по меньшей мере тройной толщине поверхностного слоя материала при частоте микроволновой энергии, передаваемой по коаксиальному кабелю, в идеальном случае она будет иметь толщину, которая в пять или более раз больше толщины поверхностного слоя.
Электропроводящие наружные оболочки пары элементов 312а, 312b захватного устройства электрически соединены с внутренним проводником 306 коаксиального кабеля 304, например, посредством соединения, которое проходит через шарнир 314.
Узел 300 дальнего захватного устройства также содержит скользящую манжету 320, которая выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно коаксиального кабеля 304 для перевода узла 300 дальнего захватного устройства между закрытым и открытым положениями. Скользящая манжета 320 установлена вокруг коаксиального кабеля 304 и внутри шнура 120 инструмента. В альтернативном варианте осуществления манжета может быть частью самого подающего кабеля, т. е. подающий кабель может быть выполнен с возможностью убирания относительно коаксиального кабеля внутри него. Ближний конец скользящей манжеты соединен с толкающим стержнем 322, который проходит проксимально через шнур инструмента и которым можно управлять с помощью пускового элемента 110, рассмотренного выше.
Наружная манжета 320 содержит наружный электропроводящий слой и внутренний диэлектрический слой 324. Внутренний диэлектрический слой 324 примыкает к наружной поверхности пары элементов 312а, 312b захватного устройства и электрически изолирует их от наружного электропроводящего слоя. Наружный электропроводящий слой электрически соединен с наружным проводником 308 коаксиального кабеля 304 посредством соединительной части 326, которая проходит через внутренний диэлектрический слой 324 в области, пространственно отделенной от пары элементов 312а, 312b захватного устройства.
В этом варианте осуществления элементы из пары элементов 312а, 312b захватного устройства смещают друг относительно друга, например, путем применения пружины в шарнире 314 таким образом, что они прижимаются к скользящей манжете 320. Таким образом, когда скользящая манжета скользит в проксимальном направлении относительно пары элементов 312а, 312b захватного устройства (влево на фиг. 8А), пара элементов 312а, 312b захватного устройства выступает из втулки и открывается для обеспечения доступа к закрытому пространству под действием смещающей силы. Характером перемещения управляют путем обеспечения соответствующего наружного профиля наружных оболочек пары элементов 312а, 312b захватного устройства.
На фиг. 8В представлено схематическое изображение узла дальнего захватного устройства, показанного на фиг. 8А, в открытом положении, т. е. когда манжета 320 сдвинута проксимально для открытия пары элементов 312а, 312b захватного устройства. Таким образом, пару элементов 212а, 212b захватного устройства открывают для приема образца биологической ткани.
При использовании устройство в закрытом положении вставляют в место обработки (экстракции образца). При достижении требуемого местоположения манжета 220 может быть убрана для открытия пары элементов 212а, 212b захватного устройства. Когда открытое захватное устройство расположено вблизи требуемого участка ткани, манжету 320 проталкивают в дистальном направлении над элементами захватного устройства, которые таким образом захватывают и удаляют образец биологической ткани. Противоположные края пары элементов 312а, 312b захватного устройства могут быть заточены для повышения эффективности отрезания. После удаления образца ткани и его закрытия внутри оболочки захватного устройства для коагуляции поверхностного кровотечения, которая возникает после удаления образца, посредством коаксиального кабеля подают микроволновую энергию. Микроволновое поле, излучаемое наружным проводящим слоем манжеты и парой элементов захватного устройства, более подробно обсуждается ниже. Поскольку закрытое захватное устройство действует как клетка Фарадея, а глубина проникновения микроволнового поля пренебрежимо мала по сравнению с толщиной оболочки, образец защищен от микроволнового поля, что позволяет избежать нежелательного воздействия на ткань.
Датчик 328 температуры (например, миниатюрная термопара или
т. п.) может быть установлен внутри закрытого пространства для контроля температуры образца ткани. Датчик 328 температуры может быть подключен к внешнему процессору с помощью провода 330, который может проходить через шарнир 314 и вдоль внутренней стороны подающего кабеля. Датчики температуры также могут быть подключены к наружным элементам захватного устройства или оболочке для измерения температуры ткани при необходимости выполнения микроволновой коагуляции или удаления.
Ранняя диагностика и лечение имеют решающее значение для излечения при раке легких. Описанные выше конфигурации инструмента предназначены для использования с малоинвазивной процедурой бронхоскопии с электромагнитной навигацией для обнаружения и диагностики рака легких на ранней стадии. Однако доставка микроволн посредством столь малого кабеля характеризуется по существу большими потерями энергии. В настоящем изобретении эта проблема решена путем разработки кабеля для доставки энергии (в частности, внутри шнура инструмента), выполненного с возможностью ограничения потерь до 2 дБ/м при доставке микроволновой энергии (например, на частоте 5,8 ГГц).
Кабель для доставки микроволнового излучения к целевому участку должен характеризоваться низкими потерями, иметь небольшое поперечное сечение и быть гибким. Кабель должен характеризоваться низкими потерями для предотвращения его нагревания во время лечения и для обеспечения достаточной мощности на дальнем конце для получения требуемого излучения от антенны.
Предпочтительным типом кабеля является коаксиальный кабель, который состоит из внутреннего проводника, окруженного в осевом направлении диэлектрической оболочкой, которая в свою очередь окружена в осевом направлении наружным проводником. Излучающий элемент антенны, изготовленной из такого кабеля, может состоять из участка внутреннего проводника и диэлектрической оболочки, которая выступает из конца наружного проводника коаксиального кабеля.
Тем не менее, даже в случае применения кабеля с малыми потерями считается, что мощность, доступная для выполнения удаления на дальней антенне, будет ограниченной. Чтобы решить эту проблему и обеспечить повторяемое и стабильное выполнение удаления, описанные выше инструменты могут доставлять комбинацию радиочастотной и микроволновой энергии.
Рассмотренные выше антенны могут быть использованы для первоначальной доставки радиочастотной энергии. Радиочастотная энергия может эффективно удалять ткань при нормальных (т. е. относительно низких) значениях импеданса ткани. Преимущество использования радиочастотной энергии в начале процедуры удаления заключается в том, что неблагоприятные эффекты из-за потерь энергии по существу отсутствуют. РЧ-энергия незначительно нагревает кабель. В этой начальной фазе при низком импедансе ткани описанные выше инструменты могут доставлять радиочастотную энергию для создания сферы удаления вокруг дальней концевой части с зоной удаления радиусом приблизительно 5 мм.
По мере выполнения удаления импеданс ткани повышается и применение радиочастотной энергии становится менее эффективным. На этом этапе для выполнения удаления ткани может быть эффективным применение микроволновой энергии. Соответственно, профиль доставки энергии может включать микроволновую энергию таким образом, что зона удаления может продолжать увеличиваться по мере изменения импеданса ткани. Однако в общем случае используемые в настоящем изобретении профили доставки энергии ориентированы на максимизацию объема удаления, которая может быть достигнута с помощью радиочастотной энергии без потерь, связанных с доставкой микроволновой энергии.
Существует множество способов, в которых профиль доставки энергии может быть адаптирован для возможности применения микроволновой энергии. Однако, поскольку именно микроволновая энергия может вызывать неблагоприятные эффекты из-за потерь, желательно включить микроволновую энергию в профиль доставки энергии таким образом, чтобы минимизировать потери энергии.
В одном примере можно измерять импеданс ткани и включать подачу микроволновой энергии после того, как будет определено, что импеданс ткани превысил некоторое пороговое значение.
Возможно, не понадобится определять импеданс ткани. Например, в некоторых вариантах осуществления радиочастотная и микроволновая энергия могут быть доставлены в соответствии с заданным временным профилем. В простом примере радиочастотная энергия может быть доставлена в течение начального периода (например, от 1 до 5 минут), после которого на определенный период доставляют микроволновую энергию для увеличения размера удаления.
В приведенных выше примерах доставку микроволновой энергии осуществляют таким образом, чтобы уменьшить эффект потери энергии. Например, охлаждающую текучую среду также могут доставлять посредством шнура инструмента или в наружный кожух охлаждения. Альтернативно или дополнительно, энергия микроволн может быть импульсной, т. е. доставляемой в заданных окнах (или периодах включения), разделенных окнами, в которых энергию микроволн не подают (периоды выключения). Наличие периодов выключения обеспечивает некоторое время для восстановления энергии, потеря которой вдоль кабеля происходит вследствие рассеивания. В другом примере микроволновая энергия может быть доставлена при коэффициенте заполнения 9%, например, в течение периода 110 мс, состоящего из интервала включения на 10 мс и 100 мс интервала выключения. Коэффициент заполнения может составлять менее 9%, например, 5%.
Для обеспечения эффекта удаления во время периодов выключения, инструмент может быть выполнен с возможностью доставки радиочастотной энергии во время периодов выключения. Другими словами, доставку радиочастотной и микроволновой энергии могут чередовать. В некоторых вариантах осуществления радиочастотную энергию могут подавать непрерывно, а микроволновую энергию в импульсном режиме.
Микроволновую энергию могут подавать с различными уровнями мощности. Например, один профиль доставки микроволновой энергии может включать начальный период включения в течение 2 секунд при 100 Вт, за которым следует последующий период включения в 100 секунд при 10 Вт. Этот профиль обеспечивает доставку 1200 Дж в систему с нагрузкой в начале. Общая величина доставляемой энергии может влиять на размер зоны удаления. В другом примере 370 Дж может быть доставлено с использованием аналогичного профиля с нагрузкой в начале, например, включающего начальный период включения 5 секунд при 10 Вт, за которым следует период включения на 80 секунд при 4 Вт.
В другом примере микроволновая энергия может быть модулирована с частотой радиочастотной энергии, т. е. амплитуда микроволнового поля может изменяться в зависимости от времени. Это может привести к объединению радиочастотного и микроволнового полей.
Другие варианты снижения потерь и нагрева кабеля могут включать адаптацию физических характеристик инструмента. Например, коаксиальный кабель, используемый для доставки энергии, может быть выполнен таким образом, чтобы он имел характеристический импеданс, который лучше всего подходит для доставки энергии с малыми потерями. Антенна может быть выполнена с возможностью ограничения отраженной мощности или может быть оснащена дросселями для предотвращения возникновения токов в оболочке. Однако такая адаптация не является экономичным способом реализации сокращения потерь энергии.