АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ НЕОБРАТИМОЙ ЭЛЕКТРОПОРАЦИИ ВО ВРЕМЯ РЕФРАКТЕРНОГО ПЕРИОДА СЕРДЦА
AUTOMATIC IRREVERSIBLE ELECTROPORATION DURING THE REFRACTORY PERIOD OF THE HEART

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится по существу к абляции ткани и, в частности, к способам и системам для повышения безопасности пациента при проведении процедур необратимой электропорации.
Предпосылки создания изобретения
В данной области известны различные методики абляции сердечной ткани путем применения импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП).
Например, в патенте США №10,531,914 описан способ абляции ткани путем применения по меньшей мере одной серии импульсов энергии импульсного поля. Способ включает в себя подачу на сердечную ткань серии импульсов энергии, имеющих предварительно заданную частоту.
В патенте США №10,322,286 описана система, включающая в себя генератор импульсных волн и абляционное устройство, соединенное с генератором импульсных волн. Абляционное устройство включает в себя по меньшей мере один электрод, выполненный с возможностью подачи абляционного импульса к ткани во время применения. Генератор импульсов заданной формы выполнен с возможностью подачи импульсов напряжения на абляционное устройство в форме импульса заданной формы.
Изложение сущности изобретения
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, описанном в настоящем документе, предложен способ, включающий введение абляционного катетера в участок абляции в сердце пациента. С помощью катетера получают множество сигналов электрокардиограммы (ЭКГ). Рефрактерный период сердца пациента регистрируют на основании полученных сигналов ЭКГ. Абляция места абляции производится при помощи абляционного катетера в течение регистрируемого рефрактерного периода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения получение множества сигналов ЭКГ включает получение по меньшей мере одного из (i) внутрисердечных (ВС) сигналов ЭКГ на участке абляции и (ii) сигналов ЭКГ на поверхности тела (BS). В других вариантах осуществления изобретения регистрация рефрактерного периода включает указание на синусовый ритм по меньшей мере в одном из полученных сигналов ЭКГ.
В одном варианте осуществления изобретения абляция участка абляции включает применение одного или более импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП), к ткани на участке абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода. В другом варианте осуществления изобретения применение одного или более импульсов, вызывающих НЭП, включает управление генератором импульсов, вызывающих НЭП, и подачу импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в ответ на прием по меньшей мере в одном из полученных сигналов ЭКГ, указывающих на синусовый ритм.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечена система, включающая один или более электродов и процессор. Один или более электродов выполнены с возможностью регистрации множества сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) сердца пациента. Процессор выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца пациента на основании полученных сигналов ЭКГ и контроля абляции в участке абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения электроды включают: (i) по меньшей мере первый электрод, установленный на катетере и выполненный с возможностью регистрировать внутрисердечные (ВС) сигналы ЭКГ на участке абляции, и (ii) вторые электроды, связанные с поверхностью тела пациента и выполненные с возможностью регистрировать сигналы ЭКГ сердца пациента, полученные с поверхности тела (ПТ). В других вариантах осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода на основании по меньшей мере одного из сигналов ЭКГ, которые указывают на импульс синусового ритма. В других вариантах осуществления изобретения система включает в себя генератор импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП), который выполнен с возможностью приложения импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в месте абляции во время регистрируемого рефрактерного периода.
В одном варианте осуществления изобретения генератор импульсов, вызывающих НЭП, выполнен с возможностью применения одного или более биполярных импульсов, вызывающих НЭП, между парой электродов, которые находятся в контакте с тканью на участке абляции. В другом варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из одного или более электродов установлен на катетере и выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного из следующих действий: (i) регистрация внутрисердечных сигналов ЭКГ на участке абляции и (ii) подача одного или более импульсов, вызывающих необратимую электропорацию (НЭП) к ткани на участке абляции.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно предложена система, включающая в себя этапы, на которых: (i) интерфейс, выполненный с возможностью приема множества сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) сердца пациента, и (ii) процессор, выполненный с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца пациента на основании полученных сигналов ЭКГ и контроля абляции на участке абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода.
Краткое описание графических материалов
Настоящее изобретение станет более понятным из следующего подробного описания вариантов осуществления, представленных вместе со следующими графическими материалами, причем
На фиг. 1 представлена схематическая наглядная иллюстрация системы отслеживания положения и необратимой электропорации (НЭП) с использованием катетера в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 2 представлена блок-схема, которая схематически иллюстрирует способ автоматической процедуры НЭП во время рефрактерного периода сердца в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
Общее описание
Необратимую электропорацию (НЭП) можно использовать, например, для лечения аритмии путем абляции клеток ткани с помощью подачи импульсов высокого напряжения. Разрушение клеток происходит, когда трансмембранный потенциал превышает пороговое значение, что приводит к гибели клеток и формированию повреждения. Во время процедур абляции на основе НЭП биполярные электрические импульсы высокого напряжения подаются, например, к паре электродов, находящихся в контакте с тканью, подлежащей абляции, с образованием повреждения между электродами и, таким образом, могут применяться с целью лечения аритмии в сердце пациента.
среди прочего, импульсами электрической активации
Ритм сердца пациента определяется, , инициируемыми синусовым узлом сердца. Таким образом, одновременное применение импульсов, вызывающих НЭП, и импульсов активации может приводить к нарушению сердечного ритма и, следовательно, представлять опасность для пациента.
В вариантах осуществления настоящего изобретения, описанных ниже в настоящем документе, предложены улучшенные методики подачи одного или более импульсов, вызывающих НЭП, в течение рефрактерного периода между импульсами электрической активации синусового узла.
В некоторых вариантах осуществления изобретения врач вводит абляционный катетер в участок абляции, имеющий ткань, предназначенную для абляции, в сердце пациента. Абляционный катетер содержит по меньшей мере пару электродов, которые находятся в контакте с тканью сердца в участке абляции.
Пара электродов (также называемых в настоящем документе первыми электродами) выполнена с возможностью получения внутрисердечных (ВС) сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) на участке абляции сердца пациента, а также с возможностью приложения биполярных импульсов, вызывающих НЭП, к ткани сердца, размещенной между двумя электродами одной пары.
В некоторых вариантах осуществления изобретения второй набор множества электродов соединен, например, с кожей пациента, при этом регистрируют сигналы ЭКГ сердца пациента, полученные с поверхности тела (ПТ).
В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью приема как ВС, так и ПТ сигналов ЭКГ и проверки того, отвечает ли один или более полученных сигналов ЭКГ ритму синусового узла. Процессор выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца пациента и управления генератором импульсов, вызывающих НЭП (IPG - IRE pulse generator), для подачи одного или более импульсов, вызывающих НЭП (посредством по меньшей мере пары первых электродов) к участку абляции в течение регистрируемого рефрактерного периода в ответ на идентификацию одного или более ВС и (или) ПТ сигналов ЭКГ. Следует отметить, что весь описанный выше процесс выполняется автоматически, то есть, без вмешательства врача, однако врач может иметь средства для вмешательства и при необходимости корректировать или прерывать процедуру НЭП.
Описанные методики повышают качество и безопасность абляции ткани путем предотвращения эпизодов подачи импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в то же время, когда синусовый узел применяет импульсы активации, и путем обеспечения воздействия импульсов, вызывающих НЭП, на ткань в месте абляции в рефрактерные периоды. Более того, описанные методики снимают с врача некоторую нагрузку, связанную с выполнением процедуры НЭП, и позволяют ему отслеживать качество процедуры НЭП.
Описание системы
На фиг. 1 представлена схематическая наглядная иллюстрация системы 20 отслеживания положения и необратимой электропорации (НЭП) с использованием катетера в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Следует обратить внимание на вставку 25. В некоторых вариантах осуществления изобретения система 20 содержит гибкую концевую секцию 40, которая установлена на дистальном конце 22a ствола 22 катетера 21 с гибкой концевой секцией 40, содержащей множество электродов 50.
с учетом необходимых изменений
В варианте осуществления, описанном в настоящем документе, электроды 50 выполнены с возможностью регистрации внутрисердечных (ВС) сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) и могут дополнительно применяться для выполнения НЭП ткани левого предсердия сердца 26, такой как процедура НЭП устья 51 легочной вены (ЛВ) в сердце 26. Следует отметить, что методики, описанные в настоящем документе, применимы, , к другим структурам (например, предсердиям или желудочкам) сердца 26 и другим органам пациента 28.
Обратимся снова к общему виду, показанному на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления изобретения проксимальный конец катетера 21 соединен с пультом управления 24 (также для краткости именуемым в настоящем документе пультом управления 24), содержащим источник питания для абляции, в настоящем примере генератор импульса, вызываемого НЭП 45, который выполнен с возможностью подачи пиковой мощности в диапазоне десятков киловатт (кВт). Пульт управления 24 содержит блок 46 переключения, который выполнен с возможностью переключения мощности, которая подается IPG 45 на одну или более выбранных пар электродов 50. Последовательный протокол НЭП может храниться в памяти 48 пульта управления 24.
В некоторых вариантах осуществления изобретения врач 30 вводит дистальный конец 22a ствола 22 через оболочку 23 в сердце 26 пациента 28, лежащего на столе 29. Врач 30 направляет дистальный конец 22а ствола 22 в целевое положение в сердце 26 путем манипулирования стволом 22 с помощью манипулятора 32 возле проксимального конца катетера 21. Во время введения дистального конца 22a гибкая концевая секция 40 удерживается в сжатой конфигурации с помощью оболочки 23. Благодаря тому, что концевая секция 40 находится в выпрямленной конфигурации, оболочка 23 также служит для сведения к минимуму травмы сосудов, когда врач 30 перемещает катетер 21 через сосудистую сеть пациента 28 в целевое местоположение, такое как участок абляции, в сердце 26.
Как только дистальный конец 22a ствола 22 достигает места абляции, врач 30 втягивает оболочку 23 и сгибает концевую секцию 40, при этом врач дополнительно манипулирует стволом 22 для размещения электродов 50, расположенных поверх гибкой секции 40, в контакте с устьем 51 легочной вены в месте абляции. В настоящем примере участок абляции содержит одну или более ЛВ сердца 26, но в других вариантах осуществления изобретения врач 30 может выбрать любой другой подходящий участок абляции.
В некоторых вариантах осуществления изобретения электроды 50 соединены проводами, проходящими через ствол 22 к процессору 41, который выполнен с возможностью управления распределительной коробкой 46 интерфейсных цепей 44 в пульте управления 24.
Как дополнительно показано на вставке 25, дистальный конец 22а содержит датчик положения 39 системы определения положения, который соединен с дистальным концом 22а, например, на концевой секции 40. В настоящем примере датчик положения 39 содержит магнитный датчик положения, но в других вариантах осуществления изобретения может использоваться любой другой подходящий тип датчика положения (например, отличный от магнитного поля). Во время навигации дистального конца 22a в сердце 26 процессор 41 принимает сигналы от магнитного датчика 39 в ответ на магнитные поля от внешних генераторов поля 36, например, с целью определения положения концевой секции 40 в сердце 26 и необязательно для представления отслеживаемого положения, наложенного на изображение сердца 26, на дисплее 27 пульта управления 24. Генераторы магнитного поля 36 размещены в известных положениях вне тела пациента 28, например, под столом 29. Пульт 24 управления также содержит схему 34 запуска, выполненную с возможностью приведения в действие генераторов 36 магнитного поля.
TM
Данный способ определения положения с использованием внешних магнитных полей реализуют в различных сферах медицины, например, в системе CARTO производства компании «Биосенс-Вебстер Инк.» (Biosense-Webster Inc.) (Ирвайн, штат Калифорния), и подробно описан в патентах США №№5,391,199, 6,690,963, 6,484,118, 6,239,724, 6,618,612 и 6,332,089, в опубликованном патенте согласно PCT WO 96/05768 и в опубликованных заявках на патент США №№2002/0065455 A1, 2003/0120150 A1 и 2004/0068178 A1, описания которых полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.
Как правило, процессор 41 пульта управления 24 представляет собой компьютер общего назначения с подходящим пользовательским интерфейсом и интерфейсными цепями 44 для приема сигналов от катетера 21, а также для приложения энергии абляции посредством катетера 21 в левом предсердии сердца 26 и для управления другими компонентами системы 20. Процессор 41, как правило, содержит программное обеспечение в памяти 48 системы 20, которое запрограммировано для выполнения функций, описанных в настоящем документе. Программное обеспечение может быть загружено на компьютер в электронном виде, например передано по сети, или в альтернативном или дополнительном варианте осуществления может быть обеспечено и/или может храниться на материальном носителе для долговременного хранения информации, таком как магнитная, оптическая или электронная память.
Выполнение необратимой электропорации в период рефрактерного периода сердца
Необратимая электропорация (НЭП), также называемая абляцией импульсного поля (PFA - Pulsed Field Ablation), может применяться в качестве минимально инвазивного терапевтического метода для уничтожения клеток ткани на участке абляции путем подачи высоковольтных импульсов к ткани. В настоящем варианте импульсы, вызывающие НЭП, можно использовать для уничтожения клеток миокардиальной ткани для лечения сердечной аритмии в сердце 26. Разрушение клеток происходит, когда трансмембранный потенциал превышает пороговое значение, что приводит к гибели клеток и, таким образом, к развитию поражения ткани. Следовательно, особый интерес представляет применение биполярных электрических импульсов высокого напряжения, например, применение пары электродов 50, контактирующих с тканью на участке абляции, для генерирования сильных электрических полей (например, сильнее определенного порога) для уничтожения клеток ткани, расположенных между электродами.
В контексте данного описания «биполярный» импульс напряжения означает импульс напряжения, приложенный между двумя электродами 50 катетера 21 (в противоположность, например, однополярным импульсам, прилагаемым, например, во время радиочастотной абляции при помощи катетерного электрода относительно какого-либо общего заземляющего электрода, не размещенного на катетере).
Для выполнения НЭП в относительно большой области ткани сердца 26, такой как окружность устья легочной вены (ЛВ) или любого другого приемлемого органа, необходимо использовать множество пар электродов 50 катетера 21, имеющих множество электродов 50 в гибкой концевой секции 40. Для получения как можно более равномерного генерируемого электрического поля в большой области ткани лучше всего выбирать пары электродов 50 с перекрывающимися полями или, по меньшей мере, полями, смежными друг с другом. Однако существует компонент джоульной теплоты, которая возникает в полях, генерируемых НЭП, и эта теплота может повредить электроды, когда множество пар электродов 50 постоянно применяют для подачи последовательности импульсов, вызывающих НЭП.
В одном варианте осуществления изобретения система 20 содержит поверхностные электроды 38, показанные в примере на фиг. 1, прикрепленные проводами, проходящими по кабелю 37, к груди и плечу пациента 28. В некоторых вариантах осуществления изобретения поверхностные электроды 38 выполнены с возможностью восприятия сигналов ЭКГ поверхности тела (ПТ) в ответ на удары сердца 26. ПТ сигналы ЭКГ можно получать с использованием контактных площадок, прикрепленных к поверхности тела, или любой другой приемлемой методики. Любая пара электродов 38 может измерять разницу электрических потенциалов между двумя соответствующими местами прикрепления. Такая пара образует отведение. Однако «отведения» также могут образовываться между физическим и виртуальным электродами, известным как центральный терминал Уилсона. Например, десять электродов 38, прикрепленных к телу, применяют для формирования 12 отведений ЭКГ, при этом каждый провод измеряет конкретную разность электрических потенциалов в сердце 26. Как показано на фиг. 1, поверхностные электроды 38 прикрепляются к груди и плечу пациента 28, однако дополнительные поверхностные электроды 38 могут быть прикреплены к другим органам пациента 28, таким как конечности. В контексте настоящего описания и в формуле изобретения разность электрических потенциалов, измеренная между поверхностными электродами 38, в настоящем документе называется сигналами ЭКГ на поверхности тела (ПТ).
В сердце 26 синусовый ритм представляет собой любой сердечный ритм, в котором начинается деполяризация сердечной мышцы в синусовом узле. Синусовый ритм характеризуется наличием правильно ориентированных P волн на ЭКГ. Синусовый ритм необходим, но недостаточен, для обеспечения нормальной электрической активности в сердце. После инициации потенциала действия (например, синусовым узлом) сердечная клетка сердца 26 не может инициировать другой потенциал действия в течение некоторого периода времени. Этот период времени в настоящем документе называется рефрактерным периодом, который имеет длительность приблизительно 250 мс и помогает защитить сердце.
В некоторых вариантах осуществления изобретения электроды 50 выполнены с возможностью регистрировать вышеупомянутые ВС сигналы ЭКГ, и (например, одновременно) поверхностные электроды 38 регистрируют ПТ сигналы ЭКГ.
В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью приема сигналов ЭКГ на поверхности тела (ПТ) от поверхностных электродов 38 и внутрисердечных сигналов (ВС) ЭКГ от электродов 38. Процессор 41 дополнительно выполнен с возможностью проверки того, отвечают ли ВС или ПТ сигналы ЭКГ ритму синусового узла.
В некоторых вариантах осуществления, если ни один из полученных сигналов ЭКГ не отвечает ритму синусового узла, процессор 41 продолжает принимать и анализировать дополнительные ВС и ПТ сигналы ЭКГ в динамике.
В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью регистрации рефрактерного периода сердца 26 на основании регистрируемых ВС и ПТ сигналов ЭКГ и в ответ на сигналы ЭКГ, отвечающие ритму синусового узла. Следует отметить, что по причинам безопасности подача импульсов, вызывающих НЭП, допускается в течение рефрактерного периода, а не во время инициации потенциала действия.
В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью контроля IPG 45 для подачи одного или более импульсов, вызывающих НЭП, к ткани на участке абляции сердца 26 посредством одной или более пар электродов 50, выбранных блоком переключения 46. Например, врач 30 может отправить команду процессору 41 на активацию IPG 45 (или может непосредственно активировать контроллер IPG 45), например, посредством нажатия на ножную педаль. Процессор 41 выполнен с возможностью приема ВС и ПТ сигналов ЭКГ от электродов 50 и 38, соответственно, и контроля IPG 45 для подачи импульсов, вызывающих НЭП, в регистрируемый рефрактерный период, когда по меньшей мере один из ВС и (или) ПТ сигналов ЭКГ указывает на синусовый ритм. Другими словами, при регистрации рефрактерного периода сердца 26 процессор 41 контролирует IPG 45 для подачи импульсов, вызывающих НЭП, к ткани участка абляции сердца 26.
В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью автоматического выполнения процедуры НЭП. В таких вариантах осуществления изобретения процессор 41 выполнен с возможностью контроля: (i) количества и качества ВС и ПТ сигналов ЭКГ, полученных от сердца 26, (ii) синхронизации подачи импульсов, вызывающих НЭП, к ткани в течение одного или более рефрактерных периодов, и (iii) по меньшей мере некоторых параметров поданных импульсов, вызывающих НЭП. Следует отметить, что после расположения по меньшей мере пары электродов 50 в контакте с тканью на участке абляции врач 30 может дать команду процессору 41 управлять захватом сигнала ЭКГ и автоматически подачей импульсов, вызывающих НЭП. Однако при необходимости (например, в случае неотложной помощи) врач 30 может вмешаться в процедуру НЭП, например, для коррекции и (или) прерывания процесса, выполняемого процессором 41.
На фиг. 2 представлена блок-схема, которая схематически иллюстрирует способ автоматической процедуры НЭП во время рефрактерного периода сердца 26 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Способ начинается со стадии 100 введения катетера, в котором врач вводит катетер 21 с использованием системы отслеживания положения для расположения одной или более пар электродов 50, прикрепленных к участку абляции сердца 26, как описано на фиг. 1 выше.
На стадии 102 захвата сигнала ЭКГ процессор 41 выполнен с возможностью приема внутрисердечных сигналов (ВС) ЭКГ и сигналов ЭКГ с поверхности тела (ПТ) от электродов 50 и 38, соответственно, как описано на фиг. 1 выше.
На стадии 104 регистрации синусового ритма процессор 41 выполнен с возможностью проверки того, отвечают ли один или более ВС или ПТ сигналов ЭКГ ритму синусового узла. В случае если в ритме синусового узла сигналы ЭКГ не зарегистрированы, способ возвращается к стадии 102, а процессор 41 продолжает проверять дополнительные ВС и ПТ сигналы ЭКГ, полученные электродами 50 и 38, соответственно. Если процессор идентифицирует ВС и ПТ сигналы ЭКГ, которые отвечают ритму синусового узла, способ переходит к стадии 106 процедуры НЭП, на которой способ завершается.
На стадии 106 процедуры НЭП, на основании ВС и ПТ сигналов ЭКГ, которые отвечают ритму синусового узла, процессор 41 выполнен с возможностью: (i) регистрации рефрактерного периода сердца пациента и (ii) контроля IPG 45 для подачи импульсов, вызывающих НЭП, для абляции ткани в участке абляции сердца 26 в течение регистрируемого рефрактерного периода. Следует отметить, что импульсы, вызывающие НЭП, доставляются к ткани посредством одной или более пар электродов 50, выбранных посредством блока переключения 46 или с применением любого другого подходящего механизма выбора.
Следует отметить, что способ, описанный на фиг. 2, выполняется автоматически, например, без вмешательства врача 30, однако врач 30 может иметь средства для вмешательства, и при необходимости корректировать или прерывать процедуру автоматической НЭП, описанную выше.
Несмотря на то, что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, главным образом касаются абляции ткани сердца, способы и системы, описанные в настоящем документе, можно также применять в других областях применения, например, при абляции других органов человека или других млекопитающих.
Таким образом, следует понимать, что описанные выше варианты осуществления изобретения приведены лишь в качестве примера и что настоящее изобретение не ограничено вариантами, показанными и подробно описанными выше в настоящем документе. Напротив, объем настоящего изобретения включает в себя как комбинации, так и подкомбинации различных вышеописанных признаков, а также их варианты и модификации, которые будут очевидны специалистам в данной области после ознакомления с приведенным выше описанием и которые не были описаны на предшествующем уровне техники. Документы, включенные в настоящую заявку на патент путем ссылки, следует считать неотъемлемой частью заявки, за исключением того, что, если определение терминов в этих включенных документах противоречит определениям, сделанным явным или неявным образом в настоящем описании, следует учитывать только определения настоящего описания.