Протокол осторожной необратимой электропорации (нэп) для предотвращения образования пузырьков

Группа изобретений относится к медицине, а именно к необратимой электропорации (НЭП). Система включает установку первоначального протокола НЭП для подачи импульсов НЭП посредством электродов катетера, размещенных в контакте с тканью органа. После определения того, что первоначальный протокол НЭП предположительно приведет к образованию пузырьков в крови, пользователю выдается уведомление. От пользователя принимаются поступившие в ответ на уведомление данные пользовательского ввода о выборе между первоначальным протоколом НЭП и альтернативным протоколом, который предположительно не приведет к образованию пузырьков. Импульсы НЭП подаются в соответствии с первоначальным протоколом НЭП или альтернативным протоколом НЭП в зависимости от данных пользовательского ввода. Группа изобретений обеспечивает повышение надежности систем необратимой электропорации для предотвращения образования пузырьков. 2 н. и 6 з.п. ф-лы., 2 табл., 2 ил.

 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится по существу к инвазивной абляции и, в частности, к необратимой электропорации (НЭП) сердечной ткани.

Предпосылки создания изобретения

Оценка параметров инвазивной абляции и контроль абляции на основе результатов оценки были ранее предложены в патентной литературе. Например, в опубликованной заявке на патент США № 2013/0006228 описаны устройства для локализованной подачи энергии и способы применения таких устройств, в частности для терапевтического лечения биологических тканей. Описанные способы могут включать расположение и размещение элементов для подачи энергии в нужный участок и подачу энергии с помощью элементов для подачи энергии. В одном варианте осуществления изобретения коэффициент заполнения радиочастотного (РЧ) диапазона и (или) длительность импульса могут быть выполнены с возможностью изменения в зависимости от одного или более выбранных параметров, которые могут включать в себя частоту лечебного сигнала, мощность лечебного сигнала или импеданс ткани относительно лечебного сигнала.

В другом примере в публикации заявки на патент США № 2016/0066977 описана медицинская система для абляции участка ткани с применением мониторинга в реальном времени во время процедуры лечения электропорацией. Импульсный генератор генерирует предлечебный тестовый сигнал с частотой по меньшей мере 1 МГц перед процедурой лечения и внутрилечебные тестовые сигналы во время процедуры лечения. Модуль управления лечением определяет значения импеданса по предлечебному тестовому сигналу и внутрилечебным тестовым сигналам, определяет ход электропорации и конечную точку лечения в режиме реального времени на основании определенных значений импеданса во время лечения.

Изложение сущности изобретения

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, который описан ниже в настоящем документе, предложен процесс необратимой электропорации (НЭП), включающий установку первоначального протокола НЭП для подачи импульсов НЭП посредством электродов катетера, размещенных в контакте с тканью в органе. После определения того, что первоначальный протокол НЭП предположительно приведет к образованию пузырьков в крови, пользователю выдается уведомление. От пользователя принимаются поступившие в ответ на уведомление данные пользовательского ввода о выборе между первоначальным протоколом НЭП и альтернативным протоколом, который предположительно не приведет к образованию пузырьков. Импульсы НЭП подаются в соответствии с первоначальным протоколом НЭП или альтернативным протоколом НЭП в зависимости от данных пользовательского ввода.

В некоторых вариантах осуществления изобретения прием данных пользовательского ввода включает в себя прием данных о разделении последовательности импульсов НЭП первоначального протокола НЭП на заданное число серий импульсов с соответствующими заданными паузами между сериями импульсов.

В некоторых вариантах осуществления первоначальный протокол НЭП и альтернативный протокол НЭП содержат одинаковое общее число импульсов НЭП. В других вариантах осуществления изобретения альтернативный протокол НЭП содержит меньшее число импульсов НЭП, чем первоначальный протокол НЭП.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечена система необратимой электропорации (НЭП), включающая в себя интерфейс пользователя и процессор. Интерфейс пользователя выполнен с возможностью установки протоколов НЭП для подачи импульсов НЭП посредством электродов катетера, размещенных в контакте с тканью органа. Процессор выполнен с возможностью (i) выдачи уведомления пользователю после определения того, что первоначальный протокол НЭП предположительно приведет к образованию пузырьков в крови, (ii) приема посредством интерфейса пользователя поступивших в ответ на уведомление данных пользовательского ввода о выборе между первоначальным протоколом НЭП и альтернативным протоколом, который предположительно не приведет к образованию пузырьков, и (iii)подачи импульсов НЭП в соответствии с первоначальным протоколом НЭП или альтернативным протоколом НЭП в зависимости от данных пользовательского ввода.

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 представлено схематическое графическое изображение системы необратимой электропорации (НЭП) с использованием катетера в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения; и

на Фиг. 2 представлена блок-схема, которая схематически иллюстрирует способ подачи импульсов необратимой электропорации (НЭП) с использованием системы, показанной на Фиг. 1, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Общее описание

Необратимая электропорация (НЭП), также называемая абляцией импульсным полем (PFA - Pulsed Field Ablation), может применяться в качестве инвазивного терапевтического метода для уничтожения клеток ткани путем воздействия на них импульсов высокого напряжения. В частности, импульсы НЭП потенциально могут применяться для уничтожения клеток миокардиальной ткани для лечения нарушения сердечного ритма. Разрушение клеток происходит, когда трансмембранный потенциал превышает пороговое значение, что приводит к гибели клеток и, таким образом, к развитию поражения ткани. В этой связи особый интерес представляет применение биполярных электрических импульсов высокого напряжения (например, с применением выбранной пары электродов, контактирующих с тканью) для генерирования высоких электрических полей (например, со значениями выше определенного порога) для уничтожения клеток ткани между электродами.

Однако используемые для абляции ткани импульсы НЭП могут, при достаточной интенсивности импульсов, также вызывать нежелательные и (или) неблагоприятные эффекты потенциальной клинической опасности. Например, напряжение импульсов 1 кВ при импедансе крови 100 Ώ (оба возможных значения) мгновенно генерирует в крови локальный пиковый ток 10 A, т. е. 10 кВт. Это напряжение, приложенное между электродами для образования последовательности биполярных импульсов НЭП, также может быть достаточно высоким для генерации достаточного джоулевого нагрева, который может, если не рассеется быстро, привести к образованию пузырьков газа в крови. Некоторые врачи могут принять решение допустить риск образования некоторого количества пузырьков, в то время как другие могут предпочесть не допускать этого риска - как правило, в связи с состоянием пациента, например, недавно перенесшего инсульт.

В вариантах осуществления настоящего изобретения, которые описаны далее в настоящем документе, предложены способы и системы для проведения НЭП. В некоторых вариантах осуществления различные протоколы абляции НЭП (также называемые «первоначальными протоколами») оценивают предварительно, чтобы определить, могут ли они приводить к образованию пузырьков. Оценки, выполняемые в лаборатории, могут также помочь в определении одного или более альтернативных протоколов, которые будут предложены пользователю. Если во время процедуры абляции врач (или другой пользователь) изначально устанавливает протокол абляции НЭП, который может привести к образованию пузырьков, система уведомляет врача, которому после этого предлагается выбрать использование (также называется в настоящем документе «прием данных пользовательского ввода о выборе») протокола «как есть» или адаптированного протокола более осторожной абляции, который не приводит к образованию пузырьков.

В некоторых вариантах осуществления изобретения определение того, что выбранный протокол может приводить к образованию пузырьков, означает оценку или измерение импеданса между электродами в данной паре электродов и сравнение этого импеданса с пороговым значением. Если рассчитанный или измеренный импеданс ниже порогового значения, то процессор определяет, что рассеиваемая мощность в крови между парой электродов может приводить к образованию пузырьков.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в протоколе более осторожной абляции НЭП импульсная последовательность НЭП выбранного протокола разделяется на импульсную последовательность, содержащую множество серий импульсов с паузами между ними. Паузы позволяют джоулевому нагреву от любого импульса рассеиваться в достаточной степени, чтобы не образовывались пузырьки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения для поддержания клинического эффекта протокол более осторожной абляции НЭП не приводит к изменению общего уровня рассеиваемой энергии. Вместо этого в протоколе растягивается время подачи импульса, чтобы обеспечить большую диффузию вырабатываемого тепла и снизить максимальную температуру, вызванную нагревом. Более того, пиковое напряжение импульса, как правило, не снижается в протоколе осторожной абляции НЭП, поскольку это влияет на генерируемое поле электропорации. Если пиковое напряжение несколько снижено, оно все же должно поддерживаться выше заданного минимального уровня, необходимого для того, чтобы абляция НЭП была клинически эффективной.

В других вариантах осуществления изобретения врач (или другой пользователь) может с помощью интерфейса пользователя изменять любой из параметров протокола осторожной абляции и, в частности, число серий импульсов и минимальную продолжительность паузы. Например, врач может разделить импульсную последовательность НЭП выбранного протокола на импульсную последовательность, содержащую множество серий импульсов с паузами между ними. Паузы позволяют джоулевому нагреву от любого импульса рассеиваться в достаточной степени, чтобы не образовывались пузырьки. Пользователь может дополнительно принять решение снизить общее число импульсов для дополнительного уменьшения совокупной (т. е. от начала до конца) электрической мощности, доставляемой к ткани.

В одном из вариантов осуществления изобретения система выполняет подачу импульсов синхронно с биением сердца, например, для применения во время рефракционного периода ткани. Желудочковые и предсердные электрограммы в местах расположения ткани желудочков или предсердий обычно получают с помощью электродов, контактирующих с тканью в месте установки позиционного катетера, например, во время электрофизиологического картирования участков ткани стенки каждой из соответствующих камер сердца. Рефракционный период желудочков или предсердий представляет собой продолжительность паузы в нейронной активности в месте расположения ткани после выполнения активации (в ткани любой из указанных выше камер сердца). Рефракционный период, как правило, в значительной степени совпадает с частью интервала QRST сердечного цикла, показанного на желудочковой или предсердной электрограмме, полученной в данном местоположении. Рефракционный период можно намеренно индуцировать на участке ткани сердца, например, с помощью электростимулирующего катетера для стимуляции ткани в ее местоположении.

Абляция НЭП сердечной ткани в соответствии с описанными методиками может быть выполнена с использованием расширяемого каркаса (например, баллона или корзинки), установленного на дистальном конце абляционного катетера. В примере процедуры расширяемый каркас, располагаемый с абляционными электродами, направляется через сердечно-сосудистую систему и вводится в сердце, например, для абляции устья легочной вены (ЛВ).

Предлагая протокол более осторожной абляции в качестве альтернативы первоначальному протоколу НЭП, можно сделать более безопасными процедуры абляции НЭП, например, в устье ЛВ с помощью расширяемого каркасного катетера, сохраняя при этом клиническую эффективность.

Описание системы

На Фиг. 1 представлено схематическое графическое изображение системы необратимой электропорации (НЭП) 20 с использованием катетера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 20 содержит катетер 21, причем врач 30 вводит ствол катетера 22 в сосудистую систему пациента 28 через оболочку 23. Затем врач 30 направляет дистальный конец 22a ствола 22 к нужному местоположению внутри сердца 26 пациента, как показано на вставке 25.

После достижения дистальным концом 22a a ствола 22 нужного местоположения врач 30 отводит оболочку 23 и расширяет баллон 40, как правило, путем нагнетания физиологического раствора в баллон 40. Затем врач 30 манипулирует стволом 22 таким образом, чтобы электроды 50, расположенные на баллонном катетере 40, соприкасались с внутренней стенкой устья ЛВ 51 для подачи импульсов НЭП высокого напряжения посредством электродов 50 к ткани устья 51.

Как показано на вставках 25 и 27, дистальный конец 22a оснащен расширяемым баллоном 40, содержащим множество равноудаленных электродов НЭП с гладкой кромкой 50. Из-за уплощенной формы дистального участка баллона 40 расстояние между смежными электродами 50 остается приблизительно постоянным, даже если электроды 50 покрывают дистальный участок. Таким образом, конфигурация баллона 40 обеспечивает более эффективную (например, с приблизительно одинаковой напряженностью электрического поля) электропорацию между смежными электродами 50, в то время как гладкие кромки электродов 50 сводят к минимуму нежелательные тепловые эффекты.

Некоторые аспекты надувных баллонов рассматриваются, например, в предварительной заявке на патент США № 62/899 259, поданной 12 сентября 2019 г., озаглавленной «Balloon Catheter with Force Sensor» («Баллонный катетер с датчиком силы») и в заявке на патент США № 16/726 605, поданной 24 декабря 2019 г., озаглавленной «Contact Force Spring with Mechanical Stops» («Пружина контактной силы с механическими упорами»), обе из которых переуступлены правопреемнику настоящей заявки на патент и описания которых включены в настоящий документ посредством ссылки.

В варианте осуществления изобретения, описанном в настоящем документе, катетер 21 можно использовать для любой подходящей диагностической и (или) терапевтической цели, такой как электрофизиологическая регистрация и (или) вышеуказанная изоляция НЭП ткани устья ЛВ 51 в левом предсердии 45 сердца 26.

Проксимальный конец катетера 21 соединен с пультом управления 24, содержащим генератор импульсов НЭП 38, выполненный с возможностью подачи импульсов НЭП между смежными электродами 50. Электроды соединены с генератором импульсов НЭП 38 электрическим проводом, проходящим в стволе 22 катетера 21. В запоминающем устройстве 48 пульта управления 24 хранятся протоколы НЭП, содержащие параметры импульса НЭП, такие как пиковое биполярное напряжение и длительность импульса.

Пульт управления 24 содержит процессор 41, как правило, компьютер общего назначения, с подходящими схемами входного каскада и сопряжения 37 для приема сигналов от катетера 21 и от внешних электродов 49, которые, как правило, размещают вокруг грудной клетки пациента 26. Для этого процессор 41 соединен с внешними электродами 49 посредством проводов, проходящих через кабель 39.

Во время процедуры система 20 может отслеживать соответствующие местоположения электродов 50 внутри сердца 26 с применением способа активной токовой локализации (ACL - Active Current Location), предоставленной Biosense-Webster (Ирвайн, Калифорния), который представлен в патенте США № 8 456 182, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, если от процессора 41 врачу 30 поступает информация о риске образования пузырьков при использовании первоначально установленного протокола НЭП, врач 30 может выбрать протокол более осторожной абляции, который делит (разделяет) подачу импульса НЭП 55 выбранного протокола на множество серий импульсов 57 с паузами между сериями импульсов 59, как показано на вставке 27. Паузы позволяют джоулевому нагреву от любого импульса рассеиваться в достаточной степени, чтобы не образовывались пузырьки.

В других вариантах осуществления изобретения врач 30 может с помощью интерфейса пользователя 47 изменять любой из параметров протокола осторожной абляции и, в частности, число серий импульсов и минимальную длительность паузы. Например, пользователь может принять решение об удалении импульсов в последовательности, чтобы сократить общее число импульсов, которые необходимо подать. Интерфейс пользователя 47 может содержать устройство ввода любого подходящего типа, например клавиатуру, мышь, трекбол и т. п.

Для выполнения описанных в настоящем документе функций на процессоре 41, как правило, установлено программное обеспечение. 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.

В частности, процессор 41 выполняет специальный алгоритм, описанный в настоящем документе и показанный на Фиг. 2, благодаря которому процессор 41 выполняет этапы, дополнительно описанные ниже. В частности, процессор 41 выполнен с возможностью управления генератором импульсов НЭП 38 для подачи импульсов НЭП в соответствии с протоколом лечения, который процессор 41 загружает из запоминающего устройства 48.

ПРОТОКОЛ ОСТОРОЖНОЙ НЭП ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПУЗЫРЬКОВ

На Фиг. 2 представлена блок-схема, которая схематически иллюстрирует способ подачи импульсов необратимой электропорации (НЭП) с использованием системы 20, показанной на Фиг. 1, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Алгоритм в соответствии с представленным вариантом осуществления обеспечивает выполнение процесса, который начинается, когда врач 30 направляет баллонный катетер 40 к местоположению нужной ткани в органе пациента, например в устье ЛВ 51, с использованием, например, электрода 50 в качестве электродов с датчиками ACL на этапе направления баллонного катетера 80.

Затем на этапе планирования НЭП 82 процессор 41 загружает протокол, изначально установленный врачом 30, с параметрами импульсов НЭП для подачи к ткани. Пример настроек абляции НЭП в первоначальном протоколе, которые можно использовать для абляции сердечной ткани с использованием описанного баллона 40, представлен в таблице I.

Параметр	Диапазон
Предварительно заданное пиковое напряжение НЭП	1000 В
Длительность импульса	0,5 мсек
Частота следования импульсов	1 Гц
Количество импульсов	40

Таблица I. Первоначальный протокол

Затем на этапе уведомления 84 процессор 41 передает врачу 30 уведомление о том, что первоначальный протокол НЭП может приводить к образованию пузырьков в крови. В ответ на этапе принятия решения 86 врач может принять решение о применении протокола «как есть» (т. е. применить первоначальный протокол). Альтернативно на этапе принятия решения о замене протокола 88 врач решает изменить протокол, например, на альтернативный протокол, приведенный в таблице II.

Параметр	Диапазон
Предварительно заданное пиковое напряжение НЭП	1000 В
Длительность импульса	0,5 мсек
Частота следования импульсов	1 Гц
Количество импульсов	40
Количество серий импульсов	8
Количество импульсов в одной серии	5
Минимальная пауза между сериями	2 сек

Таблица II. Протокол осторожной абляции

Как видно из таблицы II, в протоколе более осторожной абляции последовательность импульсов из таблицы I делится на восемь серий импульсов по пять импульсов в каждой; при этом между сериями импульсов минимальная пауза составляет две секунды.

В одном варианте осуществления изобретения врач 30 с помощью интерфейса пользователя 47 может изменять любой из параметров из таблицы II и, в частности, число серий импульсов и минимальную паузу между сериями импульсов. Альтернативно параметры альтернативного протокола могут быть автоматически установлены процессором 41. В одном таком варианте осуществления процессор 41 содержит соответствующий альтернативный протокол для каждого поддерживаемого первоначального протокола. В другом варианте осуществления процессор 41 получает параметры альтернативного протокола на основе параметров первоначального протокола в соответствии с некоторым заранее заданным правилом или способом.

После выбора протокола НЭП (первоначальный протокол согласно этапу 86 или альтернативный протокол согласно этапу 88) процессор 41 дает команду генератору 38 подать импульсы НЭП к ткани на этапе лечения с помощью НЭП 90. Импульсы НЭП подаются между выбранными электродами баллона 40 для изолирования аритмии, возникающей из устья 51 или распространяющейся через него.

Несмотря на то что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, главным образом касаются кардиологических сфер применения, способы и системы, описанные в настоящем документе, можно также применять в других медицинских областях, таких как неврология и оториноларингология.

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.

1. Способ необратимой электропорации (НЭП), включающий:

установку первоначального протокола НЭП для подачи импульсов НЭП посредством электродов катетера, размещенных в контакте с тканью органа;

оценку или измерение импеданса между электродами в паре электродов и сравнение этого импеданса с пороговым значением, при этом если рассчитанный или измеренный импеданс ниже порогового значения, то процессор определяет, что рассеиваемая мощность в крови между парой электродов может приводить к образованию пузырьков;

выдачу пользователю уведомления после определения того, что первоначальный протокол НЭП предположительно приведет к образованию пузырьков в крови;

прием от пользователя поступивших в ответ на уведомление данных пользовательского ввода о выборе между первоначальным протоколом НЭП и альтернативным протоколом, который предположительно не приведет к образованию пузырьков; и

подачу импульсов НЭП в соответствии с первоначальным протоколом НЭП или альтернативным протоколом НЭП в зависимости от данных пользовательского ввода.

2. Способ по п. 1, в котором прием пользовательского ввода включает в себя прием данных о разделении последовательности импульсов НЭП первоначального протокола НЭП на заданное число серий импульсов с соответствующими заданными паузами между сериями импульсов.

3. Способ по п. 1, в котором первоначальный протокол НЭП и альтернативный протокол НЭП содержат одинаковое общее число импульсов НЭП.

4. Способ по п. 1, в котором альтернативный протокол НЭП содержит меньшее число импульсов НЭП, чем первоначальный протокол НЭП.

5. Система необратимой электропорации (НЭП), содержащая:

интерфейс пользователя, выполненный с возможностью установки протоколов НЭП для подачи импульсов НЭП посредством электродов катетера, размещенных в контакте с тканью органа; и

процессор, который выполнен с возможностью:

оценки или измерения импеданса между электродами в паре электродов и сравнение этого импеданса с пороговым значением, при этом если рассчитанный или измеренный импеданс ниже порогового значения, то процессор определяет, что рассеиваемая мощность в крови между парой электродов может приводить к образованию пузырьков;

выдачи уведомления пользователю после определения того, что первоначальный протокол НЭП предположительно приведет к образованию пузырьков в крови;

приема посредством интерфейса пользователя поступивших в ответ на уведомление данных пользовательского ввода о выборе между первоначальным протоколом НЭП и альтернативным протоколом, который предположительно не приведет к образованию пузырьков; и

подачи импульсов НЭП в соответствии с первоначальным протоколом НЭП или альтернативным протоколом НЭП в зависимости от данных пользовательского ввода.

6. Система по п. 5, в которой процессор выполнен с возможностью приема данных пользовательского ввода о разделении последовательности импульсов НЭП на заданное число серий импульсов с соответствующими заданными паузами между сериями импульсов.

7. Система по п. 5, в которой первоначальный протокол НЭП и альтернативный протокол НЭП содержат одинаковое общее число импульсов НЭП.

8. Система по п. 5, в которой альтернативный протокол НЭП содержит меньшее число импульсов, чем первоначальный протокол НЭП.