DE69233240T2

DE69233240T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Ablation mittels mehrphasiger Hochfrequenz.

Info

Publication number: DE69233240T2
Application number: DE69233240T
Authority: DE
Inventors: Htay L. San Jose Nyo; Jawahar M. Desai
Original assignee: Desai Jawahar M Roseville
Current assignee: Morvil Technology Roseville Calif Us LLC
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2012-06-05
Also published as: US20070093806A1; EP0598742B1; EP1382368A1; JP3548155B2; MX9203954A; WO1993000958A1; US5383917A; EP0598742A1; AU2248592A; EP0904800B8; JP2002238917A; CA2112821A1; JP3428013B2; EP0904800A2; ES2133323T3; DE69233240D1; EP0904800B1; DE69229735T2; US5693078A; JPH07500025A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf medizinische Geräte und insbesondere auf ein Mehrfachelektroden-Katheter zur Entfernung von endokardialem Gewebe.
Herzrhythmusstörungen sind allgemein als unregelmäßige Herzschläge oder Herzjagen bekannt. Zwei solcher Herzrhythmusunregelmäßigkeiten sind das Wolff-Parkinson-White-Syndrom und die Atrioventrikular(AV)-Knoten-Reentry-Tachykardia. Diese Zustände werden durch einen fremdartigen Strang von Muskelfasern im Herzen verursacht, der einen anormalen Kurzschlussweg für elektrische Impulse schafft, die normalerweise im Herzen vorkommen. In einer Form des Wolff-Parkinson-White-Syndroms verursacht beispielsweise der Hilfsweg, dass die elektrischen Impulse, die sich normalerweise von der oberen zu der unteren Kammer des Herzens bewegen, zur oberen Kammer zurückgeführt werden. Eine andere gewöhnliche Form von Herzrhythmusstörung ist die ventrikulare Tachykardia (VT), die eine Komplikation eines Herzinfarktes oder einer Verminderung der Blutzufuhr zu einem Herzmuskelbereich darstellt, und eine lebensbedrohende Herzrythmusstörung ist.
Bei der Behandlung von Herzrhythmusstörungen werden nichtchirurgische Maßnahmen wie eine Medikamentenbehandlung vorgezogen. Einige Herzrhythmusstörungen können jedoch nicht mit Medikamenten behandelt werden. Diese Patienten werden dann entweder mit einer chirurgischen Resektion der VT-Seite des Herdes oder mit einem automatischen, implantierbaren Herzdefibriallator (AICD) behandelt. Beide Verfahren haben eine erhöhte Erkrankungsrate und Sterblichkeit zur Folge und sind extrem teuer. Auch ein AICD macht einen größeren chirurgischen Eingriff erforderlich. Außerdem können einige Patienten fortgeschrittenen Alters oder kranke Patienten einen chirurgischen Eingriff zur Entfernung des Tachykardia-Herdes, der die Rhythmusstörungen verursacht, nicht vertragen.
Es wurden Verfahren entwickelt, um die Bereiche der Tachykardia zu lokalisieren und ihre Kurzschlussfunktion zu beseitigen. Elektrische Energiestöße werden verwendet, um Herzgewebe in diesen Bereichen zu entfernen, indem Narben produziert werden und die Leitung unterbrochen wird.
Die zu entfernenden Bereiche werden gewöhnlich durch endokardiales Mapping bestimmt. Dieses Verfahren macht es typischerweise erforderlich, ein Elektrodenkatheter perkutan in den Patienten einzuführen. Der Elektrodenkatheter wird durch ein Blutgefäß wie die Oberschenkelvene oder die Aorta geführt und von da an einen endokardialen Ort wie den Vorhof oder die Kammer des Herzen. Eine Tachykardia wird herbeigeführt und eine kontinuierliche, gleichzeitige Aufzeichnung wird mit einem Mehrkanalrekorder gemacht, während der Elektrodenkatheter an verschiedene endokardiale Positionen gebracht wird. Wenn ein tachykardischer Herd aufgrund der EKG-Aufzeichnung lokalisiert ist, wird er mit Hilfe eines Fluoroskopebildes markiert.
Nach der Lokalisierung des tachycardischen Herdes wird die Entfernung der Herzrhythmusstörungen üblicherweise mit Hilfe eines Standardelektrodenkatheters durchgeführt. Die elektrischen Energiestöße werden verwendet, um eine Schädigung des zu dem Standardelektrodenkatheter benachbarten (d. h. darunterliegenden) endokardialen Gewebes zu erzeugen. Durch die Erzeugung einer oder mehrerer Schädigungen kann der tachykardiale Herd in einen Bereich mit nekrotialen Gewebe umgewandelt werden, wodurch jede Fehlfunktion beseitigt wird.
Herkömmliche Katheterentfernungsverfahren verwenden üblicherweise einen Katheter mit einer einzelnen Elektrode an der Spitze als ein elektrischer Pol. Der andere elektrische Pol wird von einer Rückplatte (backplate) gebildet, die sich in Kontakt mit einem äußeren Körperteil des Patienten befindet. Diese Verfahren wurden erfolgreich zur Unterbrechung oder Veränderung der Leitung über die Atrioventrikular(AV)-Verbindung bei der (AV)-Knoten-Reentry-Tachykardia; zur Unterbrechung des Hilfswegs bei Patienten mit Tachykardia aufgrund des Wolff-Parkinson-White-Syndroms und zur Entfernung bei Patienten mit ventrikularer Tachykardia eingesetzt.
Bei einem Verfahren werden hohe Gleichspannungsströme (DC) im Bereich von 100– 300 Joule über die Elektrode und die Rückplatte ausgelegt, um eine Enffernung zu bewirken. Eine Gleichstromenergiequelle kann unter Verwendung des Standardelektrodenkatheters eine Größe der Schädigung erzeugen, die größer als der Abdruck der E lektrode ist. Das Ausmaß der Schädigung schwankt jedoch bei derselben Energiezufuhr und die Ausmaße haben keine klare Abgrenzung von dem umgebenden Gewebe. Hochspannungsverfahren haben außerdem weitere unerwünschte Nebeneffekte wie ein Barotrauma, und die erzeugten Schädigungen können die Rhythmusstörungen fördern.
Ein anderes Verfahren besteht darin, eine Funkfrequenzquelle mit einem Standardelektrodenkatheter zu verwenden. Die Funkfrequenzquelle wird üblicherweise im Bereich von 600 kHz angewendet und erzeugt eine Sinusspannung zwischen zwei Drähten. Wenn diese der distalen Spitze eines Standardelektrodenkatheters und einer Rückplatte zugeführt wird, erzeugt sie einen örtlich begrenzten Funkfrequenzerwärmungseffekt. Dies verursacht eine klar definierte, diskrete Schädigung, die leicht größer ist als die Spitze der Elektrode. Dieses einfache Funkfrequenzentfernungsverfahren erzeugt eine Schädigungsgröße, die zur Unterbrechung der AV-Verbindung oder eines Hilfsweges ausreichend ist.
Die Funkfrequenzentfernung ist gegenüber der Gleichstromentfernung vorteilhaft, da sie keine Narkose erforderlich macht und besser begrenzte und diskrete Schädigungen erzeugt und Schäden wie einen Gleichstromschock vermeidet, die durch hohe Spannungen verursacht werden. Im allgemeinen haben Katheterentfernungen der AV-Verbindung unter Verwendung eines Standardelektrodenkatheters mit Gleichstrom- oder Funkfrequenz-Energie zur Behandlung von medikamentenresistenter supraventrikularer Tachykardia eine hohe Erfolgsrate bei einem sehr seltenen Auftreten von Komplikationen.
Bei der ventrikularen Tachykardia (VT) kann das endokardiale Mapping mit einem Standardelektrodenkatheter den Ausgangsort der ventrikularen Tachykardia innerhalb von 4– 8 cm² des zuerst von dem Katheter aufgezeichneten Ortes lokalisieren. Ein Standardkatheter hat üblicherweise einen maximalen Elektrodenspitzenbereich von ungefähr 0,3 mm². Deshalb kann die Schädigung, die von dem einfachen Funkfrequenzverfahren über ein Standardelektrodenkatheter erzeugt wird, nicht groß genug sein, um die ventrikulare Tachykardia zu entfernen. Versuche, die Größe der Schädigung durch Regulierung der Leistung und Dauer, durch Vergrößerung der Elektrodengröße oder durch Regulierung der Temperatur der Elektrodenspitze zu vergrößern, haben nur teilweise Erfolg gehabt.
Um die Größe der Schädigung zu erweitern, ist eine orthogonale Elektrodenkatheteranordnung (OECA) mit vier peripheren Elektroden und einer zentralen Elektrode vorgeschlagen worden. Solch eine OECA ist von Dr. Jawahar Desai im US Patent Nr. 4,940,064 offenbart worden, das am 10. Juli 1990 erteilt wurde, sowohl zur Verwendung beim Mapping als auch bei der Entfernung an endokardialen Orten.
Die vier peripheren Elektrode sind von einem zurückgezogenen oder zusammengelegten Zustand aus anwendbar. Sobald sie aufgefächert sind, bilden die vier peripheren Elektroden und die zentrale Elektrode eine Elektrodenanordnung, die üblicherweise eine Fläche von etwa 0,8 cm² abdeckt. Wenn sie mit einer herkömmlichen Funkfrequenzenergiequelle zusammen mit einer Rückplatte verwendet wird, erzeugen die fünf verbundenen Elektroden üblicherweise fünf Schädigungspunkte, die über die Fläche verteilt sind, die von der Elektrodenanordnung aufgespannt wird. Diese Anordnung hat sich jedoch als unzureichend herausgestellt, da große Bereiche zwischen den Elektroden unentfernt verbleiben. Eine Erhöhung der Leistung führt nur zu verkohltem Gewebe und einer frühen Verschlechterung der Elektroden durch Gerinselbildung.
Es ist daher wünschenswert, speziell für die Behandlung der ventrikularen Tachykardia Katheterentfernungen zu haben, die wesentlich größerer, tiefere und einheitlichere Schädigungen erzeugen, als diejenigen, die mit herkömmlichen, oben beschriebenen Funkfrequenzverfahren erzeugt werden.
Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Größe, Tiefe und Einheitlichkeit der Schädigungen zu vergrößern, die von Funkfrequenzkatheterentfernungen erzeugt werden.
Dies wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 2 erreicht.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch Anwendung einer Mehrfachphasenfunkfrequenzenergiequelle mit einer zwei- oder dreidimensionalen Elektrodenanordnung erreicht, die von einem Katheter aufspannbar ist, wobei die zugeführte Leistung im Bereich zwischen 10 und 40 Watt liegt.
Bei einer Ausführungsform wird jeder Elektrode eine Funkfrequenzquelle mit einer unterschiedlichen Phase zugeführt. Auf diese Weise werden zwischen jedem Elektodenpaar in der Anordnung Potentialdifferenzen erzeugt, wodurch es möglich wird, dass Strom zwischen jedem Elektrodenpaar in der Anordnung fließt, um darin ein einheitlicheres Erwärmungsmuster zu bilden.
Bei einer anderen Ausführungsform schafft eine vereinfachte Energieverbindungsanordnung eine Phasendifferenz zwischen zumindest zwei benachbarten Paaren von Elektroden. Auf diese Weise werden zwischen zumindest benachbarten Paaren von Elektroden in der Anordnung Potentialdifferenzen erzeugt, die es ermöglichen, dass Strom zwischen jedem benachbarten Paar in der Anordnung fließt, um dazwischen ein einheitlicheres Erwärmungsmuster zu bilden.
Ein wichtiger Aspekt des vorliegenden Mehrfachphasenfunkfrequenzverfahrens ist, dass eine herkömmliche externe Kontaktrückplatte nicht verwendet wird, um mit dem Masseanschluss der Energieversorgung zur Vervollständigung des Schaltkreises verbunden zu werden. Statt dessen werden eine oder mehrere Elektroden der Anordnung mit dem Masseanschluss der Mehrfachphasenfunkfrequenz-Energieversorgung verbunden. Anders als bei herkömmlichen Verfahren fließen auf diese Weise die verschiedenen Funkfrequenzströme nicht senkrecht in das Gewebe zwischen den Elektroden und der Rückplatte, sondern sie fließen statt dessen parallel zur Oberfläche des Gewebes zwischen verschiedenen Paaren der Elektroden. Diese Anordnung erlaubt, dass sich verschiedene Permutationen der Stromwege auf der Gewebeoberfläche bilden, wodurch die Entfernungszone, die durch die Anordnung aufgespannt wird, ausreichend gefüllt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Zweiphasenfunkfrequenz-Energiequelle in Verbindung mit einer orthogonalen Elektrodenkatheteranordnung verwendet, um eine viereckförmige Schädigung mit einer Größe von etwa 1,2 cm² zu erzeugen. Größere Schädigungen können durch aufeinanderfolgende benachbarte Platzierungen der Elektrodenanordnung erreicht werden. Die orthogonale Elektrodenkatheteranordnung umfasst eine zentrale Elektrode und vier periphere Elektroden. Die zentrale Elektrode ist mit einer Massespannung der Energieversorgung verbunden. Die vier peripheren Elektroden bilden zwei diagonale Paare, die jeweils mit Spannungen ver schiedener Phase der Energieversorgung verbunden sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Funkfrequenzstrom zwischen allen benachbarten Paren der Elektroden fließt, um die Entfernungzone, die durch die Anordnung aufgespannt wird, im wesentlichen auszufüllen.
Gemäß der Erfindung kann ein Temperatursensor in zumindest eine der Elektroden eingebaut werden, um die Entfernungstemperatur zu überwachen und auf einem vorbestimmten Pegel zu halten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen verständlich, wobei die Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu betrachten ist.
1a zeigt das herkömmliche Verfahren einer einphasigen Funkfrequenzentfernung, die ein Standardelektrodenkatheter verwendet;
1b zeigt im Detail den Entfernungsbereich, der in 1a dargestellt ist.
1c zeigt schematisch die Elektrodenanordnung eines Mehrfachelektrodenkatheters mit der herkömmlichen Funkfrequenzenergieversorgungsanordnung nach 1a;
1d zeigt die Schädigungen, die von der Mehrfachelektrodenanordnung der 1c mit herkömmlichen senkrechten Entfernungsströmen erzeugt werden;
2a zeigt schematisch ein Mehrfachelektrodenkatheter, das für eine Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernung geeignet ist;
2b zeigt schematisch die elektrischen Verbindungen des Mehrfachelektrodenkatheters aus 2a mit einer Mehrfachphasenenergieversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3a zeigt eine Ausführungsform der Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung nach 2b;
3b stellt ein schematisches Blockdiagramm des Phasenverschiebungsschaltkreises in 3a dar;
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung in 2b;
5a stellt eine Grundrissansicht einer Siebenelektrodenanordnung der 2b dar, die von einer Mehrfachphasenversorgung angesteuert wird;
5b zeigt die Stromverteilung in einer Untergruppe benachbarter Elektroden der Mehrfachelektrodenanordnung, die in 5a gezeigt ist;
5c zeigt die Sinusspannungen V₁₀, V₂₀ als Funktion der Zeit;
6a zeigt die Stromverteilungen einer Siebenelektrodenanordnung, die mit einer Mehrfachphasenversorgung betrieben wird;
6b zeigt die Stromverteilungen einer Siebenelektrodenanordnung, die mit einer Einphasenfunkfrequenzenergieversorgung betrieben wird;
6c zeigt ebenfalls die Stromverteilungen für eine Abwandlung der Siebenelektrodenanordnung, die mit einer Einphasenfunkfrequenzenergieversorgung betrieben wird;
7a zeigt die fünf-Elektroden-orthogonale-Elektrodenkatheteranordnung (OECA) in ihrem aufgespannten Zustand;
7b zeigt die Abdrücke der fünf-Elektroden-OECA;
8a zeigt die fünf-Elektroden-OECA, die als eine Zweiphasenentfernungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet wird;
8b zeigt die Stromverteilungen, die aus der zweiphasigen Konfiguration der 8a resultieren;
9a zeigt die fünf-Elektroden-OECA, die zum Zweck des Vergleichs mit der Zweiphasenanordnung der 8a in einer Einphasenanordnung verbunden ist;
9b zeigt die Stromverteilungen, die aus der Einphasenkonfiguration der 9a resultieren;
10 zeigt eine graphische Darstellung der Schädigungsgröße gegenüber der Entfernungsenergie für verschiedene Beispiele von Betriebsparametern sowohl für Zweiphasen- als auch für Einphasenfunkfrequenzanwendungen der fünf-Elektroden-OECA;
11 zeigt die Erzeugung noch größerer Schädigungen durch aufeinanderfolgende benachbarte Entfernungen; und
12 zeigt ein Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernungssystem mit einer Elektrodenspitzentemperatursteuerung.
1a zeigt das herkömmliche Verfahren der Einphasenfunkfrequenz(SPRF)-Entfernung, die ein Standardelektrodenkatheter 10 verwendet. Eine Elektrode 20 ist an der Spitze des Katheters angeordnet und elektrisch mit einer Einphasenfunkfrequenzenergiequelle und einer Energieversorgung 30 verbunden. Das andere Ende der Energieversorgung 30 ist mit einer Rückplatte 40 verbunden. Die Elektrode 20 weist üblicherweise eine halbkugelförmige Form mit einem Durchmesser von nicht mehr als 0,3 mm auf, um eine einfache Einführung in den Körper des Patienten zu erlauben. Bei Operationen wird die Elektrode 20 benachbart zu einem zu entfernenden Bereich platziert, wie biologischem Gewebe 50 innerhalb eines Herzens (Endomyokardium). Ein geschlossener Schaltkreis wird mit der Rückplatte 40 gebildet, die in Kontakt mit einem externen Körperteil in der Nähe des Herzens des Patienten steht. Funkfrequenzströme breiten sich senkrecht von dem Elektrodenkatheter 20 zu der Rückplatte 40 aus, wobei sie eine Schädigung an dem Endomyokardium 50 erzeugen.
1b zeigt im einzelnen den in 1a gezeigten Entfernungsbereich. Da die Funkfrequenzstromdichte am höchsten an dem Elektrodenkatheter 20 ist und sehr schnell abnimmt, sobald sie in Richtung der Rückplatte fließt, ist die Stromdichte hoch genug, um eine Schädigung 60 in einem relativ kleinen Bereich zu erzeugen, der den Elektrodenkatheter umgibt.
Wie zuvor schon angesprochen, ist diese Schädigung wahrscheinlich zu klein für die Anwendung bei der ventrikularen Tachykardia (VT). Eine Möglichkeit zur Vergrößerung der Schädigungsgröße ist die Verwendung einer Anordnung von Elektroden wie sie im US Patent Nr. 4,940,064 beschrieben ist.
1c zeigt schematisch die Elektrodenanordnung eines solchen Mehrfachelektrodenkatheters mit der herkömmlichen Funkfrequenzenergieversorgungsanordnung der 1a. Sie umfasst zwei gekreuzte Paare von Elektroden 63, 65 und einer fünften, zentralen Elektrode 67. Die Mehrfachelektroden, die gleichmäßig über das Endomyokardium 50 ausgebreitet sind, sind alle mit einem Anschluss 71 der Energieversorgung 30 verbunden, und eine Rückplatte 40 ist mit dem anderen Anschluss 73 verbunden. Funkfrequenzströme, die senkrecht zu der Oberfläche des Endomyokardiums 50 fließen, werden so verbreitert.
1d zeigt die Schädigungen, die von solch einer Elektrodenanordnung mit senkrechten Entfernungsströmen verursacht werden. Die Entfernung erzeugt diskrete Schädigungen 81, wobei jede bei einer der Elektroden angeordnet ist. Wesentliche Bereiche 83 zwischen den Elektroden verbleiben unentfernt.
Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernung
2a zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Mehrfachelektrodenkatheters 200, der für eine Mehrfachphasenentfernung geeignet ist. Der Katheter 200 umfasst eine Mehrzahl von Elektroden 201 und eine zentral angeordnete Elektrode 203. Die Elektroden können in den Hauptteil des Katheters zusammengelegt werden, wenn der Kathe ter in den Körper des Patienten eingeführt wird. Während der Entfernungsoperation werden sie, wie gezeigt, zu einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Anordnung ausgebreitet.
2b zeigt schematisch die elektrischen Verbindungen des Mehrfachelektrodenkatheters in 2a mit einer Mehrfachphasenenergieversorgung. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird eine zweidimensionale Anordnung von sieben Elektroden 201 gezeigt. Bei Operationen wird die Anordnung der Elektroden benachbart zu einem Stück biologischem Gewebe 60 wie einen Bereich des Endomyokardiums platziert, um eine Entfernung davon zu bewirken. Die Elektroden 201 werden vorzugsweise gleichmäßig verteilt, um eine Entfernungszone 211 zu bilden. Jede Elektrode ist mit einer Spannungsabzweigung V₁₀–V₆₀ der Mehrfachphasenfunkfrequenzenergiequelle oder Energieversorgung 220 mittels eines verbindenden Drahtes 221 verbunden. Die zentral angeordnete Elektrode 203 ist mit einer Massespannung V₀₀ der Energieversorgung 220 über einen verbindenden Draht 225 verbunden. Die Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung 220 arbeitet vorzugsweise mit einer Funkfrequenz von etwa 600 kHz.
3a zeigt eine Ausführungsform der Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung aus 2b. Sie umfasst eine Haupteinphasenenergieversorgung 231, wobei der Ausgang 233 davon parallel an eine Mehrzahl von Phasenverschiebungsschaltkreisen 251 weitergeleitet wird. Die Ausgangsspannungen V₁₀–V₆₀ dieser Phasenverschiebungsschaltkreise 241 weisen im wesentlichen dieselben Amplituden auf, aber ihre Phasen sind relativ zueinander verschoben. Ebenfalls unter Bezugnahme auf 2b wird jede unterschiedlichphasige Spannung wie V₁₀ über eine Leitung 221 an eine Elektrode 201, die damit verbunden ist, weitergeleitet. Die zentrale Elektrode ist über den verbindenden Draht 225 mit der Massespannung V₀₀ mit einem Anschluss 251 der Energieversorgung 220 verbunden.
3b stellt ein schematisches Blockdiagramm des Phasenverschiebungsschaltkreises 241 aus 3a dar. Er umfasst zwei reaktive Komponenten Z₁, Z₂. Sie können ein RC- oder RL-Paar sein. Wenn Z_L die Lastimpedanz der Elektrode darstellt, dann ist die Phasenverschiebung durch folgenden Winkel gegeben: Z1ZL/[Z1ZL + Z2(Z1 + ZL)].
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung 220 aus 2b. Sie umfasst eine Mehrzahl von einzelnen Funkfrequenzenergiequellen 261. Jede einzelne Funkfrequenzenergiequelle 261 ist in der Lage, eine Spannung wie eine der V₁₀–V₆₀ mit unabhängiger Amplitude und Phase bereitzustellen, eine für jede Elektrode 201, die damit verbunden ist. Die zentrale Elektrode 203 ist mit einer Massespannung V₀₀ am Anschluss 251 verbunden.
Ein wichtiger Aspekt des vorliegenden Mehrfachphasenfunkfrequenzverfahrens ist, dass eine externe Kontaktplatte nicht mit dem Masseanschluss der Energieversorgung verbunden werden muss, um den Schaltkreis zu vervollständigen. Statt dessen werden eine oder mehrere Elektroden der Anordnung mit dem Masseanschluss der Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung verbunden. Anders als bei den herkömmlichen in den 1a und 1b gezeigten Verfahren fließen auf diese Weise die verschiedenen Funkfrequenzströme nicht senkrecht in das Gewebe zwischen den Elektroden und der Rückplatte, sondern fließen statt dessen parallel zu der Oberfläche des Gewebes zwischen verschiedenen Paaren der Elektroden. Diese Anordnung erlaubt, dass sich verschiedene Permutationen der Stromwege auf der Gewebeoberfläche bilden, wodurch die Entfernungszone, die durch die Anordnung aufgespannt wird, ausreichend gefüllt wird.
5a zeigt eine Grundrissansicht der Siebenelektrodenanordnung der 2b, die mit einer Mehrfachphasenversorgung betrieben wird. Die Anordnung umfasst eine zentrale Elektrode 203 oder (0), die gleichmäßig von peripheren Elektroden 201 oder (1)–(6) umgeben ist. Obwohl die Mehrfachphasenfunkfrequenzenergieversorgung nicht explizit dargestellt ist, ist es selbstverständlich, dass die Elektroden (0)–(6) jeweils mit den V₁₀– V₆₀ Spannungsquellen der in 2b gezeigten Energieversorgung 220 verbunden sind.
Es ist in 5a zu sehen, dass die zentrale Elektrode (0) benachbart zu allen sechs peripheren Elektroden (1)–(6) ist. Eine periphere Elektrode andererseits wie die Elektrode (1) ist zu den Elektroden (0), (2) und (6) benachbart. Die übrigen Elektroden (3), (4) und (5) sind eine Elektrode von der Elektrode (1) entfernt.
Bei ordnungsgemäßer Anwendung der Mehrfachphasenenergieversorgung kann ein Stromfluss zwischen einer peripheren Elektrode wie (1) und ihren benachbarten Elektroden (0), (2) und (6) leicht hergestellt werden. Es ist ebenso möglich, dass deutliche Ströme zwischen einer peripheren Elektrode wie (1) und den weiter entfernten Elektroden wie (3), (4) und (5) fließen. Dies wird durch eine geeignete Einstellung der Spannungsamplitude und Phase für jede Elektrode in der Anordnung erreicht.
Die Beziehung zwischen Stromfluss und Phasen der Elektroden wird am besten durch Betrachtung einer peripheren Elektrode wie (1) und zwei ihrer benachbarten Elektroden (0) und (2) verdeutlicht.
5b zeigt die Stromverteilung in einer Untergruppe benachbarter Elektroden (0), (1), (2) der in 5a gezeigten Mehrfachelektrodenanordnung. Die Elektroden (0), (1), (2) sind jeweils mit den in 2b gezeigten Spannungen V₀₀, V₁₀, V₂₀ verbunden. Die Potentialdifferenz, die sich zwischen den Elektroden (1) und (0) entwickelt, ist deshalb V₁₀, und sie bewirkt, dass ein Strom entlang einem Weg 310 zwischen den Elektroden (1) und (0) fließt. Ähnlich ist die Potentialdifferenz, die sich zwischen den Elektroden (2) und (0) entwickelt, V₂₀, und sie bewirkt, dass ein Strom entlang einem Weg 320 zwischen den Elektroden (2) und (0) fließt. Ein dritter Stromweg 312 zwischen den Elektroden (1) und (2) wird am besten ebenfalls unter Bezugnahme auf 5c verdeutlicht.
5c zeigt die Sinusspannungen V₁₀, V₂₀ als Funktion der Zeit. Wenn eine Phasendifferenz δθ₁₂ (= 2πfδt₁₂) zwischen dem Spannungspaar V₁₀, V₂₀ existiert, entwickelt sich eine Potentialdifferenz V₁₂ zwischen dem Paar benachbarter Elektroden (1) und (2). Wenn V₁₀ und V₂₀ dieselbe Amplitude, V, aufweisen, dann V12 = 2VSin(δθ12/2)Sin(2πft)wobei f die Frequenz in Hertz darstellt. Diese Spannung verursacht wiederum, dass ein Strom entlang dem Weg 312 zwischen den Elektroden (1) und (2) fließt.
6a zeigt die Stromverteilungen einer Siebenelektrodenanordnung, die mit einer Mehrfachphasenversorgung betrieben wird. Die Phasendifferenz zwischen jedem benachbarten Paar von Elektroden führt zu einer Potentialdifferenz und erlaubt, dass Strö me dazwischenfließen. Somit wird ein Stromweg 333 zwischen jedem Paar von benachbarten Elektroden gebildet. Dies schafft eine ziemlich vollständige Abdeckung der Entfernungszone, die durch die Elektrodenanordnung aufgespannt wird.
Im Gegensatz dazu wird ein Strom nur zwischen wenigen Elektrodenpaaren fließen, wenn eine Einphasenfunkfrequenzenergieversorgung in Verbindung mit der Siebenelektrodenanordnung verwendet wird.
6b zeigt die Stromverteilungen der Siebenelektrodenanordnung, die mit einer Einphasenfunkfrequenzenergieversorgung betrieben wird. Mit einer Einphasenfunkfrequenzenergie wird eine maximale Anzahl von Stromwegen durch Verbindung der zentralen Elektrode (0) mit der Massespannung V₀₀ der Einphasenenergieversorgung und aller peripheren Elektroden (1)–(6) jeweils mit den Spannungen V₁₀–V₆₀ erreicht. Die resultierende Stromweg-333-Verteilung bildet eine Serie von Speichen, wobei jede die zentrale Elektrode (0) mit einer der peripheren Elektroden (1)–(6) verbindet. Dies läßt wesentliche Bereiche dazwischen übrig, in denen kein Strom fließt, und weshalb in diesen Bereichen keine ausreichende Funkfrequenzerwärmung stattfindet. Eine auf diese Weise erzeugte Schädigung würde sehr ungleich und sehr uneffektiv sein.
6c zeigt ebenfalls die Stromverteilungen für eine Abwandlung der Siebenelektrodenanordnung, die mit einer Einphasenfunkfrequenzenergieversorgung betrieben wird. In diesem Fall sind die Elektroden (0), (2), (4), (6) mit der Massespannung V₀₀ der Einphasenenergieversorgung verbunden, während die Elektroden (1), (3), (5) mit der Spannung V₁₀ verbunden sind. Die resultierende Stromweg-333-Verteilung ist in 6c dargestellt. Diese läßt ebenso wesentliche Bereiche dazwischen übrig, in denen kein Strom fließt, und weshalb in diesen Bereichen keine ausreichende Funkfrequenzerwärmung stattfindet. Eine auf diese Weise erzeugte Schädigung wird ebenfalls sehr ungleich und uneffektiv sein.
Abgesehen von den Vorteilen einer einheitlicheren Schädigung hat sich herausgestellt, dass eine Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernung effizienter ist als eine Einphasenentfernung. Üblicherweise wird eine Schädigung in einem Viertel der Zeit erzeugt (z. B. 5–20 s) als für den Einphasenfall erforderlich. Dies ist vorteilhaft, da es die Gefahr des möglichen Versatzes des Katheters während der Entfernungsoperation vermindert.
Die Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernungen werden üblicherweise mit einer zugeführten Energie im Bereich von 10–40 W durchgeführt. Die höheren Energieeinstellungen werden über eine kürze Dauer angewandt, so dass die zugeführte Energie immer im Bereich von 100 Joule liegt.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernung nicht zufriedenstellend funktioniert, wenn nicht bestimmte Dimensionseinschränkungen der Elektroden erfüllt sind. Eine Bedingung ist, dass der Durchmesser einer kleineren Elektrode in der Anordnung ungefähr 0,7 mal größer sein sollte als der einer größeren Elekt- rode. Eine weitere Bedingung ist, dass die Gesamtkontaktfläche der Elektrode mit einem Gewebe nicht größer als ungefähr das 0,2-fache der von der Anordnung aufgespannten Fläche sein sollte. Noch eine weitere Bedingung ist, dass die durchschnittliche Entfernung zwischen den Elektroden weniger als etwa das 2,5-fache des durchschnittlichen Durchmessers der Elektroden in der Anordnung sein sollte.
Zweiphasenfunkfrequenzentfernung
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine annehmbar große Schädigung durch eine Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernung mit fünf Elektroden erzeugt. Durch eine zweckentsprechende Paarbildung der Elektroden ist eine Zweiphasenfunkfrequenzversorgung weiterhin in der Lage, eine ziemlich einheitliche Schädigung innerhalb der Entfernungszone zu erzeugen, die von der Elektrodenanordnung aufgespannt wird.
Eine bevorzugte Elektrodenanordnung stellt eine Fünfelektrodenorthogonalelektrodenkatheteranordnung (OECA) dar, die zuvor schon erwähnt worden ist. Die fünf-Elektroden-OECA ist im US Patent Nr. 4,940,064 offenbart Relevante Abschnitte dieser Offenbarung werden durch Bezugnahme hierdurch mitaufgenommen.
7a zeigt die fünf-Elektroden-OECA in ihrem ausgebreiteten Zustand. Die OECA umfasst ein 8-"French"-fünfpoligen Elektrodenkatheter 401. Er weist eine zentrale Sonde 402 auf, die, wenn sie an ihrem distalen Ende gezogen wird, die Nebenarme 403 in orthogonaler Anordnung öffnet. Jeder der vier Arme 413 weist eine periphere Elektrode 405 auf, während die fünfte Elektrode 409 zentral auf der Spitze der zentralen Sonde 402 angeordnet ist. Alle fünf Elektroden sind halbkugelförmig. Jede periphere Elektrode 405 weist einen Durchmesser von 2 mm auf, während die zentrale Elektrode einen Durchmesser von 2,7 mm aufweist. Die Zwischenelektrodenentfernung von der zentralen Elektrode zu jeder peripheren Elektrode beträgt 0,5 cm und die Entfernung zwischen peripheren Elektroden 0,7 cm. Der Oberflächenbereich der Katheterspitze in einer geöffneten Stellung beträgt 0,8 cm².
7b zeigt die Abdrücke der fünf-Elektroden-OECA-Elektroden. Die vier peripheren Elektroden 405 oder (1)–(4) bilden eine Kreuzkonfiguration. Die fünfte Elektrode 409 oder (0) ist im Zentrum des Kreuzes angeordnet. Die orthogonale Anordnung der Elektrode bildet eine Funkfrequenzentfernungszone 411.
8a zeigt die fünf-Elektroden-OECA, die als eine Zweiphasenentfernungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet wird. Eine 600-KHz-Funkfrequenz-Zweiphasenenergiequelle erzeugt Spannungen V₀₀, V₁₀, V₂₀ mit V₀₀ als Massepotential und Nullphase. Die Spannungen V₁₀, V₂₀ weisen in etwa dieselbe Amplitude auf, aber weisen eine Phasendifferenz δθ₁₂ im Bereich 70°–110° auf. Die zentrale Elektrode 409 ist mit V₀₀ verbunden. Die peripheren Elektroden 405 bilden zwei diagonale Paare. Ein Paar ist mit V₀₀ und das andere Paar mit V₂₀ verbunden.
8b zeigt die Stromverteilungen, die aus der Zweiphasenkonfiguration der 8a resultieren. Entsprechend zu der 8a sind die zwei Paare der diagonalen Elektroden (1), (3) und (2), (4), und sie sind jeweils mit den Spannungen V₁₀, V₂₀ verbunden. Wie zuvor erklärt, erlaubt dies, dass Funkfrequenzströme zwischen Elektroden fließen, sobald eine ausreichende Potentialdifferenz vorliegt. Zum Zweck der Erläuterung kann der Funkfrequenzstromfluss in diesem Fall als aus zwei Gruppen bestehend betrachtet werden. Eine Gruppe ist eine Kreuzkonfiguration mit einem Strom zwischen der zentralen Elektrode 409 und jeder der peripheren Elektroden 405. Die andere Gruppe resultiert aus Potentialdifferenzen zwischen benachbarten Paaren peripherer Elektroden, wobei der Strom alle vier peripheren Elektroden 405 umfasst. Es ist zu sehen, dass Stromwege 333 zwischen allen benachbarten Elektrodenpaaren laufen, wobei sie im wesentlichen die Entfernungszone 411 ausfüllen. Somit wird eine viereckförmige Schädigung mit einer Fläche von etwa 1,2 cm² in der Funkfrequenzentfernungszone 411 gebildet.
Im Gegensatz dazu wird ein Strom nur zwischen wenigen Elektrodenpaaren fließen, wenn eine Einphasenfunkfrequenzenergieversorgung in Verbindung mit der Siebenelektrodenanordnung verwendet wird.
9a zeigt die fünf-Elektroden-OECA, zum Zweck eines Vergleichs mit der Zweiphasenkonfiguration der 8a in einer Einphasenkonfiguration verbunden. In diesem Fall erzeugt eine Einphasenenergiequelle die Spannungen V₀₀, V₁₀ mit V₀₀ als Massepotential und Nullphase. Die zentrale Elektrode 409 ist mit V₀₀ verbunden. Alle vier peripheren Elektroden 405 sind mit V₁₀ verbunden.
9b zeigt die Stromverteilungen, die aus der Einphasenkonfiguration der 9a herrühren. Nur die Gruppe des Stromflusses, die der Kreuzkonfiguration zugeordnet ist, verbleibt. Diese Gruppe von Stromwegen liegt zwischen der zentralen Elektrode 409 oder (0) und jeder der peripheren Elektroden 405 oder (1)–(4). Da es keine Potentialdifferenzen zwischen jeder beliebigen der peripheren Elektroden (1)–(4) gibt, werden keine Stromwege gebildet, die die vier peripheren Elektroden umfassen. Diese Anordnung ist unzureichend, da sie die Funkfrequenzentfernungszone 411 mit deutlichen, nichterfassten Bereichen belässt.
10 zeigt eine graphische Darstellung der Schädigungsgröße über der Entfernungsenergie für verschiedene Beispiele von Arbeitsparametern sowohl für die Zweiphasen- als auch für die Einphasenfunkfrequenzentfernungen der fünf-Elektroden-OECA. Zweiphasenfunkfrequenzentfernungen erzeugen eine größere Veränderung in der Größe der Schädigung pro zusätzlicher verwendeter Energieeinheit (0,0081 cm²/J gegenüber 0,00125 cm²/J) als beim Einphasenfall. Die Schädigung, die von der Zweiphasenentfernung erzeugt werden, sind doppelt so groß und verwenden halb soviel Gesamtenergie im Vergleich zu derjenigen, die von einer Einphasenentfernung erzeugt wird. Um bei der Zweiphasenentfernung eine bessere Kontrolle über die Größe der gebildeten Schädigung zu haben, ist es vorteilhaft, die Leistungseinstellung bei 10 Watt (0,0079 cm²/J), als bei 20 Watt (0,0055 cm²/J) oder 40 Watt (0,0022 cm²/J) zu haben. Die größte Schädigung, die mit der Zweiphasenfunkfrequenzanordnung erzeugt wird (bei 20 Watt für 20 Sekunden), liegt bei etwa 1,2 cm².
11 zeigt die Bildung einer noch größeren Schädigung durch aufeinanderfolgende benachbarte Entfernungen. Entfernungen in der Größe von 6 cm² sind beispielsweise für die Entfernungsbehandlung der ventrikularen Tachykardia (VT) erforderlich. Eine größere Schädigung 451 dieser Größe kann durch sechs benachbarte rechteckförmige Schädigungen 411 erzeugt werden. Sie kann durch aufeinanderfolgende Platzierungen der fünf-Elektroden-OECA unter Verwendung der Zweiphasenfunkfrequenzenergie erzeugt werden. Nach jeder Entfernung wird der Elektrodenkatheter gewöhnlich zurückgezogen, um die Elektroden vor dem nächsten Versuch von Blutgerinseln zu reinigen. Die Lokalisierung des nächsten zu entfernenden Punktes wird durch ein endokardiales Mapping-Verfahren lokalisiert wie eine in einem von Desai u. a. geschrieben Zeitschriftenartikel mit dem Titel "Orthogonal Electrode Catheter Array for Mapping of Endocardiac Focal Site" beschrieben ist, der in Pacina And Clinical Electrophysiology, Band 14, Seite 557–574, April 1991 veröffentlicht ist. Relevante Abschnitte dieser Veröffentlichung von Desai u. a. wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
Temperaturgeregelte Mehrfachphasenformfrequenzentfernung
Das Zweiphasenfunkfrequenzentfernungsverfahren erzeugt aus der Sicht der Energieversorgung aufgrund der wirkungsvollen Nekrosis des Gewebes und einer möglichen frühen Gerinselbildung an den Elektrodenspitzen einen frühen Impedanzanstieg. Die Gerinselbildung hat den Effekt, dass der Stromfluss durch das Gewebe eingeschränkt und die Tiefe der Schädigungserzeugung begrenzt wird. Es ist möglich, dieses Problem durch eine schwierige Regulierung der Entfernungstemperatur zu lösen.
Eine Elektrodenspitzentemperatursteuerung wurde bei herkömmlichen Einphasenfunkfrequenzstandardelektrodenkatheterentfernungen implementiert. Dies ist in dem Zeitschriftenartikel von Haines und Watson offenbart, "Tissue heating model and observations in isolated profused and superfused canine right ventricular free wall", PACE. Band 12, 1989, Seite 962–979. Relevante Abschnitte des Artikels von Haines und Watson werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
12 zeigt ein Mehrfachphasenfunkfrequenzentfernungssystem mit einer Elektrodenspitzentemperatursteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Elektrodenkatheteranordnung 501 stellt eine elektrische Verbindung mit einer Mehrfachphasenenergie versorgung 511 mit Hilfe von Verbindungen 521 her. Ein oder mehrere Temperaturüberwacher wie Thermistoren 531 sind in die Elektroden 541 der Elektrodenanordnung eingebaut, um die Temperaturen während der Entfernung zu überwachen. Die Funkfrequenzenergieversorgung 511 enthält einen Leistungssteuerungsschaltkreis 551, der die Energieabgabe an die Elektrodenkatheteranordnung 501 in Abhängigkeit von den Temperaturüberwachern 531 einstellt. Die Signale von den Temperaturüberwachern 531 werden über Leitungen 553 von dem Katheter zu dem Leistungssteuerschaltkreis 551 geleitet. Die Entfernungstemperatur kann somit an einem optimalen vorbestimmten Pegel, vorzugsweise 80°C, aufrechterhalten werden. Dies würde eine frühe Gerinselbildung verhindern und helfen, größere und tiefere Schädigungen mit größerer Einheitlichkeit zu erzeugen.
Während die Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung, die beschrieben wurde, bevorzugte Implementrationen darstellen, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen davon ebenso möglich sind. Die hierin beschriebene Vorrichtung und das Verfahren sind für die Entfernung von biologischem Gewebe im Allgemeinen anwendbar. Daher kann die Erfindung Schutz innerhalb des vollen Schutzumfangs der angefügten Ansprüche beanspruchen

Claims

Funkfrequenzentfernungsvorrichtung für biologisches Gewebe, umfassend: einen Elektrodenkatheder (200) mit einer Mehrzahl von Elektroden (201, 203), wobei die Mehrzahl der Elektroden (201, 203) in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Elektrodenanordnung angeordnet werden kann, eine Energieversorgung (220) zur Bereitstellung von Funkfrequenzspannungen mit individueller Phase für jede der Mehrzahl von Elektroden (201, 203), so dass über eine vorbestimmte Zeitdauer deutliche Potentialdifferenzen zwischen im Wesentlichen zwei Beliebigen der Mehrzahl der Elektroden (201, 203) vorhanden sind und eine Funkfrequenzerwärmung dazwischen bewirkt wird, um eine gleichmäßige Entfernung von an die Elektrodenanordnung angrenzendem biologischen Gewebe (50) zu erreichen, wobei die Energieversorgung (220) Leistung im Bereich von 10–40 Watt abgibt.
Funkfrequenzentfernungsvorrichtung für biologisches Gewebe, umfassend: einen Elektrodenkatheter (200) mit einer Mehrzahl von Elektroden (201, 203), wobei die Mehrzahl der Elektroden (201, 203) in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Anordnung angeordnet werden kann, eine Mehrzahl von benachbarten Elektrodenpaaren in der Elektrodenkatheteranordnung, von denen jedes aus einer Elektrode und einer ihr unmittelbar benachbarten Elektrode gebildet wird, und eine Energieversorgung (220) zur Bereitstellung von Funkfrequenzspannungen mit einer Phase an jedes der Mehrzahl der benachbarten Elektrodenpaare, so dass über eine vorbestimmte Zeitdauer deutliche Potentialdifferenzen zwischen jedem benachbarten Elektrodenpaar vorhanden sind, um eine Funkfrequenzerwärmung dazwischen zu bewirken, um eine gleichmäßige Entfernung von biologischem Gewebe benachbart zu der Elektrodenkatheteranordnung zu erreichen, und wobei die Energieversorgung (220) Leistung im Bereich von 10–40 Watt abgibt.
Funkfrequenzentfernungsvorrichtung für biologisches Gewebe nach Anspruch 1 oder 2, außerdem umfassend einen Temperatursensor (531) in der Elektrodenanordnung (541) zur Erfassung der Entfernungstemperatur und wobei die Temperatur der Entfernung im Wesentlichen bei etwa 80°C aufrechterhalten wird.
Funkfrequenzentfernungsvorrichtung für biologisches Gewebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Durchmesser einer kleineren Elektrode größer als das 0,7-fache einer größeren Elektrode in der Anordnung ist.
Funkfrequenzentfernungsvorrichtung für biologisches Gewebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: eine Anordnungsbedeckungsfläche (411) durch die Spannweite der ausgebreiteten Elektrodenanordnung definiert und eine Elektrodenkon taktfläche durch die Kontaktfläche der Elektrode mit einem biologischen Gewebe definiert ist und die Summe aller Elektroden-(405, 409)-Kontaktflächen größer als das 0,2-fache der Anordnungsbedeckungsfläche ist.
Funkfrequenzentfernungsvorrichtung für biologisches Gewebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die durchschnittliche Entfernung zwischen den Elektroden (405, 409) in der Anordnung kleiner als das 2,5-fache des durchschnittlichen Durchmessers der Elektroden in der Anordnung ist.