DE69636885T2

DE69636885T2 - Chirurgiesystem mit gekühlter Elektrodenspitze

Info

Publication number: DE69636885T2
Application number: DE69636885T
Authority: DE
Inventors: Eric R. Belmont Cosman; William J. III Lynnfield Rittman
Original assignee: Sherwood Service AG
Current assignee: Covidien AG
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2016-05-03
Also published as: US6506189B1; EP1462065B1; DE69635423T2; ATE308930T1; WO1996034571A1; ATE352999T1; DE69636885D1; AU5727096A; EP1462065A2; EP1011495B1; EP1011495A1; DE69635423D1; EP1462065A3

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Therapeutische Läsionen in lebenden Körpern werden seit vielen Jahrzehnten unter Einsatz von Hochfrequenz (HF) und anderen Energieformen hergestellt. Die Eingriffe sind besonders nützlich auf dem Gebiet der Neurochirurgie, insbesondere, wenn HF-Abtrageelektroden (normalerweise in länglicher zylindrischer Form) in einen lebenden Körper eingeführt werden. Eine typische Form derartiger Abtrage- bzw. Ablationselektroden enthält eine isolierte Ummantelung, von der aus sich eine freiliegende (nichtisolierte) Spitze erstreckt.
Im Allgemeinen wird die Ablationselektrode zwischen eine geerdete HF-Energiequelle (außerhalb des Körpers) und eine Bezugserde oder eine neutrale Elektrode und zum Kontakt mit einer großen Oberfläche des Körpers gestaltet. Wenn eine HF-Spannung zwischen der Bezugselektrode und der eingeführten Ablationselektrode erzeugt wird, fließt HF-Strom von der Ablationselektrode durch den Körper. Normalerweise ist die Stromdichte in der Nähe der Spitze der Ablationselektrode sehr hoch, wodurch das angrenzende Gewebe erhitzt und zerstört wird.
Ablationselektroden-Verfahren einschließlich der den Verfahren zugrundeliegenden Theorie und vieler Einsatzgebiete für die Verfahren sind in verschiedenen Publikationen beschrieben, und zwar insbesondere in 1. Cosman et al., „Theoretical Aspects of Radiofrequency Lesions in the Dorsal Root Entry Zone" Neurosurg 15:945–950, 1984, und 2. Cosman E.R. and Cosman B.J.: "Methods of making Nervous System Lesions", in Wilkins RH, Rengachary SS (EDS): Neurosurgery, New York, McGraw-Hill, Vol, III, S. 2490–2498, 1984.
In der Vergangenheit sind in HF-Ablationselektroden Temperatursensoren integriert worden, beispielsweise in Form eines Thermistors oder Thermoelementes. In dieser Beziehung ist auf das US-Patent Nr. 4.411.266 (1983, Eric R. Cosman) zu verweisen.
Normalerweise ist der Sensor mit einer Überwachungsvorrichtung verbunden, die die Temperatur anzeigt, die die Erzeugung einer gewünschten Läsion ermöglicht. Wie allgemein bekannt ist, können bei einer bestimmten Form der Spitze und Temperatur der Spitze Läsionen mit einer vorgeschriebenen Größe recht zuverlässig hergestellt werden. Auch in dieser Hinsicht ist auf US-Patent 4.411.266 (1983, Eric R. Cosman) zu verweisen.
Im Laufe der Jahre ist ein breites Spektrum an Formen und Konfigurationen von HF-Elektroden eingesetzt worden, wobei mehrere aktuelle Formen von Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) bezogen werden können. Diese Elektroden sind eingesetzt worden, um Läsionen in einem breiten Spektrum von Zielen in dem Körper einschließlich des Gehirns, der Wirbelsäule und des Herzens herzustellen.
Eine Einschränkung von bisherigen Elektroden-Ablationssystemen betrifft jedoch die Temperatur der Spitze. Das heißt, bisherige Ablationselektroden mit einer bestimmten Spitzenform sollten effektiv nie eine Temperatur von 100°C übersteigen. Bei dieser Temperatur kommt es dazu, dass das Gewebe kocht und verkohlt. Darüber hinaus kann unkontrollierte Zerstörung, wie beispielsweise Blutung oder Bildung von explosiven Gasen, außerordentlich bedrohliche und klinisch gefährliche Auswirkungen auf den Patienten haben. Daher ist die Größe der Läsion für eine bestimmte Elektrodenform im Allgemeinen als durch die Tatsache, dass das Gewebe in der Nähe der Spitze 100°C nicht übersteigen darf, als in gewissem Maße eingeschränkt betrachtet worden.
Grundlegend ist bei der HF-Ablation die Elektroden-Temperatur in der Nähe der Spitze am höchsten, da die Stromdichte an dieser Stelle am höchsten ist. Dementsprechend fällt die Temperatur in Abhängigkeit vom Abstand zu der Elektrodenspitze, und zwar, abgesehen von möglichen Abnormitäten hinsichtlich der Leitfähigkeit des Gewebes usw., auf vorhersagbare und sogar berechenbare Weise. Dies hat zur Folge, dass die Größe von HF-Läsionen für eine bestimmte Elektrodenform eingeschränkt gewesen ist.
Eine vorgeschlagene Lösung hinsichtlich der Beschränkung der Größe von Läsionen bestand im Einsatz von „achsversetzten Elektroden" (oft-axis electrodes), beispielsweise der sogenannten Zervas-Hypophysectomy-Electrode oder der Gildenberg Side-outlet Electrode, wie sie von Radionics, Inc., (Burlington, Massachusetts) hergestellt werden.
Bei derartigen Systemen, die mehrere Gewebepunktionen erforderlich machen, steigt jedoch das Risiko von Blutungen, die Zeit des chirurgischen Eingriffs verlängert sich erheblich, und der Grad der Empfindlichkeit nimmt zu. Auch eine Gruppe von achsversetzten Läsionen ergibt möglicherweise nicht eine gewünschte homogene oder einheitliche Läsion. Daher besteht ein Bedarf nach einem Ablationselektroden-System, mit dem vergrößerte Läsionen (Radius und Volumen) hergestellt werden können.
Hinsichtlich der Größe der Läsion beschreiben die Veröffentlichungen von Cosman et al. (oben erwähnt) das Herstellen von Läsionen im Gehirn von 10 bis 12 Millimetern beim Einsatz sehr großer Elektroden. Es besteht jedoch ein Bedarf danach, erheblich größere Läsionen herzustellen. So können beispielsweise in der Leber karzinöse Tumore größer als 20 oder 30 Millimeter sein und deutlich sichtbar werden, so beispielsweise bei tomographischer Abtastung. Dementsprechend besteht ein Bedarf danach, derartige Tumore mit einer minimalen Anzahl an Elektroden-Einführvorgängen und Erhitzungsvorgängen zerstörend zu erhitzen.
WO 94/28809 offenbart eine Hochfrequenzvorrichtung, die aus einem aus Kunststoff geformten flexiblen länglichen Element mit proximalen und distalen Enden besteht. Das flexible längliche Element ist mit einem zentralen Strömungs-Lumen ausgestattet, das eingerichtet ist, um Kühlfluid aufzunehmen. Weiterhin ist eine nicht hohle Spitze aus Kunststoffmaterial geformt und an einer Muffe mittels einer geeigneten Einrichtung, wie zum Beispiel einem ebenfalls aus Kunststoff geformten Befestigungsblock, gesichert, der ebenso aus Kunststoff geformt ist und an dem distalen Ende der Muffe gesichert ist.
US 5.334.193 offenbart einen aus einem nichtleitenden Material konstruierten länglichen Katheter mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, befestigt über einem distalen Abschnitt der Außenfläche des Katheters. Der Katheter ist des Weiteren ausgelegt, um ein Lumen zu enthalten, das im Inneren des Katheters angeordnet ist und Fluid durch den Katheter transportiert. Das Lumen steht durch eine Leitung mit einer Fluidquelle in Verbindung, wobei das Fluid durch eine Auslassöffnung abströmt.
Im Allgemeinen betrifft das System der vorliegenden Erfindung ein verbessertes System zum Durchführen von Ablationsvorgängen in dem Körper. Speziell können die oben genannten Probleme durch ein erfindungsgemäßes System, wie in Anspruch 1 definiert, gelöst werden. Bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Systems sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Das System bietet die Möglichkeit gesteuerter und modifizierter Temperaturverteilung in Abhängigkeit vom Abstand zu der Ablationselektrode, um die Wärme über erheblich größere Strecken „auszustoßen" oder zu verteilen, wobei gleichzeitig im Allgemeinen die Sicherheit und die Steuerung des Läsions-Prozesses aufrechterhalten werden.
Das System ermöglicht Steuerung der Temperatur an einem Erwärmungsabschluss, so beispielsweise der Spitze einer Ablationselektrode. Die Temperatur der Elektrodenspitze (Heizvorrichtung) wird gesteuert, indem ein Mechanismus integriert wird, der die Spitze kühlt, um so die zu hohen Temperaturen beim Ablationsvorgang an die Spitze angrenzend zu verringern. Durch Einsatz eines steuerbaren, von außen modulierten Wirkstoffs (Fluid) zum sekundären Kühlen der Spitze Steuerung erreicht, und dadurch wird zu starke Erhitzung von Gewebe nahe der Spitze oder daran angrenzend verringert. Im Einzelnen enthalten offenbarte Ausführungen ein Kühlbauteil, das Kühlen der Ablationselektrode und des Gewebes unmittelbar an die Elektrode angrenzend ermöglicht, um so die thermische Verteilung der Wärmeverhältnisse in dem Gewebe zu modifizieren und größere Läsionen herzustellen.
Im Wesentlichen kann die Ablationsenergie, die in dem Gewebe als Wärme verteilt wird, durch das Kühlen an der Bearbeitungsfläche effektiv erhöht werden. Dadurch wird das Ablationsvolumen vergrößert. Formen von Hochfrequenzelektroden mit gekühlter Spitze, wie sie hier offenbart werden, eignen sich gut für die minimalinvasive Ablation von Tumoren. Spezielle Ausführungen werden als nützlich für den thermochirurgischen Einsatz offenbart, wobei sie physikalische Eigenschaften aufweisen, die verbesserte Steuerung und Handhabung ermöglichen. Spezielle Anordnungen aus Kanüle, Fluid-Transportstrukturen, Spül- und Perfusionsvorrichtungen, Hochfrequenzkanülen und Thermosonden werden offenbart, die die Möglichkeit bieten, verschiedene praktische thermochirurgische Applikatoren zu konstruieren, die wirkungsvoll funktionieren. Weiterhin kann, wie hier offenbart, die Steuerung durch den Einsatz eines Computers verbessert werden, so beispielsweise mit Grafik und Anzeigemöglichkeit, um Parameter der Thermochirurgie zu steuern, zu überwachen oder rückzukoppeln, und so die Ablation im Voraus zu planen, oder Bilder von einem oder mehreren Bildscannern vor, während oder nach dem Ablationsprozess abzubilden, zusammenzuführen oder zu aktualisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen, die einen Teil der Patentbeschreibung bilden, sind beispielhafte Ausführungen, die verschiedene Aufgaben und Merkmale aufweisen, aufgeführt, d.h.:
1 ist ein als Blockschaltbild und als Schnitt ausgeführtes Schema eines Systems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 ist ein vergrößertes, als Blockschaltbild und Schnitt ausgeführtes Teilschema, das Abschnitte des Systems in 1 in größerer struktureller Einzelheit mit geringfügigen Abwandlungen darstellt.
2A ist ein Schnitt und eine Ansicht getrennter Bauteile, die repräsentativ für eine alternative Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
2B ist eine Teilansicht, die eine weitere alternative Ausführung zu der in 2A zeigt;
2C ist eine Teilansicht, die eine weitere alternative Ausführung zu der in 2A zeigt;
2D ist ein Schnitt und eine Ansicht von auseinandergenommenen Bauteilen einer anderen alternativen Form des Elektrodenbauteils des Systems in 2;
3 ist ein rechtwinkliges Koordinatendiagramm, das Temperaturverteilungen darstellt, die mit HF-Elektroden verbunden sind;
4 ist eine als Blockschaltbild und als Schema ausgeführte Darstellung einer alternativen Form eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Blockschaltbild und eine Ansicht einer weiteren alternativen Form der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine als Blockschaltbild und als Schema ausgeführte Ansicht einer erweiterten Ausführung des Systems der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Computerprogramm-Flussdiagramm, das Vorgänge in dem System in 8 darstellt;
8 ist eine bildliche Ansicht beispielhafter Anzeigen des Systems in 8; und
9 ist eine Schnittansicht, die einen beispielhaften Eingriff unter Verwendung einer Form des Systems der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung der Erfindung
Die folgenden Ausführungen stellen die vorliegende Erfindung und Prinzipien derselben beispielhaft dar, sie werden jedoch als die besten Ausführungen für Offenbarungszwecke und als Basis für die folgenden Ansprüche betrachtet, die den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung definieren. Die Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere in Bezug auf die 5 beschrieben. Die übrigen Ausführungen sind jedoch für das Verstehen der erfindungsgemäßen Ausführung dienlich.
Wie gleichzeitig in 1 und 2 zu sehen ist, enthält das dargestellte Ablationssystem im Allgemeinen einen länglichen Schaft bzw. Kanülenkörper C zum perkutanen oder intraoperativen Einführen in eine offene Wundstelle. Der Kanülenkörper ist, wie dargestellt, integral mit einem Kopf- bzw. Nabenelement H ausgebildet, das mit entfernten Hilfskomponenten, die kollektiv mit S gekennzeichnet sind, gekoppelt ist.
Der Kanülenkörper 10 enthält strukturell eine längliche hohle Ablationselektrode 11 (2), die aus leitendem Material, z.B. Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Titan, usw. besteht. Am distalen Ende des Kanülenkörpers 10 weist die Elektrode 11 eine Spitze 12 auf, die an ihrem Ende abgerundet oder spitz sein kann. In einer Form kann die Spitze 12 eine Trokar-Spitze aufweisen und eine robuste Metallkonstruktion sein, um Einführen oder Eindringen in Gewebe zu ermöglichen. In Funktion breitet sich, wenn eine HF-Energiequelle 16 eingesetzt wird, elektrischer Strom von der Spitze 12 aus und tritt durch das umgebende Gewebe hindurch, so dass sich das Gewebe erhitzt. Das heißt, wenn die Spitze 12 an ein Gewebe angrenzend (nahe daran, es berührend oder darin) angeordnet wird, wird Energie von der HF-Energiequelle 16 in Wärme in dem Gewebe abgegeben.
Über den Großteil ihrer Länge trägt die Elektrode 11 eine isolierende Beschichtung 13, die selektiv das Fließen von elektrischem Strom von dem Schaft 15 der Elektrode 11 in umgebendes Gewebe verhindert. So schirmt die isolierende Beschichtung 13 das dazwischen liegende Gewebe gegenüber HF-Strom ab, damit dieses Gewebe über die Länge des Schaftes 15 im Wesentlichen bis auf die Erwärmungswirkung von der freiliegenden Spitze 12 nicht erhitzt wird.
Das proximale (linke) Ende der Elektrode 11 (2) ist integral mit einem vergrößerten Gehäuse (14) in der Nabe H verbunden, die elektrische und Kühlmittelverbindungen aufnimmt, wie dies weiter unten ausführlich erläutert wird. Außerhalb des Körpers des Patienten ist das Gehäuse 14 zylindrisch geformt und weist Anschlüsse zur Verbindung mit den Hilfskomponenten S auf, d.h. die elektrischen und Fluidverbindungen. Das Gehäuse 14 kann, wie angedeutet, integral mit der Elektrode 11 verbunden sein und aus Metall bestehen, oder kann, wie im Folgenden beschrieben, eine separate Teilbaugruppe bilden. Als Alternative dazu kann das Gehäuse 14 aus Kunststoff bestehen und separate elektrische Anschlüsse aufnehmen. Dabei eignet sich ein Kunststoffgehäuse 14 für Bildgebung mit Röntgenstrahlen, CT, MR usw. mit geringen Artefakten, wie dies in einigen Situationen vorteilhaft sein kann.
Das Gehäuse 14 ist mit einem Block 18 (2) in Eingriff, der eine Luer-Verbindung 19 aufweist, mit der der Block 18 dichtend an dem Gehäuse 14 angebracht ist. So sind Fluid- und Stromverbindungen vorhanden. Das heißt, Verbindung mit einer regulierten HF-Quelle 16 (veränderlich) kann die Form eines Standard-Kabelverbinders, eines Zuleitungsdrahtes, eines Anschlussbuchsenkontaktes oder anderer Konstruktionen haben, die auf dem Gebiet der Hochfrequenztechnik bekannt sind. Die elektrischen Temperaturerfassungs- und Hochfrequenzverbindungen können über das Gehäuse 14 hergestellt werden und sich zum Bereich der Spitze 12 erstrecken, wo eine NF-Leitung 25 mit Anschluss 21 (einer Verschweißung, Verlötung oder anderen sicheren elektrischen Verbin dung) verbunden ist. Wenn sich Sensorleitungen 24 zu einem Thermosensor 23, so beispielsweise in der Form eines Thermistors oder eines Thermoelementes, oder einem anderen Typ Sensor erstrecken, kann der Sensor 23 mit der Wand der Spitze 12 verschweißt oder in thermischen Kontakt gebracht werden, um die Temperatur der Spitze 12 zu erfassen.
Die HF-Energiequelle 16 kann, wie bereits gesagt, auf ein Bezugspotential bezogen werden, wie dies dargestellt ist (2), und über den Block 18, der an der Nabe H befestigt ist, angeschlossen werden. Das heißt, die HF-Energiequelle 16 führt dem Verbindungsanschluss 21 HF-Spannung über den Block 18 mit einer elektrischen Verbindung mit der Elektrode 11 zu, wie sie mit der Leitung 25 angedeutet ist. Die Energiequelle 16 kann die Form eines HF-Generators haben, beispielsweise des Systems RFG-3C HF Lesion Generator, der von Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) bezogen werden kann.
Wenn sich die Ablationselektrode 11 im Körper eines Patienten befindet, wird, wie oben angedeutet und allgemein üblich, ein elektrischer Stromkreis durch den Körper zu einer Bezugs- oder Dispersionselektrode R (in 2 symbolisch dargestellt) geschlossen, die an anderer Stelle mit dem Körper verbunden ist. Dadurch erhitzt die HF-Energiequelle 16 Körpergewebe durch Strom der Spitze 12. Dabei kann eine Temperaturüberwachungseinrichtung 20 (2 links Mitte) durch Leitungen 22 und 24 mit einem Temperatursensor 23, beispielsweise in Form eines Thermoelementes oder eines Thermistors, elektrisch verbunden werden, der sich normalerweise in der Spitze 12 befindet oder mit ihr in Kontakt ist. Der Sensor 23 ist, wie dargestellt, mit der Spitze 12 verbunden. Die erfasste Temperatur kann genutzt werden, um entweder den Strom von HF-Energie oder den Strom von Kühlmittel oder beide zu steuern, um die gewünschte Ablation zu erreichen und gleichzeitig die maximale Temperatur im Wesentlichen unter 100°C zu halten. Es ist anzumerken, dass eine Vielzahl von Sensoren eingesetzt werden könnte und zwar einschließlich Einheiten, die sich aus der Spitze 12 heraus erstrecken, um Temperaturen zu messen, die an verschiedenen Positionen in der Nähe der Spitze 12 herrschen. Bei der Temperatur-Überwachungseinrichtung 20 kann es sich beispielsweise um die TC-Thermoelement-Temperaturüberwachungsvorrichtungen handeln, die von Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) bezogen werden können.
Demgemäß können Temperaturen an der Spitze 12 oder in ihrer Nähe (durch die Überwachungseinrichtung 20 verkörpert) gesteuert werden, indem der Strom von flüssigem Kühlmittel durch die Ablationselektrode 11 gesteuert wird. Dementsprechend wird die Temperatur des Gewebes in der Nähe oder in Kontakt mit der Spitze 12 gesteuert. In der offenbarten Ausführung wird Fluid von einer Fluidquelle FS über die Länge der Ablationselektrode 11 (2) durch eine Röhre 26 geleitet, die sich von dem Gehäuse H zu dem distalen Ende der Elektrode 11 erstreckt und an einem offenen Ende 28 an der Spitze 12 endet. Am gegenüberliegenden Ende der Elektrode 11 in dem Gehäuse H ist die Röhre 26 so angeschlossen, dass sie Fluid aufnimmt. Wie in der detaillierten Struktur in 1 dargestellt, enthält die Fluidquelle FS eine Quelleneinheit 34, die über eine Steuerung 32 angeschlossen ist, für die eine Spritze 30 eingesetzt wird, um Fluidstrom (Pfeil 38) über eine Kupplung 38 auszulösen. So wird Fluidstrom entsprechend der beobachteten Temperatur reguliert, so dass verstärkter Strom von HF-Energie ermöglicht wird.
Das flüssige Kühlmittel kann die Form von Wasser oder physiologischer Kochsalzlösung haben, um Wärme durch Konvektion von der Spitze 12 abzuleiten. Der Behälter bzw. die Quelleneinheit 34 (1) kann ein großer Behälter mit gekühltem Wasser, physiologischer Kochsalzlösung oder anderem Fluid sein. Als ein vereinfachendes Beispiel kann ein Behälter mit Wasser mit Eiswürfeln dazu dienen, das Kühlmittel auf einer Temperatur von nahezu 0°C zu halten. Als ein weiteres Beispiel könnte die Fluidquelle FS eine peristaltische Pumpe oder eine andere Fluidpumpe enthalten oder könnte lediglich durch Schwerkraft zugeführt werden, um Fluid aus einem Beutel oder einem starren Behälter einzuleiten.
Strom von der Spitze weg führt zurück zu der Nabe H (2) und tritt aus der Nabe H über einen Austrittsanschluss 14 aus, wie dies durch Pfeile 42 und 43 dargestellt ist. Es ist anzumerken, dass die Anschlüsse die Form einfacher Kupplungen, steifer Einheiten haben können oder flexible röhrenförmige Kupplungen umfassen können, um Drehmomentübertragungen auf die Elektrode 11 zu verringern. Des Weiteren können die Kühlmittel-Strömungselemente einfach die Form von PVC-Röhren mit Luer-Verbindern aus Kunststoff haben, um den Einsatz zu erleichtern.
Aufgrund des Stroms von Kühlmittel kann der Innenraum der Elektrode 11, insbesondere die Elektrodenspitze 12, auf eine Temperatur nahe der der Fluidquelle FS gehalten werden. Das Kühlmittel kann, wie in 2 dargestellt, in einem geschlossenen System zirkulieren. In einigen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die Richtung des Fluidstroms gegenüber der in den Figuren dargestellten umzukehren. Koordinierte Funktion, die HF-Erhitzung zusammen mit dem Kühlen einschließt, kann, wie weiter unten ausführlich behandelt, mit einem Mikroprozessor 44 (2) erreicht werden. Dabei ist der Mikroprozessor 44 mit der HF-Energiequelle 16 der Temperatur-Überwachungseinrichtung 20 und der Fluidquelle FS verbunden, um Daten über Strömungsmengen und Temperaturen zu empfangen und Steuerung auszuführen. Dementsprechend wird eine integrierte Funktion mit Rückkopplung von der Temperatur-Überwachungseinrichtung 20 auf gesteuerte Weise erreicht, und verschiedene Funktionen können gleichzeitig ausgeführt werden. So wird, durch das Kühlen erleichtert, die Ablationselektrode 11 moderiert, verändert, gesteuert oder stabilisiert. Ein derartiger gesteuerter Betrieb kann die Temperatur von Gewebe in der Nähe der Spitze 12 effektiv verringern, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen, die auf die gewünschte Größe der gewünschten Läsion zugeschnitten ist.
Die Temperaturverteilung in dem Gewebe in der Nähe der Spitze 12 hängt von dem HF-Strom von der Spitze 12 ab und hängt von der Temperatur des Gewebes ab, das an die Spitze 12 angrenzt, und diese Spitzen-Temperatur kann so gesteuert werden, dass sie sich der Temperatur des Fluids von der Quelle FS nähert. So wird eine thermische Grenzbedingung hergestellt, so dass die Temperatur des Gewebes (in der Nähe der Spitze 12) annähernd auf der Temperatur der Spitze selbst gehalten wird, z.B. der Temperatur des Fluids im Inneren der Spitze 12. Dementsprechend kann der Chirurg durch Temperatur-Steuerung eine festgelegte Temperatur an der Grenze der Elektrodenspitze 12 herstellen, die in gewisser Weise unabhängig von dem HF-Erwärmungsprozess sein kann, und die Temperatur-Verteilung in dem Gewebe erheblich modifizieren.
Um Temperatur-Verteilungen von der Spitze 12 aus zu betrachten, wird im Folgenden auf das Diagramm in 3 Bezug genommen. Der radiale Ist-Abstand R zu der Mittelachse einer Elektrodenspitze ist als Funktion der Temperatur T dargestellt. Bei dem dargestellten Beispiel ist ein Ist-Radius R₀ der Spitze dargestellt. Eine Körpertemperatur von 37°C ist die Grundbezugslinie in dem Diagramm. Des Weiteren ist ein Temperatur pegel von 100°C dargestellt, d.h. der Siedepunkt von Wasser und im Wesentlichen der von Körpergewebe. Eine derartige Temperatur ist, wie oben erläutert, in jeder kontrollierte klinischen Umgebung außerordentlich unvorteilhaft. Dementsprechend ist es wichtig, die Temperatur der Elektrode im Wesentlichen unter 100°C zu halten.
Im Allgemeinen stellen die Kurven in 3 in gewisser Weise ideale Kennlinien von beispielhaften Elektroden dar, die die Gewebetemperatur T als eine Funktion des Abstandes R zu der Elektrode zeigen. Die Kurven sind, auch wenn sie idealisiert sind, berechenbar und können dazu dienen, die Größe der Läsion anzuzeigen. Diesbezüglich wird auf die oben aufgeführten Publikationen von Cosman et al. (beide 1984) verwiesen.
Die Kurve 51 stellt die Funktion einer herkömmlichen Ablationselektrode dar, bei der an der Elektrodenfläche (R₀) das Gewebe auf eine sichere Temperatur T₁ erhöht wird. Von dieser Stelle aus fällt jedoch die Temperatur schnell ab und erreicht, wenn der Abstand R zu der Elektrode abnimmt, asymptotisch Körpertemperatur (37°C).
Es ist allgemein akzeptiert, dass die meisten Körpergewebe über die meisten Zellenlinien permanent absterben, wenn sie über einen längeren Zeitraum, beispielsweise 60 s, auf einer Temperatur im Bereich von 45°C bis 60°C gehalten werden. Demgemäß entspricht der Ablationsradius für eine Läsion im Allgemeinen dem Radius, der mit Temperaturen in einem Bereich von 45°C bis 60°C verbunden ist. So wäre Ablation durch die Elektrode, wie sie mit der Kurve 51 dargestellt ist, nur in dem Radius eines Punktes 53 wirksam.
Die Kurve 52 stellt die Kennlinie einer Elektrode bzw. eines Ablationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die verbesserte Elektrode (beispielsweise Elektrode 11, 2) kann auf einer annähernden Temperatur, wie beispielsweise angedeutet, Temperatur T₀ gehalten werden, die im Wesentlichen niedriger ist als die Körpertemperatur von 37°C. In 3 wird dargestellt, dass sich die Temperatur T₀ 0°C, d.h. dem Gefrierpunkt von Wasser, nähern kann. Natürlich ist es nicht notwendig, eine derartig niedrige Temperatur einzusetzen, das Diagramm in 3 dient jedoch auch lediglich Veranschaulichungszwecken. Daher zeigt ein im Wesentlichen horizontaler Abschnitt 54 der Kurve 52 eine konstante Temperatur T₀ innerhalb des Radius R₀ an. Der Abschnitt 54 stellt eine Situation dar, in der der Innenraum der verbesserten Elektrodenspitze durch Zirku lation von Kühlmittel auf einer Temperatur T₀ gehalten wird. Ein derartiger Betrieb erzeugt die Grenzbedingung an R₀, so dass das Gewebe außerhalb der Spitze ebenfalls im Wesentlichen die Temperatur T₀ hat.
Aus weiteren Darstellungen der Kurve 52 geht hervor, dass der HF-Strom Energieableitung in dem Gewebe unmittelbar an den Elektrodenradius R₀ angrenzend und im Abstand dazu bewirkt, die Gleichgewichts-Temperaturverteilung des Gewebes wird jedoch durch den Ausgleich der Wärmeverteilungsleitung und -konvektion über den gesamten Raum gesteuert. Die Tatsache, dass die verbesserte Elektrodenspitze (Spitze 12, 2) auf der Temperatur T₀ gehalten wird, bedeutet, dass die Temperaturkurve 52 kontinuierlich sein muss und auf den Punkt T₀ an Radius R₀ trifft. Dadurch bewirkt das Erhitzen höhere Temperaturen in größeren Abständen zu der Spitze, wie dies mit dem Anstieg der Kurve 52 auf eine maximale Temperatur T₁ an einem Radius R₁ dargestellt wird, der erheblich größer ist als der Radius R₀. Der tatsächliche Ablationsradius ist an einem Punkt 57 dargestellt, der gegenüber dem Punkt 53 erheblich verschoben ist.
Über den Radius R₁ hinaus herrscht Blut-Konvektion in einem größeren Radius vor, und die Kurve 52 fällt, wie dargestellt, auf ihren asymptotischen Grenzwert ab, der sich 37°C nähert.
Die Kurve 52 stellt dar, dass durch Kühlen in der verbesserten Elektrodenspitze der Radius R₁, der einer Temperatur T₁ entspricht, erheblich größer ist als der Radius, der der gleichen Temperatur T₁ bei traditionellen Elektroden entspricht. Das heißt, durch Kühlen der Elektrodenspitze wird die Zone der höchsten Temperatur „ausgestoßen" oder auf einen größeren Radius ausgedehnt, in dem dargestellten Fall auf einen Radius R₁, der weiter von der Elektrode entfernt ist als der Radius R₀ herkömmlicher Elektroden, wobei dies auch für die Ablationsradien gilt, wie dies mit den Punkten 53 und 57 dargestellt ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Folge des größeren Radius höherer Temperatur ein größerer Abtötungs-Radius ist. Das heißt, der Abtötungs-Radius bzw. das Volumen der Ablationszone kann bei einer gekühlten Elektrode mit im Wesentlichen gleicher Form erheblich vergrößert werden. Dies kann mit dem Radius für den Punkt 57 auf der Kurve 52 verglichen mit dem Punkt 53 auf der Kurve 51 veranschaulicht werden. Daher besteht ein Quantensprung in der Fähigkeit, HF-Läsionen zu erzeugen und grö ßere Läsionen mit besserer Steuerung bei einer bestimmten Elektrodenform zu erzeugen. Umsetzungen gemäß den offenbarten Ausführungen in tatsächlichem lebendem Gewebe zeigen, dass bei einer Elektrode mit einer Dicke von 20 Gauge (≈ 0,90 mm – ein Radius von weniger als 1 mm) Läsionsgrößen von einem beschränkten Bereich von ungefähr 10 mm Durchmesser auf Durchmesser von 20 bis 30 mm ausgedehnt werden können. Die Konsequenzen sind erheblich.
Beim klinischen Einsatz weisen die Systeme einen erheblichen materiellen Vorteil auf. So kann für ein Tumor-Volumen im Bereich von 20 mm oder mehr eine einzelne Elektrode eingesetzt werden, um das Volumen in einer letalen Temperaturzone einzuschließen. Im Gegensatz dazu wären bei herkömmlichen Elektroden mehrere Durchläufe oder mehrere achsversetzte Durchläufe mit Elektroden mit allen damit einhergehenden Nachteilen und Gefahren von Blutung, Unwohlsein, der Gefahr, empfindliche Strukturen zu treffen, Ungleichmäßigkeiten von Temperaturverteilung und der Gefahr, nicht das gesamte betreffende Volumen abzutragen, erforderlich. So werden dementsprechend bei der Ablation von Gewebevolumen erhebliche klinische Vorteile erreicht.
Aus der obenstehenden Beschreibung wird für den Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung in einer Reihe verschiedener Formen ausgeführt werden kann. Dabei kann die Ausführung in 1 und 2 verschiedenartig umgesetzt werden, so beispielsweise wegwerfbar oder mehrmals verwendbar. Das Wärmezirkulationssystem kann eine intakte in das Gewebe eindringende Struktur mit geschlossenem Ende sein. Temperatursensoren und -Überwachungseinrichtungen können in der Elektrode bzw. dem Applikator eingesetzt werden oder auch nicht.
Da der Temperatursensor 24 abnehmbar ist, beeinträchtigt sein Ausfall nicht die spezielle Funktion des Kanülenkörpers C. Im Allgemeinen kann die Modularisierung separate Einheiten einschließlich der Vorgänge des Erhitzens, Kühlens und Erfassens einschließen, um separate und getrennte Wiederverwendbarkeit oder Wegwerfbarkeit zu ermöglichen.
Verschiedene Formen von Kunststoffen, Metallen und Verbundmaterialien können eingesetzt werden, um spezielle Aufgaben zu erfüllen. Die isolierende Beschichtung 13 kann beispielsweise in Form von Teflon, Polyethylen usw. vorhanden sein, wie dies bei bisherigen Elektrodenkonstruktionen der Fall war, die von Radionics (Burlington, Massachusetts) bezogen werden können.
Es werden im Folgenden spezielle alternative Formen beschrieben und 2A stellt eine Struktur aus zwei Komponenten dar. An der Oberseite ist eine Kanülenummantelung CS dargestellt, die teleskopartig einen okkludierenden Führungsstab-Schaft SS aufnimmt, wobei die beiden zur Anordnung beispielsweise in Körpergewebe ineinandergreifen. Anschließend wird bei dem Eingriff der Führungsstab-Schaft SS aus der Kanülenummantelung CS entfernt und eine gekühlte HF-Kanüle RC wird, wie dargestellt, separat eingeführt. Dadurch wird eine etwas größere Flexibilität der Funktion erreicht.
Der Kanülenschaft CS kann eine längliche röhrenförmige isolierte Struktur (beispielsweise in Form einer Kunststoff-Ummantelung oder einer Isolierung, die eine Metallröhre überzieht) 182 sein, die an einer Nabe 184 befestigt ist. Im Allgemeinen weist die isolierte Struktur 182 eine elektrisch isolierende Substanz als eine Oberfläche auf, während die Nabe 184 entweder aus Metall oder Kunststoff bestehen kann, wobei es sich bei Letzterem möglicherweise um ein Material mit geringer Strahlenundurchlässigkeit handelt, das für die Positionsbestimmung mit Röntgenstrahlen, CT, MRI usw. vorteilhaft ist.
Der Führungsstabsschaft SS ist lose in der isolierten Struktur 182 zur ungehinderten teleskopartigen Bewegung aufgenommen und kann ein spitz zulaufendes vorderes Ende 186 haben, bei dem es sich um einen Trokar, eine konische, eine abgeschrägte oder eine andere eindringende Form zum Einführen der genannten Kombination in den Körper des Patienten handeln kann. Beim Einführen ist die Nabe 184 mit dem Block 188 in Eingriff, um die Kanülen-Ummantelung CS mit dem Führungsstab-Schaft SS zu verriegeln und abzudichten und wirkungsvolles Einführen zu erreichen.
Wenn die Kombination bzw. die Kanülen-Ummantelung CS und der Führungsstab-Schaft SS im Verbund in geeigneter Weise in dem Gewebe angeordnet sind, wird der Führungsstab-Schaft SS herausgezogen, und die gekühlte Kanüle RC wird eingeführt. Dementsprechend werden, wie durch den Doppelpfeil 190 angedeutet, die Positionen des Führungsstab-Schaftes SS und der gekühlten HF-Kanüle RC gegenüber der dargestellten umgekehrt. Wenn die gekühlte Kanüle RC in der Kanülen-Ummantelung CS aufgenommen ist, erstreckt sich eine Spitze 192 um die Länge L aus der Isolierung 182, wie dies angedeutet ist. Dementsprechend ist die Einheit für wirkungsvolle Wärmeablation mobilisiert.
Betrachtet man die gekühlte Kanüle RC im Detail, so werden, wie bereits unter Bezugnahme auf vorangehende Ausführungen beschrieben, sowohl Erwärmungs- als auch Kühlfähigkeit gewährleistet. Dabei werden nicht sämtliche Einzelheiten der gekühlten HF-Kanüle R.C in 2A wiederholt. Statt dessen sind Einzelteile im Allgemeinen angedeutet. Das heißt, von der Spitze d192 erstreckt sich die hohle Elektrode 194 (mit im Wesentlichen einheitlichen Querschnitt) weiter (nach links), um mit einer Einstellklemme 196 in Eingriff zu kommen, die wie bei bekannten Strukturen verschiedene Längen ermöglicht. Das heißt, bei einer herkömmlichen Einstellklemme 196 kann die Länge L der vorstehenden Spitze 192 variiert werden, um verschiedene gewünschte Aufgaben zu erfüllen. Die Einstellklemme 196 ist mit einer Sicherungsschraube 208 befestigt.
Beim Einsatz der Struktur in 2A wird ein Maß der effektiven Spitzenlänge (Grad des Vorstehens L.) durch Skalenmarkierungen (198) an einem zylindrischen Abschnitt 200 (links) angezeigt, der sich von der Einstellklemme 196 erstreckt. Entfernt von der Klemme 196 kommt der Abschnitt 200 mit einer Kupplung 202 in Eingriff, die ihrerseits einen Verbinderblock 204 aufnimmt, der eine elektrische Verbindung 194 von der Elektrodenspitze 192 oder der Kanüle RC zu einer Quelle 206 von der HF-Energie trägt, wie dies oben unter Bezugnahme auf 2 erläutert ist.
Kühlmittel, das durch die Spitze 192 zirkulieren soll, wird über Röhren 210 und 212 bereitgestellt. So ermöglichen, wie ausführlich unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben, die Röhren 210 und 212 das Hindurchtreten von Kühlmittelfluid durch die RF-/Kühlkanüle RC zu der Spitze 192, um so die Spitze auf die gewünschte Temperatur, die unter 37°C liegen kann, zu kühlen bzw. „festzuklemmen". Dementsprechend wird, wie oben erläutert, durch die Struktur die Temperaturverteilung nach außen „gestoßen", um ein größeres Ablationsvolumen zu erreichen.
2B ist leicht vergrößert und zeigt eine Abwandlung von 2A. Das heißt, eine Richtelektrode 214 in 2B hat eine isolierte Ummantelung 216, der volle Ring der Ummantelung 216 endet jedoch an einem Band 218. Von dem Band 218 an deckt die Ummantelung 216 lediglich eine Hälfte der Elektrodenspitze 220 in der Form einer läng lichen Halbschalenverlängerung 222 ab. Dementsprechend ist eine frei liegende leitende Fläche der Spitze 220 (ungefähr eine bogenförmige halbzylindrische Fläche) an dem oberen Ende der Spitze dargestellt, während die andere Hälfte der Spitze isoliert ist, um das Austreten von HF-Strom zu verhindern. Daher tritt der HF-Strom gerichtet in das Gewebe aus, und dadurch findet die Ablation gerichtet statt. Das heißt, das Gewebe wird an einem „Fenster" in der Isolierung durch die frei liegende (obere) Seite der Spitze 220 erhitzt, jedoch nicht an der gegenüberliegenden, durch Isolierung abgeschirmten unteren Seite. Beim Einsatz der Ausführung in 2B sind nichtsymmetrische Läsionen möglich. Eine weitere Abwandlung ist mit der modifizierten Teilansicht in 2C dargestellt, die wiederum eine Abwandlung der Struktur darstellt, wie sie in 2A dargestellt ist. Die Spitze 221 hat einen seitlichen Ausschnitt 223, der wie unter Bezugnahme auf 2B beschrieben funktioniert, wobei das Spitzenende abgedeckt oder teilweise abgedeckt ist. Die Abwandlung kann als eine Biopsie-Nadel, eine Absaugvorrichtung, eine Saugröhrenvorrichtung, ein seitlich abtastender Unterschalldetektor oder ein Radarsystem genutzt werden, beispielsweise, wenn Biopsien, Absaugungen usw. über den Ausschnitt 223 durchgeführt werden können. Diese seitlich ausgeschnittenen bzw. gefensterten Biopsie-Nadeln sind in der Industrie bekannt, so beispielsweise in Form der Biopsie-Nadel NBA Nashhold, wie sie von Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) hergestellt wird.
Eine weitere Abwandlung des Systems, wie es in 1 und 2 dargestellt ist, wird in 2D gezeigt. Die Struktur in 2D enthält im Wesentlichen vier separate Bauteile (separat dargestellt), die nacheinander zusammengesetzt werden, um eine Ablation durchzuführen. Das heißt, die miteinander zusammenhängenden Bauteile werden, wie mit unterbrochenen Linien L1, L2 und L3 dargestellt, teleskopartig in Eingriff gebracht, um ein integriertes System herzustellen.
Im Wesentlichen nimmt eine isolierte Kanüle IC (Oberseite) einen Elektroden-Führungsstab ES auf, der seinerseits eine Kühlmittel-Kanüle CC aufnimmt, die ihrerseits ein HF-Element RE aufnimmt. Obwohl die Einzelteile den oben beschriebenen Teilen in gewisser Weise gleichen, unterscheiden sie sich auch, wie im Folgenden beschrieben wird. Dort, wo angebracht, werden jedoch gleiche Bezugszeichen verwendet. Eine Ablationselektrode 11 (2D oben rechts), die mit einer HF-Quelle (nicht dargestellt) verbunden werden kann, weist eine zulaufende Spitze 12 auf, die sich von einer isolierenden Be schichtung 13 aus erstreckt, die die Elektrode 2 von der Spitze einer Nabe H1 aus abdeckt. Die Spitze 12 ermöglicht, wie bereits erläutert, Eindringen.
Entfernt von der Spitze 12 kann die Nabe H1 (2D), wie die anderen Naben in 2D, verschiedene Materialien, einschließlich Metall oder Kunststoff, umfassen und hat eine aufnehmende bzw. Steckbuchsen-Luer-Form 224 (unterbrochene Linie) koaxial zu der Elektrode 11, um ein Einsteckelement arretierend aufzunehmen. Die Steckbuchsenform 224 der Nabe H1 nimmt, wie dargestellt, die Einsteck-Luer-Form 226 einer Nabe H2, eines Teils des Elektroden-Führungsstabes ES, auf.
Wenn die isolierte Kanüle IC im Gewebe angeordnet ist, wird der Elektroden-Führungsstab ES teleskopartig eingeführt, so dass sich ein länglicher koaxialer Führungsstab 228 im Wesentlichen über die Länge der hohlen Elektrode 11 erstreckt. Die arretierend in Eingriff gebrachten Elemente stellen eine etwas steifere Struktur zur wirkungsvollen Handhabung und zum Eindringen in Gewebe oder zum Eintreten in Körperöffnungen dar.
Wenn die Kombination (die isolierte Kanüle IC und der Elektroden-Führungsstab ES) passend in Eingriff gebracht und angeordnet worden ist, wird eine Kühlmittel-Kanüle CC in den Führungsstab ES eingesetzt. Die Kühlmittel-Kanüle CC enthält eine Nabe H3, die eine Einsteck-Luer-Form 230 aufweist, um die gesamte Anordnung während des Zeitraums der Wärmeablation teleskopartig in dem Führungsstab 228 zu arretieren.
Bei detaillierterer Betrachtung der Struktur ist zu sehen, dass die Nabe H3 axial parallele Kanäle aufweist, die den Strom von Kühlmitteln ermöglichen. Eine radial verlaufende Röhre 232 tritt in die Nabe H3 unten ein, um einen Kühlmittelstrom-Kanal von der Nabe H3 zu einer Kühlmittelröhre 241 zu schaffen, der sich im Wesentlichen über die Länge des Führungsstabes 228 erstreckt.
Ein weiterer Fluid-Kanal 234 (oben), der durch die Nabe H3 hindurch verläuft, zweigt axial von einem Anschluss 236 ab, um den Austrittsstrom von Kühlmittel zu ermöglichen, wie dies mit dem Pfeil 238 dargestellt ist. Dementsprechend wird Kühlmittel über eine Röhre 232 aufgenommen, bewegt sich über die Länge der Einheit und tritt an der Röhre 234 aus. Dadurch wird dementsprechend Kühlung erreicht.
Die Nabe H3 weist des Weiteren eine koaxiale Luer-Öffnung 240 zum Eingriff mit einer Einsteck-Luer-Form 242 in einer Nabe H4 des HF-Elementes RE (2D unten) auf. Dementsprechend kann das Element RE so eingeführt werden, dass ein längliches Erfassungselement 244 koaxial in der länglichen Röhre 246 der Kühlmittel-Kanüle CC aufgenommen wird. Dementsprechend wird ein Ende 248 des Elementes RE an der distalen Spitze der Röhre 246 angeordnet. Die Spitze 248 (HF-Element RE) kann einen Wärmesensor enthalten, der die Temperatur des Kühlmittelfluids erfasst, oder sie kann so eingerichtet sein, dass sie mit der Wand der Spitze 12 in Kontakt kommt, um die Gewebetemperatur in der Nähe zu erfassen. Die Nabe H4 hat eine Einsteck-Luer-Verbindung 242, um an der Steckbuchsen-Luer-Öffnung 240 abzudichten. Des Weiteren ist das Element RE über die Nabe H4 mit einer externen elektrischen Einheit 251 über ein Kabel 250 verbunden, wie dies in den anderen Ausführungen beschrieben ist, wobei die Einheit 251 beispielsweise eine Energieversorgung für elektrischen Strom oder eine andere Energiequelle zur Erzeugung von Wärme in dem Gewebe in der Nähe der Spitze 12 ist.
Das System in 2D kann in einfacherer Form ausgeführt werden. So ist beispielsweise für die isolierte Kanüle IC, wenn sie ausreichend steif ist, der Führungsstab-Stab 228 zum Eindringen nicht erforderlich. Die Kühlmittel-Kanüle CC kann lediglich einen einzelnen Kanal, wie beispielsweise die Röhre 241, zur Fluidzirkulation ohne die Röhre 246 haben. Die Verbindung mit der Energiequelle 251 kann ohne ein separates HF-Element RE direkt zu der Nabe H3 und damit zu der Spitze 12 führen.
Es folgen nun andere Ausführungen, die sich stärker von der Struktur in 2 unterscheiden, und 4 zeigt eine flexible Elektrode, die eine gekühlte Spitze enthält, wie sie oben offenbart ist. Das heißt, die Elektrode 62 ist länglich und über den Großteil ihrer Länge isoliert. Die Elektrode 62 könnte die Form eines Katheters haben, der aus Kunststoff besteht, eine spiralförmig gewickelte oder geflochtene Struktur oder verschiedene andere Röhrenformen aus isolierendem und nichtisolierendem Material.
Im Wesentlichen weist die Elektrode 62 eine flexible, hohle, außen isolierte Struktur auf, die an ihrem distalen Ende in einer Spitze 63 mit einer leitenden Oberfläche endet. Unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren kann die Elektrode 62 Bedien elemente enthalten, um verschiedene Krümmungen zu erreichen. Dabei kann die Krümmung der Elektrode 62 (sowie der Spitze 63) an einer Nabe 66 gesteuert werden, indem eine Bedieneinrichtung 67 eingesetzt wird, die verschiedenartig als Hebel oder Knopf ausgeführt werden kann. Das heißt, bisherigen Verfahren gemäß ist die Bedieneinrichtung 67 mit Mechanismen in der Elektrode 62, so beispielsweise Schiebe-Zieh-Drähten verbunden, um den Grad der Krümmung, die Richtung der Krümmung oder die Position einzustellen. Derartige Mechanismen sind, wie angedeutet, bekannt und werden auf dem Gebiet der Herzelektrodenphysiologie sowie der Endoskopie zur Zielsuche im gesamten Körper eingesetzt.
Die Elektrode 62 enthält des Weiteren elektrische Leiteinrichtungen und Fluidstromeinrichtungen, die innen angebracht sind, wie dies oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist.
Dementsprechend wird HF-Energie von einer Energiequelle 64 zugeführt, um, wie oben beschrieben, Ablationswärme zu erzeugen. Des Weiteren führen, wie oben beschrieben, Leitungen 68 einen Strom von Fluid-Kühlmittel von einer Quelle 70 zu. Wie bei den oben beschriebenen Strukturen wird das Kühlmittel zu der Spitze 63 geleitet, um die Spitze zu kühlen.
Die Struktur in 4 kann insbesondere bei der Ablation am Herzen eingesetzt werden. Im Allgemeinen sind Herz-Ablationskatheter bekannt, die verbesserte Form der vorliegenden Erfindung bietet jedoch erweiterte Möglichkeiten. Dabei können Formen flexibler Elektroden, wie sie unter Bezugnahme auf 4 offenbart werden, auch Elektroden mit seitlichem Auslaß einschließen, so beispielsweise die vom Zervas-Typ, jedoch mit gekühlten Spitzen, wie sie hier beschrieben sind.
5 zeigt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine Satelliten-Temperatur-Überwachungselektrode enthält, die verwendet wird, um die Größe einer Läsion zu überwachen, und zwar insbesondere hinsichtlich des Volumens bzw. des Abstandes von der Läsions-Markierungsspitze aus. Ein Hauptelektroden-Schaft 92 ist in etwa wie bei den bereits beschriebenen Ausführungen aufgebaut. Das heißt, eine hohle Elektrode 92 trägt eine isolierende Beschichtung 96 und hat eine freiliegende Spitze 93, wie dies bereits offenbart wurde, und gleicht der Struktur in 1 und 2 auch hinsichtlich des Erhitzens und Kühlens. Jedoch erstreckt sich eine Verlängerungsspitze 94 vom distalen Ende der Elektrodenspitze 93, und sie kann einen Wärmesensor an ihrem Ende 98 oder in dessen Nähe enthalten, der einen ähnlichen Aufbau hat wie der Sensor 23, sowie eine damit verbundene Anschlussleitung 24 (z.B. ein Kabel), wie dies in 2 dargestellt ist. Dementsprechend wird das vordere Ende des Schaftes 92 (5) durch eine freiliegende Länge L der Elektrodenspitze 93 abgeschlossen, und die Verlängerung 94 kann Ablations-Erwärmung in einem Abstand zu der Spitze 93 erfassen, so dass die Ablation weitergehend gesteuert wird. Daher gleicht der Schaft 92, der die Elektrodenspitze 93 (zusammen mit den inneren Kühl- und Heizelementen) enthält, im Allgemeinen der Kanüle C (2). Die Strecke, um die der Schaft vorsteht, kann von der Bedienungsperson mit Strukturen, die denen in 2A zum Einstellen des Wertes des Freiliegens der Spitze gleichen, verändert oder eingestellt werden. Schaftverlängerung 94 kann ähnliche Strukturen wie in 2 haben und kann des Weiteren Heiz- und Kühlelemente enthalten.
Ähnlich wie bei den bereits beschriebenen Ausführungen wird der Elektrodenschaft 92 in 5 an einer Nabe 100 befestigt, die über ein Paar Kupplungen 102 Verbindung mit einer Controller-Einheit 104 und einem Computer-Hilfssystem 106 herstellt. Formen der Computersteuerung und Anzeigestrukturen werden unter Bezugnahme auf spätere Ausführungen ausführlich beschrieben.
Von der Controller-Einheit 104 erstreckt sich ein Kabel 108 zu einer sekundären Nabe 110, die eine sekundäre Sonde 112 trägt, die Hilfs-Wärmeerfassung (oder Heizen oder Kühlen) an einer Position in der Nähe der Spitze 116 ermöglicht, die um eine Strecke D zu der Elektrodenspitze 93 versetzt ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schaft 92 eine gesteuerte Heizstruktur darstellt und die Möglichkeit bietet, die Temperatur über die Länge der Verlängerung 98 zu überwachen. Die sekundäre Sonde 112 ist um eine feste Strecke D (siehe Linie 114, die eine mechanische Verbindung oder einen Einführabstand der Schaft 92 und 112 in Beziehung auf die Anordnung im Gewebe darstellt) versetzt. Dementsprechend wird Steuerung durch die Steuereinheit 104 in Kombination mit dem Computer 106 auf Basis von Messwerten der Temperatur, der Leistung, der Spannung, des Stroms und/oder anderer Läsions-Parameter (sowie Kühlen) durchgeführt. Dabei werden, wie dargestellt, Anzeigeeinrichtungen 114 durch die Steuereinheit 104 bereitgestellt, die grafische Bilder und Messanzeigen enthalten können.
Um die Steuerung zu unterstützen, kann die Sonde 112 mit Isoliermaterial beschichtet sein, um den Fluss von Strom von der Spitze 93 im Wesentlichen nicht zu stören. Die Sonde hat einen Sensor 116 an ihrer Spitze, der die Temperatur in dem Gewebe anzeigt, wie dies allgemein mit dem Pfeil 118 angedeutet ist.
Beim Erhitzen durch die Struktur in 5 entsteht eine Isotherme bzw. ein Bereich konstanter Temperatur, wie er durch eine unterbrochene Linie 120 dargestellt ist, die eine Fläche konstanter Temperatur in dem Gewebe darstellt. Wiederum kann, indem die Temperaturen an verschiedenen Stellen (wie beispielsweise an den Spitzen 116, 98 und 93) überwacht werden, eine quantitative Angabe der Größe der Läsion bestimmt werden. Derartige Informationen können angezeigt, überwacht und/oder gesteuert werden (so beispielsweise durch Controller 104 und Computer 106), und, es kann, wie angedeutet, automatische Steuerung umgesetzt werden.
Ein Computer-System kann, wie oben angedeutet, wirkungsvoll eingesetzt werden, um die thermische und elektrische Verteilung zu berechnen und eine gewünschte Wärmeverteilung in dem Gewebe zu erreichen. Dabei werden Wärme-, Konvektions- und Leiteigenschaften des Gewebes und von Fluiden sowie Maxwell'sche Gleichungen berücksichtigt, um die Dichte und die Verteilung des Gewebes zu bestimmen, wobei all dies mit einer Computer-Workstation und mit einer entsprechenden grafischen Anzeige stattfindet.
Des Weiteren kann es, was grafische Anzeigen angeht, entsprechend sinnvoll sein, Echtzeit- oder interaktive Bilder von CT, MRI, PET usw. in Bezug auf den zeitlichen Verlauf und die räumlichen Verteilungen von Wärmeablation zu überwachen. Steuereinrichtungen, wie beispielsweise Computer, können den Prozess dieses Erwärmens vorhersagen und steuern. Dabei ist CT- und MRI-Bildgebung für Wärmewirkungen und Gewebeänderungen, die mit HF-Erwärmung verbunden sind, empfindlich, und diese können während oder unmittelbar nach dem Erwärmungsprozess überwacht werden. So wird beispielsweise Gewebsnekrose, Ödem-Zusammenbruch der Blut/Gehirnschranke usw. und sofort oder sehr bald nach Wärmeablation sichtbar. Derartige Erscheinungen können genutzt werden, um die Ablationsgröße zu überwachen und zurückzukoppeln und den Erwärmungsprozess zu steuern. Derartige Veränderungen können unter Verwendung von Computergrafik-Verfahren beobachtet und überwacht werden.
Im Folgenden werden Ausführungen des Systems betrachtet, die mit computergestützter Steuerung implementiert werden und auch grafische Anzeigeeinrichtungen mit Echtzeit-Komponenten bereitstellen. Eine derartige Ausführung ist in 6 dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Im Wesentlichen werden Parameter der Situation auf repräsentative Signale reduziert, die verarbeitet werden, um Anzeigen bereit zu stellen. Berechnete Daten, die eine Elektrode in einer Gewebeumgebung zeigen, können mit abgetasteten Bilddaten (beispielsweise gespeichert) kombiniert werden, um eine Vielzahl von zusammengesetzten Anzeigen zu schaffen.
6 zeigt eine Ablationselektrodenstruktur 260 (rechts), die jede beliebige von mehreren Formen einschließlich der oben beschriebenen Ausführungen haben kann. Die Elektrodenstruktur 260 wird von einem HF-Generator 262 gespeist und mit Kühlmittel gekühlt, das von einer Quelle 264 zugeführt wird. Ein Steuersystem 266 (links) reguliert verschiedene Parameter (Energie- und Kühlmittelströme) entsprechend einem vorgegebenen Plan, der in ein Computer-System 268 (unten Mitte) programmiert wird. Es ist anzumerken, dass verschiedene Formen von Rückführregelungssystemen bekannt sind und für die Umsetzung in dem System 268 ausreichend sind.
Die Literatur über Rückführregelungssysteme ist sehr gut bekannt, wie dies beispielsweise in dem Buch MODERN CONTROL ENGINEERING von K. Ogata, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1970 zum Ausdruck kommt.
In Funktion empfängt das Computer-System 268 Parameter über einen Bus 267 von dem Steuerungssystem 266, um seinerseits Steuerung durchzuführen und das gewünschte Programm umzusetzen. Das heißt, das Computer-System 268 implementiert ein Überwachungs- und Rückkopplungsprogramm in Bezug auf die Parameter, die mit der Funktion der Ablationsstruktur 260 zusammenhängen. Derartige Funktionen werden über den Bus 267 mit bekannten Datenverarbeitungs- und Steuerverfahren umgesetzt.
Ein einfaches Zwei-Parameter-Steuerungssystem kann mit dem Steuerungssystem 266 zusammen mit dem Computer 268 und Eingabedaten (Einheiten 272 und 274) imple mentiert werden, zu denen eine Wärmeverteilungsberechnung durch den Computer 268 gehört, wie dies dargestellt ist. Eine Verweistabelle oder ein Funktionsgenerator definiert das Ablationsvolumen, d.h. Längen- und Breitenabmessung, als eine Funktion der Form der Spitze und der Temperatur der Spitze. Die Temperatur T₀ der Spitze könnte durch Kühlfluid auf einen festen Wert geklemmt werden, oder wenn keine Kühlung durchgeführt wird, wird der Wert T₀ durch Thermosensoren gemessen. Unter Verwendung von Tabellen, wie sie beispielsweise in der Veröffentlichung von Cosman, et al., unter dem Titel „Theoretical Aspects of Radiofrequency Lesions in the Dorsal Root Entry Zone," Neurosurgery 15:945–950, 1984, beschrieben sind, könnte die Breite oder der kleine Durchmesser (minor diameter) des gestreckten Umdrehungs-Ellipsoids bestimmt werden, das die Ablations-Isotherme darstellt und einem bestimmten Energieausgangspegel von dem Läsions-Generator bei einer bestimmten Temperatur der Spitze in der Nähe der Elektrode entspricht. Dies könnte entweder empirisch aus experimentellen Daten hergeleitet werden oder könnte aus der Gleichgewichtsgleichung hergeleitet werden, wobei:

K: die Wärmeleitfähigkeit des Gewebes ist,
σ: die elektrische Leitfähigkeit des Gewebes ist,
T: die Temperatur in dem Gewebe ist, und
dQ_c/dt: die Rate des Wärmeverlustes aufgrund von Blutzirkulation ist (entnommen aus der obenstehenden Bezugsquelle von Cosman et al.).

Daher könnte die Rotationsfläche, die der Ablationstemperatur von ungefähr 50°C entspricht, als eine funktionale Gleichung bestimmt werden, S(T0,R0,L0,P0,x,y,z) = o
Dies könnte die Gleichung einer Fläche sein, die die X-, Y-, Z-Koordinaten bezüglich der Spitze der Elektrode als eine Funktion des Spitzenradius-Parameter R₀, der Länge L₀ der Spitze, der Temperatur T₀ der Spitze und der Energie P des HF-Läsions-Generators angibt. Diese Fläche S könnte in dem Koordinatensystem der Elektrode oder in dem dreidimensionalen Koordinatensystem der CT- oder MR-Daten oder in einem stereotaktischen Koordinatensystem bezogen auf eine Lokalisationsstruktur oder Lokalisations markierungen oder eine externe Vorrichtung (Bogen, Rahmen usw.) in der Nähe des Patienten angezeigt werden. Die Fläche würde dann auf dem Computer als ein rotes Sphäroid um die Spitze herum angezeigt werden. Ihre Beziehung zu dem definierten Läsions-Volumen könnte durch grafische Darstellung sichtbar gemacht werden, wie sie beispielsweise für Strahlenchirurgie in dem Erzeugnis XKnife von Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) durchgeführt wird.
Ein einfaches spezielles veranschaulichendes Programm zur Umsetzung durch das Computer-System 268 ist in 7 dargestellt. Es stellt im Wesentlichen einen Initialisierungsvorgang des Einstellens von Parametern dar, wie dies angedeutet ist (Block 361).
Das heißt, Ablations-Zeit, Energie, Elektrodentemperatur und zulässige Impedanz werden vollständig initialisiert. Danach wird der Prozess mit den eingerichteten Parametern in Gang gesetzt, wie dies mit dem Block 363 angedeutet ist. Von diesem Stadium an werden die Daten überwacht. Das heißt, die Temperatur wird, wie in den verschiedenen offenbarten Ausführungen angedeutet, gemessen. Wenn eine Temperatur über 100°C gemessen wird, wird, wie in dem Abfrageblock 365 angedeutet, das Verfahren beendet (Block 367).
Wenn die Temperaturen unter dem kritischen Wert liegen, ist als nächstes die maximal zulässige Impedanz von Interesse. Das heißt, wenn die Temperatur überschritten wird, wird, wie mit dem Abfrageblock 369 dargestellt, die HF-Energie verringert, wie dies in Block 371 zu sehen ist. Dabei ist anzumerken, dass die Temperatur, wie angedeutet, in dem Programm regelmäßig geprüft wird. Das heißt, das System kann eine kontinuierliche Überwachung der Temperatur mit einem Programmeingriff zum Beenden des Verfahrens zu jeder beliebigen Zeit, wenn zu hohe Werte erfasst werden, durchführen. Für veranschaulichende Zwecke jedoch wird das Programm in einem schrittweisen Prozess beschrieben.
Wenn akzeptable Werte von Temperatur und Impedanz eingestellt worden sind (Blöcke 365 und 369), wird die Energie in Bezug auf den gewünschten Wert gemessen (Block 373). Ein zu hoher Wert führt wiederum zu einer Verringerung der Energie (Block 371), und ansonsten wird die Energie, wenn sie zu niedrig ist, erhöht (Block 375). So wird die Energie reguliert, um den gewünschten Wert zu erreichen.
Wenn der gewünschte Wert der Energie eingestellt ist, wird, wie mit dem Block 377 angedeutet, die Temperatur der Spitze gemessen. Ein zu hoher Wert der Temperatur der Spitze löst eine Verstärkung des Stroms von Kühlmittel (Block 379) und eine Prüfung der anderen Parameter aus, wie dies in 7 angedeutet ist. Ansonsten ist die abschließende Abfrage, wie mit einem Block 377 dargestellt, ob das gewünschte Ablationsvolumen erreicht worden ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Vorgang beendet (Block 383), und ansonsten wird, wie mit der Linie 385 angedeutet, der Vorgang zyklisch fortgeführt, d.h. zum Block 365 zurückgekehrt.
Das System empfängt, um zur computerbezogenen Darstellung in 6 zurückzukehren, auch Daten von anderen Quellen, d.h. einer Abtast-Dateneinheit 272, einer Schall-Dateneinheit 274 und einer entfernten Temperatur-Einheit 276, die mit Ablations- und Verteilungssoftware 267A arbeiten. Dementsprechend stellt das Computer-System 268 zusätzlich zur Implementierung eines grundlegenden Ablations-Steuerprogramms unbearbeitete Anzeigedaten für einen Grafikanzeigetreiber 277 (Bilderzeuger) zur Betätigung einer Anzeigeeinheit 278 bereit. So stehen mehrere Anzeigen auf einem Bildschirm 279 zur Verfügung, so beispielsweise Scheiben, Zeitverläufe, Maßstabsänderungen und digitale subtraktive Darstellungen sowie digitale und analoge Messdarstellungen. Beispielhafte Formen von Anzeigen sind in 8 dargestellt und werden weiter unten behandelt.
Was die Datenquellen angeht, so speichert die Abtast-Dateneinheit 272 zwei- oder dreidimensionale grafische Daten bezüglich des Ziels des chirurgischen Eingriffs, die selektiv bereitgestellt werden, so dass der Körperbereich vor, während und nach dem Eingriff für den Chirurgen visualisiert werden kann. Die durch die Abtasteinheit 272 gespeicherten Daten können die Form von CT- oder MRI-Daten haben, die vor dem chirurgischen Eingriff erzeugt werden, wie dies bekannt ist. Die Daten können entweder stereotaktisch oder nicht-stereotaktisch sein, Fixiereinrichtungen, Bezugsmarkierungen, grafische Bezugseinrichtungen usw. einschließen. Formen derartiger Daten und ihre Bearbeitung werden im US-Patent 4.608.977 von Brown unter dem Titel „System Using Computed Tomography As For Selective Body Treatment" (2. September 1968) offenbart. Die Literatur von Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) ist ebenfalls relevant.
Die Schall-/Ultraschall-Einheit 274 kann eine in der Technik bekannte Form haben, um Schalldaten zu erzeugen, so beispielsweise von einem Stethoskop, einem elektronischen Mikroskop, einem Schalldetektor, um Gewebe zu visualisieren. Die Daten werden beispielsweise bereitgestellt und verarbeitet, um die Elektrodenstruktur 260 bezüglich des Körperabschnitts anzuzeigen. Dabei können durch die Schalldaten (Einheit 274) und die Abtastdaten (Einheit 272) dargestellte Signale durch das Computer-System 268 kombiniert werden, um Anzeigesignale für zusammengesetzte Anzeigen bereitzustellen.
Es können verschiedene andere Anzeigen vorhanden sein, um zu informieren und den Eingriff zu leiten, der hinsichtlich der Ströme von Energie und Kühlmittel gesteuert wird. Dabei kann das Programm so implementiert werden, dass es Berechnungsalgorithmen, Verweistabellen, heuristische Algorithmen, klinische Verlaufsdaten, mathematische Berechnungen, die Feld- und Wärmeverteilungs-Berechnungen durch Finite-Elemente-Methoden einschließen, Lösungen analytischer Form, Computer-Theorie-Verfahren einschließen, von denen beliebige oder alle verwendet werden können, um vorauszuplanen und Bilddaten sowie Funktionsabläufe verschiedenartig zu steuern.
8 stellt exemplarische Anzeigen dar, die beim Betrieb der Ausführung in 8 auf dem Bildschirm 279 erscheinen können. Eine Anzeige 8A stellt eine Echtzeit- oder vorausgeplante Bahn eines Sondenwegs 282 dar, die den Weg einer Elektrodenspitze in den Körper, d.h. eine Tumorstruktur, hinein wie sie mit einer Wolke von Punkten 284 dargestellt ist, andeutet. Es ist anzumerken, dass CT-Kontrastmittel eingesetzt werden können, um das Ablations-Volumen während oder nach der Thermochirurgie zu „sehen", wobei dies zur Folge hat, dass die Anzeige eine direkte Ansicht der Ergebnisse unmittelbar nach dem Erwärmungsprozess erzeugt.
Eine andere Bildschirmanzeige 8B stellt einen vorgeplanten Elektrodenweg 290 in einer Scheibe 291 in dreidimensionaler Ansicht dar. Natürlich kann die Scheibe 291 auf Basis abgetasteter bzw. gescannter Daten dargestellt werden, die von der Einheit 272 (6) bereitgestellt werden. Die Anzeige der Elektrodenform (d.h. Spitzenlänge und -durchmesser sowie Form) kann ebenfalls als dreidimensionale oder stereotaktische Ansicht in Bezug auf andere Körperteile erfolgen.
Eine weitere dargestellte Bildschirmanzeige 8C zeigt eine Wiedergabe 298 einer Scheibe des Körpers des Patienten, wobei ein Weg 300 für eine thermochirurgische Sonde dargestellt ist. Es können mehrere Elektrodenwege gezeigt werden, die entweder parallel oder nichtparallel, stereotaktisch angeordnet sind und sich an verschiedenen Stellen in dem Körper befinden.
In einer Anzeige 8D ist eine zeitlich festgehaltene oder vorausgeplante Diagrammlinie 312 dargestellt, die beispielsweise den Wärmesensor-Messwert von Temperatur-Sensoren anzeigt, die mit der Kühlmittelfluid-Elektrodenspitze, zusätzlichen Sonden oder Kühl- oder Heizeinrichtungen und Daten von mehreren Sensoren usw. zusammenhängen, wie dies bereits beschrieben wurde. Eine digitale Anzeige, Kennzeichnung oder mehrere digitale Anzeigen können in einem Teilfenster 314 gezeigt werden. Dementsprechend können verschiedene grafische Kurven dargestellt werden, so kann beispielsweise eine rote Kurve Gewebetemperatur darstellen, während eine grüne Kurve Fluid-Temperatur darstellt und eine gelbe Kurve Fluid-Temperatur an einer anderen Stelle darstellt. Bei einem derartigen Format kann eine orangefarbene Kurve die Gewebetemperatur darstellen, wie sie von einer Satelliten-Elektrode gemessen wird.
Bei einer Anzeige 8E zeigt eine Diagrammlinie 318 den Ausgang des HF-Generators in Abhängigkeit von der Zeit.
Gleichzeitig stellt ein Teilfenster 320 eine digitale oder analoge Darstellung, der aktuellen Energie, des Stroms, der Spannung oder anderweitige Energieausgabe oder überwachte Ablations-Parameter dar.
In einer Anzeige 8F stellt eine Kurve 326 die Impedanz des Elektroden-Struktur-Stromkreises und des erhitzten Gewebes dar. Im Allgemeinen wird ein Impedanzabfall erwartet, wenn Gewebe erhitzt wird, wobei es zu einem Anstieg der Impedanz kommt, wenn Annäherung an verkohltes oder kochendes Gewebe stattfindet oder dieses erreicht wird, wobei in diesem Zusammenhang auf eine Veröffentlichung von E.R. Cosman, et al. unter dem Titel „"Radiofrequency Lesion Generation And Ist Effects On Tissue Impedance", Applied Neurophysiology, 51:230–242, 1988, zu verweisen ist. Das System könnte die Ausdehnung des Ablations-Volumens steuern oder anzeigen und vor zu starkem Kochen und unkontrollierter Gasbildung schützen.
In 9 ist eine kombinierte Ausführung in Bezug auf Körpergewebe dargestellt, das als die mit 1106A, 1101 und 1106B gekennzeichneten Bereiche dargestellt ist. Natürliche Öffnungen oder Kanäle in dem Körper sind mit 1106 und 1115 dargestellt. Diese Kanäle können äußere Öffnungen, d.h. Rektum, Harnröhre, Hals, Bronchien usw.) sein, oder es können innere Kanäle (d.h., Blutgefäße oder Gänge, wie beispielsweise die Aorta, arterielle oder venöse Gefäße, Gänge oder Gefäße von Leber, Bauchspeicheldrüse usw., Aquädukte der Leber, der Bauchspeicheldrüse, der Niere oder anderer Organe, ventrikuläre Aquädukte im Gehirn, den Därmen, Hals, Bronchien usw.) sein. Katheter-Elektrode 1109 befindet sich in Kanal 1106, und die aufblasbare Elektrode 1117 weist eine Fläche an Wand 1115A auf, so dass sie in elektrischem und/oder thermischem Kontakt damit ist.
Applikator-Elektrode 1116 kann, wie ein Ballon oder Kondom, aufblasbar sein, und kann über einen Großteil ihrer Oberfläche isoliert sein, und interne Kühlmittelzirkulation findet durch innere Kanäle (wie beispielsweise 1135) statt. Die Elektrode 1103 zum Eindringen in Gewebe befindet sich in dem Gewebebereich 1101, so dass sich ihre Elektrodenspitze 1104 an einem Zielvolumen befindet, das mit Linie 1102 dargestellt ist. Die Elektroden können Strukturen wie die bereits beschriebenen und entsprechende Wärmequellen (wie beispielsweise 1127, 1124 und 1120, die miteinander verbunden oder separat sein können) und Kühlquellen (wie beispielsweise 1128, 1129 und 1119) haben, wie sie beschrieben sind. Die Energiequellen 1127, 1124 und 1120 können HF-Quellen sein und sie können so beispielsweise durch Leitungen 1140, 1150 und 1141 verbunden sein und an verschiedenen Polen liegen und verschiedene zeitliche Phasenbeziehungen (so beispielsweise aufeinander folgende oder abgestufte Anordnungen) zwischen den Elektrodenspitzen 1109, 1121 und 1117 aufweisen, um verschiedene Erwärmungswirkungen zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten zu erzeugen. Jede Elektrode kann eine Kühlquelle (so beispielsweise 1128, 1122 und 1119) haben oder auch nicht, die untereinander gesteuert werden können, und auch Heiz-Steuerungen (wie mit unterbrochenen Linien 1041, 1150 und 1140 dargestellt) haben, und diese können sämtlich von einem Computer (1124) gesteuert werden, wobei dies unten beispielhaft dargestellt ist. Durch die Nutzung geeigneter Kühlung und elektromagnetischer Grenzbedingungen zwischen einer oder mehreren der Elektroden kann die Ablations-Zone (gestrichelte Linie 1121) das Zielvolumen (d.h., einen Tumor, wie beispielsweise Linie 1102) umschließen und empfindliche Gewebe in Kanälen 1106 und 1115 nicht zerstören, da sie kühl gehalten werden. Eine, alle oder mehrerer dieser Elektroden können je nach dem klinischen Fall eingesetzt werden.
Ein Einsatzgebiet ist die Prostata. Die Elektrode 1109 kann eine gekühlte Katheter-Elektrode (wenn erforderlich, auch lenkbar) in der Harnröhre 1106 sein, und 1116 kann eine gekühlte Sonde im Rektum 1115 sein. Die Elektrode 1104 kann die rektale Wand in die Prostata hinein durchstoßen, in der ein Tumor (1102) durch Bildgebung sichtbar gemacht worden ist. Geeignete Elektrodenkühlung schafft eine Ablations-Zone (mit 1102 dargestellt), die den Prostata-Tumor (d.h. Linie 1102) umschließt, jedoch empfindliche Schleimhäute an Wand 1115A des Rektums und der Harnröhre (wie mit 1106 dargestellt) oder Samenbläschen (nicht dargestellt) nicht zerstört. Bildgebung gleichzeitig mit der Ablation oder danach kann das Ausmaß der Ablation prüfen oder steuern.
Ein weiteres Einsatzgebiet sind die Leber, die Bauchspeicheldrüse oder die Niere (Gewebe 1101 kann diese Organe darstellen). Katheter-Elektrode 1108 wird perkutan über ein Gefäß (d.h. in der Leistengegend) oder direkt über den Bauch eingeführt, wenn die Elektrode, die in 1 dargestellt ist, so ausgeführt ist, dass die Elektrodenspitze 1109 in einem Leber- oder Bauspeicheldrüsengefäß und/oder einem Gang liegt. Eine zweite Elektrode 1103 kann so eingeführt werden, dass ihre Spitze 1104 in Tumor 1102 liegt. Kühlspitze 1109 schont das Gefäß bzw. den Gang, während Tumor 1102 abgetragen wird. Bei diesen Beispielen kann Elektrode 1116 auch aktiv mit Hochfrequenz erhitzt werden, und sie kann wie ein Ballon, ein Kondom, aufblasbar oder dehnbar sein, oder ein Stent (eine flexible Drahtgeflechtstruktur, die verbreitet in der medizinischen Praxis eingesetzt wird und beispielsweise von Cook, Inc., vertrieben wird) sein, um den Kanal 11 auszufüllen und sich an die Wände (d.h. Fläche 1115A) anzupassen und mit ihnen in Kontakt zu kommen. Ein Teil ihrer Fläche 1117 kann Wärme in den Tumor „stoßen" und auch gekühlt werden, um Beschädigung des Gangs zu verhindern, so dass der Gang weiter normal biologisches Material verarbeiten kann.
9 kann auch die Situation darstellen, in der der Kanal 1115 der Dickdarm ist und die Elektrode 1116 aufgeblasen wird, um an die Dickdarmwand zu drücken, und sie durch Kühlen und HF-Erhitzen Ablation eines Tumors (d.h. Volumen 1102) in oder nahe der Dickdarmwand ermöglicht, ohne die Dickdarmwand selbst vollständig zu zerstören.
Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass das System mit der Vielzahl von Abwandlungen zahlreiche Formen annehmen kann. Zusammenfassend ist jedoch anzumerken, dass verschiedene Energiequellen als Alternative zu HF-Energie eingesetzt werden können. Die Energie könnte beispielsweise die Form von Mikrowellenenergie haben, einer Ultraschall-Heizeinrichtung, die Schallwellen in das Gewebe leitet, oder einer direkten Energiequelle. Das Erhitzen könnte, wie ebenfalls angedeutet, durch verschiedene Formen von Strukturen oder mit verschiedenen Öffnungen versehenen Strukturen ausgeführt werden.
Alternative Elektroden können die Form von Kanülen mit Lichtwellenleiterkanälen haben, um Laserlicht in das Gewebe zu senden und Wärme in einer Tiefe zu erzeugen. Verschiedene Geometrien (gekrümmt oder gerade) von Lasersystemen können eingesetzt werden. Eine Form der HF-Energiequelle kann den RFG-3C Lesion Generator umfassen, wie er von Radionics, Inc., hergestellt wird, jedoch könnten andere Elektroenergiequellen, wie beispielsweise elektrochirurgische HF-Energiequellen, bipolare Kauter-Quellen usw. eingesetzt werden.
Wie ebenfalls in offenbarten Ausführungen angedeutet, können zusammen mit dem Kühlsystem, wie es offenbart wird, dementsprechend verschiedene grafische Anzeigen integriert werden. Verschiedene Steuerungen können beispielsweise für das Kühlsystem und das Heizsystem vorhanden sein, die durch überwachte Erscheinungen koordiniert werden, die angezeigt werden können.
Wie unter Bezugnahme auf die offenbarten Ausführungen erläutert, sind zahlreiche Abwandlungen von Elektroden oder Körperanschlüssen ausführbar, zu denen röhrenförmige Schalte, quadratische Schalte usw. gehören. Plane Elektroden, Flächenelektroden, Mehrfachelektroden, Anordnungen von Elektroden, Elektroden mit seitlichem Auslass oder seitlich austretenden Öffnungen, Elektroden mit Ballonspitzen, dehnbaren Spitzen oder nachgiebigen Spitzen können innerhalb des Systems in Betracht gezogen werden. Elektroden mit lenkbaren Spitzen und Elektrodenschaft, die angepasst oder geformt werden können oder die verformbar sind, können innerhalb des Systems in Betracht gezogen werden. Elektroden, die so ausgeführt sind, dass sie in dem Körpergewebe oder an der Oberfläche des Körpers oder in Hohlräumen in dem Körper angeordnet werden können, können entwickelt werden und sind hiermit eingeschlossen. Elektroden können Temperatursensoren im Inneren oder in ihrer Nähe aufweisen oder nicht, und der Ablationsprozess kann beispielsweise ausgeführt werden, indem Wärmeenergie zugeführt wird und der Applikator gekühlt wird, ohne dass die Temperatur überwacht oder gesteuert wird, sondern lediglich unter Verwendung empirischer Parameter, wie beispielsweise der Heizenergie und Temperatur/Strom des Kühlfluids. Angesichts dieser Überlegungen sollten Umsetzungen und Systeme, wie auch für den Fachmann auf der Hand liegt, im weiteren Sinne und unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche betrachtet werden.

Claims

System zum Abtragen von Gewebe des Körpers eines Patienten, das umfasst: eine längliche, in Gewebe eindringende hohle Elektrode (92), die ein wärmeleitendenes starres röhrenförmiges Element (93) mit einem geschlossenen distalen Ende enthält, das einen Innenhohlraum aufweist, der sich von dem geschlossenen distalen Ende zu einem proximalen Ende des starren röhrenförmigen Elementes erstreckt, wobei das starre röhrenförmige Element eine äußere, elektrisch leitende Fläche aufweist und die längliche, in Gewebe eindringende Elektrode (93) des Weiteren eine isolierende Beschichtung enthält, die auf der äußeren elektrisch leitenden Fläche angeordnet ist, und einen freiliegenden Abschnitt der äußeren elektrisch leitenden Fläche bildet, der am distalen Ende der Elektrode (93) angeordnet ist; eine elektrische Verbindung (102) zum Bereitstellen von elektrischer Energie von der Quelle elektrischer Energie (16, 206) für die äußere, elektrisch leitenden Fläche; eine Fluidleitung (26), die so bemessen ist, dass sie sich in den Innenhohlraum des starren röhrenförmigen Elementes hinein erstreckt, und die zur Verbindung mit einer Quelle von Kühlmittel (FS) eingerichtet ist, um Kühlmittel zum Kühlen von Gewebe benachbart zu dem freiliegenden Abschnitt der äußeren, elektrisch leitenden Fläche zuzuführen; eine Verlängerungsspitze (94) mit einem geschlossenen distalen Ende, die einen Innenhohlraum aufweist, der sich von dem geschlossenen distalen Ende zu einem proximalen Ende der Verlängerungsspitze (94) erstreckt, wobei das proximale Ende an dem distalen Ende des röhrenförmigen Elementes (93) angebracht ist und die Fluidleitung (26) so bemessen ist, dass sie sich in den Hohlraum der Verlängerungsspitze (94) hinein erstreckt; einen Thermosensor (23), der in dem Innenhohlraum der Verlängerungsspitze (94) an das distale Ende der Verlängerungsspitze (94) angrenzend angeordnet ist, um eine Temperatur zu erfassen; und eine steuerbare Quelle von Kühlmittel (FS) zum gesteuerten Bereitstellen von Kühlmittel für die Fluidleitung entsprechend der gemessenen Temperatur.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fluidleitung (241), die so bemessen ist, dass sie sich in den Innenhohlraum der länglichen, in Gewebe eindringenden Elektrode hinein erstreckt, wobei die Fluidleitung (241) ein erstes Ende, das in Fluidverbindung an die steuerbare Fluidquelle (FS) angeschlossen ist, und ein gegenüberliegendes Ende hat, das in Fluidverbindung an den abgedichteten Innenhohlraum der Elektrode angeschlossen ist und eine Rückführleitung (234) mit offenem Ende zum Verbinden der Elektrode hat, um einen Fluid-Austrittsweg zu bilden, wobei der Temperatursensor (22) ein Ausgangssignal erzeugt, das repräsentativ für eine Temperatur nahe an dem distalen Ende der Verlängerungsspitze (94) ist, und die steuerbare Fluidquelle (FS) entsprechend der gemessenen Temperatur adaptiv Kühlmittel bereitstellt.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche, in Gewebe eindringende hohle Elektrode eine starre hohle röhrenförmige Elektrode ist, die aus Metall besteht.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene distale Ende in eine Einheit mit der länglichen, in Gewebe eindringenden hohlen Elektrode bildet.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren enthält: eine Temperaturüberwachungseinrichtung (20), die mit dem Temperatursensor (23) gekoppelt ist, um die Temperatur anzuzeigen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren enthält: wenigstens eine Satellitenelektrode (112), die mit der Quelle elektrischer Energie (16) verbunden ist, um sekundären Stromfluss zu erzeugen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das proximate Ende der Verlängerungsspitze (94) gleitend mit dem distalen Ende der röhrenförmigen Elektrode in Eingriff ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die regulierbare Fluidquelle (FS) das Gewebe benachbart zu der elektrisch und thermisch leitenden Wand auf einer Temperatur unter 100°C hält.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die regulierbare Fluidquelle (FS) das Gewebe benachbart zu der elektrisch und thermisch leitenden Wand auf einer Temperatur unter 37°C hält.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene distale Ende der länglichen, in Gewebe eindringenden Elektrode (93) als eine Halbkugelform ausgebildet ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroenergiequelle (16) eine RF-Energiezufuhr umfasst.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Material an der Verlängerungsspitze (93) angeordnet ist, das Stromfluss zu Gewebe benachbart zu der Verlängerungsspitze verhindert.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren einen Temperatursensor des stromleitenden Abschnitts umfasst, der nahe dem stromleitenden Abschnitt angebracht ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das repräsentativ für eine Temperatur nahe an dem stromleitenden Abschnitt ist, wobei die steuerbare Fluidquelle entsprechend der Temperatur nahe an dem stromleitenden Abschnitt adaptiv Kühlmittel bereitstellt.