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JP2025513395A - 任意電極アドレッシングを用いるエレクトロポレーションのためのシステムおよび方法 - Google Patents

任意電極アドレッシングを用いるエレクトロポレーションのためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2025513395000001
【課題】任意の電極アドレッシングを用いたエレクトロポレーションのためのシステムおよび方法。
【解決手段】エレクトロポレーションシステム用のパルス生成回路が提供される。パルス生成回路は、第1電圧源、第2電圧源、および複数の電極アドレッシング回路を含む。各電極アドレッシング回路は、関連する電極に結合されるように構成され、電極と第1電圧源との間に結合可能な第1スイッチと、電極と第2電圧源との間に結合可能な第2スイッチと、電極とリターン電圧との間に結合可能な第3スイッチとを含む。
【選択図】なし

Description

本出願は、2022年4月19日に出願された米国仮特許出願第63/332,398号の優先権の利益を主張するものであり、その内容および開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
開示分野
本開示は、全体として組織アブレーションシステムに関する。特に、本開示は、個々の電極を任意にアドレッシングするためのパルス生成回路を含むエレクトロポレーションシステムの適用に関する。
アブレーション治療が、人体の解剖学的構造を苦しめる様々な状態を治療するために使用され得ることが一般的に知られている。例えば、アブレーション治療は心房性不整脈の治療に用いられ得る。組織がアブレーションされるか、少なくともアブレーションジェネレータによって発生され、アブレーションカテーテルによって送られるアブレーションエネルギにさらされると、組織に傷が形成される。心房性不整脈(異所性心房頻拍、心房細動、心房粗動などを含むが、これらに限定されない)などの病態を改善するために、アブレーション用カテーテルに装着された、あるいはアブレーション用カテーテル内の電極が、心臓組織の組織破壊を引き起こすために使用される。
不整脈(すなわち、不規則な心臓のリズム)は、同期した房室収縮の喪失や血流のうっ滞を含む様々な危険な状態を作り出し、様々な病気や死に至ることさえある。心房性不整脈の主な原因は、心臓の左心房または右心房内の迷走電気信号であると考えられている。アブレーションカテーテルはアブレーションエネルギ(高周波エネルギ、冷凍アブレーション、レーザ、化学薬品、高密度焦点式超音波など)を心臓組織に与え、心臓組織に傷を形成する。この傷は望ましくない電気経路を破壊し、それによって不整脈につながる迷走電気信号を制限または防止する。
エレクトロポレーションは、細胞膜に孔形成を誘導する強い電界を印加することを含む非熱アブレーション技術である。電場は、例えばナノ秒から数ミリ秒の比較的短い持続時間のパルスを印加することによって誘導することができる。このようなパルスを繰り返してパルス列を形成してもよい。このような電場が生体内で組織に印加されると、組織内の細胞は膜貫通電位を受け、細胞壁の孔が開く。エレクトロポレーションは可逆的(すなわち、一時的に開いた孔が再び閉じる)であっても、不可逆的(すなわち、孔が開いたまま)であってもよい。例えば、遺伝子治療の分野では、可逆的エレクトロポレーション(すなわち、一時的に孔が開く)を用いて、高分子量の治療用ベクタを細胞に導入する。他の治療用途では、適切に構成されたパルス列だけを用いて、例えば不可逆的エレクトロポレーションを引き起こすことによって、細胞破壊を引き起こすことができる。
例えば、パルスフィールドアブレーション(PFA)は、瞬間的な肺静脈隔離(PVI)を行うために使用することができる。PFAは一般に、カテーテル上に配置された電極から高電圧パルスを供給することを含む。例えば、電圧パルスは約500ボルト未満から約2400ボルトまたはそれ以上の範囲でありうる。これらの電界は、一対の電極間(バイポーラ療法)または1つまたは複数の電極とリターンパッチ間(モノポーラ療法)に印加することができる。
さまざまに異なる波形を生成するために、パルスジェネレータは異なる電極を、異なる電圧レベルに選択的に接続する。少なくともいくつかの既知のシステムでは、電極の第1サブセットは第1電圧レベル(例えば、正電圧)に選択的に接続可能であり、電極の第2サブセットは第2電圧レベル(例えば、負電圧)に選択的に接続可能である。注目すべきことは、このアーキテクチャは、可能な通電構成を制限する。例えば、このような構成では、電極の第1サブセットは一般に第2電圧レベルに接続可能ではなく、電極の第2サブセットは一般に第1電圧レベルに接続可能ではない。従って、任意の電極アドレッシングが可能なパルス生成回路を有することが望ましい。
一態様では、エレクトロポレーションシステムの複数の電極に結合されるように構成されたパルス生成回路が提供される。第1電圧源と、第2電圧源と、複数の電極アドレッシング回路と、を含み、各電極アドレッシング回路は、関連する電極に結合されるように構成されると共に、電極と第1電圧源との間に結合可能な第1スイッチと、電極と第2電圧源との間に結合可能な第2スイッチと、電極とリターン電圧との間に結合可能な第3スイッチとを含む。
別の態様においては、エレクトロポレーションシステムが提供される。エレクトロポレーションシステムは、複数の電極を含むカテーテルと、複数の電極に結合されたパルス生成回路とを含み、パルス生成回路は、第1電圧源と、第2電圧源と、複数の電極アドレッシング回路と、を含み、各電極アドレッシング回路は、関連する電極に結合される共に、電極と第1電圧源との間に結合された第1スイッチと、電極と第2電圧源との間に結合された第2スイッチと、電極とリターン電圧との間に結合された第3スイッチとを含む。
さらに別の態様では、エレクトロポレーションシステムを制御する方法が提供される。この方法は、複数の電極を含むカテーテルを提供することと、複数の電極をパルス生成回路に結合することとを含み、パルス生成回路は、第1電圧源と、第2電圧源と、複数の電極アドレッシング回路とを備え、各電極アドレッシング回路は、関連する電極に結合される共に、電極と第1電圧源との間に結合された第1スイッチと、電極と第2電圧源との間に結合された第2スイッチと、電極とリターン電圧との間に結合された第3スイッチと、を備える。
本開示の上記および他の態様、特徴、詳細、有用性および利点は、以下の説明および特許請求の範囲を読むこと、ならびに添付の図面を検討することから明らかになるであろう。
エレクトロポレーション療法のためのシステムの概略図およびブロック図。 図1に示すシステムと共に使用されてもよいカテーテルアセンブリの一実施形態の図。 図1に示すシステムと共に使用されてもよいカテーテルアセンブリの代替実施形態の図。 図1に示すシステムと共に使用されてもよいカテーテルアセンブリの代替実施形態の図。 パルスジェネレータに含まれてもよいパルス生成回路の一実施形態の回路図。
本開示は、エレクトロポレーションシステムのためのパルス生成回路のためのシステムおよび方法を提供する。パルス生成回路は、第1電圧源、第2電圧源、および複数の電極アドレッシング回路を含む。各電極アドレッシング回路は、関連する電極に結合されるように構成され、電極と第1電圧源との間に結合可能な第1スイッチ、電極と第2電圧源との間に結合可能な第2スイッチ、および電極とリターン電圧との間に結合可能な第3スイッチを含む。
図1は、エレクトロポレーション療法のためのシステム10の概略図およびブロック図である。一般的に、システム10は、カテーテル14の遠位端48に配置されたカテーテル電極アセンブリ12を含む。本明細書で使用する場合、「近位」とは、臨床医に近いカテーテルの端に向かう方向を指し、「遠位」とは、臨床医から離れる方向であって、(概して)患者の体内を指す。電極アセンブリは、電気的に絶縁された1つまたは複数の個別の電極素子を含む。各電極素子は、本明細書ではカテーテル電極とも呼ばれ、選択的に他の電極素子とペアリングしてまたは組み合わさって、双極または多極電極として機能できるように個別に配線されている。
システム10は、組織を破壊するための不可逆的エレクトロポレーション(IRE)に使用してもよい。特に、システム10は、細胞膜(細胞壁)の完全性の不可逆的な喪失を直接引き起こすような方法で電流を供給し、その破壊および細胞破壊に導くことを含むエレクトロポレーション誘導治療に使用されてもよい。この細胞破壊のメカニズムは、細胞の外壁の破壊が細胞内部に有害な影響を及ぼすことを意味する「アウトサイドイン」プロセスとみなすことができる。典型的には、古典的な細胞膜エレクトロポレーションでは、電流は、約0.1~1.0キロボルト/センチメートル(kV/cm)の電界強度を送達することができる密接に間隔を置いた電極間の短時間パルス(例えば、500ナノ秒(ns)~20マイクロ秒(μs)の持続時間を有する)の形態のパルス電界として送達される。いくつかの代替実施形態では、電界強度はより高くてもよい(例えば、2.0kV/cm以上)。システム10は、高出力(例えば、高電圧および/または高電流)エレクトロポレーション処置に使用されてもよい。さらに、システム10は、図2Aおよび2Bに描かれているようなループカテーテルとともに、および/または図3Aから3Cに描かれているようなバスケットカテーテルとともに使用されてもよい。
一実施形態では、刺激は、カテーテル14上で選択的に(例えば、一対の電極間で)供給される。さらに、カテーテル14上の電極は、3Dマッピングシステムへの接続とエレクトロポレーションジェネレータへの接続との間で切り替え可能であってもよい。
多電極カテーテルによる不可逆的エレクトロポレーションは、静脈あたりわずか1回のショックで肺静脈隔離できる可能性があり、静脈の周囲に高周波(RF)アブレーションチップを順次配置するのに比べて、処置時間が大幅に短縮される可能性がある。
通電戦略は、DCパルスを含むものとして記載されているが、実施形態は、変形を使用してもよく、本開示の精神および範囲内に留まることが理解されるべきである。例えば、指数関数的に減衰するパルス、指数関数的に増加するパルス、および組み合わせが使用されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ACパルスも使用してもよい。
さらに、エレクトロポレーションにおける細胞破壊のメカニズムは、主に加熱効果によるものではなく、むしろ高電圧電場の印加による細胞膜の破壊によるものであることを理解すべきである。したがって、エレクトロポレーションは、無線周波数(RF)エネルギを使用する場合に起こりうる熱効果をある程度回避できる可能性がある。この「寒冷療法」には望ましい特徴がある。
このような背景から、ここで再び図1を参照すると、システム10は、少なくとも1つのカテーテル電極を含むカテーテル電極アセンブリ12を含む。電極アセンブリ12は、患者の身体17内の組織16のエレクトロポレーション療法のためのカテーテル14などの医療装置の一部として組み込まれる。例示的な実施形態では、組織16は心臓または心臓組織を含む。しかしながら、実施形態は、様々な他の身体組織(例えば、腎組織、腫瘍など)に関してエレクトロポレーション療法を実施するために使用されてもよいことが理解されるべきである。
図1は、さらに、エレクトロポレーションジェネレータ26、ECGモニタ28などの電気生理学(EP)モニタ、および体内構造の視覚化、マッピング、およびナビゲーションのための位置特定およびナビゲーションシステム30など、全体的なシステム10に含まれる様々なサブシステムによって使用され得る身体接続箇所を図示する、18、20、および21と指定された複数のリターン電極を示す。図示の実施形態では、リターン電極18、20、21はパッチ電極である。単一のパッチ電極の図示は(明瞭化のための)図式的なものであり、これらのパッチ電極が接続されるこのようなサブシステムは、複数のパッチ(体表面)電極を含んでもよく、典型的には、複数のパッチ(体表面)電極を含むことになり、(本明細書で説明するような)分割パッチ電極を含んでもよいことを理解されたい。他の実施形態では、リターン電極18、20、21は、例えば、1つまたは複数のカテーテル電極を含む、リターン電極として使用するのに適した他のタイプの電極であってもよい。カテーテル電極であるリターン電極は、電極アセンブリ12の一部であってもよいし、別個のカテーテルまたは装置(図示せず)の一部であってもよい。システム10は、特定の実施形態において位置特定およびナビゲーションシステム30と統合されてもよいメインコンピュータシステム32(電子制御部50およびデータ記憶メモリ52を含む)をさらに含んでもよい。システム32は、他の構成要素の中でも、様々なユーザ入出力機構34Aおよびディスプレイ34Bなどの従来のインターフェース構成要素をさらに含んでもよい。
エレクトロポレーションジェネレータ26は、予め決められていてもよいし、ユーザが選択可能であってもよいエレクトロポレーション通電戦略に従って、電極要素に通電するように構成される。エレクトロポレーション療法のために、ジェネレータ26は、約0.1~1.0kV/cmの電界強度(すなわち、組織部位において)を送達することができる密接に間隔を置いた電極間に短時間DCパルス(例えば、ナノ秒から数ミリ秒の持続時間、またはエレクトロポレーションに適した任意の持続時間)の形態のパルス電界として電極アセンブリ12を介して送達される電流を生成するように構成されてもよい。いくつかの代替実施形態において、電界強度は、より高くてもよい(例えば、2.0kV/cm以上)。不可逆的エレクトロポレーションに必要な振幅とパルス幅は、反比例の関係にある。すなわち、パルス幅が減少するにつれて、クロナキシーを達成するために一般的には振幅が増加し得る。
エレクトロポレーションジェネレータ26は、本明細書においてDCエネルギ源とも呼ばれることがあるが、すべてが2つの方向(すなわち、正および負のパルス)に電流を生成する一連のDCエネルギパルスを生成するように構成された二相性エレクトロポレーションジェネレータ26である。他の実施形態において、エレクトロポレーションジェネレータは、一相性エレクトロポレーションジェネレータまたは多相性エレクトロポレーションジェネレータである。いくつかの実施形態において、エレクトロポレーションジェネレータ26は、50ジュール、100ジュール、200ジュールなどの選択可能なエネルギレベルで、DCパルスでエネルギを出力するように構成される。他の実施形態は、より多くのまたはより少ないエネルギ設定を有してもよく、利用可能な設定の値は、同じであっても異なっていてもよい。エレクトロポレーションを成功させるために、いくつかの実施形態は、200ジュール出力レベルを利用する。例えば、エレクトロポレーションジェネレータ26は、200ジュール出力レベルで、約300ボルト(V)から約3,200Vまでのピーク大きさを有するDCパルスを出力してもよい。他の実施形態では、任意の他の適切な正または負の電圧を出力してもよい。
いくつかの実施形態において、可変インピーダンス27は、アーク放電を制限するためにシステム10のインピーダンスを変化させることを可能にする。さらに、可変インピーダンス27は、エレクトロポレーションジェネレータ26の出力の振幅、持続時間、パルス形状などの1つまたは複数の特性を変更するために使用されてもよい。別個の構成要素として図示されているが、可変インピーダンス27は、カテーテル14またはジェネレータ26に組み込んでもよい。
引き続き図1を参照すると、上述したように、カテーテル14は、エレクトロポレーション用の機能性を含んでもよく、特定の実施形態では、追加のアブレーション機能(例えば、RFアブレーション)も含んでもよい。しかしながら、それらの実施形態において、提供されるアブレーションエネルギのタイプ(例えば、冷凍アブレーション、超音波など)に関して変形が可能であることを理解すべきである。
図示の実施形態では、カテーテル14は、ケーブルコネクタまたはインターフェース40、ハンドル42、および近位端46と遠位端48とを有するシャフト44を含む。カテーテル14は、温度センサ、追加の電極、および対応する導線またはリード線など、本明細書には図示されていない他の従来の構成要素も含んでもよい。コネクタ40は、ジェネレータ26から延びるケーブル56への機械的および電気的接続を提供する。コネクタ40は、当該技術分野で知られている従来の構成要素を含んでもよく、図示されているように、カテーテル14の近位端に配置されている。
ハンドル42は、臨床医がカテーテル14を把持するための場所を提供し、さらに、身体17内でシャフト44を操縦または案内するための手段を提供してもよい。例えば、ハンドル42は、カテーテル14を通ってシャフト44の遠位端48まで延びるガイドワイヤの長さを変更する手段、またはシャフト44を操縦する手段を含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ハンドル42は、カテーテルの一部の形状、サイズ、および/または向きを変えるように構成されてもよく、ハンドル42の構造は様々であってもよいことが理解されよう。別の実施形態では、カテーテル14はロボット駆動または制御されてもよい。したがって、臨床医がハンドルを操作してカテーテル14(および特にそのシャフト44)を前進/後退および/または操舵または誘導するのではなく、ロボットを使用してカテーテル14を操作する。シャフト44は、身体17内で移動するように構成された細長い管状の可撓性部材である。シャフト44は、電極アセンブリ12を支持するとともに、関連する導体、および場合によっては信号処理または調整に使用される追加の電子機器を含むように構成される。シャフト44はまた、流体(潅注液および体液を含む)、医薬品、および/または外科器具もしくは器械の輸送、送達、および/または除去を可能にしてもよい。シャフト44は、ポリウレタンのような従来の材料から作られてもよく、本明細書に記載されるように、電気伝導体、流体または外科器具を収容および/または輸送するように構成された1つまたは複数のルーメンを画定する。シャフト44は、従来のイントロデューサを介して、身体17内の血管または他の構造に導入されてもよい。次いで、シャフト44は、ガイドワイヤまたは当該技術分野で公知の他の手段の使用を含めて、身体17を通って組織16の部位などの所望の位置まで前進/後退および/または誘導または案内されてもよい。
体内構造の視覚化、マッピングおよびナビゲーションのために、位置特定およびナビゲーションシステム30を提供してもよい。位置特定およびナビゲーションシステム30は、当該技術分野において一般的に知られている従来の装置を含んでもよい。例えば、位置特定およびナビゲーションシステム30は、アボット・ラボラトリーズ社から市販されており、一般に譲渡された、「Method and Apparatus for Catheter Navigation and Location and Mapping in the Heart」と題された米国特許第7,263,397号に全体的に示されているEnSite Precision(商標)システムと実質的に類似していてもよく、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。別の例では、位置特定およびナビゲーションシステム30は、「Method for Medical Device Localization Based on Magnetic and Impedance Sensors」と題された米国特許出願2020/0138334号に全体的に記載されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、EnSite X(商標)マッピングシステムに実質的に類似していてもよい。しかしながら、位置特定およびナビゲーションシステム30は例示に過ぎず、本質的に限定するものではないことを理解されたい。空間内でカテーテルを位置決め/ナビゲーションする(および可視化する)ための他の技術が知られており、例えば、バイオセンスウェブスター社のCARTOナビゲーションおよび位置決めシステム、ボストンサイエンティフィックサイメッド社のRhythmia(登録商標)システム、コーニンクレッカフィリップス社のKODEX(登録商標)システム、ノーザンデジタル社のAURORA(登録商標)システム、一般に入手可能な透視システム、またはメディガイド社のgMPSシステムなどの磁気位置決めシステムが挙げられる。
この点に関して、位置特定、ナビゲーションおよび/または視覚化システムのいくつかは、カテーテルの位置情報を示す信号を生成するためのセンサを含んでもよく、例えばインピーダンスベースの位置特定システムの場合には1つまたは複数の電極を含んでもよく、あるいは、例えば磁場ベースの位置特定システムの場合には、磁場の1つまたは複数の特性を検出するように構成された1つまたは複数のコイル(すなわち、ワイヤ巻線)を含んでもよい。さらに別の例として、システム10は、米国特許第7,536,218号を参照して全体的に示されるように、電界ベースおよび磁界ベースの組み合わせシステムを利用してもよい。「Hybrid Magnetic-Based and Impedance Based Position Sensing」と題された第7,536,218号の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
不可逆的エレクトロポレーションを達成するための方法であるパルスフィールドアブレーション(PFA)は、本明細書に記載のシステムおよび方法を用いて実施されてもよい。場合によっては、PFAは、肺静脈隔離(PVI)を実施するために、肺静脈などの特定の心臓組織部位で使用されてもよい。PFAでは、電界を、隣接する電極間(バイポーラアプローチ)または1つまたは複数の電極とリターンパッチ間(モノポーラアプローチ)に印加してもよい。これらのアプローチにはそれぞれ利点と欠点がある。
傷の大きさおよび近接性については、モノポーラアプローチのほうが効果範囲が広く、同じ印加電圧でより深い傷を形成できる可能性がある。さらに、モノポーラアプローチは、離れた位置から傷を形成できる可能性がある(例えば、概して近接しているが、必ずしも組織に接触しない距離から)。バイポーラアプローチでは、より小さな傷を形成することができ、経皮的傷を形成するためには組織との近接や接触が必要となる。しかし、モノポーラアプローチでは必要以上に大きな傷が生じる可能性があるが、バイポーラアプローチで生じる傷はより局所的である可能性がある。
効果範囲が広いため、モノポーラアプローチは望ましくない骨格筋および/または神経の活性化を引き起こす可能性がある。対照的に、バイポーラアプローチは、リード上の電極間隔に比例して効果範囲が制限され、心筋細胞や神経線維を脱分極させる可能性が低い。
システム10の動作を監視するために、カテーテル電極144および/またはリターン電極18、20、21間の1つまたは複数のインピーダンスが測定されてもよい。例えば、システム10の場合、インピーダンスは、2018年10月23日に出願された米国特許出願公開第2019/0117113号、2018年12月19日に出願された米国特許出願公開第2019/0183378号、および2020年5月20日に出願された米国特許出願第63/027,660号に記載されているように測定されてもよく、これらの出願はすべて、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
図2Aおよび図2Bは、システム10においてカテーテル14と共に使用されてもよいカテーテルアセンブリ146の一実施形態の図である。カテーテルアセンブリ146はループカテーテルと呼ばれることがある。当業者であれば、他の実施形態では、任意の適切なカテーテルを使用してもよいことを理解するであろう。具体的には、図2Aは、遠位端142に可変直径ループ150を有するカテーテルアセンブリ146の側面図である。図2Bは、カテーテルアセンブリ146の可変直径ループ150の端面図である。当業者であれば、本明細書に記載の方法およびシステムは、任意の適切なカテーテル(例えば、固定ループカテーテル、リニアカテーテル、バスケットカテーテルなど)を用いて実施できることを理解されよう。図2Aおよび図2Bに示すように、可変直径ループ150はシャフト44の遠位セクション151に結合されている。
可変直径ループ150は、拡張された(「開放」とも呼ばれる)直径160(図2Aに示される)と、収縮した(「閉鎖」とも呼ばれる)直径160(図示されない)との間で選択的に移行可能である。例示の実施形態では、拡張直径160は28mmであり、収縮直径160は15mmである。他の実施形態では、直径160は、任意の適切な開放直径160と閉鎖直径160との間で可変であってもよい。
図示の実施形態では、可変直径ループ150は、拡張構成において、可変直径ループ150の円周上に実質的に等間隔に配置された14個のカテーテル電極144を含む。収縮構成では、電極144の1つまたは複数が重なっていてもよい。他の実施形態では、カテーテル電極144の他の配置が実施されてもよい。例えば、一実施形態では、可変直径ループ150は12個のカテーテル電極144を含む。
カテーテル電極144は、1000ボルトおよび/または10アンペアの範囲の電流を伝導および/または放電するように構成された白金リング電極である。他の実施形態では、可変直径ループ150は、任意の適切な材料で作られた任意の適切な数のカテーテル電極144を含んでもよい。カテーテル電極144は、高電圧および/または高電流(例えば、1000ボルトおよび/または10アンペアの範囲)を伝導するのに適した任意のカテーテル電極を含んでもよい。各カテーテル電極144は、絶縁された間隔152によって他の各カテーテル電極から分離されている。例示の実施形態では、各カテーテル電極144は同じ長さ164(図2Bに示す)を有し、各絶縁間隔152は他の各間隔152と同じ長さ166を有する。長さ164と長さ166は、例示の実施形態では共に約2.5mmである。他の実施形態では、長さ164および長さ166は互いに異なっていてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、カテーテル電極144がすべて同じ長さ164を有さなくてもよく、および/または絶縁間隔152がすべて同じ長さ166を有さなくてもよい。いくつかの実施形態では、カテーテル電極144は、可変直径ループ150の円周上に等間隔に配置されていない。
直径160およびカテーテル電極144の間隔は、組織に対するエネルギ密度の標的範囲を提供するように、また、様々なヒトの解剖学的形状に対して十分なエレクトロポレーション被覆率を提供するように、発展させてもよい。一般に、可変直径ループ150が直径160を所望の極端まで変化させるために伸縮することを可能にするのに十分な柔軟性を依然として許容しながらも、適切な長さ164を有する十分な数の電極144が、可変直径ループ150の円周の周囲に実質的に均等かつ連続的な被覆率を提供するために望まれる。
上述のように、カテーテル電極144の長さ164は変化させてもよい。カテーテル電極144の長さ164を増加させると、可変直径ループ150の円周の周囲における電極144の被覆率を増加させる一方で、電極144上の電流密度を(表面積を増加させることによって)減少させることができ、エレクトロポレーション操作中のアーク放電を防止するのに役立つことがある。しかしながら、長さ164を増加させすぎると、可変直径ループ150が滑らかな円形形状を形成するのを妨げる可能性があり、可変直径ループ150の閉鎖直径160を制限する可能性がある。さらに、長さ164を大きくしすぎると、電源によってカテーテル電極144に印加される電流密度が、治療の成功に必要な最小電流密度を下回る点まで、カテーテル電極144の表面積が増大する可能性がある。逆に、長さ164を短くすると表面積が減少し、それによってカテーテル電極144の電流密度が(他のシステム変更がないと仮定して)増加する。上述したように、電流密度が大きくなると、エレクトロポレーション中にアーク放電が発生する危険性が高まり、アーク放電を防止するために、より大きなシステム抵抗を追加する必要が生じる可能性がある。さらに、可変直径ループ150の円周について所望の均一な被覆率を得るために、長さ164を減少させるとより多くのカテーテル電極144が必要となる可能性がある。可変直径ループ150上のカテーテル電極144の数を増やすと、可変直径ループ150を所望の最小直径160まで収縮させることができなくなる可能性がある。
図3Aは、カテーテル14と共に使用されてもよい代替カテーテルアセンブリ200の斜視図である。カテーテルアセンブリ200はバスケットカテーテルと呼ばれることがある。カテーテルアセンブリ200は、シャフト202と、シャフト202の遠位部206を取り囲む複数のスプライン204とを含む。この実施形態では、カテーテルアセンブリ200は、スプライン204によって囲まれたバルーン208も含む。バルーン208は、スプライン204間の空間を満たすように選択的に膨張させてもよい。特に、バルーン208は絶縁体として機能し、一般にエネルギ損失を低減し、その結果、傷サイズが増大する可能性がある。
各スプライン204は、シャフト202に結合された近位端210と、シャフト202に結合された遠位端212とを含む。近位端210から遠位端212まで、スプライン204は、半径方向外側に延びる円弧形状を有する。
この実施形態では、各スプライン204は、1つまたは複数の個別電極220を含む。例えば、各スプライン204は、ポリマーチューブ222で覆われた弾性材料(例えば、ニチノール)を含み、個別電極220がポリマーチューブ222の外側に取り付けられていてもよい。図示の実施形態では、各スプライン204は2つの電極220を含む。さらに、図2に示すように、電極220は、一般に、肺静脈に接触する予定のスプライン204の部分に対応するように、近位端210よりも遠位端212に近い位置に配置される。
あるいは、各スプライン204は、任意の適切な数および配置の電極220を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、各スプライン204は4つの電極220を含む。
この実施形態では、交互に配置されたスプライン204は極性を交互に変えている。すなわち、特定のスプライン204上の電極220は同じ極性を有するが、特定のスプライン204上の電極220は、隣接するスプライン204上の電極220とは異なる極性を有する。あるいは、任意の適切な分極スキームを使用してもよい。送達の間、スプライン204は、シャフト202の方に折り畳まれてもよい。その後、アブレーションを実行するために、スプライン204は、半径方向外側に延びるように展開される。
スプライン204は全て同じ長さを有してもよく、あるいは少なくともいくつかのスプライン204は異なる長さを有してもよい。さらに、各スプライン204上の絶縁材料は同じ長さを有していてもよいし、少なくとも一部のスプライン204が異なる長さの絶縁材料を有していてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、カテーテルアセンブリ200は、スプライン204の遠位に配置された遠位電極(図示せず)を含む。遠位電極は、(例えば、遠位電極とスプライン204の1つとの間に二極を形成することによって)点アブレーションを実行するために使用されてもよく、および/または、(例えば、シャフト202上の電極と組み合わせて遠位電極を使用することによって)可視化/マッピング目的のために使用されてもよい。
図3Bは、カテーテル14と共に使用されてもよい代替カテーテルアセンブリ250の斜視図であり、図3Cは、カテーテルアセンブリ250の側面概略図である。カテーテルアセンブリ200(図3Aに示す)と同様に、カテーテルアセンブリ250はバスケットアセンブリと呼ばれることがある。
カテーテルアセンブリ250は、シャフト252と、シャフト252の遠位部256を取り囲む複数のスプライン254とを含む。この実施形態では、カテーテルアセンブリ250は、スプライン254によって囲まれたバルーン258を含む。バルーン258は、スプライン254の間の空間を占めるように選択的に膨張させてもよい。注目すべきは、バルーン258が絶縁体として機能し、一般にエネルギを減少させるため、結果として傷サイズが増大する可能性があることである。
各スプライン254は、シャフト252に結合された近位端260と、シャフト252に結合された遠位端262とを含む。近位端260からスプライン1004は半径方向外向きに変曲点264まで延び、次いで半径方向内向きに遠位端262まで延びる。図3Cは、肺静脈266内に配置されたカテーテルアセンブリ250を示す。
各スプライン254の本体は弾性材料(例えば、ニチノール)で作られ、比較的大きな電極として機能する。この実施形態では、交互に配置されたスプライン254は極性を交互に変えている。すなわち、各正スプライン254は、2つの負スプライン254の間に配置され、その逆も同様である。あるいは、任意の適切な分極スキームを使用してもよい。
各スプライン254のアブレーションゾーンを制御するために、各スプライン254の一部は、絶縁材料270(例えば、熱収縮またはポリマーチューブ、またはポリイミドもしくはPEBAXによるスプレーもしくはディップコート)で覆われてもよく、スプライン254の露出した部分が、電極として機能する。図3Bおよび図3Cに示される実施形態において、変曲点264および変曲点264と遠位端262との間のスプライン254の部分は、概して露出され、一方、変曲点264と近位端260との間のスプライン254の部分は、概して絶縁される。この結果、肺静脈266に接触するスプライン254の一部は露出される(図3C参照)。あるいは、任意の適切な絶縁構成が使用されてもよい。
送達中、スプライン254とバルーン258は折り畳まれていてもよい。アブレーションを実行するために、スプライン254は、半径方向外側に延びる変曲点264で展開され、バルーン258は、スプライン254間の空間を占めるように選択的に膨張される。
バルーン258とスプライン254の組み合わせにより、カテーテルアセンブリ250の直接的な送達と展開が容易になる。さらに、バルーン258は、より多くのエネルギをアブレーションされる組織に送り込み、スプライン254を安定させて横方向の移動を防止する。さらに、個々の小さな電極の代わりにスプライン254を電極として使用することで、カテーテルアセンブリ250のコストの削減と信頼性の向上が促進される。
スプライン254はすべて同じ長さを有していてもよいし、少なくともいくつかのスプライン254が異なる長さを有していてもよい。さらに、各スプライン254上の絶縁材料270は同じ長さを有していてもよいし、少なくとも一部のスプライン254が異なる長さの絶縁材料270を有していてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、カテーテルアセンブリ250は、スプライン254の遠位に配置された遠位電極(図示せず)を含む。遠位電極は、(例えば、遠位電極とスプライン254の1つとの間に二極を形成することによって)点アブレーションを実行するために使用されてもよく、および/または、(例えば、シャフト252上の電極と組み合わせて遠位電極を使用することによって)可視化/マッピング目的のために使用されてもよい。
図4は、カテーテル14と共に使用されてもよい代替カテーテルアセンブリ280の側面図である。カテーテルアセンブリ280はグリッドアセンブリと呼ばれることがある。図4に示すように、カテーテルアセンブリ280は、シャフト44(図1に示す)などのシャフトの遠位セクション282に結合されている。
カテーテルアセンブリ280は、近位端286から遠位端288まで延びる複数のスプライン284を含む。各スプライン284は複数の電極290を含む。図4に示す実施形態では、カテーテルアセンブリ280は4つのスプライン284を含み、各スプライン284は4つの電極290を含み、電極290がグリッド構成を形成するようになっている。したがって、カテーテルアセンブリ280は、電極290の4×4グリッドを提供する。一実施形態では、電極290のグリッドの寸法が約12mm×12mmであるように、隣接する電極290の各対の間隔は約4ミリメートル(mm)である。あるいは、カテーテルアセンブリ280は、任意の適切な数のスプライン284、任意の適切な数の電極290、および/または任意の適切な電極290の配置を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、隣接する電極の各対の間隔は約2ミリメートル(mm)である。さらに、いくつかの実施形態では、カテーテルアセンブリ280は、例えば、7×8のグリッド状に配置された56個の電極を含んでもよい。
カテーテルアセンブリ280を使用して、モノポーラアプローチ(例えば、個々の電極290とリターン電極との間に電圧を印加することによって)を使用して個々の電極290に傷を生成するか、またはバイポーラアプローチを使用して電極290の対の間に傷をを生成してもよい。傷は、特定の構成および/またはパターン(例えば、互いに独立して個々の電極290に通電すること、または複数の電極290に同時に通電することを含む)で電極に選択的に通電することによって、解剖学的構造内に生成されてもよい。
当業者であれば、カテーテルアセンブリ146(図2Aおよび図2Bに示す)、カテーテルアセンブリ200(図3Aに示す)、カテーテルアセンブリ250(図3Bおよび図3Cに示す)、およびカテーテルアセンブリ280(図4に示す)は単なる例示であることを理解するであろう。特に、本明細書に記載のシステムおよび方法は、任意の適切なカテーテルアセンブリを用いて実施してもよい。
エレクトロポレーション療法では、パルスジェネレータ(例えば、エレクトロポレーションジェネレータ26(図1に示す))を用いて波形を発生させ、カテーテル電極の対の間(すなわち、バイポーラアプローチ)、または個々のカテーテル電極とリターンパッチとの間(すなわち、モノポーラアプローチ)に印加する。波形は単相性、二相性(すなわち、正パルスと負パルスの両方を有する)、多相性のいずれでもよい。さらに、波形は1つまたは複数のパルスのバースト(各バーストは複数のパルスを含む)を含んでもよい。さらに、波形は複数のパラメータ(例えば、パルス幅、パルス振幅、周波数など)によって定義される。
様々に異なる波形を生成するために、パルスジェネレータは異なる電極を異なる電圧レベルに選択的に接続する。少なくともいくつかの既知のシステムでは、電極の第1サブセットは第1電圧レベル(例えば、正電圧)に選択的に接続可能であり、電極の第2サブセットは第2電圧レベル(例えば、負電圧)に選択的に接続可能である。注目すべきことに、このアーキテクチャは、可能な通電構成を制限する。このような構成では、例えば、電極の第1サブセットは一般に第2電圧レベルに接続可能ではなく、電極の第2サブセットは一般に第1電圧レベルに接続可能ではない。
本明細書で記載するシステムおよび方法は、任意の電極アドレッシングを可能にする電極アドレッシング回路を提供する。すなわち、各電極を複数の異なる電圧レベルに選択的に接続することができる。これにより、通電構成の柔軟性が向上する。
図5は、エレクトロポレーションジェネレータ26(図1に示す)などのパルスジェネレータに含まれてもよいパルス生成回路400の一実施形態の回路図である。パルス生成回路400は、例えば、カテーテル電極アセンブリ12(図1に示す)上の電極などの、複数の電極408(1、2、3、(N-1)、N)と番号付けられる)と結合可能である。
パルス生成回路400は、第1電圧源402、第2電圧源404、および複数のモジュール406を含む。第1電圧源402および第2電圧源404は、例えば、高電圧直流(DC)電圧源であってもよい。
各モジュール406は、複数の電極408と関連づけられている。図示の実施形態では、各モジュール406は4つの電極408と関連づけられている。あるいは、当業者であれば、各モジュール406が任意の適切な数の電極408と関連づけられてよいことを理解するであろう。さらに、パルス生成回路400は、任意の適切な数のモジュール406を含んでもよい。例えば、パルス生成回路400は4つのモジュール406を含み、各モジュールは4つの電極408に関連付けられ、合計16個の電極408のための回路をもたらしてもよい。
図5に示すように、モジュール406内では、電極アドレッシング回路410が各電極408に結合されている。電極アドレッシング回路410は、各電極408を任意にアドレッシングすることを可能にする。具体的には、所定の電極408に対して、電極アドレッシング回路410は、電極408と第1電圧源402との間に結合された第1スイッチ412と、電極408と第2電圧源404との間に結合された第2スイッチ414と、電極408とリターン電圧418との間に結合された第3スイッチ416とを含む。スイッチ412、414、416を用いて、電極408は、所望に応じて、第1電圧源402、第2電圧源404、およびリターン電圧418のうちの1つに選択的に接続されてもよい。スイッチ412、414、416の動作は、任意の適切な制御装置(図示せず)を用いて制御してもよい。
スイッチ412、414、および416は、任意の適切なスイッチング装置であってよい。例えば、スイッチ412、414、および416は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、シリコン金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、炭化ケイ素MOSFET、炭化ケイ素接合型電界効果トランジスタ(JFET)、またはエンハンスメントモードおよび/または空乏モード装置の他の組み合わせ(例えば、シリコンMOSFETと組み合わせた炭化ケイ素空乏モードJFETのカスコード)によってもよい。
したがって、各電極408は、他の電極408とは独立して、第1電圧源402、第2電圧源404、またはリターン電圧418に選択的に接続してもよい。これにより、異なる電圧レベルおよび/または異なるパルス幅でパルスを発生する電極の様々な組合せを可能にし、治療スキームの選択において大きな柔軟性を可能にする。
例えば、第1電圧源402は正電圧を出力し、第2電圧源404は負電圧を出力してもよい。第1相では、(第1電極408が第2電極408よりも高い電圧になるように)第1電極408は第1電圧源402に接続され、第2電極408はリターン電圧418に接続されてもよい。第2の相補的な相では、(第1電極408が第2電極408より低い電圧になるように)第1電極408は第2電圧源404に接続され、第2電極408はリターン電圧418に接続されてもよい。
さらに、各相の時間間隔を制御することによって、エネルギは一方向に送達される一方で、電荷は両方向に送達され得る。これにより、望ましくない効果(例えば、骨格筋の不随意的な動員)を低減しながら、所望の電気物理学的効果(例えば、組織の選択的な不可逆的エレクトロポレーション)を達成することが容易になる。
このアーキテクチャはまた、少なくともいくつかの既知の多重化アプローチと比較して、必要なスイッチの数を大幅に削減する。スイッチの数を減らすことで、さもなければ出力波形の歪みやリンギングの原因となり得る寄生容量が減少する。
図5に示す実施形態では、電極アドレッシング回路410は複数の限流抵抗器430を含む。例えば、1つの限流抵抗器430が第1スイッチ412と第1電圧源402との間に結合され、別の限流抵抗器430が第2スイッチ414と第2電圧源404との間に結合され、さらに別の限流抵抗器430が第3スイッチ416と電極408との間に結合されてもよい。限流抵抗器430は故障保護を提供する。
さらに、図5に示す実施形態では、パルス生成回路400は複数の絶縁スイッチ432を含む。各絶縁スイッチ432は電極アドレッシング回路410と関連する電極408との間に直列に結合されている。上記で説明したように、電極アドレッシング回路410のスイッチ412、414、416はトランジスタを用いて実装されてもよい。従って、スイッチ412、414、416が全て開いているときでも、第1電圧源402および第2電圧源404から電極408にある程度の漏れ電流が流れる可能性がある。
スイッチ412、414、および416とは対照的に、この実施形態では、絶縁スイッチ432は、トランジスタを使用して実装されていない電気機械スイッチである。従って、開放時、絶縁スイッチ432は、電極408を第1および第2電圧源402および404から完全に切り離す(例えば、電極408への漏れ電流を許容することなく)。従って、絶縁スイッチ432は、絶縁スイッチ432が開いているとき、いかなる電流も電極408に達することを防止し、患者に保護を提供する。
本明細書に記載のシステムおよび方法は、エレクトロポレーションシステムのためのパルス生成回路が対象である。パルス生成回路は、第1電圧源、第2電圧源、および複数の電極アドレッシング回路を含む。各電極アドレッシング回路は、関連する電極に結合されるように構成され、電極と第1電圧源との間に結合可能な第1スイッチと、電極と第2電圧源との間に結合可能な第2スイッチと、電極とリターン電圧との間に結合可能な第3スイッチとを含む。
本開示の特定の実施形態が、ある程度の特殊性をもって上述されたが、当業者は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に多数の変更を加え得る。全ての方向に関する参照(例えば、上部、下部、上方へ、下方へ、左、右、左方、右方、頂部、底部、上方、下方、下方、垂直、水平、時計回り、および反時計回り)は、本開示の読者の理解を助けるための識別目的のために使用されるだけであり、特に、本開示の位置、方向、または使用に関する制限を生じさせるものではない。連結に関する参照(例えば、取り付けられた、結合された、接続された、など)は、広義に解釈されるべきであり、要素の連結と要素間の相対移動との間の中間部材を含み得る。そのため、連結に関する言及は、必ずしも2つの要素が直接連結され、互いに固定された関係にあることを推論するものではない。上記の説明に含まれる、または添付図面に示されるすべての事項は、例示的なものとしてのみ解釈され、限定するものではないことが意図される。詳細または構造の変更は、添付の特許請求の範囲に定義される本開示の精神から逸脱することなく行うことができる。
本開示の要素またはその好ましい実施形態(単数または複数)を紹介する場合、冠詞「a」、「an」、「the」、および「said」は、要素の1つまたは複数が存在することを意味することが意図される。「備える(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」という用語は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。
本開示の範囲から逸脱することなく、上記の構成において様々な変更がなされ得るので、上記の説明に含まれる、または添付の図面に示される全ての事項は、限定的な意味ではなく、例示的なものとして解釈されることが意図される。

Claims (20)

  1. エレクトロポレーションシステムの複数の電極に結合されるように構成されたパルス生成回路であって、
    第1電圧源と、
    第2電圧源と、
    複数の電極アドレッシング回路と、を備え、
    各電極アドレッシング回路は、
    関連する電極に結合されるように構成されると共に、
    前記電極と前記第1電圧源との間に結合可能な第1スイッチと、
    前記電極と前記第2電圧源との間に結合可能な第2スイッチと、
    前記電極とリターン電圧の間に結合可能な第3スイッチと、を備える、パルス生成回路。
  2. 前記第1電圧源は正電圧源であり、前記第2電圧源は負電圧源である、請求項1に記載のパルス生成回路。
  3. 複数のモジュールをさらに含み、各モジュールは前記複数の電極アドレッシング回路のサブセットを含む、請求項1に記載のパルス生成回路。
  4. 前記第1スイッチと前記第1電圧源との間に結合される限流抵抗器をさらに備える、請求項1に記載のパルス生成回路。
  5. 前記第2スイッチと前記第2電圧源との間に結合される限流抵抗器をさらに備える、請求項1に記載のパルス生成回路。
  6. 前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチの少なくとも1つは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備える、請求項1に記載のパルス生成回路。
  7. 前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチの少なくとも1つは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを備える、請求項1に記載のパルス生成回路。
  8. 複数の絶縁スイッチをさらに備え、各絶縁スイッチは、前記複数の電極アドレッシング回路のうちの1つと前記関連する電極との間に結合される、請求項1に記載のパルス生成回路。
  9. エレクトロポレーションシステムであって、
    複数の電極を備えるカテーテルと、
    前記複数の電極に結合されたパルス生成回路と、を備え、
    前記パルス生成回路は、
    第1電圧源と、
    第2電圧源と、
    複数の電極アドレッシング回路と、を備え、
    各電極アドレッシング回路は、
    関連する電極に結合されると共に、
    前記電極と第1電圧源との間に結合された第1スイッチと、
    前記電極と第2電圧源との間に結合された第2スイッチと、
    前記電極とリターン電圧の間に結合された第3スイッチと、を備える、エレクトロポレーションシステム。
  10. 前記第1電圧源が正電圧源であり、前記第2電圧源が負電圧源である、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  11. 前記パルス生成回路は複数のモジュールをさらに備え、各モジュールは前記複数の電極アドレッシング回路のサブセットを含む、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  12. 前記パルス生成回路は、前記第1スイッチと前記第1電圧源との間に結合される限流抵抗器をさらに備える、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  13. 前記パルス生成回路は、前記第2スイッチと前記第2電圧源との間に結合される限流抵抗器をさらに備える、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  14. 前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチの少なくとも1つが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備える、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  15. 前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチの少なくとも1つが、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを備える、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  16. 前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチの少なくとも1つが、接合型電界効果トランジスタを備える、請求項9に記載のエレクトロポレーションシステム。
  17. エレクトロポレーションシステムを制御する方法であって、
    複数の電極を含むカテーテルを提供することと、
    前記複数の電極をパルス生成回路に結合することと、を備え、
    前記パルス生成回路は、
    第1電圧源と、
    第2電圧源と、
    複数の電極アドレッシング回路と、を備え、
    各電極アドレッシング回路は、
    関連する電極に結合されると共に、
    前記電極と前記第1電圧源との間に結合された第1スイッチと、
    前記電極と前記第2電圧源との間に結合された第2スイッチと、
    前記電極とリターン電圧との間に結合された第3スイッチと、を備える、方法。
  18. 前記第1電圧源は正電圧源であり、前記第2電圧源は負電圧源である、請求項17に記載の方法。
  19. 前記パルス生成回路は複数のモジュールをさらに含み、各モジュールは前記複数の電極アドレッシング回路のサブセットを含む、請求項17に記載の方法。
  20. 前記パルス生成回路は、前記第1スイッチと前記第1電圧源との間に結合される限流抵抗器をさらに含む、請求項17に記載の方法。
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