用於在對象內施加能量的裝置和方法

2023-04-24 11:03:16

專利名稱：用於在對象內施加能量的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在對象內施加能量的裝置、方法和電腦程式。
背景技術：
US2003/0204207A1公開了一種導管裝置，其包括從位於導管遠端的電池或電容接受能量的心臟起搏器。能量從電池或電容向心臟起搏器的傳輸由光控制線控制。通過光控制線的控制需要光路和用於把光信號轉變成電信號的轉換設備。這些光和光電組件需要許多空間，其中在導管內和心臟內的空間是有限的。因此該導管裝置是非常大的，難以製造和難以操作。

發明內容
本發明的目的是減小在對象內施加能量的裝置的尺寸。本發明的第一方面，介紹一種用於在對象內施加能量的裝置，其中，該裝置包括
-能量施加單元，其包括用於在對象內輸出能量的能量發射元件和可位於對象內的能量存儲單元，且該能量存儲單元耦合到能量發射元件，以及
-電控制線，其耦合到能量施加單元，用於通過控制能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸來控制對象內能量的施加。
本發明基於以下想法如果使用電控制線，不需要光路和用於把光信號轉換成電信號的轉換設備。這減小了裝置的尺寸。
所述用於在對象內施加能量的裝置例如是，通過位於遠端導管尖端處的電極來在對象內施加能量的導管裝置。對象可以是病人的器官，例如，像病人心臟的器官。出於消融或者感知的目的，能量發射元件可以例如在對象內輸出能量。對象也可以是技術上的對象。
優選的，電控制線是高電阻的。如果電控制線是高電阻的，外部電場就不會在控制線中感生電流，其中有可能由感生電流引起的負面效應減小或不再存在。例如，如果磁共振成像系統用於確定對象內能量發射元件的位置，或用於在對象中引導能量發射元件和能量存儲單元，那麼
電磁輻射(特別是RF場)在電控制線中僅感生小電流或不感生電流，由此，對控制線的加熱(例如，局部加熱)以及對由感生電流產生的電磁場成^^的幹擾可以減小或者不再存在。
優選的，高電阻控制線包括大於2k0hm/m的阻抗，進一步優選地大於5k0hm/m，進一步優選地大於10k0hm/m，且其進一步優選的是，阻抗大於20k0hm/m。特別地，如果電場，特別是優選為1至10kV/m，進一步優選為3至8kV/m,進一步優選為5至6kV/m,且進一步優選為5. 5kV/m，優選地具有50-80MHz的頻率，進一步優選地具有55-70MHz的頻率，進一步優選地具有60-65MHz的頻率，進一步優選地具有63-64MHz的頻率，且進一步優選地具有63. 86MHz的頻率的磁共振成像系統(優選地是1. 5特斯拉的磁共振成像系統)的電場，作用於控制線，這些阻抗是優選的。
在優選實施例中，該裝置還包括控制單元，其經由電控制線與能量施加單元耦合，該電控制線用於通過控制能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸來控制對象內能量的施加。只要控制單元仍然經由控制線與能量施加單元耦合，控制單元可以位於任意位置。優選地，控制單元位於對象外部，其中，用於在對象內施加能量的裝置在對象內所需要的空間進一步減小。因此，優選的，能量施加單元和能量存儲單元位於裝置的遠端，並且控制單元優選地位於裝置的近端。例如，如果用於在對象內施加能量的裝置是，例如用於在病人的器官內施加能量的導管裝置，則能量施加單元和能量存儲單元優選地位於導管遠端，並且控制單元優選地位於導管近端。
優選地，能量施加單元還包括開關，其(a)與用於控制開關的控制線耦合，且(b)在能量發射單元和能量存儲單元之間，用於切換能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸。這允許以很低的技術作用力對具有各個應用所需要的頻率和能量的能量施加進行切換。
進一步優選地，裝置包括導管，其用於把能量施加單元、能量存儲單元和電控制線引入對象。這允許把能量施加單元、能量存儲單元和至少一部分電控制線插入到對象中，例如病人的器官(如，病人的心臟)中。
能量存儲單元優選地是可充電的。這允許能量存儲單元和因此用於在對象內施加能量的裝置能使用更長的時間，而不需要替換能量存儲單元。
優選地，裝置還包括充電線，其連接到能量存儲單元並且其可耦合到用於為能量存儲單元充電的充電單元。充電單元可以位於任意位置。優選地，使用中，充電單元位於對象外部。由此，能量存儲單元可以通過能量施加單元充電，同時能量存儲單元和至少一部分電控制線可以保持在對象內部。這種情況下，裝置優選包括導管，其用於把能量施加單元、能量存儲單元、至少部分電控制線和至少一部分充電線引入對象中。
充電線優選地是高電阻的，便於減小或消除充電線中感生電流引起的效應。充電線優選地具有與控制線相同的阻抗。
優選地，裝置優選還包括監測單元，其是用於監測能量發射元件、能量存儲單元和開關中的至少一個的磁共振成像系統。其允許監測能量發射元件、能量存儲單元和開關的至少一個，特別是能量發射元件、能量存儲和開關的至少一個的位置，其中例如，定位可以使用監測結果來校正。
用於施加能量到對象的裝置還可以包括監測系統，其用於監測病人對象內的能量施加單元的位置。該監測單元是例如磁共振成像系統、計算機X線斷層攝影系統，或超聲波成像系統。
本發明的另一方面，介紹一種用於在對象內施加能量的方法，其中該方法包括以下步驟
-在對象內施加能量，通過
-在對象內定位能量發射元件和能量存儲單元，且該能量存儲單元耦合到能量發射單元，
-通過能量發射元件在對象內輸出能量，
其中，在對象內的能量施加通過由電控制線控制能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸來控制。
在本發明的另一方面，提供一種用於在對象內施加能量的電腦程式，其中，電腦程式包括程序代碼工具，其用於當在計算機上運行電腦程式從而控制裝置時，使得裝置執行以下步驟
-在對象內施加能量，通過
-在對象內定位能量發射元件和能量存儲單元，且該能量存儲單元耦合到能量發射單元，
6-通過能量發射元件在對象內輸出能量，
-通過由電控制線控制能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸來電控制對象內的能量施加。
應當理解，如權利要求l的裝置，權利要求9的方法和權利要求10的電腦程式具有與從屬權利要求中所限定的、相似和/或相同的優選實施例。應當理解，本發明的優選實施例可以是從屬權利要求的任意組合。


參考下面描述的實施例，本發明的這些和其它方面將是顯而易見的
且被闡述。在下面的附圖中
圖1示意性地示出了一種用於在對象內施加能量的裝置的實施例，圖2示意性和更詳細地示出了一種用於在對象內施加能量的裝置的
導管遠端，
圖3示意性地示出了用於在對象內施加能量的裝置的另一實施例，圖4示意性地示出了用於在對象內施加能量的裝置的另一實施例的導管遠端，以及
圖5示出了說明用於在對象內施加能量的方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了一種用於在對象內施加能量的裝置，其在該實施例中是導管裝置l。該導管裝置l包括具有遠端(distal end) 15和近端(proximal end) 16的導管(catheter) 4。在圖2中示意性地更詳細示出了導管的遠端。用於在對象2、 3內輸出能量的兩個能量發射元件9和能量存儲單元8位於導管4的遠端15處。在該實施例中，能量發射元件9是能量發射電極，特別是用於感測(sensing )或消融(ablation)過程。在該實施例中，能量存儲單元8是電池。在該實施例中，能量發射元件是起搏(pacing)電極。能量發射元件9經由開關10耦合到能量存儲單元8。開關IO經由電控制線12耦合到控制單元6。在該實施例中，控制單元6位於導管4近端處的對象2， 3外部。電控制線12必須足夠長，以到達對象2、 3外部的控制單元6。在圖2中用虛線示出了電控制線的該長度。
在該實施例中，對象2、 3是病人2的心臟3。因此，在圖l中示出的情況中，包括能量發射元件9、能量存儲單元8和開關10的導管4的遠端15已經插入了病人2的心臟3。病人2位於病人手術臺5上。該裝置1還包括監測單元7，其用於監測能量發射元件9、能量存儲單元8和開關10的至少一個。在該實施例中，監測單元7是磁共振成像系統。
圖3示意性地示出了用於在對象內施加能量的裝置101的另一實施例。與圖1中所示出的元件相似的元件將由相似的附圖標記表示，且在下文中將不會再次詳細說明。
裝置101包括控制和充電設備14,其包括控制單元6和充電單元11。控制和充電設備14耦合到導管4，特別地，控制單元6耦合到電控制線12,並且充電單元11耦合到電充電線13，正如其在圖4中示意性地示出的。
圖4中示意性地示出了導管4的遠端115。
在圖4中示出的實施例中，能量存儲單元8經由充電線13耦合到充電單元ll。在該實施例中，充電單元11位於對象2、 3外部，並且由此，充電線13必須足夠長。該大長度在圖4中由虛線示意性地說明。
能量發射元件9,能量存儲單元8和開關10形成了能量施加單元，其可以由控制單元經由電控制線來控制。
在下文中，將參考附圖5中示出的流程圖描述用於在對象內施加能量的方法的實施例。
在步驟201中，導管4的遠端15、 115位於對象2， 3內，即，在該實施例中在病人2的心臟3內。特別地，能量發射元件9位於對象2， 3內的所需位置處，在該處將施加能量。
在步驟202中，能量由在已經定位能量發射元件的位置處的能量發射元件輸出，其中能量的發射(即，對象內能量的施加)由電控制線12控制能量從能量存儲單元8向能量發射元件9的傳輸來控制。在該實施例中，開關IO通過控制單元6經由電控制線12來控制，該電控制線用於控制能量從能量存儲單元8向能量發射元件9的傳輸。
在圖3中示出的實施例中，能量存儲單元8可以通過經由充電線13把能量存儲單元8與充電單元11連接來充電。充電線13優選是高阻線，且因此，即使能量發射元件9的位置仍然由電磁共振成像系統7監測，能量存儲單元8仍可以被充電。由此，能量存儲單元8在例如電生理幹涉的期間仍可以,皮充電。同樣，電控制線優選為高電阻，便於當能量發射元件9和能量存儲 單元8仍位於對象2、 3內時允許電磁共振成像。
使用高電阻線允許在磁共振引導的情況下進行電生理幹涉 (intervention),而不會出現RF加熱的危險，因為在電生理幹涉期間， 與導管尖端(其放置在對象內部)處能量施加單元的電連接不能在磁共 振成像系統的工作頻率處產生諧振，並且由此不能作為導致過度加熱的 所應用RF場的天線。能量發射元件具體地是心臟起搏電極。
由於在對象內必須施加的能量存儲在能量發射元件附近的能量存儲 單元中，通向優選在對象外部(即，在導管近端處)的控制單元的電控 制線僅需要控制所述開關，且由此可以是高電阻電連接。
能量存儲單元可以是電容，電池或蓄電池，優選是微型化的鋰-離子 或鋰-聚合物電池，其優選地裝配到導管的遠端內腔(lumen)內。幾個 供能單元(即，例如電容、電池和/或蓄電池)可以串聯連接，便於增加在 對象內施加的可能電壓，即能量。
如果電控制線是高電阻的，能量在對象內可以以受控的方式施加， 同時能量發射元件的位置通過使用磁共振成像系統來監測，即，不再需 要用於監測的X射線系統，其中，施加到對象(其優選是病人)的輻射 和對比劑都可以避免。使用高電阻電控制線和優選使用高電阻充電線克 服了常規電生理儀器和設備固有的安全風險，並且由此為用於磁共振引 導的電生理幹涉的磁共振安全心臟內經導管起搏(magnetic resonance safe intracardial transcatheter pacing )提供了解決方案。
如果用於在對象內施加能量的裝置是用於電生理心臟應用的導管裝 置，並且如果能量發射元件是起搏電極，起搏信號包括優選為1至10ms 脈沖寬度的優選為1至30mA的電流脈沖，以及優選為0. 6至6Hz的重複 速率。如果2. 8V的優選電壓假定典型地在起搏器中使用，大約1000個 脈衝所需要的能量優選約為1 Ws。優選地，能量存儲單元優選可以在導 管遠端處的導管尖端小內腔(若干立方毫米)中存儲約lWs。
如上已經所述，能量存儲單元可以是鋰離子和鋰聚合物電池以及蓄 電池中的單個或其組合。特別地，可以使用在手持設備(如，手機、數 碼相機和攝像機)中使用的電池和蓄電池，優選的，如果它們足夠小以 能裝配到導管尖端的小內腔內。同樣可以使用通常用在起搏器中的鋰離 子電池，優選地，如果它們的尺寸足夠小以能裝配到導管尖端的小內腔
9內。同樣，薄膜、軟性的、納米級的鋰離子電池(如，2006年5月12 的Science:第312巻、5775號、885—888頁，Ki Tae Nam,等人的 "Virus—Enabled Synthesis and Assembly of Nanowires for Lithium Ion Battery Electrodes"中所公開的)可以用作能量存儲單元。優選 地，能量存儲單元包括電池的一個或多個組合，以使得其提供典型地用 於外部起搏電源的、直到40V的電壓。
雖然在優選實施例中，用於在對象內施加能量的裝置已經用於在病 人內(特別是在病人心臟內)施加能量，本發明並不局限於在病人內施 加能量，特別是在病人心臟內施加能量。能量還可以在病人的另一器官 內或在4支術對象的內腔內施加。
雖然本發明已經被描述為包括用於監測對象內能量發射元件的位置 的監測單元，但是本發明並不局限於用於在具有監測單元的對象內施加 能量的裝置。並且，如果監測單元存在，該監測單元不必是磁共振成像 系統。同樣其它的監測單元可以用於監測對象內能量發射元件的位置， 例如，諸如X射線投影系統的X射線成像系統。
雖然在圖2和圖4中已經示出了導管內的僅僅幾個部分，但是導管 還可以包括更多部件，特別是通常在導管內用作例如到導管尖端處電極 的導線、附加線或把低溫流體輸送到導管尖端的外部內腔。
通過研究附圖、公開內容和所附權利要求，本領域技術人員應當可 以理解和實現所公開實施例的其它變體，並且實踐所要求權利的發明。
雖然在附圖和前述描述中已經詳細說明和描述了本發明，但是這樣 的說明和描述應當認為是說明性的和示例性的，而不是限制性的。本發 明不局限於所公開的實施例。
在權利要求中，單詞"包括"不排除其它元件或步驟，不定冠詞"一 個"不排除多個。
在多個不同的從屬權利要求中敘述某些方法的僅有事實並不表示這 些方法的組合不能被有利地使用。
電腦程式可以存儲/分布在適當的媒介上，例如一起提供或作為其 它硬體的 一部分的光學存儲媒介或固態媒介，但是也可以以其它形式分 布，例如經由網際網路或其它有線或無線通信系統。
在權利要求中的任意附圖標記不應當解釋為限制其範圍。
權利要求
1、一種用於在對象(2，3)內施加能量的裝置，其中該裝置包括-能量施加單元(8，9)，其包括用於在對象內輸出能量的能量發射元件(9)，和可位於對象內的能量存儲單元(8)，且該能量存儲單元耦合到能量發射元件，以及-電控制線(12)，其耦合到能量施加單元，用於通過控制能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸來控制對象內能量的施加。
2、 如權利要求l所述的裝置，其中所述電控制線是高電阻的。
3、 如權利要求l所述的裝置，其中該裝置還包括控制單元(6)， 其經由電控制線與能量施加單元耦合，用於通過控制能量從能量存儲單 元向能量發射元件的傳輸來控制對象內能量的施加。
4、 如權利要求l所述的裝置，其中該能量施加單元還包括開關單 元(IO)，其(a)與用於控制該開關的控制線耦合，和(b)耦接在能量發 射元件和能量存儲單元之間，用於切換能量從能量存儲單元向能量發射 元件的傳輸。
5、 如權利要求l所述的裝置，其中該裝置包括導管(4)，其用於 把能量施加單元(8， 9)、能量存儲單元(8)和電控制線(12)引入對象。
6、 如權利要求1所述的裝置，其中所述能量存儲單元(8)是可充 電的。
7、 如權利要求6所述的裝置，其中該裝置還包括充電線(13)，其 連接到能量存儲單元(8),並且還可耦合到用於為所述能量存儲單元(8) 充電的充電單元(ll)。
8、 如權利要求7所述的裝置，其中充電線(13)是高電阻的。
9、 如權利要求l所述的裝置，其中該裝置還包括監測單元(7)， 其是用於監測能量發射元件、能量存儲單元(8)和開關(10)中至少一個的 磁共振成像系統。
10、 一種用於對象(2, 3)內施加能量的方法，其中該方法包括以下 步驟-在對象(2, 3)內施加能量，這通過-在對象(2， 3)內定位能量發射元件(9)和能量存儲單元(8)，該能量存儲單元耦合到能量發射元件(9)，-通過能量發射元件(9)在對象(2， 3)內輸出能量，其中，在對象內的能量施加通過由電控制線(12)控制能量從能量 存儲單元(8)向能量發射元件(9)的傳輸來控制。
11、 一種用於在對象(2， 3)內施加能量的電腦程式，其包括程 序代碼工具，所述程序代碼工具用於當在計算機上運行電腦程式從而 控制裝置時，使得如權利要求l所述的裝置執行以下步驟-在對象(2, 3)內施加能量，通過在對象(2， 3)內定位能量發射元件(9)和能量存儲單元(8)，該能 量存儲單元耦合到能量發射元件(9),通過能量發射元件(9)在對象(2， 3)內輸出能量，-通過由電控制線(12)控制能量從能量存儲單元(8)向能量發射元件 (9)的傳輸來電控制對象(2, 3)內的能量施加。
全文摘要
本發明涉及一種用於在對象內施加能量的裝置。該裝置包括能量施加單元(8，9)，其包括用於在對象內輸出能量的能量發射元件(9)，和可位於對象內的能量存儲單元(8)，且該能量存儲單元耦合到能量發射元件。該裝置還包括耦合到能量施加單元的電控制線(12)，其用於通過控制能量從能量存儲單元向能量發射元件的傳輸來控制對象內能量的施加。本發明還涉及相應的方法和相應的電腦程式。
文檔編號A61N1/08GK101636195SQ200880007354
公開日2010年1月27日 申請日期2008年3月3日 優先權日2007年3月7日
發明者B·戴維, D·沃茨, O·利普斯, S·克魯傑, S·韋斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司