CN103220984A - 用于肾神经消融的机械、机电和/或弹性成像评定 - Google Patents

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Abstract

一种换能器装置使身体的靶组织振动并且感测所述靶组织的结果得到的振动。所述靶组织的一个或多个机械性质的变化基于所感测的振动被测量。所述靶组织的一个或多个机电性质的变化也能够基于所感测的振动和各种电参数被测量。指示所测量的所述靶组织的一个或多个机械和/或机电性质的变化的输出被生成。例如，能够基于所感测的振动来测量所述靶组织的弹性的变化，诸如由所述靶组织的消融引起的变化。

Description

用于肾神经消融的机械、机电和/或弹性成像评定
发明内容
本公开内容的实施例针对用于评定身体的组织的一个或多个机械性质的方法和设备。本公开内容的实施例针对用于评定身体的组织的一个或多个机电性质的方法和设备。本公开内容的实施例针对用于使用弹性成像或以其采集身体组织的刚度或应变图像的其他技术来评定身体的组织的性质的方法和设备。实施例针对用于评定由于消融而导致的身体的组织的一个或多个机械和/或机电性质的变化的方法和设备。
依照各种实施例，本公开内容的方法和设备涉及使身体的靶组织振动并且感测所述靶组织的振动。所述靶组织的一个或多个机械性质的变化基于所感测的振动被测量。所述靶组织的一个或多个机电性质的变化也能够基于所感测的振动和各种电参数被测量。指示所测量的所述靶组织的一个或多个机械和/或机电性质的变化的输出被生成。在一些实施例中，基于所感测的振动来测量所述靶组织的弹性的变化，诸如由所述靶组织的消融产生的变化。
根据各种实施例，一种设备包括相对于经皮访问位置具有足以访问身体的靶组织的长度的导管设备。换能器装置至少部分地被所述导管设备支承。所述换能器装置包括被配置成使所述靶组织振动的振动换能器和被配置成感测由所述振动换能器引起的所述靶组织的振动的感测换能器。检测器与所述换能器装置通信耦合并且被配置成测量所述靶组织的一个或多个机械性质的变化并且产生指示所测量的所述一个或多个机械性质的变化的输出信号。在各种实施例中，所述检测器被配置成测量所述靶组织的弹性的变化并且产生指示所测量的靶组织弹性的变化的输出信号。诸如弹性的所述一个或多个机械性质的变化可以由所述靶组织的消融产生。
根据其他实施例，一种设备包括具有内腔和相对于经皮访问位置的足以访问患者的肾动脉的长度的导管装置。消融装置被配置成消融血管周肾神经组织。换能器装置至少部分地被所述导管设备支承。所述换能器装置包括被配置成使所述血管周肾神经组织振动的振动换能器和被配置成感测由所述振动换能器引起的所述血管周肾神经组织的振动的感测换能器。检测器与换能器装置通信耦合并且被配置成测量由于消融而导致的所述血管周肾神经组织的弹性的变化并且产生指示所测量的血管周肾神经弹性的变化的输出信号。所述消融装置可以与支承所述换能器装置的所述导管装置集成或者位于独立的导管上。
本公开内容的各种实施例针对涉及使与身体的靶组织接触的电极振动并且感测所述电极的振动的方法和设备。方法和设备还涉及测量由电极振动引起的向所述电极施加的力并且测量由电极振动产生的所述电极的位移。指示向所述电极施加的力和所述电极的位移的输出被产生，诸如各种值和波形。
根据另外的实施例，一种设备包括相对于经皮访问位置具有足以访问身体的靶组织的长度的导管设备。RF电极被所述导管设备支承并且被配置成接触所述靶组织。换能器装置至少部分地被所述导管设备支承。所述换能器装置包括被配置成发出使所述RF电极振动的声能的振动换能器和被配置成感测指示由所发出的声能引起的所述RF电极的位移的声波的感测换能器。检测器与所述换能器装置通信耦合。所述检测器被配置成生成指示由所发出的声能向所述RF电极施加的力和所述RF电极的位移的输出。
在一些实施例中，所述振动换能器被配置成将高频声能对准所述靶组织，并且所述感测换能器被配置成感测包括与由所述振动换能器引起的所述靶组织的振动相对应的信号内容的低频返回信号或图像。在其他实施例中，所述振动换能器被配置成将低频声能对准所述靶组织，并且所述感测换能器被配置成感测包括与由所述振动换能器引起的所述靶组织的振动相对应的信号内容的高频返回信号或图像。
这些及其他特征能够考虑以下具体论述和附图来理解。
附图说明
图1是右肾和包括从腹主动脉横向分路的肾动脉的肾脉管系统的示意；
图2A和2B示意了肾动脉的交感神经分布；
图3A示意了肾动脉的壁的各种组织层；
图3B和3C示意了肾神经的一部分；
图4示意了依照各种实施例的包括医疗装置的医疗系统，所述医疗装置被定位在患者身体的、在经由自然腔道访问的肾动脉附近的器官、组织主体或腔内；
图5和6示意了依照各种实施例的、协同操作以评定诸如组织弹性的、靶组织的性质在消融期间的变化的组织评定装置的部件；
图7示出了依照各种实施例的用于在脉管外部的组织的消融期间评定脉管壁的组织的一个或多个机械性质的系统；
图8示意了依照各种实施例的合并多个环向隔开的组织评定装置的导管的远侧端。
图9和10用图表示出了依照各种实施例的针对不良的和良好的电极与组织接触场景的位移和力(或施加的电流)的关系；
图11和12用图表示意了依照各种实施例的受良好的或不良的RF电极与组织的接触或受靶组织的机械变化或导电性变化影响的各种波形；
图13-15示出了依照各种实施例的与靶组织在消融期间的机械性质的变化相对应的机械振动位移波形的变化，其被用于调制RF电流波形或机电阻抗波形；以及
图16示出了依照本公开内容的各种实施例的有代表性的肾消融设备。
具体实施方式
本公开内容的实施例针对用于评定组织的一个或多个机械性质和由于身体的靶组织的消融而导致的这样的性质的变化的设备和方法。本公开内容的实施例针对用于评定血管周肾神经组织的一个或多个机械性质和由于血管周肾神经组织的消融而导致的这样的性质的变化的设备和方法，诸如用于高血压的治疗。本公开内容的实施例还针对用于诸如在靶组织的RF消融期间评定并且监测RF电极与身体的靶组织的接触完整性的设备和方法。本公开内容的实施例针对用于诸如在血管周肾神经组织的RF消融期间评定并且监测RF电极与患者的肾动脉的壁的接触完整性的设备和方法。
血管周肾神经的消融已被用于高血压的治疗。定位于肾动脉中的射频(RF)导管能够被用于消融血管周肾神经，但可能对肾动脉造成损伤。消融的控制对于有效地消融肾神经而同时最小化对肾动脉的损伤是重要的。常规的RF消融方法仅仅在预定时间内施加能量，并且可以监测动脉中的阻抗或电流或温度，但这些参数通常是消融对靶组织的影响的次最佳指示器。例如与动脉壁的可变电极接触、变化的组织性质以及可变解剖构造的影响能够在对靶组织的消融影响中引入不可预知性。
各种实施例利用作为消融的结果而发生的组织刚度变化来监测消融过程的进展。在消融期间监测组织刚度变化被提供用于对消融有效性的准确评定以及对非靶组织的过度损伤的避免。各种方法学能够被用于组织刚度评定，包括例如1-D弹性成像或M型成像、2D弹性成像、声辐射力脉冲成像(ARFI)、振动换能器的机械力和位移评定以及用于评定电极与组织的接触的机电阻抗的变化等。
本公开内容的各种实施例针对用于为治疗高血压进行肾去神经支配的设备和方法。高血压是其中血压升高的慢性医学状况。持久性高血压是与各种不利的医学状况关联的显著风险因素，所述不利的医学状况包括心脏病发作、心力衰竭、动脉瘤以及中风。持久性高血压是慢性肾衰竭的主因。服务肾的交感神经系统的功能亢进与高血压及其进展关联。肾中的神经经由肾去神经支配的去激活能够降低血压，并且对于对常规药物无反应的具有高血压的许多患者而言可能是可行的治疗选择。
肾在许多身体过程中起作用，包括血液过滤、体液平衡的调节、血压控制、电解质平衡以及激素产生。肾的一个主要功能在于从血液中去除毒素、矿物盐和水以形成尿液。肾通过从腹主动脉左右分路的肾动脉接收心脏出量的大约20％-25％，在肾的凹面，即肾门处进入每个肾。
血液通过肾动脉和传入小动脉流入肾，进入肾的过滤部分，即肾小体。肾小体由肾小球、丛生的毛细血管构成，被称作包曼囊的、充满液体的杯状囊围绕。由于存在于毛细血管中的血液与包曼囊中的液体之间的压力梯度的原因，血液中的溶质通过肾小球的非常薄的毛细血管壁被过滤。压力梯度由小动脉的收缩或扩张来控制。在过滤发生之后，经过滤的血液移动通过传出小动脉和管周毛细血管，会聚在小叶间静脉中，并且最后通过肾静脉排出肾。
从血液中过滤的微粒和液体通过多个小管从包曼囊移动到收集管。尿液在该收集管中形成，并且进而通过输尿管和膀胱排出。小管被管周毛细血管(包含经过滤的血液)围绕。随着滤出液通过小管并且朝收集管移动，营养物、水以及诸如钠和氯化物的电解质被重新吸收到血液中。
肾由主要从主动脉肾神经节发散的肾丛进行神经支配。随着神经沿肾动脉的路线前进并且到肾中，肾神经节由肾丛的神经形成。肾神经是包括交感神经和副交感神经成分的自主神经系统的部分。已知交感神经系统是向身体提供“战逃”反应的系统，而副交感神经系统提供“休息与消化”反应。交感神经活动的刺激触发使肾增加激素产生的交感反应，所述激素增加血管收缩和体液潴留(fluid retention)。这个过程被称为对增加的肾交感神经活动的肾素-血管紧张素-醛固酮-系统(RAAS)反应。
响应于血量的减少，肾分泌肾素，其刺激血管紧张素的产生。血管紧张素使血管收缩，引起血压升高，并且还刺激来自肾上腺皮质的激素醛固酮的分泌。醛固酮使肾的小管增加了对钠和水的重新吸收，这提高了身体中的液体量以及血压。
充血性心力衰竭(CHF)是与肾功能相联系的状况。CHF发生在心脏不能够遍及身体有效地泵送血液的时候。当血流量下降时，肾功能因为血液在肾小体内不足的灌注而衰退。到肾的减少的血流量触发交感神经系统活动的增加(即RAAS变得太活跃)，其使肾分泌增加体液潴留和血管收缩的激素。体液潴留和血管收缩进而增加循环系统的外围阻力，使心脏承受甚至更大的负荷，这进一步使血流量变小。如果心脏和肾功能的衰退继续，则最终身体变得不堪重负，并且心力衰竭代偿失调的一幕发生，常常导致患者住院治疗。
图1是右肾10和包括从腹主动脉20横向分路的肾动脉12的肾脉管系统的示意。在图1中，出于说明的简单性的目的仅示出了右肾10，但将在本文中对左右两个肾以及关联的肾脉管系统和神经系统结构进行参考，所有这些都在本公开内容的实施例的背景下被想到。肾动脉12被故意示出为不成比例地大于右肾10和腹主动脉20，以便有助于本公开内容的各种特征和实施例的论述。
从左右肾动脉向左右肾供血，所述左右肾动脉从腹主动脉20的相应的左右侧面分路。左右肾动脉中的每一个都跨横隔膜的脚(crus)被定向，以便差不多与腹主动脉20形成直角。左右肾动脉通常从腹主动脉20延伸到贴近肾的门脐17的相应的肾窦，并且分路到段动脉中以及进而到肾10内的小叶间动脉中。小叶间动脉向外辐射，穿透肾小体并且延伸通过肾锥体之间的肾柱。典型地，肾接收总心脏输出的大约20％，这对于正常人而言表示每分钟大约1200mL的血流量通过肾。
肾的主要功能是通过控制尿液的产生和浓度来维持身体的水和电解质平衡。在产生尿液时，肾分泌诸如尿素和铵的废物。肾还控制葡萄糖和氨基酸的重新吸收，并且在包括维生素D、肾素以及红细胞生成素的激素的产生方面是重要的。
肾的重要的第二功能是控制身体的新陈代谢体内平衡。控制止血功能包括调节电解质、酸基平衡以及血压。例如，肾负责通过例如调节在尿液中损失的水量并且释放红细胞生成素和肾素来调节血量和血压。肾还通过控制在尿液中损失的量以及钙的合成来调节血浆离子浓度(例如钠、钾、氯离子以及钙离子水平)。由肾控制的其他止血功能包括通过控制尿液中的氢和碳酸氢盐离子的损失来稳定血液的pH值、通过阻止它们的排泄来保存有价值的营养物以及协助肝脏解毒。
同样在图1中示出的是右肾上的腺11，其通常被称为右肾上腺。肾上腺11是保持在肾10之上的星状内分泌腺。肾上腺(左和右)的主要功能是通过分别包括皮质醇和肾上腺素(adrenaline)(肾上腺素(epinephrine))的皮质类固醇与儿茶酚胺的合成来调节身体的应激反应，包围肾10、肾上腺11、肾管12以及邻近的肾周脂肪的是肾筋膜，例如杰氏筋膜(Gerota′s fascia)(未示出)，其为源自于腹膜外结缔组织的筋膜陷凹。
身体的自主神经系统控制血管、消化系统、心脏以及腺中的平滑肌的无意识的动作。自主神经系统被划分成交感神经系统和副交感神经系统。一般而言，副交感神经系统通过降低心率、降低血压以及刺激消化使身体为休息做好准备。交感神经系统通过提高心率、提高血压以及提高新陈代谢来实现身体的战逃反应。
在自主神经系统中，从中央神经系统发源并且延伸到各个神经节的纤维被称为神经节前纤维，而从神经节向效应器官延伸的那些纤维被称为神经节后纤维。交感神经系统的激活通过肾上腺素(adrenaline)(肾上腺素(epinephrine))的释放并且在较小程度上通过来自肾上腺11的降肾上腺素的释放来实现。肾上腺素的这种释放由从神经节前交感神经所释放的神经递质乙酰胆碱触发。
肾和输尿管(未示出)由肾神经14进行神经支配。图1和2A-2B示意了肾脉管系统的交感神经神经分布，主要是肾动脉12的神经分布。肾脉管系统的交感神经神经支配的主要功能包括肾血流量和血压的调节、肾素释放的刺激以及水和钠离子重新吸收的直接刺激。
对肾脉管系统进行神经支配的大多数神经是产生自肠系膜上神经节26的交感神经节后纤维。肾神经14沿肾动脉12大体上轴向地延伸，在门脐17处进入肾10，沿肾10内的肾动脉12的分支前进并且延伸到各个肾元。诸如肾神经节24、肠系膜上神经节26、左右主动脉肾神经节22以及腹腔神经节28的其他肾神经节还对肾脉管系统进行神经支配。腹腔神经节28被较大的胸内脏神经(较大的TSN)连接起来。主动脉肾神经节26被较小的胸内脏神经(较小的TSN)连接起来并且对肾丛的较大部分进行神经支配。
肾10的交感神经信号经由主要在脊髓节段T10-T12和L1处发源的受神经支配的肾脉管系统来传送。副交感神经信号主要在脊髓节段S2-S4处以及从下脑(lower brain)的延髓发源。交感神经通信量行进通过交感神经干线神经节，其中一些可以形成突触，而其他的在主动脉肾神经节22(经由较小的胸内脏神经，即较小的TSN)和肾神经节24(经由最小的胸内脏神经，即最小的TSN)处形成突触。突触后交感神经信号进而沿肾动脉12的神经14向肾10行进。突触前副交感神经信号在它们在肾10上或附近形成突触之前行进到肾10附近的部位。
特别地参照图2A，如同大多数动脉和小动脉一样，肾动脉12内衬有控制肾动脉内腔13的直径的平滑肌34。平滑肌通常是在大的和小的动脉和静脉的中膜层以及各种器官内发现的无意识的非横纹肌。肾的肾小球例如包含被称作肾小球系膜细胞的平滑肌状细胞。平滑肌在结构、功能、刺激-收缩耦合以及收缩机制方面根本上不同于骨骼肌和心肌。
平滑肌细胞可以被自主神经系统刺激来收缩或放松，但也能够对来自相邻细胞的刺激作出反应以及响应于激素和血液承载的电解质和药剂(例如血管舒张药或血管收缩剂)作出反应。例如肾10的肾小球旁器的传入小动脉内的专门的平滑肌细胞产生激活血管紧张素II系统的肾素。
肾神经14对肾动脉壁15的平滑肌34进行神经支配并且沿肾动脉壁15以大体上轴向或纵向的方式纵长地延伸。平滑肌34环向地围绕肾动脉并且在大体上横向于肾神经14的纵向取向的方向上纵长地延伸，如在图2B中所描绘的那样。
肾动脉12的平滑肌34处于自主神经系统的无意识控制下。例如，交感神经活动的增加趋于使平滑肌34收缩，这缩小肾动脉内腔13的直径并且减少血液灌注。交感神经活动的减少趋于使平滑肌34放松，导致血管扩张以及肾动脉内腔直径和血液灌注的增加。相反地，增加的副交感神经活动趋于使平滑肌34放松，而减少的副交感神经活动趋于造成平滑肌收缩。
图3A示出了通过肾动脉的一段纵向截面并且示意了肾动脉12的壁15的各种组织层。肾动脉12的最内层是内皮30，其为内膜32的最内层并且由内部的弹性膜支承。内皮30是接触流过血管内腔13的血液的单层细胞。内皮细胞通常为多角形、卵形或纺锤形，并且具有非常独特的圆形或卵形核。内皮30的细胞涉及若干脉管功能，包括借助于血管收缩和血管扩张对血压的控制、血液凝结以及被用作内腔13内的内含物与周围组织之间的阻挡层，所述周围组织诸如为使内膜32与中膜34分离的内膜32的膜以及外膜36。内膜32的膜或浸软是细密、透明、无色的结构，其为高度弹性的，并且通常具有纵向的波纹图案。
邻近内膜32的是中膜33，其为肾动脉12的中间层。中膜由平滑肌34和弹性组织组成。中膜33能够通过它的颜色以及通过它的纤维的横向布置容易地识别。更具体地，中膜33主要由成束的平滑肌纤维34构成，所述成束的平滑肌纤维34按薄板状的方式或薄层布置并且成环形地部署在动脉壁15周围。肾动脉壁15的最外层是外膜36，其由结缔组织组成。外膜36包括在伤口愈合时起重要作用的成纤维细胞38。
血管周区域37被示出为邻近肾动脉壁15的外膜36并且处于肾动脉壁15的外膜36的外围。肾神经14被示出为贴近外膜36并且穿过血管周区域37的一部分。肾神经14被示出为沿肾动脉12的外壁15大体上纵向地延伸。肾神经14的主干通常位于肾动脉12的内膜36中或肾动脉12的内膜36上，常常穿过血管周区域37，其中某些分支前进到中膜33中以消弱肾动脉平滑肌34。
本公开内容的实施例可以被实现以向受神经支配的肾脉管系统提供不同程度的去神经支配治疗。例如，本公开内容的实施例可以提供对通过使用本公开内容的治疗设备所输送的去神经支配治疗所得到的肾神经脉冲传输中断的程度和相对持久性的控制。肾神经损伤的程度和相对持久性可以满足得到交感神经活动的所期望的减少(包括部分或完全阻断)的需要并且满足得到所期望程度的持久性(包括暂时性的或不可逆的损伤)的需要。
返回图3B和3C，图3B和3C所示的肾神经14的部分包括各自包括轴突或树突的神经纤维14b的束14a，所述轴突或树突在位于神经节中或脊髓上或脑中的细胞体或神经元上发源或终止。神经14的支承组织结构14c包括神经内膜(围绕神经轴突纤维)、神经束膜(围绕纤维集合以形成肌束)以及神经外膜(将肌束结合到神经中)，所述支承组织结构14c被用于分开并且支承神经纤维14b和束14a。特别地，还被称为神经内膜管或小管的神经内膜是将神经纤维14b的髓鞘包封在纤维束内的一层精细的结缔组织。
神经元的主要成分包括体细胞，所述体细胞是神经元的包括细胞核、被称作树突的细胞伸展以及轴突的中心部分，所述轴突是携载神经信号的绳索状凸出部分。轴突末梢包含突触，所述突触是其中神经递质化学物质被释放以便与靶组织进行通信的专门的结构。外围神经系统的许多神经元的轴突被包覆在髓鞘内，所述髓鞘由称为雪旺细胞(Schwann cell)的一类神经胶质细胞形成。有髓鞘的雪旺细胞被包裹在轴突周围，使轴膜在有规则地间隔开的结(被称作朗飞氏结)处相对地不被覆盖。轴突的髓鞘化实现被称作突变的特别迅速的电脉冲传播模式。
在一些实施例中，本公开内容的治疗设备可以被实现以输送对肾神经纤维14b造成瞬时且可逆损伤的去神经支配治疗。在其他实施例中，本公开内容的治疗设备可以被实现以输送对肾神经纤维14b造成更严重损伤的去神经支配治疗，如果治疗被及时终止则这可以是可逆的。在优选实施例中，本公开内容的治疗设备可以被实现以输送对肾神经纤维14b造成严重且不可逆损伤的去神经支配治疗，导致肾交感神经活动的永久停止。例如，治疗设备可以被实现以输送使神经纤维形态中断到足以使神经纤维14b的神经内膜管在物理上分开的程度的去神经支配治疗，这能够阻止再生和再神经支配过程。
通过示例并且依照如在本领域中所知的Seddon分类，本公开内容的治疗设备可以被实现以输送去神经支配治疗，所述去神经支配治疗通过给予肾神经纤维14b与神经失用症一致的伤害来中断神经脉冲沿肾神经纤维14b的传导。神经失用症描述了其中不存在神经纤维14b或其髓鞘的破坏的神经伤害。在这种情况下，在神经脉冲向下沿神经纤维的传导中存在中断，其中恢复在数小时到数月内发生而不存在真正的再生，这是因为沃勒变性没有发生。沃勒变性指的是其中轴突的与神经元的细胞核分开的部分变性的过程。这个过程还被称为顺行性变性。神经失用症是可以通过使用根据本公开内容的实施例的治疗设备给予肾神经纤维14b的神经损伤的最温和的形式。
治疗设备可以被实现以通过给予肾神经纤维与轴突断伤一致的伤害来中断神经脉冲沿肾神经纤维14b的传导。轴突断伤涉及神经纤维的轴突及其髓鞘覆盖的相对连续性的丧失，但神经纤维的结缔组织框架被保存。在这种情况下，神经纤维14b的封装支承组织14c被保存。因为失去轴突连续性，所以沃勒变性发生。从轴突断伤恢复仅通过轴突的再生来发生，该过程需要约数周或数月的时间。在电学上，神经纤维14b示出了迅速且完全的变性。只要神经内管是完好的，再生和再神经支配就可以发生。
治疗设备可以被实现以通过给予肾神经纤维14b与神经断伤一致的伤害来中断神经脉冲沿肾神经纤维14b的传导。根据Seddon分类，神经断伤是本方案中最严重的神经损伤。在这类损伤中，神经纤维14b和神经鞘两者被破坏。虽然部分恢复可能发生，但完全恢复是不可能的。在肾神经纤维14b的情况下，神经断伤涉及轴突和封装结缔组织14c的连续性的丧失，导致自主功能的完全丧失。如果神经纤维14b已完全分裂，则轴突再生使神经瘤形成在近侧残端中。
可以参考如在本领域中所知的Sunderland系统找到神经断伤性神经伤害的更多层次的分类。Sunderland系统定义了五种程度的神经伤害，其中前两个与Seddon分类的神经失用症和轴突断伤紧密地对应。后三个Sunderland系统分类描述了不同水平的神经断伤性神经伤害。
Sunderland系统中的第一程度和第二程度的神经损伤分别与Seddon分类的神经失用症和轴突断伤类似。根据Sunderland系统，第三程度的神经损伤涉及神经内膜的破坏，其中神经外膜和神经束膜保持完好。取决于束中纤维化的程度，恢复可以在差到完全的范围内。第四程度的神经损伤涉及所有神经和支承要素的中断，其中神经内膜保持完好。神经通常被扩大。第五程度的神经损伤涉及神经纤维14b的完全横断，其中连续性被丧失。
依照各种实施例并且参考图4，导管104被配置成访问身体的期望位置，诸如患者的肾动脉12。组织评定装置115被设置在导管104的远侧端。组织评定装置115包括多个部件，所述部件协同操作以评定在消融过程期间发生变化的、靶组织的性质的变化。由组织评定装置115监测的靶组织的性质优选地是在消融期间发生变化的性质，并且反映输送到靶组织的消融治疗的范围。能够被监测以评定靶组织在消融期间的变化的靶组织的有代表性的性质是组织弹性。应理解的是，靶组织的其他性质可以被监测以评估靶组织在消融期间的变化，并且依照各种实施例可以监测并且评定靶组织的一个以上的性质。
图4所示的组织评定装置115的实施例包括被配置成将高频AC电流输送到身体的靶组织的远侧电极120a和近侧电极120b。举例来说，远侧和近侧电极120a和120b能够被实现为RF电极。虽然如果在单极模式下操作则仅需要包括电极120中的一个，远侧电极120a和近侧电极120b优选地在双极模式下操作。应注意的是，当在单极模式下操作时患者体外的返回电极连同单个电极120或绑定的电极一起被使用。
组织评定装置115还包括远侧感测换能器130a和近侧感测换能器130b。在图4所示的有代表性的实施例中，感测换能器对130a和130b位于导管104的远侧端并且处于RF电极对120a和120b之间。虽然所期望的是包括感测换能器对130a和130a，但应理解的是，可以使用诸如感测换能器阵列的单个感测换能器130。组织评定组织装置115还包括振动换能器140，根据图4的实施例，其被定位在导管104的远侧端并且处于感测换能器对130a和130b之间。应理解的是，电极、感测换能器以及振动换能器的相对定位可以不同于图4所示的相对定位。应注意的是，术语“感测换能器”和“振动换能器”在本公开内容的实施例的上下文中指的是可以包括一个或多个换能器的装置。
在一些实施例中，一个或多个振动换能器140和/或感测换能器130能够被定位在身体中或身体外部的不同位置上。例如，振动和感测换能器140、130能够位于相同的导管104上或位于独立的导管上。在其他实施例中，换能器阵列能够被用于提供振动和感测功能两者。当使用外部换能器阵列时各种涂层或无源应答器能够被用于帮助导管定位。
根据各种实施例，一个或多个振动换能器140被配置成将高频声能(例如＞1MHz，诸如1-100MHz)对准为冲击靶组织，引起靶组织的机械性质的变化，其表现为由一个或多个感测换能器130感测的低频返回信号(例如＜1K Hz，诸如＜100Hz或1-100Hz)。在其他实施例中，一个或多个振动换能器140被配置成将低频声能对准为冲击靶组织，引起靶组织的机械性质的变化，其能够使用在高频下操作的一个或多个感测换能器130来感测。低和/或高频源以及返回/成像换能器的各种组合被设想(例如低频源和低频返回/成像换能器；高频源和高频返回/成像换能器；高频源和低频返回/成像换能器；低频源和高频返回/成像换能器)。
图5和6示意了依照各种实施例的、协同操作以评定诸如组织弹性的、靶组织的性质在消融期间的变化的组织评定装置115的部件。根据各种实施例的组织评定装置115包括两个独立的部件。第一部件包括振动换能器而第二部件包括独立的感测换能器装置。在一些实施例中，振动换能器和感测换能器装置中的一个由第一导管支承，而振动换能器和感测换能器装置中的另一个由第二导管支承。在其他实施例中，振动换能器和感测换能器装置中的一个由第一导管支承，而振动换能器和感测换能器装置中的另一个被配置为外部部件。
举例来说并且根据一个实施例，振动换能器140和感测换能器130中的至少一个被配置用于血管外的或患者体外的部署。根据另一实施例，振动换能器140和感测换能器130中的每一个都被配置用于血管内的部署。例如，振动换能器140和感测换能器130中的一个能够被部署在患者的肾动脉中，而振动换能器140和感测换能器130中的另一个能够被部署在身体中，举例来说诸如为肾动脉，肾静脉或肝门静脉。在一些实施例中，振动换能器140和感测换能器130中的一个或这两者能够经由肾神经访问来部署，所述肾神经访问使用经由下腔静脉和肝静脉的经肝路线实现，与TIPS过程类似。在各种实施例中，肾神经访问能够使用包括下腔静脉、肝静脉、肝以及腹膜内部的身体途径来实现。
根据一些实施例并且进一步参考图5和6，振动换能器140位于导管104的远侧端，诸如在电极对120a和120b之间，如图6所示。如先前所论述的那样，虽然在图5和6的实施例中示出了单个振动换能器140，但可以使用两个或更多个振动换能器140。诸如换能器阵列135的感测换能器位于第二导管上或者被实现为组织评定装置115的外部部件。在其他实施例中，换能器阵列135被配置为振动换能器140，并且图6所示的换能器被配置为感测换能器130。在一些实施例中，感测换能器130可以被配置为换能器阵列135，并且振动换能器140也可以被实现为换能器阵列135。
依照被配置用于将消融治疗输送到血管周肾神经的实施例，导管设备被配置用于通过患者的动脉或静脉系统的经皮访问和导航。例如，导管104可以具有足以经由上主动脉或下主动脉从经皮访问位置访问患者的肾动脉的长度。换能器装置115至少部分地由该导管设备支承。该换能器装置包括被配置成使靶组织(例如血管周肾神经)振动的源换能器140，并且感测换能器装置130被配置成感测由源换能器140引起的靶组织的振动。所感测的靶组织振动信息被传送到导管设备的近侧端并且被与换能器装置115通信耦合的检测器(在图7中示出)接收。该检测器被配置成感测组织弹性的变化并且产生指示所感测的组织弹性的变化的输出信号。该检测器能够被控制以在靶组织的消融期间连续不断地或者间歇地测量组织弹性的变化。
在消融期间，靶组织的性质发生变化，并且这种变化能够使用本文所描述的组织评定装置115来检测以监测并且评定消融过程的效力。响应于由振动换能器140所生成的源信号对靶组织的振动刺激，靶组织发出由(一个或多个)感测换能器130检测的返回信号。在一些实施例中，靶组织的机械性质的变化使用扫描或成像技术来感测。随着消融继续，由靶组织发出的返回信号或指示组织中的机械性质变化的扫描/成像数据也发生变化。返回信号或扫描/成像数据的变化由感测换能器130检测和采集，并且由与组织评定装置115通信耦合的检测器评定。
消融过程期间的靶组织的变化以及返回信号或扫描/成像数据的对应变化发生在靶组织的蛋白质结构由于消融而发生变化的时候。响应于靶组织的蛋白质结构的变化，组织不同地发射、衰减、吸收、散射和/或反射源振动信号。靶组织中的振动强度的模式能够由导管104上的一个或多个感测换能器130监测。在一些实施例中，例如低频机械振动、音速或超音速振动能够与换能器130和140、振动强度以及定时的适当配置一起使用。在靶组织中诱发的低频变形依照各种实施例能够与高频监测或成像(例如1-D或2-D弹性成像)一起使用。举例来说，在一些实施例中，能够使用M型成像，其中超声脉冲被接二连三地发出，并且或者A型图像或者B型图像在每个连续发生内被捕获。
根据各种实施例，振动换能器140生成机械地刺激靶组织的低频声波。振动换能器140可以结合一个或多个机械刺激源。有代表性的机械刺激源的非穷举列表包括：患者体外的换能器(例如～10Hz)；导管尖端偏转(例如～10Hz)；球囊膨胀振荡；尖端中的惯性元件(例如轴向的、旋转的)；电活化聚合物(例如EAP)；形状记忆制动器；压电制动器；语音线圈；以及导管轴制动器(例如轴向的、旋转的)。在一些实施例中，振动换能器140不需要是系统的部件，而是身体内的源。例如，患者的脉搏压(例如～1Hz)能够被提供用于对特定靶组织的机械刺激。利用身体的机械刺激源的实施例不需要包括振动换能器140。
如先前所论述的那样，在靶组织中诱发的低频变形依照各种实施例能够与高频监测或成像一起使用，诸如1-D或2-D弹性成像。组织的弹性成像评定被提供用于通过使用组织和成像的低频变形来量化组织变形而评定与消融关联的、组织的机械性质的变化。根据采用1-D成像(M型)成像的实施例，能够在靶组织中诱发在大约60Hz下的低频变形。例如，能够使用在7,680Hz的频率下操作的血管内超声(IVUS)成像系统来执行成像。在这种情况下，脉冲回波超声成像沿通过组织的相同向量(A线)被重复地采集。由这些顺序采集所形成的数据的2-D阵列可以使用2-D快速傅里叶变换(FFT)和/或互相关算法来分析。
对于以100MS/s采样的数据并且假定声音的速度例如为1.5mm/微秒，则1024次采样足以成像至大约7.5mm的深度。在这个示意性的示例中，128个向量将精确地成像1个完成的变型周期。因此，完整的2-D阵列是128x1024。对于高效的计算机处理所期望的是阵列尺寸为2的整数幂。信噪比可以通过扩展向量的数目以包括多个变形周期来提高。例如，8个周期将产生1024x1024的阵列。
二维或2-D弹性成像通过使用B型成像扩展上述方法来实现。通过使用许多常规的插值算法中的任何一种，R-θB型数据的子集将被重新采样成笛卡尔矩阵。
适当的IVUS成像系统包括但不限于置于被配置和布置用于到患者中的经皮插入的导管的远侧端上的一个或多个换能器。带有导管的IVUS成像系统的示例在例如专利号为7,306,561、6,945,938和6,254,541的美国专利以及公开号为20060253028、20070016054、20070038111、20060173350、20060100522、20100179434、2010002288、20100249604、20110071401和20110160586的美国专利申请中被找到，所有这些文献都通过引用被并入本文。能够采用各种其他成像方法，诸如光声成像、光学相干层析成像以及血管镜。
依照各种实施例，振动换能器140可以被配置为高强度聚焦超声(例如HIFU)换能器。感测换能器130可以被配置成感测与被振动换能器140所生成的较高频率声波冲击的靶组织的低频振动关联的低频声波。
根据各种实施例，组织评定装置115能够被实现成包括声辐射力换能器。这种换能器利用由声波与沿其路径定位的障碍的相互作用产生的物理现象。根据各种实施例的声辐射力换能器能够被实现成测量由于声波在其时变表面上的存在而通过汇集声辐射压力对靶组织施加的力。
当由振动换能器140生成的声能冲击软靶组织(例如血管周肾神经组织)时，该声能被靶组织衰减，主要通过吸收声能。因为软靶组织不能足够快地响应与声能的频率关联的正和负压力转变，所以软靶组织的运动变得与声波异相。结果，能量被沉积到靶组织中，引起动量在声波传播方向上的传递。这种动量传递产生引起软靶组织的位移的力。与这个位移关联的定时明显比由振动换能器140生成的传播声波的定时慢。
由声辐射力换能器140生成的声波的各个方面，诸如声辐射力的幅度、位置、空间范围以及持续时间能够被控制以调查软靶组织的机械性质。例如，能够使用声辐射力换能器142在特定频率下刺激靶组织以评估软靶组织的弹性(例如粘弹性)性质。
在一些实施例中，通过利用声波来调查靶组织的机械刚度性质，声辐射力脉冲成像(ARFI)技术能够被用于评定靶组织的组织应变。ARFI源的频率典型地在大约10MHz与100MHz之间的范围内变化，其中50MHz表示所期望的操作频率，例如具有1μs脉冲。ARFI技术能够例如被用于评定肾动脉壁组织的机械刚度或应变在消融期间的变化。举例来说，随着损害在诸如肾动脉的靶组织的消融期间形成，依照本公开内容的实施例实现的导管104能够针对靶组织相对于周围组织的刚度以及其内部结构的相对刚度定性地可视化靶组织。也能够使用从导管设备104接收的数据来进行损害的数值测量以提供对靶组织的刚度(及其变化)在消融之前、期间以及之后的量化评定。
各种声辐射力换能器技术能够适于供在评定组织刚度和/或其他机械性质在消融之前、期间以及之后的变化时使用。除在上文中所论述的声辐射力脉冲实现之外，其他有用的实现能够包括剪切波分散超声振动法、空间调制超声辐射力(SMURF)、超音速剪切成像(SSI)以及谐波运动成像(HMI)等。采用这些技术或促进这些技术的使用的换能器装置能够被实现以供与本文所描述的各种导管设备实施例一起使用。
现在转向图7，其中示出了依照各种实施例的用于在脉管外部的组织的消融期间评定脉管壁组织的一个或多个机械性质的系统100。在图7所示的有代表性的实施例中，系统100被配置用于评定肾动脉12和/或邻近肾动脉12的血管周肾神经组织的一个或机械性质。系统100包括导管104，其包括在设置在其远侧端处的组织评定装置115。图7所示的组织评定装置115的配置与图4所描绘的类似并且包括RF电极对130a和130b、感测换能器对120a和120b以及振动换能器140。
同样设置在导管104的远侧端处的是稳定机构110，诸如适用于在肾动脉12的内腔内的部署的球囊或可扩展/可折叠的机构。当稳定机构110处于其被部署的配置时(如图7所示)，稳定机构110的导管104远侧的部分104a被配置成与肾动脉12的内表面建立接触。导管104的远侧端104a能够包括弹簧或记忆元件，其在远侧端104a处给予足以在肾动脉12的内表面与组织评定装置115的电极120和换能器130、140之间建立良好的机械接触的、类似弹簧的偏转。
依照各种实施例，导管104的远侧端104a能够包括多个组织评定装置115。例如，图8所示的导管104的远侧端104a结合了彼此隔开90°的四个组织评定装置115。应理解的是，能够以所期望的环向和/或轴向分隔结合多于或少于四个的组织评定装置115。结合多个组织评定装置115被提供用于在脉管12的环向区域内进行组织监测，并且能够消除对于在消融过程期间重新定位组织评定装置115的需要。图8所示的配置在于导管104的远侧端处包括消融装置的实施例中特别有用，其允许在脉管12的环向区域内进行组织监测和消融两者而不必在消融过程期间重新定位导管的远侧端。
图7所示的系统100的导管104包括与组织评定装置115通信耦合的外部系统200。外部系统200包括：振动源202，其生成冲击靶组织的声源信号；以及检测器204，其检测来自被该声源信号刺激的靶组织的返回信号。检测器204产生表示声返回信号的输出信号，并且将这个信号传送到处理器220。
处理器220被配置成实现用于使用声返回信号来评定靶组织的一个或多个机械或机电性质的算法。用户界面230与处理器220耦合并且生成各种形式的输出，包括数据、成像以及对临床医师有用的其他形式的信息。应注意的是，检测器204可以结合处理器220并且在本文中被称为“检测器”。还应注意的是，处理器220可以结合检测器204并且在本文中也被称为“检测器”。因此，由检测器204和处理器220执行的功能可以通过作为单个部件或多个部件来实现。
外部系统200还包括消融单元210。消融单元210电力地、流体地和/或光学地与导管104或用于输送和控制靶组织的消融的独立的导管装置耦合。消融单元210能够被实现成依照各种技术输送消融治疗。举例来说并且依照各种实施例，消融单元210能够包括用于将RF能量输送到电极120a和120b的RF发生器。根据其他实施例，消融单元210能够包括冷冻剂源和用于将冷冻剂输送到设置在导管104的远侧端处的一个或多个冷冻元件或独立的导管装置的泵。在另外的实施例中，消融单元210能够包括一个或多个超声换能器(例如HIFU换能器)以用于将声能输送到靶组织。可以在热超声模式或空化超声模式下操作超声换能器以用于消融靶组织。在一些配置中，能够操作一个或多个超声换能器来提供多个功能性，包括消融治疗的输送、组织的成像或扫描以及用于评定靶组织的机械性质的靶组织调查。在又一个实施例中，消融单元210能够包括一个或多个激光元件或高强度闪光灯以用于将光学能量输送到靶组织。例如，能够在热模式或空化模式下操作激光元件。
这些及其他消融技术能够被实现成与依照各种实施例的组织评定装置115合作地将消融治疗输送到身体的靶组织。根据各种实施例，图7所示的系统100能够被实现成自动地或半自动地监测经受消融的身体的软组织的变化并且控制消融过程，举例来说诸如通过调整消融能量或能量输送的持续时间、终止消融、调整冷却向消融部位处的组织的输送和/或协调诸如两个或更多个RF电极的多个消融元件。
本文所描述的振动和/或监测机构能够与使用振动或超声波、微波、激光的各种类型的消融设备或者诸如RF能量或冷冻能量的独立消融机构组合。诸如也振动或监测振动的RF电极的组合部件能够被用于最小化血管内装置的尺寸并且将消融和监测功能定位在相同位置上。
能够使用改进的成像，诸如具有显示图像的弹性成像，或者一个或多个更简单的图形显示或聚合读取能够被用于指示适当的消融已发生。来自消融和监测机构的这些及其他形式的输出能够被呈现在用户界面230上。例如，消融监测能够结合用于临床医师的指示器，诸如构建的图像或行显示、颜色编码的指示器等。能够经由用户界面230呈现有用的监测参数，包括例如脉冲波形、时滞、上升斜率或下降斜率、脉冲响应、阻尼、损耗角正切、损耗模量、储能模量、复阻抗以及在不同频率下的比。换能器能够执行振动和感测功能两者，或者不同的换能器能够被用于每个功能。组合监测能够被用于评定电极与动脉壁12的接触以及靶组织中的消融影响，如在下文中所描述的那样。举例来说，当抵靠脉管12的壁定位组织评定装置115时，监测能够被用于定向不对称的RF电极以进行高效的消融。
本公开内容的各种实施例针对用于在靶组织(例如血管周肾神经)的消融期间监测RF电极与脉管壁(例如肾动脉)的接触以及靶组织的变化的设备和方法。常规方法典型地监测电阻抗和电极电流作为电极接触的指示器，但通过血液的电流流动和组织性质中的变化可能使这种方法不如所期望的那么有效。常规方法典型地将所输送的电流或电阻抗的监测用作良好电极接触的粗略指示器，但到血液的未知电传输以及局部组织中的变化可能使这种方法不那么有效。与动脉壁的可变电极接触可能在对靶组织的消融影响中引起不可预知性。
本公开内容的实施例针对使用振动换能器的机械力和位移评定来监测消融过程的进展使得有效消融被获得而同时最小化对非靶组织的过度损伤的设备和方法。根据各种实施例，能够在监测组织位移和所使用的能量的同时使定位在肾动脉内的导管上的RF电极装置振动。位移和力(或施加的电流)的值和波形的比较被提供用于对所谓的一种机械阻抗的评定。使用振动换能器的机械力和位移评定的实施例能够结合本文所描述的组织评定装置115的各种配置。
对图9和图10进行参考，它们分别用图表示出了针对不良的和良好的电极与组织接触场景的位移和力(或施加的电流)的关系。图9和10用图表示意了振动电极120的力波形402和位移波形404之间的差异。诸如图7所示的、用于评定机械力和位移的设备能够适用于确定电极120的定向，并且适用于随着靶组织的机械性质在加热或冻结期间的变化而评定消融的进展。如能够在图9和图10中所看到的那样，力波形402和位移波形404的幅度和相位滞后作为电极与组织的接触完整性的差异的结果而改变。能够对各种参数进行评估以评定电极与组织的接触完整性，所述各种参数包括脉冲波形、上升斜率或下降斜率。其他有用的参数包括时滞、脉冲响应、阻尼、损耗角正切、损耗模量、储能模量、复阻抗以及在不同频率下的比等。
力能够被直接地测量或者从用于驱动振动的电流推断。位移能够通过应变仪电压、加速计、诸如电活化材料结构的与振动电极耦合的可移动结构中的可变电容和电感或其他手段来测量。替换地，位移能够由振动机构预设或固定为已知模式，并且仅力(或电流)需要被测量。
如能够在图9和图10中所看到的那样，当RF电极120与动脉壁12良好接触时，例如电极振动位移(由位移波形404表示)将被减小或者使电极振动所需要的能量将被提高。通过评定电极振动位移和所施加的力波形404和402，电极与壁的接触能够被表征。例如低频机械振动、音速或超音速振动能够与(一个或多个)振动电极120和振动模式的适当配置一起使用。振动能够在RF能量或其他形式的消融能量的施加期间连续不断，或者间歇评定能够被使用，例如交替地使用振动和RF能量。在各种实施例以及先前参考图7的论述中，机械的电极与组织接触评定能够被用于自动地或半自动地控制消融，举例来说诸如通过调整消融能量或能量输送持续时间、终止消融、调整对消融部位处的组织的冷却或者通过协调多个RF电极或其他消融元件。替换地，临床医师能够被通知机械评定并且根据需要进行调整。
本公开内容的各种实施例针对用于在为高血压的治疗进行血管周肾神经消融期间监测RF电极与动脉壁的接触以及对靶组织的影响的设备和方法。本公开内容的实施例针对利用机械和电阻抗变化来评定RF电极与组织的接触并且监测消融过程的进展使得有效的消融被获得而同时最小化对非靶组织的过度损伤的设备和方法。
在各种实施例中，肾动脉中的导管上的RF电极(参见例如图7和图8)在监测组织位移和用于振动的能量的同时被振动，并且RF能量的电压和电流也被监测。如先前所论述的那样，位移和力(或施加的电流)的值和波形的比较准许对一种机械阻抗的评定；当RF电极与肾动脉壁良好接触时，例如电极振动位移将被减小或者使该电极振动所需要的能量将被提高。
RF能量的电压和电流的比较准许电阻抗的评定。组织刚度和导电率的变化在消融期间发生。通过监测并且比较机械和电阻抗，电极与壁的接触能够被表征，并且靶组织的变化能够在消融过程期间被监测。如先前所论述的那样，低频机械振动、音速或超音速振动能够与(一个或多个)振动电极和振动模式的适当配置一起使用。振动在RF能量的施加期间连续不断，或者间歇评定能够被使用，通过交替地使用振动和RF能量。
对图11和图12进行参考，它们用图表示意了受良好的或不良的RF电极与组织的接触或受靶组织中的机械变化或导电性变化影响的各种波形。波形差异以及机械波形和电波形变化的差异被用于确定接触和组织变化。图11和图12分别示出了与不良的和良好的电极与组织的接触关联的机械波形和电波形。特别地，图11和图12示出了两个机械波形：力(或换能器电流)波形502和位移波形504；以及两个电波形：RF电压波形506和RF电流波形508。
如先前所论述的那样，位移和力(或施加的电流)的值和波形504、502的比较准许对一种机械阻抗的评定，而RF电压和RF电流值和波形506、508的比较准许对电阻抗的评定。能够在图11和图12中看到，当RF电极与动脉壁良好接触时，例如电极振动位移504和RF电流508将被减小或者使该电极振动所需要的能量将被提高。能够在图11和图12中进一步看到，当RF电极与动脉壁不良接触时，电极振动位移504和RF电流508将被提高或者使该电极振动所需要的能量将被减小。
根据各种实施例，机电阻抗监测例如能够被用于评定消融期间的组织变化、评定电极接触或者被用于既评定电极与脉管壁的接触也监测靶组织中的消融影响。在本文所描述的各种实施例的上下文中，机电阻抗可以被表征为电阻抗与机械阻抗的比。出于示意的目的提供了用于在各种实施例的上下文中得到机电阻抗的以下方程，注意下标“rf”(射频)与电阻抗关联，下标“mech”(机械的)与机械阻抗关联(参见例如动态机械分析或流变学)，而下标EM与机电阻抗关联：
Zrf＝V/I＝Z*＝Zrf-实部+Rrf-虚部＝电阻+电抗[1]
Zmech＝力/位移＝应力/应变＝损耗模量+储能模量[2]
ZEM＝Zrf/Zmech[3]
在上述方程[2]中的力恒定的情况下，ZEM能够得自Zrf *位移或Zrf *应变。在上述方程式[2]中的力和电压恒定的情况下，ZEM能够得自应变/电流。机电阻抗能够以若干方式被使用，包括用于检测和评定电极-组织接触、用于估计输送到组织的功率对输送到血液的功率(有接触的功率对无接触的功率)以及用于提高与振动关联的组织阻抗变化的灵敏度(例如用于损害评定)等。
在图9-12所示的实施例中，包括一个或多个RF电极的组织评定装置的定位能够被调整并且各种波形和关联值被估计。建立良好的电极与组织的接触能够通过移动RF电极并且评估各种波形中的幅度变化来实现。在电极定位期间，能够对波形中的每一个的峰值幅度进行比较，并且能够确定与最大和最小峰值幅度关联的电极位置。使凭经验确定的电极位置与降低的或最小的位移和RF电流波形幅度关联，良好的或可接受的电极接触位置能够被确定。这些确定能够诸如通过诸如图7所示的外部系统的处理器或者通过临床医师评定来自动地实现。
根据其他实施例并且参考图13-15，与靶组织的机械性质在消融期间的变化相对应的机械振动位移波形604的变化能够被用于调制RF电流波形602。根据这样的实施例，高频或RF电能被使用，诸如RF消融能量或较低电压的非消融能量，并且来自机械振动的机械变化调制结果得到的RF能量的RF电流或阻抗波形。结果得到的经调制的RF电流波形606在图15中被示出。
图13-15用图表示意了机械振动对调制电信号的影响。如果RF电极与组织的接触不同并且如果组织性质作为消融的结果而发生变化，则这些影响将是不同的。例如低频机械振动、音速或超音速振动能够与(一个或多个)换能器、振动强度以及定时的适当配置一起使用，如先前所论述的那样。调制器能够与振动源耦合或者被并入其中(例如图7所示的调制器205和振动换能器202)。指示RF电极的结果得到的机械振动的波形例如能够被用于调制指示供应给振动源的RF电流的波形或由RF供应电流和电压发展而来的阻抗波形(例如机电阻抗)。在一些实施例中，包括与检测器耦合或者被并入其中的解调器(例如图7所示的解调器203和检测器204)可能是所期望的。该检测器能够被配置成测量指示机械振动对调制RF电流或阻抗波形的影响的一个或多个参数。
例如，经调制的RF电流信号606的包络608能够针对与脉管壁接触的电极的多个位置被评估。包络608的最小和最大幅度以及这些幅度之间的差异能够针对各种电极位置中的每一个被测量。包络608的最小与最大幅度之间的小的差异对应于具有良好的电极与组织接触的电极位置。相反地，包络608的最小与最大幅度之间的大的差异对应于具有不良的电极与组织接触的电极位置。
在各种实施例中，机电阻抗监测能够被用于自动地或半自动地控制消融过程，举例来说诸如通过调整消融能量或能量输送的持续时间、终止消融、调整冷却向消融部位处的组织的输送和/或协调多个RF电极。替换地，临床医师能够被通知机械评定并且根据需要进行调整。脉冲波形、时滞或者上升斜率或下降斜率或其他参数能够被用于促进监测，并且机械阻抗和电阻抗变化之间的相对差异能够被用于评定靶组织在消融期间的性质变化。附加的有用参数例如包括脉冲响应、阻尼、损耗角正切、损耗模量、储能模量、复阻抗以及这些参数中的任何一个在不同频率下的比。
在一些实施例中，机电阻抗监测能够被单独用于评定电极接触或者单独用于评定消融期间的组织变化。替换地，机电监测能够被用于既评定电极与脉管壁的接触也监测靶组织中的消融影响。监测功能能够在RF能量施加期间连续不断地被使用或者能够间歇地被使用，或者能够与RF能量施加交替。机电监测还能够被用于定向不对称的RF电极，诸如具有导电表面(朝脉管壁)和绝缘表面(朝血液)以进行高效消融的RF电极。
图16示出了依照本公开内容的各种实施例的有代表性的肾消融设备300。尽管设备300被配置用于RF消融，但应理解的是，设备300能够被配置成输送其他形式的消融能量，举例来说诸如超声能量、光学能量以及冷冻能量。图16所示的设备300包括外部电极激活电路320，其包括功率控制电路322和定时控制电路324。包括RF发生器的外部电极激活电路320与温度测量电路328耦合并且可以与可选的阻抗传感器326耦合。导管104包括轴，所述轴结合能够被配置用于容纳各种部件的内腔装置105，所述各种部件诸如为导体、药物、制动器元件、充填体、传感器或者根据需要或期望的其他部件。能够使用导向鞘或导向导管99经由经皮访问位置97将导管104输送到肾动脉12。导管104可以包括铰接机构356以帮助围绕起自主动脉并且到肾动脉12中的近90°的转向对导管进行导航。
外部电极激活电路320的RF发生器可以包括返回垫电极330，所述返回垫电极330被配置用于舒适地接合患者的背或在肾附近的身体其他部分。在这个配置(单极的)中，单个RF电极120可以位于导管104的远侧端处。在双极配置中，至少两个RF电极120位于导管104的远侧端处，在这种情况下不需要返回电极垫330。由RF发生器产生的射频能量通过置于导管的轴的内腔中的导体装置与在导管104的远侧端处的组织评定装置115耦合。射频能量依照预定激活顺序(例如顺序的或并发的)流过(一个或多个)电极120，以消融邻近肾动脉12的血管周肾神经。一般而言，当肾动脉组织温度上升为高于大约113℉(50℃)时，蛋白质被永久性地破坏(包括肾神经纤维的蛋白质)。如果加热为超过大约65℃，则胶原质变性并且组织萎缩。如果加热为超过大约65℃并且高达100℃，则细胞壁破裂并且油与水分离。高于大约100℃，则组织脱水。
根据一些实施例，外部系统200的处理器220被配置成依照本文所描述的各种技术来执行靶组织的机械和/或机电评定。与组织评定装置115的换能器130、140和(一个或多个)电极120合作的外部系统200能够被用于在发起消融过程之前确定最佳的或合适的电极位置。组织评定装置115还可以与电极激活电路320合作地用于自动地或半自动地控制消融过程。
电极激活电路320被配置成依照预定的能量输送协议并且响应于从处理器220、温度测量电路328和/或阻抗传感器336接收的信号来控制(一个或多个)电极120的激活和去激活。电极激活电路320控制输送到电极120的射频能量，以便例如将电流密度维持在足以使靶组织加热到至少55℃的温度的水平。由流体源327分配的冷却液可以被输送到导管104的远侧端以在电极-组织界面处提供冷却。冷却源327可以被电极激活电路320或处理器220自动地控制。
在一些实施例中，温度传感器位于导管104的远侧端处并且被提供用于对肾动脉组织温度的连续监测，并且RF发生器功率被自动地调整使得目标温度被实现并且维持。阻抗传感器装置326可以被用于在RF去神经支配治疗期间测量和监测电阻抗，并且可以基于阻抗测量或阻抗、温度测量以及从检测器204向处理器220传送的组织评定输出信号的组合来调节RF发生器320的功率和定时。标志带314能够被放置在导管104的远侧端处的一个或多个部分上以在过程期间实现可视化。诸如轴104的一个或多个部分(例如在铰接机构356处)的导管104的其他部分可以包括标志带314。标志带314可以例如是铂或其他不透射线的金属的实心的或分裂的带，例如以帮助导管导航和电极定位。根据一些实施例，导管104的编织物和/或电极或传感器能够是不透射线的。
在本文中所公开的各种实施例在用于对高血压的控制的血管周肾神经消融的背景下一般地被描述。但应理解的是，本公开内容的实施例在其他背景下也具有适用性，诸如从身体的其他脉管及身体的其他组织内部执行消融，其中所述其他脉管包括其他动脉、静脉以及脉管(例如心脏和泌尿脉管系统和脉管)，而所述其他组织包括各种器官。例如，各种实施例可以被配置成治疗良性前列腺增生(BPH)或者使用通过适当的身体途径前进到治疗部位的适当医疗装置来诊断和/或治疗肿瘤。本公开内容的实施例能够被实现以供在涉及心脏或心血管的各种消融过程中使用，举例来说诸如针对心律失常治疗。本公开内容的实施例能够被实现成定位与组织密切接触的其他消融装置，包括定位血管外治疗装置、泌尿外科装置、心室中的装置、胃肠道中的装置等。
应理解的是，即使已在前述说明中连同各种实施例的结构和功能的细节一起阐述了各种实施例的许多特征，但这种详细说明也仅是示意性的，并且可以在由所附权利要求用其表示的术语的广泛的一般意义所指示的最大可能的范围内，在细节上，特别是在由各种实施例所示意的部分的结构和布置方面进行改变。

Claims (26)

1.一种设备，其包括：
导管设备，其相对于经皮访问位置具有足以访问身体的靶组织的长度；
至少部分地被所述导管设备支承的换能器装置，所述换能器装置包括：
振动换能器，其被配置成使所述靶组织振动；和
感测换能器，其被配置成感测由所述振动换能器引起的所述
靶组织的振动；以及
与换能器装置通信耦合的检测器，所述检测器被配置成测量所述靶组织的机械性质的变化并且产生指示所测量的所述靶组织的机械性质的变化的输出信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测换能器包括多个感测换能器或换能器阵列。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器被配置成测量由于消融能量向所述靶组织的施加而导致的所述靶组织的机械性质的变化。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动换能器和所述感测换能器中的每一个都包括声换能器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动和感测换能器中的至少一个被配置用于血管外的或患者体外的部署。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动和感测换能器中的每一个都被配置用于血管内的部署。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器被配置成监测由所述感测换能器产生的声信号的一个或多个参数。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器被配置成监测由所述感测换能器产生的声信号的一个或多个参数，多个参数中的一个包括脉冲波形、时滞、上升斜率或下降斜率、脉冲响应、阻尼、损耗角正切、损耗模量、储能模量、复阻抗以及不同频率下的比中的一个或多个。
9.根据权利要求1所述的设备，其还包括消融装置和与所述检测器通信耦合的处理器，所述处理器被配置成使用由所述检测器产生的输出信号来监测所述靶组织的机械性质在消融过程期间的变化。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述靶组织包括脉管的组织、器官的组织、肿瘤的组织、患病组织。
11.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述振动换能器被配置成将高频声能对准所述靶组织；并且
所述感测换能器被配置成感测包括与由所述振动换能器引起的所述靶组织的振动相对应的信号内容的低频返回信号或图像。
12.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述振动换能器被配置成将低频声能对准所述靶组织；并且
所述感测换能器被配置成感测包括与由所述振动换能器引起的所述靶组织的振动相对应的信号内容的高频返回信号或图像。
13.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述导管相对于所述经皮访问位置具有足以访问患者的肾动脉的长度；
所述消融装置被配置成消融血管周肾神经组织；
所述振动换能器被配置成使所述血管周肾神经组织振动；
所述感测换能器被配置成感测由所述振动换能器引起的所述血管周肾神经组织的振动；以及
所述检测器被配置成测量由于消融而导致的所述血管周肾神经组织的机械性质的变化并且产生指示所测量的所述血管周肾神经组织的机械性质的变化的输出信号。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述消融装置包括一个或多个RF电极、一个或多个冷冻元件、一个或多个超声元件以及一个或多个光线疗法元件中的一个或它们的组合。
15.根据权利要求1所述的设备，其还包括与所述检测器和所述消融装置通信耦合的处理器，所述处理器被配置成使用由所述检测器产生的输出信号来监测由于消融而导致的所述靶组织的机械性质的变化并且使用由所述检测器产生的输出信号在消融期间调整所述消融装置和所述换能器装置中的一个或这两者的参数。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述靶组织的机械性质包括所述靶组织的弹性。
17.一种方法，其包括：
使所述身体的靶组织振动；
感测所述靶组织的振动；
基于所感测的振动来测量所述靶组织的机械性质的变化；以及
产生指示所测量的所述靶组织的机械性质的变化的输出。
18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：
消融所述靶组织；
测量由于消融而导致的所述靶组织的机械性质的变化；以及
产生指示所测量的由于消融而导致的所述靶组织的机械性质的变化的输出。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述靶组织的机械性质包括所述靶组织的弹性。
20.一种设备，其包括：
导管设备，其相对于经皮访问位置具有足以访问所述身体的靶组织的长度；
RF电极，其被所述导管设备支承并且被配置成接触所述靶组织；
至少部分地被所述导管设备支承的换能器装置，所述换能器装置包括：
振动换能器，其被配置成发出使所述RF电极振动的声能；
和
感测换能器，其被配置成感测指示由所发出的声能引起的所述RF电极的位移的声波；以及
与所述换能器装置通信耦合的检测器，所述检测器被配置成生成指示由所发出的声能向所述RF电极施加的力和所述RF电极的位移的输出。
21.根据权利要求20所述的设备，其中：
所述输出包括指示由所发出的声能向所述RF电极施加的力和所述RF电极的位移的值和波形中的一个；并且
所述检测器被配置成基于指示由所发出的声能向所述RF电极施加的力和所述RF电极的位移的所述值或波形的比较来生成指示电极与组织的接触完整性的附加输出。
22.根据权利要求20所述的设备，其中：
所述输出包括指示以下各项的值和波形中的一个：(a)由所发出的声能向所述RF电极施加的力；(b)所述RF电极的位移；(c)供应给所述RF电极的RF电压；以及(d)供应给所述RF电极的RF电流；并且
所述检测器被配置成基于指示(a)由所发出的声能向所述RF电极施加的力和(b)所述RF电极的位移的所述值或波形的比较以及指示(c)供应给所述RF电极的RF电压和(d)供应给所述RF电极的RF电流的所述值或波形的比较来生成指示电极与组织的接触完整性的附加输出。
23.根据权利要求20所述的设备，其还包括：
与所述振动换能器耦合的振动源；以及
与所述振动源耦合或并入其中的调制器，所述调制器被配置成调制指示供应给所述振动源的RF电流的波形或由RF供应电流和电压发展而来的阻抗波形；
其中所述检测器被配置成测量指示RF电极振动对调制所述RF电流或阻抗波形的影响的一个或多个参数。
24.根据权利要求20所述的设备，其中：
所述振动换能器被配置成向所述靶组织发出高频声能；并且
所述感测换能器被配置成感测包括指示由所发出的声能引起的所述RF电极的位移的信号内容的低频返回信号或图像。
25.根据权利要求20所述的设备，其中：
所述振动换能器被配置成向所述靶组织发出低频声能；并且
所述感测换能器被配置成感测包括指示由所发出的声能引起的所述RF电极的位移的信号内容的高频返回信号或图像。
26.一种方法，其包括：
使与身体的靶组织接触的电极振动；
感测所述电极的振动；
测量由电极振动引起的向所述电极施加的力；
测量由电极振动产生的所述电极的位移；以及
产生指示向所述电极施加的力和所述电极的位移的输出。
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