DE60210111T2

DE60210111T2 - Impedanzgesteuerte vorrichtung zur ablation von gewebe

Info

Publication number: DE60210111T2
Application number: DE60210111T
Authority: DE
Inventors: M. Robert San Jose PEARSON; A. Steven Fremont DANIEL; J. Daniel Redwood City BALBIERZ; C. Theodore Ann Arbor JOHNSON; Zia San Jose YASSINZADEH
Original assignee: Rita Medical Systems Inc
Current assignee: Angiodynamics Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-28
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2022-09-29
Also published as: AU2008224345B2; ATE320767T1; EP1429678B1; JP2005503864A; WO2003026525A1; CN1596085A; JP4450622B2; AU2008224345B8; CN100450456C; US20080287944A1; US20030130711A1; DE60210111D1; AU2002327779B2; US7344533B2; AU2008224345A1; EP1429678A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Behandlung von Gewebe mittels minimal invasiver Verfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ablationsbehandlung von tumorösem und erkranktem Gewebe. Noch spezieller betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ablationsbehandlung von tumorösem Gewebe mit Hilfe von Impedanzwerten, um die Abgabe elektromagnetischer Ablationsenergie zu einer Zielgewebestelle zu steuern und zu optimieren.
Verschiedene Ablationstherapien, z. B. Hochfrequenz-, Mikrowellen- und Laserablation, können zur Behandlung benigner und karzinöser Tumoren zum Einsatz kommen. Theoretisch sollen solche Verfahren physiologische und strukturelle Änderungen herbeiführen, um Zellnekrose oder Zerstörung des ausgewählten Zielgewebes zu verursachen. Praktisch bestehen aber zahlreiche Schwierigkeiten beim Einsatz von Ablationsverfahren zur Behandlung von karzinösem Gewebe, u. a. (i) Lokalisieren des Zielgewebes, (ii) Identifizieren oder Biopsieren des Erkrankungszustands des tumorösen Gewebes, (iii) Unterscheiden zwischen erkranktem Gewebe und gesundem Gewebe, (iv) Plazieren und Halten der Position der Ablationsvorrichtung in der Zielgewebestelle, (v) Überwachen des Ablationsfortschritts, u. a. des sich entwickelnden Ablationsvolumens, (vi) Minimieren von Verletzung benachbarter kritischer Strukturen, (vii) Gewährleisten vollständiger Ablation der Tumormasse, u. a. Sichern eines ausreichenden Spielraums zu gesundem Gewebe und (viii) Einschätzen des Grads der abgeschlossenen Ablation. Bei derzeitigen Ablationstherapien werden diese Probleme weder berücksichtigt noch Lösungen dafür geboten. Somit besteht Bedarf an einer Vorrichtung, die diesen Schwierigkeiten und anderen unerfüllten Notwendigkeiten bei der Durchführung von Ablationstherapien zur Behandlung von Krebs, Tumoren und anderen Erkrankungen entspricht.
Eine Zellnekrosevorrichtung gemäß der US-B1-6235023 weist eine Leitsonde mit einem distalen Ende auf, das ausreichend scharf ist, um Gewebe zu penetrieren. Eine Energieabgabevorrichtung hat einen ersten Satz von HF-Elektroden, einen zweiten Satz von HF-Elektroden und eine dritte HF-Elektrode. Jede der Elektroden hat ein distales Gewebeeinstichende und ist in der Leitsonde positionierbar, wenn die Leitsonde durch Gewebe vorgeschoben wird. Der erste und zweite Satz von HF-Elektroden sind aus der Leitsonde mit Krümmung entfaltbar. Die dritte HF-Elektrode ist aus der Leitsonde mit geringerer Krümmung als der erste und zweite Satz von HF-Elektroden entfaltbar. Der zweite Satz von HF-Elektroden ist in einem größeren Abstand von der Leitsonde als der erste Satz von HF-Elektroden entfaltbar. Einige oder alle Elektroden können ein hohles Lumen zum Einleiten unterschiedlicher Fluidmedien, z. B. Elektrolytlösungen oder Therapeutika, haben.
Die WO 02/32335, die den Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ repräsentiert, stellt eine Vorrichtung zum Detektieren und Behandeln von Tumoren mittels lokalisierter Impedanzmessung bereit. Die Vorrichtung weist eine längliche Abgabevorrichtung auf, die über ein Lumen verfügt und in Gewebe manövrierbar ist. Eine Impedanzsensoranordnung ist aus der länglichen Abgabevorrichtung entfaltbar und so konfiguriert, daß sie mit einer elektromagnetischen Energiequelle und/oder einer Umschaltvorrichtung gekoppelt wird. Die Impedanzanordnung weist mehrere elastische Teile auf, wobei mindestens ein elastisches Teil der mehreren elastischen Teile in der länglichen Abgabevorrichtung in einem verdichteten Zustand positionierbar und aus der länglichen Abgabevorrichtung in einen entfalteten Zustand mit Krümmung in Gewebe entfaltbar ist. Im entfalteten Zustand legen die mehreren elastischen Teile ein Probenvolumen fest. Mindestens ein elastisches Teil weist einen Impedanzsensor auf, und mindestens ein Abschnitt der Impedanzanordnung ist so konfiguriert, daß er die Gewebeimpedanz über mehrere leitende Wege beprobt. Eine Energieabgabevorrichtung ist mit der Sensoranordnung, dem mindestens einen elastischen Teil oder der länglichen Abgabevorrichtung gekoppelt. Vorgesehen ist eine Schnittstelle, die in Echtzeit rückgekoppelte Verarbeitungsinformationen von Impedanzsensoren empfängt, um die Abgabe von Fluid zu regulieren.
Die Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt eine impedanzgesteuerte Gewebeablationsvorrichtung bereit, die Impedanzbestimmungen, z. B. lokalisierte Gewebeimpedanz, nutzt, um die Abgabe von Hochfrequenz- oder anderer elektromagnetischer Energie zu einer Zielgewebestelle zu optimieren und größere Ablationsvolumina mit geringeren Leistungspegeln und schnelleren Ablationszeiten zu erzeugen als sie derzeit mit herkömmlicher HF-Gewebeablationstechnologie möglich sind. Durch Senken von Leistungspegeln, die zum Erzeugen eines Ablationsvolumens erforderlich sind, reduziert die Vorrichtung vorteilhaft auch erheblich das Risiko von Kontaktverbrennungen und anderen Elektroschockgefahren im Zusammenhang mit herkömmlichen HF-Ablationstherapien. Eine verwandte Ausführungsform der Erfindung nutzt gesteuerte Infusion von Elektrolytflüssigkeit an der Gewebestelle, um die Gewebeimpedanz auf einen optimalen Wert zur Abgabe von Ablationsenergie zu steuern und darauf zu halten.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Detektieren und Behandeln von Tumoren mittels lokalisierter Impedanzbestimmung bereit. Die Vorrichtung weist eine längliche Abgabevorrichtung auf, die über ein Lumen verfügt und in Gewebe manövrierbar ist. Eine Impedanzsensoranordnung ist aus der länglichen Abgabevorrichtung entfaltbar und so konfiguriert, daß sie mit einer elektromagnetischen Energiequelle und/oder einer Umschaltvorrichtung gekoppelt wird. Die Impedanzanordnung weist mehrere elastische Teile auf, wobei mindestens eines der mehreren in der länglichen Abgabevorrichtung in einem verdichteten Zustand positionierbar und aus der länglichen Abgabevorrichtung in einen entfalteten Zustand mit Krümmung in Gewebe entfaltbar ist. Im entfalteten Zustand legen die mehreren elastischen Teile ein Probenvolumen fest. Mindestens eines der mehreren elastischen Teile weist einen Sensor auf, und mindestens ein Abschnitt der Impedanzanordnung ist so konfiguriert, daß er die Gewebeimpedanz über mehrere leitende Wege beprobt. Eine Energieab gabevorrichtung ist mit der Sensoranordnung, dem elastischen Teil oder der länglichen Abgabevorrichtung gekoppelt.
Ein Verfahren zum Detektieren und Behandeln eines Tumors mittels lokalisierter volumetrischer Impedanzbestimmung weist den Schritt des Bereitstellens einer Impedanzbestimmungsvorrichtung mit mehreren elastischen Teilen auf, die mit Krümmung entfaltbar und so konfiguriert sind, daß sie die Gewebeimpedanz über mehrere leitende Wege beproben. Die Vorrichtung ist so konfiguriert, daß sie mit einer Energieabgabevorrichtung, einer Leistungs- bzw. Stromversorgung, einer Umschaltvorrichtung und/oder Logikressourcen gekoppelt wird. Danach wird die Vorrichtung an einer ausgewählten Gewebestelle positioniert und die Impedanzanordnung entfaltet, um ein Probenvolumen festzulegen. Anschließend wird die Impedanzanordnung genutzt, um Impedanzbestimmungen über mehrere leitende Wege vorzunehmen. Informationen aus den Impedanzbestimmungen werden danach genutzt, einen Gewebezustand des Probenvolumens zu bestimmen. Im Anschluß daran wird Energie von der Energieabgabevorrichtung abgegeben, um mindestens einen Abschnitt des Tumors zu abladieren oder zu nekrotisieren.
Die Vorrichtung kann so konfiguriert sein, daß sie tumoröses Gewebe an einer ausgewählten Gewebestelle mittels Impedanzbestimmungen, z. B. über mehrere Wege bestimmte Impedanz, komplexe Impedanz und Impedanzvektorbestimmungen, detektiert, lokalisiert und identifiziert. Für Ausführungsformen mit komplexer Impedanz können reelle und imaginäre Komponenten des Impedanzsignals verwendet werden, stärker verfeinerte bioelektrische Parameter zu bestimmen, z. B. interstitielle und intrazelluläre Impedanz und Zellmembrankapazität, die für größere Empfindlichkeit und Prädiktionsleistung von Zellnekrose und Malignität sorgen. Ferner kann die Vorrichtung so konfiguriert sein, daß sie eine oder mehrere Impedanzbestimmungen nutzt, um eine Zielgewebestelle zu überwachen und den Verlauf der Ablationstherapie vor, während oder nach der Abgabe von Ablationsenergie oder einer anderen Behandlung an der Gewebestelle zu steuern. Folglich kann die Vorrichtung so konfiguriert sein, daß sie unabhängig oder in Verbindung mit einer weiteren Ablationsvorrichtung verwendet wird, z. B. ei ner HF-, Mikrowellen-, Laser- oder anderen optischen Ablationsvorrichtung. Zudem kann die Vorrichtung so konfiguriert sein, daß sie eine Impedanzbestimmung über mehrere Wege nutzt, um zwei oder mehr Gewebevolumina zu überwachen, u. a. ein Tumorvolumen, ein sich entwickelndes Ablationsvolumen und eine benachbarte anatomische Struktur. Zusätzliche Ausführungsformen der Vorrichtung können auch so konfiguriert sein, daß sie solche Impedanzbestimmungen wie komplexe, Vektor- oder Ortskurvenimpedanzbestimmungen nutzen, um ein Bild einer Zielgewebestelle zu erzeugen und das Bild anzuzeigen, um die Lokalisierung und Überwachung eines Tumor- und/oder Ablationsvolumens zu erleichtern.
Im Gebrauch wird die Vorrichtung an einer ausgewählten Gewebestelle positioniert, die zuvor abgebildet und für die festgestellt wurde, daß sie eine Tumor- o. a. Gewebemasse enthält. Die Vorrichtung wird an der Gewebestelle mit Hilfe der länglichen Abgabevorrichtung oder einer in der Technik bekannten Einführungs- bzw. Leitsondenvorrichtung, z. B. einem Trokar oder einer Endoskopvorrichtung, eingeführt und positioniert. Danach wird die Impedanzanordnung entfaltet und verwendet, die Impedanz, u. a. komplexe Impedanz und Kapazität, über einen oder mehrere leitende Wege zu bestimmen. Diese Informationen könnten durch gekoppelte Logikressourcen analysiert und dann genutzt werden, die Position und die Grenzen des Tumorvolumens zu lokalisieren und/oder den Tumor- oder Gewebetyp zu identifizieren. Außerdem könnten die Informationen durch die Logikressourcen oder eine andere Verarbeitungseinrichtung verarbeitet werden, um ein Bild der Gewebestelle mit dem Tumorvolumen zu erzeugen, das die Impedanzortskurve als Weg nutzen könnte, das Zentrum der Tumormasse anzuzeigen oder die Detektion und Anzeige der Tumormasse anderweitig visuell zu verstärken. Danach könnten diese Informationen dazu dienen, die Energieabgabevorrichtung zu positionieren, um das gewünschte Ablationsvolumen zu erzeugen. Sobald die Energieabgabevorrichtung positioniert ist, könnte die Impedanzanordnung anschließend genutzt werden, die Abgabe von Ablationsenergie oder -therapie zum Tumorvolumen zu überwachen und/oder zu steuern, u. a. Überwachung der Größe und Form eines sich entwickelnden Ablationsvolumens in Relation zur Größe und Lage des Tumorvolumens. Damit kann der Arzt nicht nur den Grad bestimmen, in dem das Tumorvolumen abladiert wurde, sondern auch die Menge des gesunden Geweberands um das Tumorvolumen steuern. Eine solche Steuerung und verwandte Fähigkeiten ermöglichen die Bestimmung eines gewünschten klinischen Endpunkts. Ferner kann der Arzt so die Abgabe von Energie oder einer anderen Ablationstherapie abstufen oder anderweitig steuern, um die Wachstumsgeschwindigkeit des Ablationsvolumens (und damit die Gesamtablationszeit) sowie die Endform und -größe des Tumorvolumens zu steuern. Mehrere Gewebevolumina lassen sich gleichzeitig überwachen und vergleichen, um den Fortschritt des Ablationsvolumens zu überwachen, gleichmäßige Ablation oder Nekrose über das gesamte Tumor- oder Ablationsvolumen zu gewährleisten und in Echtzeit sicherzustellen, daß gesunde umliegende Gewebe und Strukturen nicht verletzt werden. Beispielsweise könnten Gewebevolumina in der Mitte und an einer oder mehreren Peripherien der Tumormasse gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig überwacht werden, um gleichmäßige Nekrose an diesen Stellen und somit über das gesamte Tumorvolumen zu gewährleisten. Impedanzbestimmungen können gleichzeitig oder nacheinander an mehreren leitenden Wegen, die das Zielvolumen durchlaufen (an konvergierenden und divergierenden Wegen) vorgenommen werden, um für einen höheren Vertrauensgrad gleichmäßiger Ablation zu sorgen, indem die Größe unbeprobter Zonen im Zielvolumen sowie etwaige systematische Richtungsfehler der Messungen reduziert werden. Die mehreren leitenden Wege lassen sich elektronisch über eine steuerbare Umschaltvorrichtung oder manuell durch Dreh-, Seiten- oder Längsbewegung der Impedanzanordnung im Zielvolumen auswählen. Im ersten Fall könnte der Benutzer die leitenden Wege über eine gekoppelte Überwachungsvorrichtung programmieren, und im letzteren könnte der Benutzer die Impedanzanordnung über die längliche Abgabevorrichtung oder über eine Entfaltungs-, Vorschub- oder Ablenkvorrichtung drehen, vorschieben, zurückziehen oder ablenken, die mit der Impedanzanordnung oder Abgabevorrichtung mechanisch gekoppelt ist. Zusätzlich zur in Echtzeit erfolgenden Impedanzbestim mung während des Ablationsverfahrens können auch Messungen nach der Ablation an einem oder mehreren Wegen (u. a. Wege, die sich von denen während der interablativen Überwachung verwendeten unterscheiden) vorgenommen und mit Grundlinienmessungen oder einer Impedanzdatenbank verglichen werden, um für eine weitere Anzeige eines vollständigen Ablations- und/oder klinischen Endpunkts zu sorgen. Endpunkte können auch auf der Grundlage von Verhältnissen der intrazellulären zur interstitiellen Impedanz sowie einer charakteristischen Form der Impedanz- oder komplexen Impedanzkurve, u. a. Bestimmungen von Schwellwerten, Steigungen oder Wendepunkten, bestimmt werden.
Verschiedene Aspekte der Erfindung lassen sich auch darauf beziehen, Impedanzbestimmungen auf vielfältige Weise anzuzeigen, die sowohl benutzerfreundlich als auch vom Benutzer/Arzt leicht wahrnehmbar sind. In einer Ausführungsform können die Impedanzortskurven eines Probenvolumens oder ein Impedanzvektor des Probenvolumens als Symbole angezeigt werden, um Tumoridentifizierung und Positionierung einer Energieabgabe- oder Ablationsvorrichtung in der Tumormasse zu erleichtern. In verwandten Ausführungsformen könnten Logikressourcen der Vorrichtung so konfiguriert sein, daß sie Impedanzvektormessungen verwenden, um die Radialrichtung des Tumors von der Impedanzanordnung oder Energieabgabevorrichtung zu bestimmen und diese Informationen in Form eines Richtungs- oder Zeigersymbols darzustellen.
1 ist eine Seitenansicht der an einer Gewebestelle erfolgenden Plazierung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Detektieren und Behandeln von Tumoren mittels lokalisierter Impedanzbestimmung.
2 ist eine Seitenansicht der Elemente einer Vorrichtung zum Detektieren und Behandeln von Tumoren mittels Impedanzbestimmung, die eine längliche Abgabevorrichtung, eine Sensoranordnung, Sensoren, Elektroden, eine Energieabgabevorrichtung und ein Vorschubteil aufweist.
3a ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Impedanzsensoranordnung, die so konfiguriert ist, daß sie die Impedanz eines Gewebevolumens über mehrere auswählbare leitende Wege bestimmt.
3b ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung, die den Gebrauch primärer und sekundärer leitender Wege und einen Winkel leitender Wege veranschaulicht.
4a bis 4c sind Perspektivansichten verschiedener Anordnungen der Abstrahl- und Detektionsteile; 4a zeigt eine Ausführungsform mit einer mittig positionierten Rückelektrode, die von anderen Elektroden umgeben ist; 4b zeigt eine Ausführungsform mit der Rückelektrode in außermittiger Positionierung im Hinblick auf andere Elektroden; 4c zeigt eine Ausführungsform mit mehreren und unabhängig positionierbaren Impedanzsensoranordnungen.
5 ist eine Perspektivansicht der Verwendung mehrerer Gruppen leitender Wege, um mehrere Gewebevolumina in einer Ausführungsform der Erfindung zu beproben sowie Impedanzvektoren und Impedanzortskurven für jedes Probenvolumen zu bestimmen.
6 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Detektieren und Behandeln von Tumoren mit einer Impedanzüberwachungsvorrichtung, die eine Speicherressource und Logikressourcen mit Softwaremodulen hat, um Impedanzdaten zu analysieren und Impedanzprofile und -bilder zu erzeugen.
7a ist ein Diagramm einer Gewebeimpedanzkurve, das die Frequenzabhängigkeit der Impedanz zeigt.
7b ist ein Diagramm komplexer Gewebeimpedanzkurven, das die Frequenzabhängigkeit der komplexen Impedanz zeigt.
8a bis 8d sind Diagramme von Impedanzkurven, die den Gebrauch mehrerer Frequenz-Impedanz-Kurven zeigen, um den Zeitverlauf einer Ablation zu überwachen.
8e bis 8g sind Diagramme komplexer Impedanzkurven (imaginäre Werte als Funktion reeller Werte), die den Gebrauch komplexer Impedanzkurven zeigen, um den Zeitverlauf einer Ablation zu überwachen.
9a bis 9c sind Diagramme komplexer Impedanzkurven, die den Gebrauch komplexer Impedanzkurven zeigen, um den Gewebetyp oder -zustand zu identifizieren.
10 ist ein Diagramm der Spektralsignalstärke als Funktion der Zeit für ein Probenvolumen von Ablationsgewebe, das quantitative Determinanten eines Ablationsendpunkts zeigt.
11 ist eine Perspektivansicht eines dreidimensionalen Diagramms der komplexen Impedanz.
12a ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Leitsonde.
12b und 12c sind Querschnittansichten von Querschnittprofilen der Leitsonde.
13 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer ablenkbaren Leitsonde zusammen mit den Komponenten der Leitsonde.
14 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Gewebebiopsie- und Behandlungsvorrichtung mit einem Handstück und einer gekoppelten Aspirationsvorrichtung, Fluidabgabevorrichtung und einem Fluidspeicher.
15a bis 15h sind Seitenansichten verschiedener Konfigurationen der Elektrode, u. a. ringartig, kugelförmig, halbkugelförmig, zylindrisch, konisch und nadelartig.
16 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Nadelelektrode, die so konfiguriert ist, daß sie Gewebe penetriert.
17 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Elektrode mit mindestens einem Krümmungsradius.
18 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Elektrode mit mindestens einem Krümmungsradius, Sensoren und einer gekoppelten Vorschubvorrichtung.
19 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Elektrode, die Isolierhülsen aufweist, die auf Außenflächen der elastischen Teile oder Elektroden positioniert sind, um eine Impedanzsensorlänge oder eine Energieabgabefläche festzulegen.
20 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Elektrode, die mehrere Isolierhülsen aufweist, die ausgewählte Teilstücke der Elektrode(n) über den Umfang isolieren.
21 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Elektrode mit Isolierung, die sich über Längsteilstücke der Elektroden erstreckt, um benachbarte energieabgebende Längsflächen festzulegen.
22 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform von 21.
23a ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Elektrode, die ein Lumen und Öffnungen hat, die zur Abgabe von Fluid und zur Verwendung von infundiertem Fluid konfiguriert sind, um eine vergrößerte Elektrode zu erzeugen.
23b ist eine Perspektivansicht der Hauptkomponenten einer Gewebeinfusions-/-ablationsvorrichtung mit Konfigurationen der Infusionsvorrichtung, die mehrere Spritzen und Mehrkanalschläuche hat.
23c ist eine expandierte Ansicht des distalen Abschnitts der Vorrichtung der Ausführungsform von 23b, die die Komponenten der distalen Spitze sowie die leitenden Wege einer Vorrichtung zum Messen und Steuern der Impedanz zeigt.
23d zeigt Kurven der abgeführten Leistung als Funktion der Impedanz zur Veranschaulichung eines neuen Wegs zur Maximierung der Ablationsleistungsabgabe an einer Zielgewebestelle bei nicht minimaler Impedanz.
23e ist ein Diagramm des Gewebewiderstands als Funktion des Abstands von Ausführungsformen der Elektrode, das den Gebrauch von Infusion zeigt, um Gewebeverkohlung benachbart zur Elektrode zu reduzieren.
24 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Impedanzerfassungsteils, das eine leitende Beschichtung aufweist, die so konfiguriert sein kann, daß sie einen Impedanzgradienten im Erfassungsteil erzeugt.
25a bis 25c sind Perspektivansichten einer Ausführungsform einer energieabgebenden Ablationsvorrichtung unter Verwendung frequenzgesteuerter positionierbarer Ablationsfelder.
26a bis 26c sind Diagramme der Energiedichte oder -konzentration als Funktion des Seitenabstands von der Elektrode/Energieabgabevorrichtung der Ausführungsform von 25a bis 25c.
27 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Erzeugen und Anzeigen impedanzabgeleiteter Bilder.
28 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung, einer Stromquelle, von Leistungsschaltungen und anderen elektronischen Komponenten, die mit einer Ausführungsform eines Steuersystems oder anderen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen.
29 ist ein Blockdiagramm eines Analogverstärkers, Multiplexers und Mikroprozessors, die mit einer Ausführungsform eines Steuersystems oder anderen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen.
30 ist eine Seitenansicht einer Steuer- und Anzeigeeinheit, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird.
31 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Tastverhältnissignals zur Impedanzbestimmung, das einem HF-Behandlungssignal unter auswählbaren Schwellwertbedingungen überlagerbar ist.
32 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Impedanzmodulation mit Infusion.
33 ist ein Ablaufplan des Gebrauchs einer Ausführungsform der Vorrichtung.
Begriffsbestimmungen
Sofern nicht anders angegeben, haben die nachfolgenden Begriffe im Gebrauch hierin die folgenden Bedeutungen:
"Elektrode", "elastisches Teil" und "Antenne" sind gegenseitig austauschbar und bezeichnen eine Nadel oder einen Draht zum Leiten von Energie zu einer Gewebestelle. Elektroden können passiv, aktiv oder zwischen passiv und aktiv umschaltbar sein. Ferner kann eine Elektrode eine Erdungskontaktelektrode sein, die an einer Außenposition am Patienten positionierbar ist.
Ein "Erfassungsteil" ist eine passive oder aktive Elektrode zum Erfassen eines Ablationsparameters.
"Fluidabgabevorrichtung" und "Infusionsvorrichtung" sind gegenseitig austauschbar und bezeichnen eine Vorrichtung, die mit (i) einer Quelle für zu infundierendes Fluid und (ii) einer oder mehreren Elektroden oder der länglichen Abgabevorrichtung zur Abgabe des Fluids zu einem Zielgewebe verbunden ist oder diese aufweist.
"Rückkopplungssteuervorrichtung", "Steuereinheit", "Steuerressourcen", "Rückkopplungssteuersystem" und "Steuerung" sind gegenseitig austauschbar und bezeichnen eine Steuerung, die einen Ablationsparameter, d. h. Leistung, Temperatur, Infusion usw., steuern kann. Die Steuerung kann automatisch oder manuell betrieben sein.
"Impedanzmessung" oder "Impedanzbestimmung" sind gegenseitig austauschbar und bezeichnen die Berechnung der Impedanz anhand einer Datenquelle, d. h. Stromsensor, Spannungssensor oder Leistungsquelle, mit Hilfe jeder geeigneten Rechenvorrichtung oder jedes Algorithmus, die in der Technik bekannt sind.
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Vorrichtung zur Durchführung einer Gewebecharakterisierung mittels lokalisierter Impedanzbestimmung, u. a. komplexer Impedanzbestimmung, bereit, um einen Tumor zu lokalisieren und zu diagnostizieren, eine Ablationsvorrichtung genau zu positionieren, den Fortschritt einer Ablationsbehandlung zu überwachen und klinische Endpunkte zu bestimmen. Weiterhin können diese und andere Ausführungsformen der Erfindung so konfiguriert sein, daß sie bioelektrische Parameter mit erhöhter Vorhersageleistung für den Zellstoffwechsel zusammen mit zugeordneten Bildern messen und analysieren, die Echtzeitsteuerung des Ablationsverfahrens ermöglichen, während sie das Risiko unvollständiger Ablation oder unerwünschter Schäden an kritischen anatomischen Strukturen erheblich reduzieren. Jede der offenbarten Ausführungsformen kann einzeln oder in Kombination mit anderen Variationen und Aspekten der Erfindung betrachtet werden. Das Verfahren und die Vorrichtung, die hierin bereitgestellt werden, sind bei der Behandlung karzinöser Tumoren in Organen und Gewebe im gesamten Körper von Nutzen, u. a. Leber, Knochen, Brust, Lunge und Gehirn. Nützlich und gleichermaßen anwendbar sind sie ferner auf die Behandlung benigner Tumoren, Wachstumsstellen und von anderweitig abnormem oder vergrößertem Gewebe, das chirurgisch oder minimal invasiv entfernt, reseziert oder modifiziert werden muß.
Die in verschiedenen Aspekten der Erfindung vorgesehene lokalisierte Überwachung der Impedanz ist besonders nützlich zum Gebrauch bei der Behandlung von Tumoren und tumorösem Gewebe durch Ablationstherapien, z. B. HF-, Mikrowellen-, Laser- und chemische Ablation. Diese und verwandte Ablationstherapien verursachen Zerstörung von Zellmembranen, die zu Impedanzänderung in der interstitiellen Flüssigkeit führen, aber nur im betroffenen Gewebe mit minimalen oder keinerlei Änderungen am umliegenden Gewebe. Frühere Versuche zur Impedanzbestimmung mit Hilfe eines vollen elektrischen Kreises durch den Patientenkörper hatten den Nachteil, daß sie keine lokalisierte Gewebeimpedanz detektieren konnten, da sie nicht die zugehörigen Probleme berücksichtigten, u. a. folgende:

(i) Das Signal ist zu klein in Relation zur Impedanz des gesamten Impedanzbestimmungssystems mit dem leitenden Weg durch den Körper, den Erdungskontaktelektroden und zugehörigen Drähten und/oder wird durch diese ausgeblendet;
(ii) die Messung wurde am Körper in zu großer Entfernung von der Soll-Gewebestelle vorgenommen und ist dadurch wiederum maskiert;
(iii) die lokalisierte Impedanz wurde durch ein HF- oder anderes Ablationsenergiesignal ausgeblendet, das zum Gewebe abgegeben wird. Ausführungsformen der Erfindung stellen Lösungen für diese Probleme bereit, um lokalisierte Impedanzänderungen, besonders jene Änderungen, die während eines Ablationsverfahrens auftreten, durch Verwendung von Impedanzanordnungen zu detektieren, die am Zielgewebe positioniert sind, um Impedanz, u. a. komplexe Impedanz, und andere hierin beschriebene bioelektrische Eigenschaften zu bestimmen.

Im folgenden werden die Theorie der Impedanzbestimmung und Verfahren der Impedanzbestimmung diskutiert, die durch Ausführungsformen der Erfindung genutzt werden. Um Gewebeim pedanz oder spezifische Impedanz (die normalerweise Einheiten von Impedanz/cm³ Gewebe bei 20°C hat) zu bestimmen, wird ein Strom über das Gewebe angelegt, und die resultierenden Spannungen werden gemessen. Dieser Strom, als Anregungsstrom oder Anregungssignal bekannt, ist relativ klein, vergleicht man ihn mit einem HF-Ablations- oder anderen Ablationsstrom, und hat somit keine spürbare Ablationswirkung. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Anregungsstrom im Bereich von 0,01 mA bis 100 Ampere liegen, wobei spezifische Ausführungsformen 0,1, 1,0 und 10 Ampere haben, die kontinuierlich oder gepulst mit Hilfe eines Tastverhältnisses abgegeben werden können. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Tastverhältnis im Bereich von 5 bis 50 % mit einer Impulsdauer von 10 bis 200 ms liegen. Die über den Verlauf des Tastverhältnisses abgegebene mittlere Leistung kann im Bereich von 0,1 bis 10 Watt liegen. In diesen und verwandten Ausführungsformen wird die Anregungsstromquelle verwendet, Spannungsdifferenzen zwischen zwei oder mehr Stellen in einem bipolaren Modus oder einer oder mehreren Stellen und einer gemeinsamen Erde zu messen. Danach werden der bekannte Anregungsstrom und die gemessene Spannung verwendet, die Impedanz mit Algorithmen und Verfahren abzuleiten, die hierin beschrieben und/oder in der Technik bekannt sind.
Da unterschiedliche Frequenzen durch unterschiedliche Gewebearten unterschiedlich leiten, ist manches Gewebe bei bestimmten Frequenzen mehr oder weniger leitfähig. Somit kann je nach zu detektierendem Gewebetyp oder -zustand das Erfassungs- oder Anregungssignal variiert oder anderweitig gesteuert werden, um die Empfindlichkeit, Genauigkeit, Präzision und/oder Auflösung einer Impedanzbestimmung zu verbessern. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Anregungssignal ein Monofrequenz- oder ein Mehrfrequenzsignal sowie konstant oder variabel sein. In einer Ausführungsform lassen sich verbesserte Signalauflösung und damit präzisere Gewebeanalyse und -charakterisierung durch Verwendung eines Mehrfrequenz-Anregungssignals und/oder eines Anregungssignals erreichen, das über einen breiten Bereich von Frequenzen variiert wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann dieser Bereich von Fre quenzen etwa 1 bis etwa 1 MHz mit spezifischen Ausführungsformen von 0, 5, 1, 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 und 750 kHz betragen. Da die bioelektrischen Unterscheidungen (z. B. Phasenwinkel, Impedanz) zwischen karzinösem und gesundem Gewebe bei solchen tiefen Frequenzen wie 100 Hz am größten sein können, lassen sich in exemplarischen Ausführungsformen Messungen über mehrere Anregungsfrequenzen unter 100 Hz durchführen, wobei spezifische Ausführungsformen 3, 4, 10 und 20 Frequenzen unter 100 Hz haben. Andere Ausführungsformen können Messungen unter 100 Hz mit solchen zwischen 100 Hz und 5 kHz kombinieren.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung können so konfiguriert sein, daß sie die Impedanz bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen (gleichzeitig oder nacheinander) bestimmen, um robustere Daten und somit stärker verfeinerte klinische Diagnoseinformationen zu erhalten. Mit diesen und anderen Daten und Verfahren läßt sich ein Diagramm der Impedanz als Funktion der Frequenz für ein beprobtes Gewebevolumen erzeugen und analysieren, um Gewebetyp und Gewebezustände des Probenvolumens zu bestimmen, was hierin näher beschrieben wird.
Zur komplexen Impedanz gehören sowohl reelle als auch imaginäre Komponenten, die die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom widerspiegeln (d. h. die Spannung kann je nach den elektrischen Eigenschaften des Gewebes dem Strom vor- oder nacheilen). Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können so konfiguriert sein, daß sie sowohl die reellen als auch imaginären Komponenten der komplexen Impedanz protokollieren. Dies hat den Nutzen, umfassendere Informationen über das Gewebe zu liefern, wodurch Analysen mit höherem Genauigkeits-, Präzisions- und Auflösungsgrad erfolgen können. Bestimmen lassen sich diese Komponenten durch Durchführen eines Anregungsstroms durch das Zielgewebe und Bestimmen der Impedanz und/oder etwaiger Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung, wenn das Signal durch das Zielgewebe geleitet wird.
In verwandten Ausführungsformen können reelle und imaginäre Komponenten der Impedanz verwendet werden, um intrazelluläre Impedanz, interstitielle Impedanz und Zellmembrankapa zität zu bestimmen. Diese drei Elemente können einzeln oder in Kombination dazu dienen, Gewebetyp und -zustand mit erhöhten Spezifitätswerten eindeutig zu charakterisieren und zu identifizieren. In einer Ausführungsform können die Überwachungsvorrichtung oder andere Logikressourcen so konfiguriert sein, daß sie einen oder mehrere dieser drei Parameter (die "drei Parameter") nutzen, um eine Ablationsmenge oder den Fortschritt der Gewebeablation aus einer Ablationsbehandlung zu charakterisieren, z. B. HF-Ablation oder ein Ablationsverfahren gemäß der Beschreibung hierin. Die Charakterisierung kann durch ein Softwaremodul in der Überwachungsvorrichtung, Stromversorgung oder gekoppelten Logikressourcen erfolgen, die alle hierin beschrieben sind.
In spezifischen Ausführungsformen können die drei Parameter verwendet werden, verschiedene physiologische Indikatoren der Ablation und Zellnekrose zu detektieren, u. a. Zytolyse, Zellmembranschwellung (angezeigt durch einen Anstieg der Membrankapazität), Zellmembranruptur (angezeigt durch eine abrupte Abnahme der Membrankapazität), eine Abnahme der extrazellulären Flüssigkeit (angezeigt durch eine Zunahme der intrazellulären Kapazität) und eine Zunahme der intrazellulären Flüssigkeit (angezeigt durch eine Abnahme der extrazellulären Flüssigkeit). Zu anderen Parametern, die für Detektions- und Steuerzwecke berechnet und verwendet werden können, zählen der Absolutwert der Impedanz oder die Admittanz, die Phase der Impedanz (z. B. die Phasendifferenz zwischen dem Strom und der Spannung), die Kapazität oder eine Funktion einer Kombination aus der Impedanz- und Admittanzkomponente.
Spezifische Ausführungsformen der Erfindung können so konfiguriert sein, daß sie Schwellwertzunahmen oder -abnahmen bei einem oder mehreren der drei Parameter (oder anderen Größen) detektieren und/oder steuern, u. a. Zunahmen oder Abnahmen in den Bereichen 1,1:1,0 bis 100:1,0 mit spezifischen Ausführungsformen von 1,5:1,0, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 10:1, 20:1 und 50:1. Verwandte Ausführungsformen können so konfiguriert sein, daß sie Kombinationen aus Zunahmen oder Abnahmen der Parameter detektieren und/oder steuern, u. a. ein Anstieg der extrazellulären Impedanz gefolgt von einer Abnahme, eine Ab nahme der intrazellulären Impedanz gefolgt von einer Zunahme und eine Zunahme der Zellmembrankapazität gefolgt von einer Abnahme. Andere verwandte Ausführungsformen können so konfiguriert sein, daß sie Änderungen der Steigungen der Kurven eines oder mehrerer der drei Parameter detektieren, überwachen und steuern. Noch andere verwandte Ausführungsformen können technisch bekannte PID-Steuerverfahren einsetzen, wobei sie Kombinationen aus Proportional-, Integral- oder Differentialänderungen in den Kurven der drei Parameter nutzen.
Ausführungsformen der Erfindung können die drei Parameter in elektronischen Algorithmen/Softwareprogrammen beinhalten, die für eine oder mehrere der folgenden Aufgaben konfiguriert sind: (i) Steuern der Leistungsabgabe zur Zielgewebestelle, (ii) Übermitteln von Eingabeaufforderungen und Diagnoseinformationen über den Verlauf des Ablations-/Behandlungsverfahrens für den Arzt und (iii) Übermitteln einer Anzeige eines klinischen Endpunkts für den Arzt.
In den Zeichnungen zeigt 1 eine Ausführungsform einer Impedanzüberwachungs- und Behandlungsvorrichtung 10, die so konfiguriert ist, daß sie eine Tumormasse 5'' an einer Zielgewebestelle 5' durch Beproben der Impedanz der Gewebemasse und Abgeben von Energie oder einer anderen Ablationsbehandlung detektiert und behandelt, um ein Ablationsvolumen 5av zu erzeugen. Die Vorrichtung kann so konfiguriert sein, daß sie die Impedanz, u. a. komplexe Impedanz, vor, während und nach einer Ablation bestimmt, um so eine Gewebeidentifizierung an der Zielstelle durchzuführen, den Fortschritt eines Ablationsverfahrens, u. a. das sich entwickelnde Ablationsvolumen, zu überwachen und einen klinischen Endpunkt für das Procedere quantitativ zu bestimmen.
Gemäß 1 und 2 verfügt eine Ausführungsform der Impedanzbehandlungsvorrichtung 10 über ein längliches Teil oder eine Leitsonde (Einführungsvorrichtung) 12 mit einem Lumen 13, einem proximalen Abschnitt 14, einem distalen Ende 16, einem oder mehreren elastischen Teilen 18, die im Leitsondenlumen 13 positionierbar sind, und einem oder mehreren Sensoren 22, die an den Teilen 18 angeordnet sind, oder Erfassungsteilen 22m, die in einem (mehreren) Elektrodenlumen 72 positionierbar sind, die in den Teilen 18 angeordnet sind. Das distale Elektrodenende kann ausreichend scharf sein, um Gewebe zu durchdringen, u. a. faserartige und/oder abgekapselte Tumormassen, Knochen, Knorpel und Muskel. Das Leitsondenlumen 13 kann sich über die gesamte Länge der Leitsonde 12 oder einen Abschnitt davon erstrecken. Die Teile 18 können mehrere 18pl elastische Teile 18 aufweisen, die so konfiguriert sind, daß sie im Lumen 13 positionierbar sowie in und aus dem distalen Ende 16 durch eine Vorschubvorrichtung 15 oder ein Vorschubteil oder eine andere hierin beschriebene Einrichtung vorschiebbar sind. Die elastischen Teile 18 können aus der Leitsonde 12 mit Krümmung entfaltet werden, um ein Volumen 5av in der Zielgewebestelle 5' gemeinsam festzulegen. In einer Ausführungsform kann die Gesamtheit oder ein Abschnitt eines oder mehrerer Teile 18 eine Energieabgabevorrichtung oder ein Energieabgabeteil gemäß der Beschreibung hierin sein. Eine Energieabgabevorrichtung 18e kann mit einer Energiequelle oder Leistungs- bzw. Stromversorgung 20 gekoppelt sein und kann auch ein oder mehrere Lumen 72 aufweisen.
Ausführungsformen der Erfindung können für eine Anzahl von Ablationstherapien geeignet, darin integriert oder anderweitig darauf anwendbar sein, u. a. Hochfrequenz- (HF-) Ablation, Kryoablation, Brachytherapie, Alkoholgewebeablation, chemische Ablation, Mikrowellenablation, Laserablation, Wärmeablation, Elektroporationsablation, Strahlungsablation mit konformen Strahlen, Standardstrahlungsablation, fokussierte Ultraschallablation mit hoher Stärke, photodynamische Therapieablation. Diese und verwandte Ausführungsformen können eine Energieabgabevorrichtung und Erfassungsvorrichtung in Kopplung mit einer Stromversorgung aufweisen.
Zur einfacheren Diskussion ist die Energieabgabe- und Erfassungsvorrichtung eine Vorrichtung auf HF-Basis, und die Stromversorgung 20 ist eine HF-Stromversorgung; allerdings sind alle anderen, hierin diskutierten Ausführungsformen gleichermaßen anwendbar. In einer Ausführungsform kann die HF-Stromversorgung ein HF-Generator sein, der so konfiguriert ist, daß er einen Behandlungsstrom 20t zur Gewebeablation abgibt, während er gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig (mit Hilfe einer Multiplex-/Umschaltvorrichtung) ein leistungsarmes Erfassungs- oder Anregungssignal 20e über eine oder mehrere Frequenzen zur Durchführung komplexer Impedanzbestimmungen und anschließenden Analyse des Zielgewebes abgibt. Das Anregungssignal 20e kann über ein breites Band von Frequenzen im Bereich von 1 Hz bis 1 MHz abgegeben werden. In verschiedenen Ausführungsformen wird das Anregungssignal mit einer tieferen Frequenz als das Behandlungssignal (normalerweise 460 ± 60 kHz) abgegeben. In einer Ausführungsform ist das Anregungssignal kleiner als 400 kHz. In anderen Ausführungsformen liegt das Erfassungssignal im Bereich von 1 Hz bis 100 kHz mit spezifischen Ausführungsformen von 0,25, 0,5, 1, 5, 10, 25, 50 und 75 kHz. In alternativen Ausführungsformen wird das Anregungssignal mit Frequenzen über der Behandlungsfrequenz abgegeben und kann somit größer als 520 kHz sein. Ferner können die Frequenz- und Leistungsdifferenzen zwischen dem Anregungs- und Behandlungssignal 20e und 20t mit Hilfe von technisch bekannten Schaltungsaufbauten und Steueralgorithmen überwacht und sollwertgesteuert werden. Außerdem kann die Frequenz- und Leistungsdifferenz zwischen den beiden Signalen als Reaktion auf einen oder mehrere elektrische Parameter variiert werden, um die Genauigkeit und Präzision von Impedanzbestimmungen zu maximieren und Interferenz (z. B. Übersprechen) vom Behandlungssignal 20t zu reduzieren. Zu diesen elektrischen Parametern zählen u. a. Impedanz, Behandlungsstrom, Behandlungsfrequenz, Anregungsstrom und Anregungsfrequenz.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Leitsonde 12 flexibel, gelenkig und lenkbar sein und kann Faseroptik (sowohl Beleuchtungs- als auch Abbildungsfasern), Flüssigkeits- und Gaswege sowie Sensor- und Elektronikkabel enthalten. In einer Ausführungsform kann die Leitsonde 12 so konfiguriert sein, daß sie sowohl Gewebe durchsticht als auch in Gewebe manövrierbar ist. Erreichen läßt sich dies durch Gebrauch flexibler Abschnitte, die mit einem distalen Gewebeeinstichende 16 gekoppelt sind, das eine Nadel- oder Trokarspitze sein kann, die in die Leitsonde 12 integriert oder mit ihr verbunden ist. Die Leitsonde 12 kann ausreichend flexibel sein, um sich in jeder gewünschten Richtung durch Gewebe zu einer Soll-Gewebestelle 5' zu bewegen. In verwandten Ausführungsformen ist die Leitsonde 12 ausreichend flexibel, um ihre Bewegungsrichtung umzukehren und sich in Gegenrichtung zu bewegen. Dies läßt sich durch den Gebrauch flexibler Materialien und/oder Ablenkmechanismen erreichen, die hierin beschrieben sind. Außerdem kann die Leitsonde 12 an ihrem proximalen Ende mit einem Griff 24 oder Handstück 24 gekoppelt sein. Das Handstück 24 kann abnehmbar sein und kann Anschlüsse 24' und Betätigungselemente 24'' aufweisen.
Ein oder mehrere Sensoren 22 können mit der Leitsonde 12, den elastischen Teilen 18 oder der Energieabgabevorrichtung 18e gekoppelt sein. In einer Ausführungsform können die Sensoren 22 ein oder mehrere Erfassungsteile 22m aufweisen, die in den Lumen 72 der Teile 18 positionierbar und so konfiguriert sind, daß sie in und aus den einzelnen Teilen 18 vorschiebbar sind, oder können mit einer Außenseite des elastischen Teils 18 gekoppelt sein. Die Erfassungsteile 22m können mehrere Teile 22mpl aufweisen, die in mehreren elastischen Teilen 18 positioniert sind. Zudem kann die Vorrichtung 10 auch Sensoren 22 haben, die entlang dem länglichen Teil 12 und an anderen Stellen außerhalb der Zielgewebestelle zur Messung und Bestimmung der Gesamtimpedanz über den vollen elektrischen Kreis zwischen den Klemmen der Stromversorgung 20 (d. h. durch den Patientenkörper und in den Erdungskontakt) angeordnet sind. Die Gesamtimpedanz läßt sich überwachen und anderweitig nutzen, um die Genauigkeit und Präzision der lokalisierten Impedanzbestimmung von der Zielstelle zu verbessern.
Die Impedanzerfassungsteile 22m oder die mit den elastischen Teilen 18 gekoppelten Sensoren 22 können unabhängig oder gleichzeitig entfaltet werden, um die Beprobung des Zielgewebes 5' an mehreren Stellen zu ermöglichen und so die Impedanz an mehreren Stellen und/oder über mehrere leitende Wege 22cp zu bestimmen. Das Entfalten des Impedanzerfassungsteils 22m oder der Sensoren 22 läßt sich so steuern, daß Telemetrie mit Impedanzrückkopplung zum Einsatz kommen kann, um Gewebetypen zu identifizieren und die Topographie von Gewebemassen, Tumoren oder Gewebestrukturen zu kartieren.
Die Impedanzerfassungsteile 22m können auch mit Krümmung aus den Teilen 18 entfaltet werden, um ein Volumen 5sv (auch Probenvolumen 5sv genannt) gemeinsam festzulegen, das durch die mehreren Erfassungsteile 22mpl volumetrisch beprobt wird. Gemeinsam können die mehreren 22mp der entfalteten Impedanzerfassungsteile 22m oder mehreren 18pl der entfalteten elastischen Teile 18 mit den gekoppelten Sensoren 22 eine dreidimensionale oder volumetrische Impedanzsensoranordnung (Array) 22a aufweisen. Indem sie die Sensoren 22 an mehreren Stellen und in mehreren Ebenen hat, ist die Sensoranordnung 22a so konfiguriert, daß sie Gewebe in der Zielgewebestelle 5', u. a. die Tumormasse 5'', volumetrisch beprobt (z. B. an mehreren Stellen und über mehrere leitende Wege beprobt). Ferner ist die Sensoranordnung 22a so konfiguriert, daß sie Gewebe an mehreren Stellen im Volumen 5sv oder in der Gewebestelle 5' gleichzeitig beproben kann, um folgendes durchzuführen: (i) Lokalisieren der Position der Tumormasse 5'', (ii) Feststellen der Position oder des Entfaltungsabstands der Energieabgabevorrichtungen 18, (iii) Überwachen des sich entwickelnden Ablationsvolumens und/oder (iv) Durchführen einer Gewebeerfassungsidentifizierung durch Vergleichen von Signalen zwischen zwei oder mehr Stellen (z. B. bekanntem gesundem Gewebe und vermutetem erkranktem Gewebe). In verschiedenen Ausführungsformen können die Sensoranordnung 22a und/oder die mehreren Teile 18pl so konfiguriert sein, daß sie vielfältige Formen für Probenvolumina 5sv festlegen, u. a. eine Halbkugel, eine Kugel, ein Oval, einen Kegel, eine Pyramide, ein Polyeder oder ein Tetraeder.
Jedes elastische Teil 18 kann ein oder mehrere Impedanzerfassungsteile 22m und/oder Sensoren 22 haben, die in vielfältigen Konfigurationen angeordnet sein können, um eine oder mehrere hierin beschriebene Soll-Funktionen zu erfüllen (z. B. Gewebeidentifizierung, Ablationsüberwachung usw.). Gemäß 3a können die Erfassungsteile 22m so konfiguriert sein, daß sie die Impedanz in einem bipolaren Modus zwischen zwei oder mehr Teilen 22m oder einem monopolaren Modus zwi schen einem oder mehreren ausgewählten Teilen 22 und einer gemeinsamen Erde, z. B. einer Erdungselektrode oder Erdungskontaktelektrode, bestimmen. Das Umschalten zwischen den beiden Modi läßt sich durch Logikressourcen und/oder eine Umschaltvorrichtung 29 steuern, die mit einer Impedanzüberwachungsvorrichtung 19 oder der Stromversorgung 20 gekoppelt oder darin integriert ist. Ferner kann die Umschaltvorrichtung 29 so konfiguriert sein, daß der Benutzer einen oder mehrere leitende Wege 22cp festlegen und auswählen kann, um die Impedanz zu bestimmen. Im Gebrauch ermöglichen diese und verwandte Ausführungsformen dem Benutzer, jede Anzahl leitender Wege in einem Muster 22pp auszuwählen, das ein interessierendes Probenvolumen 5sv umschreibt oder anderweitig festlegt. Zudem ermöglicht der Gebrauch der Umschaltvorrichtung 29 in diesen Ausführungsformen dem Benutzer, die Impedanz über die ausgewählten Wege gleichzeitig oder nacheinander zu bestimmen. Ferner können die Umschaltvorrichtung 29 und/oder die Vorrichtung 10 so konfiguriert sein, daß der Benutzer zwischen Wegen dynamisch wechseln oder umschalten kann, um folgendes durchzuführen:

(i) Ändern der Anzahl von Wegen durch ein ausgewähltes Probenvolumen, was erhöhte Signalauflösung und statistisches Vertrauen der vorhergesagten Gewebezustände ermöglicht;
(ii) Ändern des Winkels zwischen zwei oder mehr leitenden Wegen;
(iii) Ändern der Größe des Probenvolumens;
(iv) Umschalten zwischen einem ersten und zweiten Probenvolumen; und/oder
(v) gleichzeitiges Vergleichen von zwei oder mehr Probenvolumina.

In einer Ausführungsform gemäß 3b können die leitenden Wege 22cp einen oder mehrere primäre Wege und einen oder mehrere alternative Wege aufweisen. Der alternative Weg kann in einem auswählbaren Winkel vom primären Weg verlaufen und kann gemeinsame Punkte mit dem primären Weg haben. Zu geeigneten Winkeln gehört der Bereich von 1 bis 360° mit speziellen Ausführungsformen von 30, 45, 90 und 270° von einer Querachse 22la des primären Wegs. Alternativ kann der alter native leitende Weg einen oder mehrere gemeinsame Punkte mit dem ursprünglichen Weg haben oder parallel zum ursprünglichen Weg, aber mit einem auswählbaren Querabstand 22ld versetzt verlaufen. Ferner können wiederholte Impedanzabtastungen, u. a. überstreichende Abtastungen und aufeinanderfolgende überstreichende Abtastungen (z. B. aufeinanderfolgendes Beproben von einer Seite eines Probenvolumens zur anderen, ähnlich wie bei Radar) über einen oder mehrere ausgewählte leitende Wege eines ausgewählten Probenvolumens durchgeführt werden, um den zeitlichen Ablationsverlauf zu überwachen sowie verbesserte Signal-Rausch-Verhältnisse und Signalauflösung zur Bildanalyse zu erhalten.
Das Ändern des Winkels und/oder Querversatzes des leitenden Wegs, der zur Bestimmung der Impedanz verwendet wird, läßt sich auf vielfältige Weise erreichen, u. a. durch (i) selektives Aus- und Einschalten der Sensoren 22 oder Erfassungselemente 22m, (ii) selektives Umschalten der Erfassungselemente 22m aus einem monopolaren Modus in einen bipolaren Modus und umgekehrt (für HF-Messungen) mit Hilfe der Umschaltvorrichtung 29, (iii) Konfigurieren der Sondenanordnung so, daß sie drehbar und/oder ablenkbar ist, und (iv) Verwenden und/oder Entfalten einer zweiten Anordnung an derselben oder einer unterschiedlichen Vorrichtung. Das Umschalten kann durch Verwendung einer Umschalt- oder Multiplexvorrichtung 29 erreicht werden, die programmierbar oder durch hierin beschriebene Logikressourcen 19lr gesteuert sein kann.
In einer Ausführungsform können die Daten von alternativen leitenden Wegen oder einer Gruppe von Wegen mit Messungen von den primären leitenden Wegen zwecks Analyse und Abbildung integriert werden oder lassen sich in einer alternativen Ausführungsform separat analysieren und anzeigen, was einen Vergleich sowohl von Messungen als auch Bildern von den primären und der alternativen Gruppe von Wegen ermöglicht. Nützlich beim zuerst genannten Ansatz ist eine repräsentativere und gleichmäßigere Beprobung der Impedanz und beim letzteren die Fähigkeit, Ungleichmäßigkeiten der Impedanz im Probenvolumen zu detektieren.
Im Gebrauch ermöglichen solche Ausführungsformen dem Mediziner, ein größeres Gewebevolumen als bei Beprobung mit einem einzelnen Weg zu beproben oder abzubilden, mehrere Gewebevolumina zu beproben, u. a. gleichzeitige Beprobung, ohne die Vorrichtung oder Impedanzanordnung neu positionieren zu müssen. Diese Fähigkeit verkürzt die Verfahrenszeit und erhöht allgemein die Gebrauchstauglichkeit der Vorrichtung. Ferner liefern solche Ausführungsformen auch ein genaueres und repräsentativeres Signal des Zielgewebevolumens durch Auswählen leitender Wege zur Steuerung der Form und Größe des Probenvolumens, um nur das interessierende Gebiet zu beproben, was jede potentielle Ausblendung oder jeden potentiellen unerwünschten Impedanzbeitrag aus umliegendem Nichtzielgewebe eliminiert. Außerdem beseitigt oder reduziert das Umschaltvermögen des Winkels des Wegs jeden systematischen Richtungsfehler in den Impedanzbestimmungen. Aufgrund einer größeren und volumenverteilten Probengröße für ein bestimmtes Gewebevolumen liefert schließlich der Einsatz von Impedanzbestimmungen über mehrere leitende Wege eine repräsentativere Messung der Impedanz für das ausgewählte Volumen, was die Genauigkeit und Präzision der Impedanzbestimmung erhöht wie auch die Signal- und Bildauflösung in einer oder allen drei Dimensionen verbessert.
Gemäß 4a bis 4c können in verschiedenen Ausführungsformen die Impedanzerfassungsteile 22m in Anordnungen 22a mit vielfältigen geometrischen Gestalten und Beziehungen angeordnet sein, um unterschiedliche Gewebevolumina 5sv mittels unterschiedlicher leitender Wege 22cp elektrisch zu beproben. Der Nutzeffekt solcher Ausführungsformen besteht in verbesserter Erfassung, Genauigkeit und Analyse des Impedanzsignals 19p aus einem bestimmten Probenvolumen 5sv, um Signalhysterese, Rauschen (infolge von Energieabgabe usw.), systematische Richtungs- oder andere Fehler zu kompensieren. Nützlich ist bei ihnen ferner das gleichzeitige Beproben und Vergleichen von zwei oder mehr Gewebevolumina, um Gewebeidentifizierungen durchzuführen.
Gemäß 4a bis 4c können die leitenden Wege 22cp vielfältige Konfigurationen und Orientierungen haben, die al le vom Benutzer auswählbar sind. In einer Ausführungsform können die leitenden Wege 22cp im Probenvolumen 5sv gleichmäßig verteilt oder beabstandet sein. Erreichen läßt sich dies durch die Konfiguration der Teile 22m, durch den Gebrauch der Umschaltvorrichtung 29 oder eine Kombination aus beiden. Alternativ können die leitenden Wege im Hinblick auf ein oder mehrere Erfassungsteile 22m, die Leitsonde oder das Tumorvolumen 5'' selbst ausgerichtet sein. In einer Ausführungsform gemäß 4a kann ein Teil 22mc in der Mitte des Gewebevolumens 5sv positioniert sein, wobei andere Teile 22m in einer Umgebungsbeziehung so positioniert sind, daß sich Anregungsstrom in mehreren 22pp der leitenden Wege 22cp zu und von der Mitte des Probenvolumens 5sv zu den außenliegenden Impedanzsensorteilen 22m bewegt. Im Gebrauch führt diese Konfiguration zu einer Impedanzbestimmung für das Probenvolumen 5sv, die ein Mittel der individuellen Impedanz für jeden leitenden Weg ist, was den Nutzeffekt einer statistisch repräsentativeren Impedanzbeprobung für ein ausgewähltes Gewebevolumen als nur durch einen einzelnen Weg hat. Die Teile 22m können gemeinsam mit einer positiven Klemme der Stromversorgung 20 gekoppelt sein, wobei das Teil 22m als Rückelektrode konfiguriert und mit einem Rückanschluß der Stromversorgung 20 gekoppelt ist.
In einer verwandten Ausführungsform gemäß 4b kann das Teil 22m im Hinblick auf die Teile 22m außermittig positioniert und/oder an der Peripherie eines durch die Teile 22m festgelegten Probenvolumens positioniert sein. Wiederum hat diese Ausführungsform den Nutzen eines Mittelwerts und einer repräsentativeren Impedanzbestimmung für das Probenvolumen. Nützlich bei dieser Konfiguration ist aber auch, daß sie Ungleichmäßigkeiten der Impedanz und somit der Gewebeeigenschaften leichter detektieren und lokalisieren kann, die an den Grenzen oder anderweitig nicht zentrierten Abschnitten des Gewebevolumens auftreten. Der Gebrauch der Umschaltvorrichtung 29 ermöglicht das dynamische Umschalten jedes der Erfassungsteile 22m auf eine Rückelektrode, um die Lage einer potentiellen Ungleichmäßigkeit im Probenvolumen durch schnelles Abtasten unterschiedlicher Abschnitte der Peripherie des Volumens leichter zu detektieren.
Alternativ können gemäß 4c die Teile 22m eine erste Anordnung (z. B. eine senkrechte Anordnung) und eine zweite Anordnung aufweisen. Die erste Anordnung kann gedreht sein, um unterschiedliche leitende Wege gegenüber der zweiten Anordnung zu erhalten und so unterschiedliche Gewebevolumina zu beproben und/oder für mehrere Beprobungen desselben Volumens (über unterschiedliche leitende Wege) zu sorgen, damit die Genauigkeit und Präzision der Messung verbessert werden und Rauschen reduziert wird. Im Gebrauch ermöglicht diese Ausführungsform auch die Detektion unvollständiger Ablation durch Vergleichen einer ermittelten Impedanz von einer ersten Gruppe leitender Wege 22cp1, die durch eine erste Anordnung 22a1 festgelegt sind, mit einer zweiten Gruppe leitender Wege 22cp2, die durch eine zweite Anordnung 22a2 festgelegt sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 10 so konfiguriert sein, daß sie gleichzeitig unterschiedliche Stellen in der Zielgewebestelle 5' beprobt, wobei sie die Umschaltvorrichtung oder den Multiplexer 29 oder eine andere Umschalteinrichtung nutzt, die hierin beschrieben oder in der Technik bekannt ist. In einer Ausführungsform gemäß 5 kann eine erste Gruppe ausgewählter leitender Wege 22cp' verwendet werden, ein lokales erstes Volumen 5sv1 zu beproben, eine zweite Gruppe ausgewählter leitender Wege 22cp'' kann ausgewählt sein, dies für ein zweites Volumen 5sv2 zu tun, und eine dritte Gruppe ausgewählter leitender Wege 22cp' kann so ausgewählt sein, daß sie dies für ein größeres oder globales Probenvolumen 5sv3 erledigt, das durch mehrere Teile 18 mit Sensoren an den Spitzen oder Erfassungsteile 22m festgelegt oder umschrieben ist. Jedes Probenvolumen führt zu einem separaten Impedanzprofil 19p. Somit erzeugen die Probenvolumina 5sv1, 5sv2 und 5sv3 Impedanzprofile 19p1, 19p2 bzw. 19p3, die insgesamt oder abschnittsweise miteinander oder mit einer Datenbank 19db von Impedanzprofilen mit Hilfe von Vergleichs-/Mustererkennungsalgorithmen eines Moduls 19m, anderer Software oder einer anderen Berechnungseinrichtung verglichen werden können. In einer verwandten Ausführungsform kann das ermittelte Impedanzsignal für jedes Probenvolumen durch das Modul 19m oder eine andere Berechnungseinrichtung integriert oder anderweitig analysiert werden, um einen Impedanzvektor 22v und Impedanzortskurven 22i für jedes jeweilige Probenvolumen zu bestimmen (z. B. Impedanzvektoren 22v1, 22v2, 22v3; und Impedanzortskurven 22l1, 22l2 und 22l3).
Gemäß 6 können in einer Ausführungsform ein oder mehrere Sensoren 22 oder Erfassungsteile 22m mit einer Impedanzbestimmungs- und Überwachungsvorrichtung 19 gekoppelt sein. Die Überwachungsvorrichtung 19 weist hierin beschriebene Schaltungsaufbauten auf, um die Spannung anhand des Anregungsstroms zu messen und anschließend die Impedanz zu berechnen. Ferner kann die Überwachungsvorrichtung 19 auch so konfiguriert sein, daß sie die komplexe Impedanz, ein Impedanzprofil 19p und ein komplexes Impedanzprofil 19pc mißt, berechnet und protokolliert, die sich aus verschiedenen bioelektrischen Gewebeeigenschaften ergeben, u. a. Impedanz, Konduktanz, Kapazität usw. In einer Ausführungsform kann die Überwachungsvorrichtung 19 Logikressourcen 19lr aufweisen, z. B. einen Mikroprozessor und Speicherressourcen 19mr wie einen RAM- oder DRAM-Chip, die so konfiguriert sind, daß sie das Gewebeimpedanzprofil 19p und/oder andere bioelektrische Informationen analysieren, speichern und anzeigen, die vom Erfassungsteil 22m und/oder von der Sensoranordnung 22a abgeleitet sind. Außerdem kann die Impedanzüberwachungsvorrichtung 19 mit einer Anzeigevorrichtung 21 gekoppelt sein, um so Echtzeit- oder gespeicherte Impedanzprofile, Bilder und andere Daten anzuzeigen, die durch die Impedanzüberwachungsvorrichtung 19 erzeugt werden. Zu Beispielen für Anzeigevorrichtungen 21 zählen Kathodenstrahlröhren (CRTs), Flüssigkristallanzeigen, Plasmaanzeigen, Flachbildschirme u. ä. Die Anzeigevorrichtung 21 kann auch in einem externen Computer eingebaut sein, der mit der Impedanzüberwachungsvorrichtung 19 gekoppelt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Impedanzüberwachungsvorrichtung 19 oder Stromversorgung 20 mit einer Anzahl von Merkmalen ausgestattet sein, u. a. den folgenden:

(i) Speicherressourcen, die eine Datenbank charakteristischer Impedanzprofile enthalten;
(ii) ein Auslesefenster zur impedanzbasierten Diagnose von Gewebetyp und/oder -zustand;
(iii) künstlichen Intelligenzalgorithmen/Programmierung, die dem Generator ermöglicht, von neu erfaßten Impedanzabtastungen zu lernen;
(iv) Fähigkeit für den Benutzer, den richtigen Gewebetyp und -zustand auf der Grundlage von Biopsie- oder Pathologiedaten einzugeben und dem Generator zu lehren;
(v) Fähigkeit zur Erfassung der Impedanz bei mehreren Frequenzen gleichzeitig, um Geschwindigkeit und Genauigkeit zu verbessern und Interferenzeffekte zu reduzieren;
(vi) Fähigkeit zur Arbeit mit nichtinvasiven Kontaktanschlüssen (wie elektrophysiologischen Kontakten) zur Messung der komplexen Impedanz und Durchführung einer gezielten Gewebeeinschätzung auf nichtinvasive Weise;
(vii) Fähigkeit zur Überwachung eines Referenzsignals und/oder grundlegender elektrophysiologischer Zustände von Patienten für Grundlinienvergleiche mit Impedanzablesewerten und als Zusatzinformationen für den Benutzer; und
(viii) Programmierung zur Nutzung des Referenzsignals oder eines Signals zur Berücksichtigung von Hysterese, Signalrauschen, Nebensprechen und anderer Signalinterferenz mit Hilfe von digitaler Subtraktion, Unterdrückung und anderen technisch bekannten Signalverarbeitungsverfahren und dadurch Verbesserung eines Signal-Rausch-Verhältnisses, einer Signalempfindlichkeit und -auflösung.

In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 10 gemeinsam mit der Impedanzüberwachungsvorrichtung 19 so konfiguriert sein, daß sie Gewebeidentifizierung, Differenzierung, Ablationsüberwachung und Kartierung von Gewebemassen und -strukturen durchführt. In spezifischen Ausführungsformen ist die Überwachungsvorrichtung 19 so konfiguriert, daß sie eine Gewebeidentifizierungsfunktion mit Hilfe von Impedanzinformationen durchführt, die von den Sensoren 22, Erfassungsteilen 22m oder der Anordnung 22a abgeleitet sind. Im folgenden wird der Hintergrund der Gewebeüberwachung und -identifizierung mittels Impedanzbestimmung diskutiert. Aufgrund von Variationen in Zusammensetzung und Morphologie haben ver schiedene Gewebetypen unterschiedliche elektrische Eigenschaften (z. B. Konduktanz, Induktivität, Kapazität usw.) und leiten daher elektrische Energie unterschiedlich, besonders bei bestimmten Frequenzen. Zum Beispiel hat karzinöses Gewebe normalerweise eine erheblich höhere Phase als das gesunde Gewebe, besonders bei niedrigen Frequenzen. Diese Unterschiede der elektrischen Eigenschaften, besonders der Konduktanz, führen zu einem charakteristischen Impedanzprofil 19p für einen bestimmten Gewebetyp oder -zustand, wenn das Gewebe einem Anregungsstrom mit einer oder mehreren spezifischen Frequenzen ausgesetzt wird. Das Impedanzprofil 19p kann einen oder mehrere Spitzenwerte, Kurven und andere Formen haben, die als Fingerabdruck des Gewebetyps oder Gewebezustands dienen. Folglich kann durch Analysieren des Impedanzprofils 19p und entsprechender Spitzenwerte, Kurvenformen, Schwellwerte usw. das Profil 19p durch Ausführungsformen der Erfindung genutzt werden, um Gewebetypen und -zustände zu identifizieren, z. B. Malignität, Gefäßreichtum, Nekrose, thermische Verletzung usw. Zu verwandten Zuständen, die sich auch auf diesem Weg identifizieren lassen, zählen abnorm mutiertes Gewebe, sich abnorm teilendes Gewebe oder hypoxisches Gewebe.
Ferner haben viele Gewebetypen, u. a. karzinöses Gewebe wie metastatisches Gewebe, ein Signaturprofil 19p, das sich leicht identifizieren und mit einer Datenbank von Profilen mit Hilfe von Mustererkennungstechniken oder -algorithmen abgleichen läßt, die in der Technik bekannt sind. Somit kann die Vorrichtung 10 elektronische Algorithmen oder Softwaremodule 19m in den Logikressourcen 19lr der Überwachungsvorrichtung 19 oder einem Mikroprozessor aufweisen, die so konfiguriert sind, daß sie ein Impedanzprofil 19p mit reellen und imaginären Komponenten analysieren und Gewebeidentifizierung und/oder Gewebedifferenzierung zwischen einem oder mehreren beprobten Volumina 5sv durchführen. Zu den Modulen 19m können Mustererkennungsalgorithmen, Kurvenanpassung, unscharfe Logik oder andere in der Technik bekannte numerische Verfahren gehören. Außerdem können in einer Ausführungsform die Module 19m so konfiguriert sein, daß sie das Profil 19p mit einer in den Speicherressourcen 19mr gespeicherten Profildatenbank 19db vergleichen und Kurvenanpassung oder andere in der Technik bekannte numerische Verfahren nutzen, um einen Korrelationskoeffizienten oder statistischen Wert (z. B. p-Wert) bereitzustellen und anzuzeigen, der die Wahrscheinlichkeit einer Übereinstimmung mit einem bestimmten Gewebetyp oder -zustand angibt.
In verschiedenen Ausführungsformen gehören zur Impedanz und zu anderen bioelektrischen Eigenschaften, die zur Bestimmung eines Gewebetyps oder -zustands analysiert werden können, u. a. komplexe Impedanz (reelle und imaginäre Komponenten), extrazelluläre Impedanz, intrazelluläre Impedanz, interstitielle Impedanz, Zellmembrankapazität, intrazelluläre Kapazität. In einer Ausführungsform kann die Überwachungsvorrichtung 19 so konfiguriert sein, daß sie nur ausgewählte Frequenzen eines Impedanzprofils oder andere bioelektrische Eigenschaftsmessungen analysiert, die bekanntermaßen ausgewählte Gewebekennwerte identifizieren oder mit ihnen korrelieren, statt das volle Frequenzspektrum des Profils zu analysieren. Solche Frequenzen können aus einer bereits existierenden Datenbank ausgewählt oder mit Hilfe von hierin beschriebenen Frequenzdurchlaufverfahren in vivo bestimmt werden. Vorteilhaft bei diesem Weg sind schnellere Signalverarbeitungszeiten, wodurch das Gewebe mit weniger Rechenressourcen schneller bewertet und diagnostiziert werden kann. Dadurch lassen sich wiederum Größe, Leistungsanforderungen und Komplexität der Steuer- und Anzeigeinstrumente reduzieren.
Gemäß 7 bis 10 können in verwandten Ausführungsformen die Vorrichtung 10 und Überwachungsvorrichtung 19 so konfiguriert sein, daß sie komplexe Impedanzkurven zur Identifizierung und Charakterisierung unterschiedlicher Gewebetypen und -zustände nutzen. Folglich kann die Überwachungsvorrichtung 19 so konfiguriert sein, daß sie Kurven oder Profile 19pc der komplexen Impedanz mißt, erzeugt und anzeigt. Kurven können sowohl zweidimensional als auch dreidimensional sein. Für zweidimensionale Diagramme können die x-Achse die reelle Komponente und die y-Achse die imaginäre Komponente sein, während dreidimensionale Diagramme eine Achse für die Zeit oder Frequenz aufweisen können. Erreichen läßt sich dies über Algorithmen in den Modulen 19m, die Eingaben von der Impedanzanordnung 22a empfangen, in der Technik bekannte komplexe Impedanzberechnungen und hierin beschriebene Kurvenanpassungen oder Transformationsfunktionen durchführen sowie anschließend ein Impedanzprofil 19p ausgeben, das auf der Anzeigevorrichtung 21 angezeigt wird. Da gemäß 7a und 7b Gewebe bei Frequenzen unterschiedlich leitet, führen Messungen über einen Bereich von Anregungsfrequenzen zu einer Impedanz-Frequenzgangkurve 500 (7a) oder einer Folge von komplexen Impedanz-Frequenzgangkurven (7b). Mit Hilfe jeder der Frequenzgangkurven aus 7a oder 7b kann eine spezielle Frequenz für anschließende komplexe Impedanzbestimmungen und Analysen ausgewählt werden, die die größte Empfindlichkeit für einen bestimmten Gewebetyp oder -zustand hat und/oder zu einer komplexen Impedanzkurve mit dem größten Prädiktionswert für den gewünschten Gewebetyp oder -zustand führt. Vorgenommen werden kann diese Auswahl mit Hilfe von hierin beschriebenen Verfahren oder durch Kalibrierung anhand eines Satzes von in-vitro-Standards als Darstellung des gewünschten Gewebezustands oder durch visuelle Bestimmung/Abschätzung durch den Benutzer oder eine Kombination aus beiden.
Gemäß 8a bis 8c kann in einer Ausführungsform der Verlauf einer Ablation mit Hilfe von Impedanzbestimmungen überwacht werden, die bei mehreren Frequenzen vorgenommen werden. Die Impedanz bei einigen Frequenzen steigt und/oder fällt im Zeitverlauf der Ablation. Durch Kombinieren von Impedanzdaten aus mehreren Kurven wird der gesamte Vorhersagewert der Messungen für ein Ablationsereignis oder einen Ablationsendpunkt stark erhöht. Somit kann mit Hilfe einer Differenzdiagnosemethodik ein Ablationsüberwachungsalgorithmus oder -modul so konfiguriert sein, daß es nach Formen, Anstiegen, Schwellwerten der Impedanzkennlinie in zwei oder mehr bei unterschiedlichen Frequenzen erstellten Impedanzkurven als Prädiktor eines Ablationsendpunkts sucht. Solche Informationen können verwendet werden, einen zuverlässigeren Indikator für den klinischen Endpunkt bereitzustellen sowie die Abgabe von Ablationsenergie oder Ablationstherapie bedarfsgemäß zu überwachen und abzustufen. Ähnlich können gemäß 8d die Differenzen im Impedanz-Frequenz-Spektrum vor, während und nach der Ablation auch zur Überwachung und Bewertung des Ablationsprozesses verwendet werden.
In verwandten Ausführungsformen gemäß 8e bis 8g können komplexe Impedanzkurven dazu dienen, das Ablationsverfahren mit einer Bestimmung klinischer Endpunkte gemäß der Beschreibung hierin zu überwachen und einzuschätzen. Ferner kann gemäß 9a bis 9c die Vorrichtung so konfiguriert sein, daß sie komplexe Impedanzkurven nutzt, um unterschiedliche Gewebetypen, Tumoren usw. zu identifizieren und zu charakterisieren. Verwandte Ausführungsformen können so konfiguriert sein, daß sie dreidimensionale Diagramme der komplexen Impedanz unter Nutzung der Zeit und/oder Position als dritte Achse erzeugen und anzeigen. Für 3D-Positionsdiagramme kann die Impedanzortskurve 502 berechnet und grafisch dargestellt werden, was 10 zeigt, oder in einem weiteren grafischen Format, das in der Technik bekannt ist, u. a. 2D. Zudem kann die Impedanzortskurve genutzt werden, das Ablationsverfahren zu charakterisieren, und läßt sich auch verwenden, eine Vektoranalyse von HF- oder Mikrowellenstrom oder eines anderen Ablationsenergievektors (z. B. der Größe und Richtung der Ablationsenergie) sowie eine Vektoranalyse physiologischer Indikatoren der Zellenkrose durchzuführen, z. B. Änderungen der interstitiellen Leitfähigkeit. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Impedanzortskurve genutzt werden, die Lokalisierung und Anzeige eines Tumorvolumens, Ablationsvolumens oder einer anderen Soll-Gewebemasse oder Gewebevolumens an der Zielgewebestelle zu erleichtern. Die Erzeugung und Anzeige der Impedanzortskurve 5li (in 2D oder 3D) kann so konfiguriert sein, daß dem Mediziner leicht wahrnehmbare visuelle Hinweise bezüglich der Lage, Größe oder Bewegung der Ablation, des Tumors oder eines anderen ausgewählten Gewebevolumens gegeben werden.
Zusätzlich zur Identifizierung von Gewebetypen können die Überwachungsvorrichtung zusammen mit der (den) Impedanzerfassungsanordnung(en) auch verwendet werden, den Fortschritt eines Ablationsverfahrens in Echtzeit zu überwachen, u. a. das Fortschreiten eines Ablationsvolumens als Ergebnis der Energieabgabe zu einem Zielgewebevolumen. Dies reduziert Schäden an Gewebe, das die zu abladierende Zielmasse umgibt. Durch Überwachen der Impedanz an verschiedenen Punkten außerhalb und innerhalb einer Gewebestelle kann eine Bestimmung der ausgewählten Gewebemassenperipherie sowie eine Bestimmung des Zeitpunkts erfolgen, wann die Zellnekrose abgeschlossen ist. Bestimmen zu beliebiger Zeit Sensorergebnisse, daß ein Impedanzwert oder Ablationsendpunkt erreicht oder überschritten wurde, wird ein geeignetes Rückkopplungssignal in die Stromquelle eingegeben, die dann die zu den Elektroden abgegebenen Ablationsenergiepegel stoppt oder anderweitig einstellt. Die Zielgewebestelle kann auch nach Ablationsabschluß durch die Sensoranordnung sondiert und abgefragt werden, um nachzuweisen, daß die Ablation für das gesamte Soll-Ablationsvolumen abgeschlossen ist. Durch Sondieren des abladierten Gebiets mit der Sensoranordnung kann das dreidimensionale Volumen der Ablation eingeschätzt werden, und der Rand von abladiertem gesundem Gewebe jenseits der Tumormasse läßt sich ebenfalls messen.
Gemäß 11 kann in einer Ausführungsform zur Überwachung des Ablationsverfahrens die Impedanzsignalstärke 510 für ein Probengewebevolumen, das von zwei oder mehr Erfassungsteilen oder -anordnungen begrenzt ist, zeitlich überwacht werden, wobei eine Überwachungsvorrichtung, eine Stromversorgung oder eine andere technisch bekannte Überwachungsvorrichtung für bioelektrische Signale zum Einsatz kommt. Bestimmen läßt sich ein Endpunkt für die Ablation auf der Grundlage eines auswählbaren Schwellwerts 514 des Signals 510 oder eines Wendepunkts oder einer Steigungsänderung 512 (z. B. einer Ableitung) einer Kurve 506 oder einer Kombination aus beiden. In einer Ausführungsform kann das Signal 506 die Subtraktion einer Grundlinien- (oder Referenz-) Impedanzbestimmung 508 eines nahegelegenen, aber nicht abladierten Gewebevolumens von einer Echtzeitmessung 504 des Zielgewebevolumens im zeitlichen Ablationsverlauf aufweisen. Dies kompensiert eine etwaige zeitliche Signal- oder Gewebehysterese. Die Schwellwerte 514 und Signale 510 können in eine Logikres source eingegeben und darin gespeichert werden, die mit der Impedanzüberwachungsvorrichtung gekoppelt oder in einen elektronischen Algorithmus eingearbeitet ist, der die Energieabgabe steuert und in einer Steuerung oder einem Prozessor gespeichert sein kann, die (der) mit der Stromversorgung gekoppelt ist.
Mit Bezug auf eine nähere Diskussion der Leitsonde kann in verschiedenen Ausführungsformen die Leitsonde ein Trokar, Katheter, Mehrlumenkatheter oder ein drahtverstärkter oder metallumflochtener Polymerschaft, eine Anschlußvorrichtung, eine subkutane Anschlußvorrichtung, eine längliche Abgabevorrichtung oder eine andere medizinische Einführungsvorrichtung sein, die dem Fachmann bekannt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die Leitsonde sowie das elastische Teil so konfiguriert sein, daß sie variierende mechanische Eigenschaften über ihre jeweiligen Längen haben, u. a. variable Steifigkeit, Drehmomentübertragungsfähigkeit, Knickfestigkeit, einen variablen Biegemodul, variable Schiebbarkeit, Nachführbarkeit und andere mechanische Leistungsparameter, die in der Kathetertechnik bekannt sind. Gemäß 12a kann dies durch den Gebrauch steifer Schaftteilstücke 520 erreicht werden, die in Abschnitten der Leitsonde über ihre Länge 522 angeordnet sind. Realisieren läßt sich dies auch durch Verwendung von Geflechten, variierende/zulaufende Durchmesser und unterschiedliche Materialien (z. B. steifere Materialien, die mit flexiblen Materialien zusammengefügt sind), die über Abschnitten der Leitsonde positioniert sind. Die Aus unterschiedlichen Materialien hergestellten Teilstücke 520 können mit Hilfe technisch bekannter Leitsondenverbindungsverfahren zusammengefügt sein, z. B. Heißschmelzverbindungen (mit und ohne Einfangröhren/Bunde), Klebestöße, Stumpfstöße u. ä. Das Fügeverfahren läßt sich so steuern/auswählen, daß der mechanische Übergang 12mt zwischen zwei Teilstücken auf einen gewünschten Gradienten gesteuert ist (z. B. glatt gegenüber abrupt). In verwandten Ausführungsformen können die Leitsonde 12 und/oder das Teil 18 so konfiguriert sein, daß sie steifere proximale Abschnitte und flexiblere distale Abschnitte haben, um so folgendes zu erleichtern: (i) Leitsondenlenkbar keit und Positionierung der distalen Leitsondenspitze 16 an einer auswählbaren Zielgewebestelle und/oder (ii) reduziertes Risiko von Perforation, Abrasion und anderen Traumata während der Positionierung der Leitsonde zur Gewebestelle. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Übergang vom steiferen zum flexibleren Abschnitt so konfiguriert sein, daß er (i) allmählich mit einem gerad- oder krummlinigen Übergang ist, (ii) ein Stufen- oder abrupter Übergang ist oder (iii) eine Kombination daraus ist.
Gemäß 12b und 12c kann die Leitsonde 12 ein im wesentlichen kreisförmiges, halbkreisförmiges, ovales oder sichelförmiges Querschnittprofil 12cs sowie Kombinationen daraus über ihre Länge haben. Ähnlich können die Lumen 13 einen kreisförmigen, halbkreisförmigen, ovalen oder sichelförmigen Querschnitt über die gesamte Länge der Leitsonde 12 oder einen Abschnitt davon haben.
Zu geeigneten Materialien für die Leitsonde 12 und das elastische Teil 18 gehören u. a. Edelstahl, Formgedächtnislegierungen, z. B. Nickel-Titan-Legierungen, Polyester, Polyethylene, Polyurethane, Pebax^®, Polyamide, Nylons, deren Copolymere und andere medizinische Kunststoffe, die dem Fachmann bekannt sind. Die gesamte Leitsonde 12 oder Abschnitte davon können mit einer gleitfähigen Beschichtung oder einem Film 524 beschichtet sein, der die Reibung der Leitsonde 12 an Leber-, Lungen-, Knochen- und anderem Gewebe (und damit dessen Verletzung) reduziert. Zu solchen Beschichtungen können u. a. Silikone, PTFE (u. a. Teflon^®) und andere in der Technik bekannte Beschichtungen zählen. Zudem können die gesamte Vorrichtung 10 oder Abschnitte davon, u. a. die Leitsonde 12 und die Teile 18, aus technisch bekannten Materialien aufgebaut sein, die für Strahlungssterilisationsvorgänge (z. B. Gamma- oder Elektronenstrahlen) optimiert und/oder damit kompatibel sind. In verwandten Ausführungsformen kann die Vorrichtung 10 insgesamt oder in Abschnitten so konfiguriert sein (z. B. Verhältnis von Lumendurchmesser zu Länge usw.), daß sie durch Plasma- (z. B. H₂O₂-) Sterilisation durch Systeme sterilisiert wird.
Gemäß 13 können in anderen Ausführungsformen die Leitsonde 12 oder die elastischen Teile 18 insgesamt oder abschnittsweise so konfiguriert sein, daß sie mit Hilfe von Ablenkmechanismen 25 ablenkbar und/oder lenkbar sind, zu denen Zugdrähte 15, Klinken, Nocken, Verriegelungs- und Arretiermechanismen, piezoelektrische Materialien und andere in der Technik bekannte Ablenkeinrichtungen gehören können. Der Ablenkungsbetrag der Leitsonde 12 ist auswählbar und kann so konfiguriert sein, daß die Leitsonde 12 durch schräge Biegungen in Gewebe, Organen, Organkanälen und Blutgefäßen manövriert werden kann. In spezifischen Ausführungsformen können die distalen Abschnitte der Leitsonde 12 so konfiguriert sein, daß sie sich um 0 bis 180° oder mehr in bis zu drei Achsen ablenken, damit die Spitze der Leitsonde 12 retrograd positioniert werden kann. Der Ablenkmechanismus 25 kann mit einem beweglichen oder gleitfähigen Betätigungselement 24'', 25' am Handstück 24 gekoppelt oder darin integriert sein. Der Mechanismus 25 und das gekoppelte Betätigungselement 25' sind so konfiguriert, daß der Arzt den Betrag der Ablenkung 25 der distalen Spitze 16 oder eines anderen Abschnitts der Leitsonde 12 selektiv steuern kann. Das Betätigungselement 25' kann so konfiguriert sein, daß es die distale Spitze 16 durch eine Kombination aus Dreh- und Längsbewegung des Betätigungselements sowohl dreht als auch ablenkt.
Gemäß 14 kann in verschiedenen Ausführungsformen die Leitsonde 12 an ihrem proximalen Ende 14 mit einem Griff 24 oder Handstück 24 gekoppelt sein. Das Handstück 24 kann abnehmbar sein und kann Anschlüsse 24' und Betätigungselemente 24'' aufweisen. Die Anschlüsse 24' können mit einem oder mehreren Leitsondenlumen 13 (und damit Elektrodenlumen 72) gekoppelt sein und können Flüssigkeits- und Gasanschlüsse/verbinder sowie elektrische oder optische Verbinder aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen können Anschlüsse zur Aspiration (u. a. Gewebeaspiration) und zur Abgabe von Kühl-, Elektrolyt-, Spül-, Polymer- und anderen Fluiden (sowohl Flüssigkeiten als auch Gasen) gemäß der Beschreibung hierin konfiguriert sein. Zu Anschlüssen können u. a. Luer-Anschlüsse, Ventile (Einweg, Zweiweg), Toughy-Bourst-Verbinder, Preßarmaturen sowie andere Adapter und medizinische Verbindungsstücke gehören, die in der Technik bekannt sind. Außerdem können zu Anschlüssen LEMO-Verbinder, Computerverbinder (serielle, parallele, DIN usw.), Mikroverbinder und andere elektrische Arten gehören, die dem Fachmann bekannt sind. Zudem können zu Anschlüssen optoelektronische Verbindungen gehören, durch die optische Fasern und/oder Betrachtungsgeräte mit Beleuchtungsquellen, Okularen, Videomonitoren u. ä. optisch und elektronisch gekoppelt sein können. Zu den Betätigungselementen 24'' können Kippschalter, Schwenkstangen, Drucktaster, Drehknöpfe, Klinken, Hebel, Schieber und andere mechanische Betätigungselemente gehören, die in der Technik bekannt sind und die insgesamt oder in Abschnitten fortschaltbar sein können. Diese Betätigungselemente können so konfiguriert sein, daß sie mechanisch, elektromechanisch oder optisch mit Zugdrähten, Ablenkmechanismen u. ä., gekoppelt sind, was eine selektive Steuerung und Lenkung der Leitsonde 12 ermöglicht. Das Handstück 24 kann mit Gewebeaspirations-/ -auffangvorrichtungen 26, Fluidabgabevorrichtungen 28 (z. B. Infusionspumpen), Fluidspeichern (Kühl-, Elektrolyt-, Spülfluid usw.) 30 oder der Stromquelle 20 mit Hilfe der Anschlüsse 24' gekoppelt sein. Zu den Gewebeaspirations-/-auffangvorrichtungen 26 können Spritzen, Vakuumquellen in Kopplung mit einem Filter oder Auffangkammern/-beuteln gehören. Die Fluidabgabevorrichtung 28 kann medizinische Infusionspumpen, Harvard-Pumpen, Spritzen u. ä. aufweisen. In spezifischen Ausführungsformen kann die Aspirationsvorrichtung 26 zur Durchführung von Thorakozentesen konfiguriert sein.
Diskutiert man nunmehr die Elektroden oder elastischen Teile 18 und Erfassungsteile 22m, können diese Teile unterschiedliche Größen, Formen und Konfigurationen mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften haben, die für die spezielle Gewebestelle ausgewählt sind. In einer Ausführungsform können die Teile 18 Nadeln mit Größen im Bereich von Nr. 28 bis 12 mit spezifischen Ausführungsformen von Nr. 14, 16 und 18 sein. Die elastischen Teile 18 sind so konfiguriert, daß sie sich in nicht entfalteten Positionen befinden, während sie in der Leitsonde 12 festgehalten werden. In den nicht entfalte ten Positionen können sich die elastischen Teile 18 in einem verdichteten Zustand befinden, federbelastet und in der Leitsonde 12 allgemein eingeschlossen oder im wesentlichen gerade sein, wenn sie aus einem geeigneten Gedächtnismetall hergestellt sind, z. B. Nitinol. Beim Vorschieben der elastischen Teile 18 aus der Leitsonde 12 weiten sie sich in einen entfalteten Zustand als Ergebnis ihrer Federung oder ihres Formgedächtnisses in einen entfalteten Zustand auf und legen gemeinsam ein Ablationsvolumen 5av fest, aus dem Gewebe abladiert wird, was 1 und 2 näher veranschaulichen. Das auswählbare Entfalten der elastischen Teile 18 läßt sich auf einem oder mehreren der folgenden Wege erreichen:

(i) der Vorschubbetrag der elastischen Teile 18 aus der Leitsonde 12;
(ii) unabhängiges Vorschieben der elastischen Teile 18 aus der Leitsonde 12;
(iii) die Längen und/oder Größen von Energieabgabeflächen der Elektroden 18 und 18';
(iv) Variationen der für die Elektrode 18 verwendeten Materialien;
(v) Auswahl des Betrags der Federbelastung oder des Formgedächtnisses der Elektrode 18;
(vi) Variation der geometrischen Konfiguration der Elektroden 18 in ihren entfalteten Zuständen; und
(vii) Vorformen, um eine Krümmung anzunehmen, wenn die elastischen Teile 18 aus der Leitsonde 12 vorgeschoben werden.

Wie hierin beschrieben, kann in verschiedenen Ausführungsformen das gesamte elastische Teil 18 oder ein Abschnitt davon ein Teil oder eine Vorrichtung 18e zur Energieabgabe sein. Mit Bezug auf eine Diskussion der Energieabgabevorrichtungen und Leistungs- bzw. Stromquellen können zu den spezifischen Energieabgabevorrichtungen 18e und Stromquellen 20, die in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen, u. a. folgende gehören:

(i) eine Mikrowellenleistungsquelle, die mit einer Mikrowellenantenne gekoppelt ist, die Mikrowellenenergie im Frequenzbereich von etwa 915 MHz bis etwa 2,45 GHz liefert;
(ii) eine Hochfrequenz- (HF-) Stromquelle, die mit einer HF-Elektrode gekoppelt ist;
(iii) eine kohärente Lichtquelle, die mit einer optischen Faser oder einem Lichtleitkabel gekoppelt ist;
(iv) eine inkohärente Lichtquelle, die mit einer optischen Faser gekoppelt ist;
(v) ein erwärmtes Fluid, das mit einem Katheter mit einem geschlossenen oder mindestens teilweise offenen Lumen gekoppelt ist, das zur Aufnahme des erwärmten Fluids konfiguriert ist;
(vi) ein abgekühltes Fluid, das mit einem Katheter mit einem geschlossenen oder mindestens teilweise offenen Lumen gekoppelt ist, das zur Aufnahme des abgekühlten Fluids konfiguriert ist;
(vii) ein kryogenes Fluid;
(viii) eine Widerstandsheizquelle, die mit einem leitfähigen Draht gekoppelt ist;
(ix) eine Ultraschallquelle, die mit einem Ultraschallstrahler gekoppelt ist, wobei die Ultraschallquelle Ultraschallenergie im Bereich von etwa 300 kHz bis etwa 3 GHz erzeugt; und
(x) deren Kombinationen.

Zur vereinfachten Diskussion im Rest dieser Anmeldung ist die Energieabgabevorrichtung 18e eine oder mehrere HF-Elektroden 18, und die genutzte Leistungsquelle ist eine HF-Stromquelle. Für diese und verwandte Ausführungsformen kann die HF-Stromquelle 20 so konfiguriert sein, daß sie 5 bis 200 Watt, vorzugsweise 5 bis 100 Watt und noch stärker bevorzugt 5 bis 50 Watt elektromagnetische Energie zu den Elektroden der Energieabgabevorrichtung 18e abgibt, ohne Impedanzgrenzen zu überschreiten. Die Elektroden 18 sind mit der Energiequelle 20 elektromagnetisch gekoppelt. Die Kopplung kann direkt von der Energiequelle 20 zu jeder jeweiligen Elektrode 18 oder indirekt mit Hilfe einer Kapsel, Hülse u. ä. erfolgen, die eine oder mehrere Elektroden mit der Energiequelle 20 koppelt.
In verschiedenen Ausführungsformen weisen die Elektroden 18 mindestens einen Sensor 22 und Erfassungselemente 22m auf, die vielfältige Formen und Geometrien haben können. Gemäß 15a bis 15f können zu exemplarischen Formen und Geometrien u. a. ringartige, kugelförmige, halbkugelförmige, zylindrische, kegelförmige, nadelartige und deren Kombinationen gehören. Gemäß 16 kann in einer Ausführungsform die Elektrode 18 eine Nadel mit ausreichender Schärfe sein, um Gewebe zu durchdringen, u. a. Fasergewebe, u. a. gekapselte Tumoren, Knorpel und Knochen. Das distale Ende der Elektrode 18 kann einen Schnittwinkel haben, der im Bereich von 1 bis 60° mit bevorzugten Bereichen von mindestens 25° oder mindestens 30° und spezifischen Ausführungsformen von 25° und 30° liegt. Die Oberfläche der Elektrode 18 kann glatt oder texturiert und konkav oder konvex sein. Die Elektrode 18 kann unterschiedliche Längen 38 haben, die aus dem distalen Ende 16' der Leitsonde 12 vorgeschoben werden. Bestimmen lassen sich die Längen anhand der tatsächlichen körperlichen Länge der Elektrode(n) 18e, der Länge 38' einer Energieabgabefläche 18eds der Elektrode 18 und der Länge 38'' der Elektrode 18, die durch eine isolierung 36 bedeckt ist. Zu geeigneten Längen gehört u. a. ein Bereich von 1 bis 30 cm mit spezifischen Ausführungsformen von 0,5, 1, 3, 5, 10, 15 und 25,0 cm. Die leitende Oberfläche der Elektrode 18 kann im Bereich von 0,05 mm² bis 100 cm² liegen. Die Ist-Länge der Elektrode 18 hängt von der Lage der zu abladierenden Gewebestelle, ihrer Entfernung von der Stelle, ihrer Zugänglichkeit sowie davon ab, ob der Arzt ein endoskopisches oder chirurgisches Verfahren durchführt. Weiterhin hängt die leitende Oberfläche 18eds vom zu erzeugenden Soll-Ablationsvolumen ab.
Gemäß 17 und 18 kann die Elektrode 18 auch so konfiguriert sein, daß sie flexibel und/oder ablenkbar mit einem oder mehreren Krümmungsradien 70 ist, die 180° Krümmung überschreiten können. Im Gebrauch kann die Elektrode 18 so positioniert werden, daß sie jedes ausgewählte Zielgewebevolumen erhitzt, nekrotisiert oder abladiert. Ein röntgendichter Marker 11 kann auf die Elektroden 18e zur Sichtbarmachung aufgetragen sein. Die Elektrode 18 kann mit der Leitsonde 12 und/oder einem Vorschubteil oder einer Vorschubvorrichtung 15 oder einem Vorschub-Rückzug-Teil mit Hilfe von Löten, Hartlö ten, Schweißen, Crimpen, Kleben und anderen Fügeverfahren gekoppelt sein, die in der medizinischen Gerätetechnik bekannt sind. Außerdem kann die Elektrode 18 einen oder mehrere gekoppelte Sensoren 22 aufweisen, um Temperatur und Impedanz (sowohl der Elektrode als auch des umliegenden Gewebes), Spannung und Strom oder andere physiologische Eigenschaften der Elektrode und des benachbarten Gewebes zu messen. Die Sensoren 22 können an den Außenflächen der Elektroden 18 an ihren distalen Enden oder an Zwischenteilstücken liegen.
Die Elektrode 18 kann aus vielfältigen leitenden Materialien, sowohl metallischen als auch nichtmetallischen, hergestellt sein. Zu geeigneten Materialien für die Elektrode 18 gehören Stahl, z. B. Edelstahl 304 mit hypodermer Güte, Platin, Gold, Silber sowie deren Legierungen und Kombinationen. Zudem kann die Elektrode 18 aus leitenden massiven oder hohlen geraden Drähten mit verschiedenen Formen hergestellt sein, z. B. rund, flach, dreieckig, rechtwinklig, sechseckig, elliptisch u. ä. In einer spezifischen Ausführungsform können die Elektroden 18 insgesamt oder abschnittsweise oder kann eine zweite Elektrode aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt sein, z. B. NiTi, das im Handel von Raychem Corporation, Menlo Park, California zu beziehen ist.
Gemäß 19 bis 22 können in verschiedenen Ausführungsformen ein oder mehrere elastische Teile oder Elektroden 18 von einer Isolierschicht 36 bedeckt sein, um so eine Außenfläche zu haben, die ganz oder teilweise isoliert ist, und eine nicht isolierte Fläche vorsehen, die eine Energieabgabefläche ist. In einer Ausführungsform gemäß 19 kann die Isolierschicht 36 eine Hülse aufweisen, die fest oder über die Länge der Elektrode 18 gleitfähig positioniert sein kann, um die Länge der Energieabgabefläche zu variieren und zu steuern. Zu geeignetem Material für die Isolierschicht 36 gehören Polyamid und Fluorkohlenstoffpolymere, z. B. TEFLON.
In der Ausführungsform von 20 ist die Isolierung 36 außen an den Elektroden 18 in Umfangsmustern gebildet und läßt mehrere Energieabgabeflächen frei. In einer Ausführungsform gemäß 21 und 22 erstreckt sich die Isolierung 36 über eine Längsaußenfläche der Elektroden 18. Die Isolierung 36 kann sich über eine ausgewählte Entfernung über die Länge der Elektroden in Längsrichtung und um einen ausgewählten Abschnitt eines Umfangs der Elektroden erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen können Teilstücke der Elektroden die Isolierung 36 über ausgewählte Längen von Elektroden in Längsrichtung sowie als vollständige Umhüllung eines oder mehrerer Umfangsteilstücke von Elektroden haben. Die außen an den Elektroden 18 positionierte Isolierung 36 kann so variiert sein, daß sie jede gewünschte Form, Größe und Geometrie der Energieabgabefläche festlegt.
Gemäß 23a und 23b kann die Elektrode 18 in verschiedenen Ausführungsformen ein oder mehrere Lumen 72 aufweisen (die mit dem Lumen 13 zusammenhängen oder identisch sein können), die mit mehreren Fluidverteilungsanschlüssen 23 die Öffnungen sein können) gekoppelt sind, aus denen vielfältige Fluide 27 eingeleitet werden können, u. a. die Leitfähigkeit verstärkende Fluide, Elektrolytlösungen, physiologische Kochsalzlösungen, Kühlfluide, kryogene Fluide, Gase, Chemotherapeutika, Medikamente, Gentherapeutika, Phototherapeutika, Kontrastmittel, Infusionsmedien und deren Kombinationen. Erreicht wird dies mit Anschlüssen oder Öffnungen 23, die mit einem oder mehreren Lumen 72 fluidgekoppelt sind, die wiederum mit Lumen 13 gekoppelt sind, die ihrerseits mit dem Fluidspeicher 30 und/oder der Fluidabgabevorrichtung 28 gekoppelt sind.
In einer Ausführungsform gemäß 23a kann eine die Leitfähigkeit erhöhende Lösung 27 in eine Zielgewebestelle 5' mit einer Gewebemasse infundiert werden. Die leitfähigkeitserhöhende Lösung kann vor, während oder nach der Energieabgabe zur Gewebestelle durch die Energieabgabevorrichtung infundiert werden. Die Infusion einer leitfähigkeitserhöhenden Lösung 27 in das Zielgewebe 5' erzeugt ein infundiertes Gebiet, das ein Gebiet mit erhöhter oder anderweitig gesteuerter elektrischer Leitfähigkeit (gegenüber nicht infundiertem Gewebe) hat, um so als verstärkte Elektrode 40 oder als Gebiet mit gesteuerter Gewebeimpedanz 40 zu wirken. Während der HF-Energieabgabe werden die Gewebeimpedanz und die Stromdichten in der verstärkten Elektrode 40 auf einen Optimalwert gesteu ert, was die Abgabe größerer Mengen von HF-Leistung in die Elektrode 40 und das Zielgewebe 5' ohne Abschaltungen der HF-Stromversorgung infolge übermäßiger lokalisierter Impedanz ermöglicht. Im Gebrauch sorgt die Infusion der Zielgewebestelle mit leitfähigkeitserhöhender Lösung für drei wichtige Nutzeffekte: (i) schnellere Ablationszeiten; (ii) die Erzeugung größerer Läsionen; und (iii) reduziertes Auftreten impedanzbedingter Abschaltungen der HF-Stromversorgung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die leitfähigkeitserhöhende Lösung Stromdichten reduziert und Austrocknung von Gewebe benachbart zur Elektrode verhindert, das ansonsten zu Erhöhung der Gewebeimpedanz führen würde. Nützlich bei diesen und verwandten Ausführungsformen ist ferner ein erheblich verringertes Risiko von Kontaktverbrennungen am Patienten, da geringere Leistungspegel verwendet werden, was die Stromdichte an der Grenzfläche zwischen der Patientenhaut und einer Erdungskontaktelektrode senkt.
Ein bevorzugtes Beispiel für eine die Leitfähigkeit verstärkende Lösung ist eine hypertonische Kochsalzlösung. Zu anderen Beispielen zählen Halogenidsalzlösungen, kolloidale Eisenlösungen und kolloidale Silberlösungen. Die Leitfähigkeit der verstärkten Elektrode 40 kann durch Steuern der Infusionsgeschwindigkeit und -menge und die Verwendung von Lösungen mit größeren Konzentrationen von Elektrolyten (z. B. Kochsalzlösung) und somit größerer Leitfähigkeit erhöht werden. In verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht die Verwendung der leitfähigkeitserhöhenden Lösung 27 die Abgabe von bis zu 2000 Watt Leistung in die Gewebestelle ohne Impedanzabschaltung mit spezifischen Ausführungsformen von 50, 100, 150, 250, 500, 1000 und 1500 Watt, was durch Variieren des Durchflusses, der Menge und der Konzentration der Infusionslösung 27 erreicht wird. Die Infusion der Lösung 27 kann kontinuierlich, gepulst oder in Kombinationen daraus erfolgen und läßt sich durch ein hierin beschriebenes Regel- bzw. Rückkopplungssteuersystem 329 steuern. In einer spezifischen Ausführungsform wird ein Bolus aus Infusionslösung 27 vor der Energieabgabe zugeführt, woran sich eine kontinuierliche Zufuhr anschließt, die vor oder während der Energieabgabe mit der Energieabgabevorrichtung 18e oder einer anderen Einrichtung initiiert wird.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung Impedanzbestimmungs- und Gewebeablationsfähigkeiten aufweisen und kann so konfiguriert sein, daß sie nicht nur Fluid infundiert, sondern auch die Gewebeimpedanz an der Zielgewebestelle steuert. Eine Ausführungsform einer Ablationsvorrichtung, die zur Gewebeinfusion und zur Impedanzsteuerung konfiguriert ist, zeigt 23b. In dieser und verwandten Ausführungsformen kann die Fluidabgabevorrichtung 28 eine Spritzenpumpe sein, die mit mehreren Spritzen 28s, Mehrbohrungsspritzen 28b konfiguriert ist, wobei jede Spritze mit einem separaten Fluidlumen oder -kanal 72 direkt oder über ein Ventil, z. B. ein Fortschaltventil, gekoppelt ist. Verwandte Ausführungsformen der Infusionsvorrichtung 28 können ein Fortschaltventil sowie Mehrlumenschläuche oder Mehrkanalschläuche aufweisen, die mit einem oder mehreren Elektrodenlumen 72 über das Leitsondenlumen 13 oder einen anderen Kanal innerhalb oder außerhalb der Leitsonde 12 verbunden sind. Mehrkanalschläuche können aus PEBAX, Silikon, Polyurethan oder anderem elastischem Polymer mit Hilfe von Extrusionstechnologien hergestellt sein, die in der Technik bekannt sind. Mit Hilfe eines Fortschaltventils lassen sich Durchflußgeschwindigkeiten durch einzelne Lumen 72 unabhängig steuern, was wiederum eine unabhängige Infusionssteuerung durch die Elektroden 18 ermöglicht. Dies ermöglicht seinerseits eine größere Steuerung des Infusionsverfahrens, u. a. die Erzeugung kleinerer oder größerer Infusionszonen um einzelne Elektroden 18. Besonders nützlich ist eine solche Steuerung für bipolare Ausführungsformen, in denen zur Kurzschlußverhinderung erwünscht ist, keine kontinuierliche Infusionszone zwischen einer oder mehreren bipolaren Elektroden 18 und einer Rückelektrode zu haben.
Beschreibungsgemäß kann die Gewebeablationsvorrichtung so konfiguriert sein, daß sie ein Fluid 27 infundiert, um die Gewebeimpedanz an der Zielgewebestelle zu steuern oder zu halten. Realisieren läßt sich dies in verschiedenen Ausführungsformen mit Hilfe von Regel- bzw. Rückkopplungssteuervorrichtungen, Systemen, einer Steuerung für die Fluidabgabevo richtung sowie hierin beschriebenen und technisch bekannten Algorithmen, z. B. Proportional-, Proportional-Integral-Steuer- oder Proportional-Integral-Differential-Verfahren. Ferner kann gemäß 23c das Rückkopplungssteuersystem mit der Fluidabgabevorrichtung (oder der Fluidabgabesteuerung, nicht gezeigt) und der Impedanzüberwachungsvorrichtung gekoppelt sein, um eine Eingabe oder ein Überwachungssignal von der Überwachungsvorrichtung zu empfangen und ein Steuersignal zur Vorrichtung auszugeben. Die Fluidabgabe zur Gewebestelle kann durchfluß- oder druckgesteuert sein. Folglich reguliert in verschiedenen Ausführungsformen das Steuersystem die Impedanz durch Regulieren der Infusionsdurchflußgeschwindigkeit durch einen oder mehrere Kanäle, des Infusionsfluiddrucks in den Kanälen oder deren Kombination. Durchflußgeschwindigkeiten können in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 2,5 ml/min und Kanal mit spezifischen Ausführungsformen von 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,5 und 2,0 ml/min gesteuert sein. Der Druck kann so gesteuert sein, daß er in einem Bereich von 0,01 bis 5 atm mit spezifischen Ausführungsformen von 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,5 und 2,5 atm liegt.
Andere Ausführungsformen von Fluidabgabeverfahren und Ablationsvorrichtungen mit zugeordneten Merkmalen können zum Einsatz kommen, z. B. die in der US-Anmeldung Nr. 60/290060, eingereicht am 10, Mai 2001, beschriebenen.
Im folgenden werden Impedanzarten beschrieben, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gemessen und gesteuert werden können und zu denen Systemimpedanz und lokale Impedanz gehören. Bei der lokalen Impedanz handelt es sich um die Impedanz entlang einem leitenden Weg 22 in der Zielgewebestelle, die in bipolaren Ausführungsformen zwischen einer oder mehreren Elektroden gemessen werden kann. Die Systemimpedanz ist die kumulative Impedanz der lokalen Impedanz entlang dem leitenden Weg, der Impedanz auf dem leitenden Weg zwischen dem Rest des Körpers (Bauchbereich, Beine, Haut usw.) und einer Erdungskontaktelektrode, der Impedanz der Erdungskontaktelektrode, der Impedanz des HF-Generators, der Impedanz des Trokars oder der Abgabevorrichtung, der Impedanz von Elektroden und der Impedanz aller zugehörigen Kabel, die eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung mit hierin beschriebenen Vorrichtungen und Komponenten (z. B. dem HF-Generator usw.) koppeln. Die lokale Impedanz läßt sich direkt messen, indem die Impedanz entlang von leitenden Wegen zwischen einer oder mehreren Elektroden in bipolaren Ausführungsformen gemessen wird. Alternativ läßt sich die lokale Impedanz indirekt messen, indem Grundlinienimpedanzbestimmungen der Systemimpedanz vor der Ablationstherapie zugrunde gelegt werden und dann dieser Wert von Impedanzbestimmungen während der Ablationstherapie subtrahiert wird. In verwandten Ausführungsformen kann die Impedanz der Vorrichtung und des HF-Generators mit Hilfe einer Kalibriervorrichtung oder eines vorkalibrierten Gewebe-/Körperimpedanzsimulators vorab bestimmt werden. Wiederum lassen sich diese Werte speichern und von in Echtzeit erfolgenden Systemimpedanzbestimmungen subtrahieren, um die lokale Impedanz zu ergeben.
Die lokale Impedanz kann zwischen einer oder mehreren Elektroden bestimmt werden oder kann zwischen dem Inneren und Äußeren einer hohlen Elektrode bestimmt werden, indem ein Außenabschnitt der Elektrode mit einer Isolierbeschichtung so beschichtet wird, daß Strom zwischen nicht isolierten Außenabschnitten der Elektrode und den Innenabschnitten fließt. Alternativ können die gesamte oder Abschnitte der Elektrode ein Koaxialkabel mit einer Innenelektrode und einer Außenelektrode aufweisen.
Im folgenden werden die Impedanzbestimmungen und -berechnungen diskutiert, die durch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. In einer Ausführungsform ist die durch die Impedanzbestimmungsvorrichtung oder den Leistungsgenerator gemessene Impedanz die Systemimpedanz. Zur Systemimpedanz gehört die lokale Impedanz (LI) von der Zielgewebestelle und vom Rest des Körpers (BI) sowie vom Erdungskontakt und vom Generator und von Kabeln. Normalerweise ist die Impedanz vom Rest des Körpers (BI) fest, während die lokale Impedanz (LI) variabel ist. Dies ermöglicht eine indirekte Bestimmung der lokalen Gewebeimpedanz durch Zugrundelegen einer Grundlinienimpedanzbestimmung (vor oder zu Beginn der HF-Stromabgabe) und anschließendes Subtrahieren der Grundlinienbestimmung. Die Bestimmung der lokalen Gewebeimpedanz und der Systemimpedanz ermöglicht die Bestimmung eines als Impedanzwirkungsgrad (IE) bekannten Parameters. Dieser Wert ist das Verhältnis der lokalen Gewebeimpedanz zur Systemimpedanz (LI/SI). Der IE-Wert ermöglicht die Bestimmung eines weiteren Parameters, der als Leistungsabführungswirkungsgrad (PDE) bekannt ist. Dieser Wert ist das Verhältnis der Menge der an der Zielgewebestelle (infolge von ohmscher Erwärmung) tatsächlich abgeführten HF-Leistung zu der vom HF-Generator abgegebenen Gesamtleistung für eine bestimmte Leistungseinstellung. Theoretisch läßt sich der PDE durch Multiplizieren der HF-Leistungseinstellung mit dem IE bestimmen. Durch Maximieren des PDE maximiert man die an der Läsion abgeführte Leistungsmenge und damit die Läsionserhitzung und thermisch induzierte Nekrose. Allgemein ermöglichen höhere PDE-Werte schnellere, größere und optimalere Ablationen, während sie die Gefahr von Kontaktverbrennungen reduzieren, indem die zur Erzeugung eines Ablationsvolumens erforderliche Leistungsmenge und somit die resultierende Stromdichte an der Grenzfläche zwischen der Patientenhaut und einem Erdungskontakt oder einer Rückelektrode senken, die mit dem HF-Generator gekoppelt ist.
Der PDE kann auf vielfältigen Wegen optimiert/maximiert werden, u. a. mit den hierin beschriebenen Steuersystemen und -verfahren. Somit können verschiedene Ausführungsformen der Erfindung so konfiguriert sein, daß sie den PDE durch Steuerung eines oder mehrerer der folgenden Parameter optimieren, u. a. Impedanz der Zielgewebestelle, u. a. Zielgewebeimpedanzgradienten als Funktion des Abstands von der Elektrode, Elektrodenimpedanz, Elektrodenoberflächenimpedanz, Systemimpedanz und Zielgewebestromdichte, u. a. Stromdichtegradienten als Funktion des Abstands von der Elektrode. Einer oder mehrere dieser Parameter können mit Hilfe von hierin beschriebenen Steuersystemen und -verfahren sollwertgesteuert sein. In einer Ausführungsform gemäß 23d wird der PDE durch Steuern der Systemimpedanz und/oder lokalen Impedanz auf einen Optimalwert 526 oder einen Optimalbereich maximiert. Frühere HF-Ablationsansätze strebten nach Maximierung der Leistungs abgabe zur Gewebestelle durch Minimieren der Systemimpedanz. Ausführungsformen der Erfindung nutzen einen entgegengesetzten und neuen Weg durch Steuern der Impedanz (lokal oder System) oberhalb eines Minimalwerts oder auf einen Optimalwert, um den PDE zu maximieren. Dieser Optimalwert liegt über einem Minimalwert, da bei zu geringer lokaler Impedanz eine verringerte Leistungsabführung an der Zielgewebestelle in Relation zum Rest des Körpers vorliegt (z. B. den Beinen, dem Rumpf und der Grenzfläche zwischen dem Erdungskontakt und der Haut). Dieses Herangehen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung repräsentiert eine radikale Abkehr von früheren HF-Ablationsmethodiken, die auf der Annahme beruhten, daß je niedriger die Gewebeimpedanz ist, um so besser. Ausführungsformen der Erfindung sind so konfiguriert, daß sie erhöhte Leistungsabgabe zur Gewebestelle erreichen, indem die lokale Impedanz tatsächlich auf höhere Werte gesteigert wird, um so einen erhöhten IE-Wert zu erhalten.
Gemäß 23d führen Gewebeimpedanzen unterhalb der optimalen Impedanz 526 zu einem scharfen Abfall (z. B. einem Rückgang zweiter Ordnung, nichtlinearen oder logarithmischen Rückgang) der abgegebenen Leistung 528 auf der Kurve 530, während Werte oberhalb der optimalen Impedanz zu einem allmählicheren geradlinigen oder asymptotischen Rückgang führen. Mit Hilfe dieser und verwandter Kurven kann die Leistungsabgabe zur Zielgewebestelle gesteuert werden, indem die lokale Impedanz über die Infusionsgeschwindigkeit einer leitenden Lösung oder eine andere hierin beschriebene Einrichtung gesteuert wird. Folglich kann in verschiedenen Ausführungsformen die lokale Impedanz so gesteuert werden, daß sie nicht nur auf den optimalen Impedanzwert oder optimalen Impedanzbereich 532 eingestellt wird, sondern auch auf Werten über oder unter der optimalen Impedanz im Zeitverlauf der Ablationstherapie gehalten werden kann. Im Gebrauch kann der Mediziner dadurch die Abgabe von Ablationsenergie genauer auf die Größe, Form und Konsistenz eines spezifischen Tumorvolumens abstimmen sowie die lokale Anatomie berücksichtigen, z. B. nahegelegene oder interne Blutgefäße. Außerdem ermöglichen diese und verwandte Ausführungsformen dem Arzt, die abgegebene Leistung im zeitlichen Verlauf der Ablation schnell zu erhöhen oder zu verringern, ohne die Leistungseinstellung am HF-Generator ändern zu müssen. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können vorprogrammierte Durchflußgeschwindigkeitsprofile oder -programme (in hierin beschriebenen Speicherressourcen gespeichert) aufweisen, um so ein zeitlich variables lokales Impedanzprofil über den Zeitverlauf der Ablation zu erzeugen. Beispielsweise könnte die Durchflußgeschwindigkeit so programmiert sein, daß sie rechts vom linearen Abschnitt der Kurve 530 arbeitet, um so die abgegebene Leistung allmählich zu erhöhen, dann auf den Impedanzwert mit optimaler Impedanz verschiebt und anschließend die Impedanz nach links von der optimalen Impedanz verschiebt, um die abgegebene Leistung nahe dem Ende der Ablation schnell zu verringern. Diese Ausführungsform hat den Nutzen, daß sie Schäden an umliegendem gesundem Gewebe nahe dem Ablationsende minimiert. Alternativ könnte ein umgekehrtes Profil zum Einsatz kommen. Verwandte Ausführungsformen könnten Infusions-/Impedanzprofile aufweisen, die eine Verschiebung in mehreren Intervallen nach links und rechts von der optimalen Impedanz haben. Die Vorrichtung könnte auch so konfiguriert sein, daß sie dem Arzt ermöglicht, die Durchflußgeschwindigkeit/das Impedanzprofil manuell zu steuern, um den Anforderungen individueller Tumorvolumina zu entsprechen. Eine Datenbank von Infusions-/Impedanzprofilen könnte in einer Speicherressource oder einer Datenbank gespeichert sein.
Beschreibungsgemäß kann in verschiedenen Ausführungsformen die optimale Impedanz durch die Infusion einer leitfähigen Lösung zur Zielgewebestelle gesteuert und gehalten werden, um die lokale Impedanz zu steuern. Realisiert werden kann dies durch Eingabe von Messungen von Sensoren und/oder Elektroden in ein Steuersystem, das mit einer hierin beschriebenen Infusionsvorrichtung elektronisch gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuersystem ein System mit geschlossener Schleife sein, das Proportional-, PI-, PID-Verfahren sowie unscharfe Logikalgorithmen verwendet, die in der Technik bekannt sind. Ein Steuersystem kann so konfiguriert sein, daß es sowohl die Durchflußgeschwindig keit als auch die Leitfähigkeit der Infusionslösung steuert, indem es die Elektrolytkonzentration/Salinität der Infusionslösung steuert. Mit erneutem Bezug auf 23a läßt sich letzteres erreichen, indem eine Quelle der verdünnten Lösung mit dem Speicher über ein Steuerventil gekoppelt oder der Speicher so konfiguriert ist, daß er zwei oder mehr Kammern hat, die konzentrierte und verdünnte Elektrolytlösungen enthalten. In jeder Ausführungsform kann das Steuerventil genutzt werden, die beiden Lösungen in einem Verhältnis zu mischen, das die gewünschte Elektrolytkonzentration erreicht, wobei Leitfähigkeits-/pH-Wert-Sensoren verwendet werden, die in der Technik zur Überwachung der ausgegebenen Elektrolytkonzentration bekannt sind.
In verwandten Ausführungsformen können zwei oder mehr Verfahrensparameter gesteuert werden, um die lokale oder die Systemimpedanz auf einem optimalen Impedanzwert zu halten. In einer Ausführungsform können die HF-Generatorleistung und die Infusionsgeschwindigkeit gemeinsam gesteuert werden, um die lokale oder die Systemimpedanz zu steuern. In Situationen, in denen die Impedanz zu gering ist, kann die HF-Leistung erhöht und die Infusionsgeschwindigkeit verringert werden. Dies dient zum Austrocknen der Zielgewebestelle durch Verdampfen oder anderweitiges Austreiben von Fluid aus der Zielgewebestelle und/oder Ermöglichen, daß Fluid aus der Gewebestelle abgeführt wird. Alternativ kann die Fluidabgabevorrichtung mit einer Vakuumquelle gekoppelt oder anderweitig konfiguriert sein, um Unterdruck auszuüben und Fluid aus der Zielgewebestelle in das (die) Lumen der Elektrode oder Lumen der Leitsonde abzusaugen. Ist die Impedanz zu hoch, können Infusionsgeschwindigkeiten in Kombination mit einer Verringerung der HF-Leistungspegel erhöht werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die optimale Impedanz oder der optimale Impedanzbereich im Bereich von 5 bis 200 Ohm mit einem bevorzugten Bereich von 30 bis 150 Ohm und spezifischen Ausführungsformen von 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 90, 100, 110 und 120 Ohm gehalten werden. Der Wert der optimalen Impedanz läßt sich mit Hilfe eines Kalibriersoftwareprogramms und/oder einer Kalibrierprüfvorrichtung (nicht gezeigt) bestimmen, die so konfiguriert sein kann, daß sie lokales Gewebe und/oder Körperimpedanz mit Hilfe biomedizinischer Kalibrierverfahren für Instrumente simuliert, die in der Technik bekannt sind. Im Gebrauch verbindet der Arzt eine Ablationsvorrichtung oder einen Ablationskatheter mit einem HF-Generator, um einen eindeutigen Wert der optimalen Impedanz für eine bestimmte Katheter-Generator-Kombination zu bestimmen. Alternativ kann jeder Katheter mit Hilfe technisch bekannter biomedizinischer Kalibrierverfahren für Instrumente werkskalibriert sein. Der Wert könnte in einem Mikroprozessor oder ROM-Chip gespeichert werden, der in der Technik bekannt und in die Vorrichtung integriert oder mit ihr gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er elektrische Signale mit der Meßvorrichtung und/oder dem Generator austauscht. Zudem kann das Steuersystem, die Meßvorrichtung oder der Generator so konfiguriert sein, daß der Mediziner einen Wert für die optimale Impedanz manuell eingeben kann.
In einer Ausführungsform gemäß 23e kann die Lösungsinfusion so gesteuert werden, daß das Positionsimpedanzprofil oder der Positionsimpedanzgradient 534 (der als Funktion des Abstands von der Elektrode variiert) und somit ein Leistungsabführungsgradient 536 gesteuert werden. Ein optimaler Impedanzgradient 538 kann so ausgewählt sein, daß er seinerseits einen optimalen Leistungsabführungsgradienten 540 erzeugt, um die Leistungsabgabe in der Zielgewebestelle zu optimieren. In einer Ausführungsform kann die Infusionsdurchflußgeschwindigkeit so gesteuert werden, daß der Impedanzgradient im Ablationszeitverlauf (in Form und Position) im wesentlichen konstant bleibt. Alternativ können Durchflußgeschwindigkeiten durch das Steuersystem nach Bedarf erhöht oder verringert werden, um den Impedanzgradienten über den Zeitverlauf der HF-Ablationsleistungsabgabe zu verschieben, das Ablationsvolumen zu optimieren und Ablationszeiten zu minimieren. Durch Senken der Infusionsgeschwindigkeiten (und/oder Verringern der Elektrolytkonzentration) verschiebt man den Impedanzgradienten nach rechts, wodurch mehr Leistung zum Zielgewebe abgegeben werden kann, um größere Ablationsvolumina in kürzeren Zeitspannen zu erzeugen. Durch Erhöhen der In fusionsgeschwindigkeiten kann der Impedanzgradient nach links verschoben werden, um Gewebeaustrocknung und -verkohlung zu minimieren und impedanzbedingte Abschaltungen des Generators (sogenannte Impedanzabschaltungen) zu verhindern oder zu verringern. In einer alternativen Ausführungsform kann die Fluidinfusion so konfiguriert sein, daß sie ein konstantes Impedanzprofil 546, 548 oder einen zunehmenden Gradienten 542, 544 erzeugt. Die Verwendung eines optimalen Impedanzgradienten hat den Nutzen einer präziseren oder feiner abgestimmten Steuerung des Ablationsverfahrens durch Berücksichtigung von Impedanzdifferenzen in der Zielgewebestelle, besonders jenen, die benachbart zur Elektrode auftreten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Impedanzgradient 534 so konfiguriert sein, daß er eine lineare, logarithmische, eine Funktion zweiter Ordnung, dritter Ordnung oder eine andere Polynomfunktion hat. Programme oder Subroutinen für die Durchflußgeschwindigkeit, die zur Erzeugung solcher Gradienten verwendet werden können, lassen sich in Speicherressourcen und/oder Logikressourcen speichern.
Diskutiert man nunmehr Sensoren, so können in verschiedenen Ausführungsformen zu Sensoren die gesamten elastischen Teile oder ein Teil davon gehören. Ist mit erneutem Bezug auf 19 das elastische Teil 18 aus einem leitenden Material hergestellt, kann die Länge des Sensors 221 durch die Plazierung einer gleitfähigen oder festen Isolierschicht 36 festgelegt sein. Zudem können in verschiedenen Ausführungsformen die Sensoren 22 aus vielfältigen leitenden Materialien und Metallen hergestellt sein, die in der Technik bekannt sind, u. a. Edelstahl, Kupfer, Silber, Gold, Platin sowie deren Legierungen und Kombinationen. Gemäß 24 können ähnlich die Sensoren 22 oder Erfassungsteile 22m insgesamt oder teilweise eine leitende Metallschicht oder leitende Polymerbeschichtung 22c aufweisen, die auf einen ausgewählten Abschnitt des elastischen Teils mit Verfahren aufgetragen oder abgeschieden ist, die in der Technik bekannt sind, z. B. Sputtern, Vakuumabscheidung, Tauchbeschichten, Photolithographie u. ä. In einer verwandten Ausführungsform können die Erfassungsteile 22m und/oder Sensoren 22 so konfiguriert sein, daß sie einen Wi derstandsgradienten 22g über ihre gesamten Längen 22l oder Abschnitte davon haben. Der Widerstandsgradient kann linear, in zweiter Ordnung, dritter Ordnung, exponential oder auf andere Weise zunehmen oder abnehmen. In einer spezifischen Ausführungsform ist der Widerstandsgradient so konfiguriert, daß er Widerstandsverluste (d. h. der Spannung) und/oder Hysterese, die über die Länge des Sensors 22 auftreten, sowie Änderungen des Gesamtwiderstands des Sensors 22 infolge von Änderungen der Temperatur und/oder der Leitungs-/Erfassungslänge 22lc (und Fläche) des Sensors 22 kompensiert, zu denen es infolge von Vorschub oder Rückzug der gleitfähigen Isolierschicht oder Verschmutzung des Sensors mit ausgetrocknetem, verbrannten Gewebe oder anderweitig anhaftendem Gewebe kommen könnte. In dieser und verwandten Ausführungsformen kann der Gradient auch so konfiguriert sein, daß er den geringsten Widerstand (d. h. maximale Konduktanz) an der distalen Spitze 22d des Sensors 22 erzeugt und sich zunehmend in proximaler Richtung an ihm entlang bewegt. Zustande kommen kann der Gradient über Gebrauch der Beschichtung 22c durch Variieren der Dicke oder Zusammensetzung der Beschichtung oder eine Kombination aus beiden über die Länge 22l des Sensors mit Hilfe von Verfahren, die in der Technik bekannt sind. Durch Kompensieren solcher Widerstandsänderungen oder -verluste über die Länge oder Fläche des Sensors verbessern diese und verwandte Ausführungsformen auch die Detektion reeller und imaginärer Komponenten der komplexen Impedanz. In anderen verwandten Ausführungsformen kann der Widerstandsgradient in Radialrichtung oder einer Kombination aus Radial- und Linearrichtung im Hinblick auf die Sensorlänge 22l verlaufen.
In anderen Ausführungsformen können die Sensoren eine Anzahl biomedizinischer Sensoren aufweisen, die in der Technik bekannt sind, u. a. Wärmesensoren, akustische Sensoren, optische Sensoren, Spannungssensoren, Stromsensoren, pH-Wert-Sensoren, Gassensoren, Durchflußsensoren, Positionssensoren und Druck-/Kraftsensoren. Zu Wärmesensoren können Thermistoren, Thermopaare, Widerstandsdrähte, optische Sensoren u. ä. gehören. Zu akustischen Sensoren können Ultraschallsensoren, u. a. piezoelektrische Sensoren, zählen, die in einer Anord nung konfiguriert sein können. Zu Druck- und Kraftsensoren können Dehnungsmeßsensoren gehören, u. a. Dehnungsmesser auf Siliciumbasis.
In einer Ausführungsform kann der sensor so ausgewählt sein, daß er die Temperatur zusammen mit der Impedanz mißt, um etwaige systematische temperaturbezogene Fehler oder Hysterese bei der Impedanzbestimmung zu kompensieren. Folglich kann in einer Ausführungsform ein Rückkopplungssignal von einem Temperatursensor oder einer Temperaturberechnungsvorrichtung in eine hierin beschriebene Impedanzberechnungsvorrichtung eingegeben werden, um eine solche Variation zu kompensieren. Die Temperaturüberwachung kann auch zur Echtzeitüberwachung der Energieabgabe zum Einsatz kommen. Bestimmen Daten von den Sensoren zu beliebiger Zeit, daß eine gewünschte Zellnekrosetemperatur überschritten ist, wird dann ein geeignetes Signal zur Steuerung gesendet, die anschließend den Betrag elektromagnetischer Energie reguliert, der zu den Elektroden abgegeben wird.
Gemäß 25a bis 25c und 26a bis 26c können in einer Ausführungsform die Position und Größe eines durch die Abgabe elektromagnetischer Energie erzeugten Ablationsvolumens über die Frequenz der abgegebenen Ablationsenergie gesteuert werden. Geringere elektromagnetische Frequenzen wie HF-Frequenzen (z. B. 1 kHz bis 1 MHz) erzeugen eine lokalisiertere Energiekonzentration (z. B. Stromdichte), wobei die resultierende Energiekonzentrationszone oder Ablationszone 5az nahe der Energieabgabeelektrode/-antenne bezogen auf einen Seitenabstand 18dl oder eine andere Richtung auftritt. Höhere Frequenzen wie Mikrowellen führen zu einer entfernteren Energiekonzentration und resultierenden Ablationszone. Gemäß 25a bis 25c lassen sich durch Variieren der Frequenz der abgegebenen Energie und/oder durch Nutzung von Energieabgabeelektroden/-antennen, die mit einer Energiequelle mit unterschiedlicher Frequenz gekoppelt sind (z. B. Mikrowellen gegenüber HF), die Position, Form und Größe der resultierenden Läsion präzise steuern und sogar lenken. Dies kann durch elektrisches Isolieren einer oder mehrerer Elektroden 18 erreicht werden, damit separate Frequenzen für jede Elektrode verwendet werden können. Ferner können eine oder mehrere isolierte Elektroden mit Multiplexschaltungsaufbauten und/oder Steuerressourcen gekoppelt sein, die mit den Stromquellen und einzelnen Elektroden/Antennen gekoppelt sind. Solche Schaltungsaufbauten und Steuerressourcen können verwendet werden, einzelne Elektroden oder Antennen aus- und einzuschalten sowie die Frequenzen von jeder zu steuern/einzustellen. Im Gebrauch haben diese und verwandte Ausführungsformen den Nutzen, daß sie ermöglichen, die Größe, Position und Form der Läsion präzise zu steuern und/oder abzustufen, um den therapeutischen Notwendigkeiten des Zielgewebes zu entsprechen.
Gemäß 25b und 25c können in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Elektroden segmentierte Abschnitte 18sp haben, damit die Elektroden Energie mit unterschiedlichen Wellenlängen von unterschiedlichen segmentierten Abschnitten 18sp der Elektrode 18 emittieren oder abstrahlen können. Erreichen läßt sich die Segmentierung durch Verwendung elektrisch isolierter Teilstücke 36s.
In einer Ausführungsform gemäß 25b ermöglicht der Gebrauch segmentierter Elektroden die Erzeugung segmentierter Ablationszonen 5azs, zu denen eine erste und eine zweite segmentierte Zone 5azs1 und 5azs2 gehören. Die Größe und Form der segmentierten Ablationszonen können dadurch gesteuert werden, daß sie diskontinuierlich oder überlappend sind. In solchen Ausführungsformen ist es auch möglich, Verletzungen anatomischer Strukturen, z. B. Blutgefäße, Nerven usw., zu vermeiden, die möglicherweise in Enger Nähe zu dem zu behandelnden Tumor liegen oder von ihm tatsächlich umgeben sind. Beispielsweise können in einer Ausführungsform gemäß 25b die segmentierten Ablationszonen 5azs1 und 5azs2 (über Frequenzsteuerung der zu jeder Elektrode abgegebenen Ablationsfrequenzen) so bemessen und positioniert sein, daß sie ausreichenden Raum zwischen jeder Zone haben, um Schäden an einem Blutgefäß 5bv oder einer anderen kritischen Struktur 5as zu vermeiden, die zwischen zwei oder mehr Elektroden 18 liegt. Alternativ könnten bei Bedarf die zu jedem segmentierten Elektrodenabschnitt 18sp abgegebenen Ablationsfrequenzen so rekonfiguriert sein, daß sie überlappende segmentierte Ablationszonen 5azs erzeugen, was 25c zeigt.
Im Gebrauch positioniert der Mediziner die Vorrichtung und bildet dann die Zielgewebestelle ab (mit in der Technik bekannten Abbildungssystemen, z. B. medizinischer Ultraschall- oder CT-Abtasttechnologie), um sowohl den Tumor als auch kritische Strukturen zu identifizieren und dann dieses Bild zu verwenden, um die Eingabefrequenz zur Energieabgabevorrichtung zu steuern und die Soll-Läsionsgröße und -form zu erzeugen, um den Tumor vollständig zu abladieren, während die kritische Struktur umgangen wird. In einer Ausführungsform könnte das Bild elektronisch gespeichert und analysiert werden, um Tumoren und umliegende Anatomie zu identifizieren (mit technisch bekannten Bildverarbeitungsverfahren, z. B. Kantendetektionsalgorithmen in einem Prozessor der Abbildungsvorrichtung), wobei die Ausgabe einem Softwaremodul zur Leistungssteuerung zugeführt wird, das mit der Stromversorgung gekoppelt ist und die Leistungsfrequenz steuert, um das gewünschte Ablationsvolumen zu erzeugen. Ein weiterer Nutzeffekt dieser und verwandter Ausführungsformen ist die Fähigkeit zur Erzeugung eines Energie- oder Wärmegradienten in einer Zielgewebestelle. Das heißt, die Fähigkeit zur Abgabe von mehr oder weniger Energie zu diskreten Teilstücken des Zielgewebevolumens, um die Energieabgabe abzustufen und den physikalischen und thermischen Bedingungen einer speziellen Tumormasse und sogar Teilabschnitten der Tumormasse zu entsprechen. Hierbei handelt es sich um eine wichtige Fähigkeit, da Tumoren oft morphologisch und damit thermisch inhomogen sind, ein Problem, das derzeitige Ablationstherapien nicht erkannt oder angesprochen haben.
Zu exemplarischen Ausführungsformen für den Einsatz dieser Fähigkeit zählt die Abgabe größerer Energiemengen zur Mitte eines Tumors und kleinerer zur Peripherie, um höhere Temperaturen in der Mitte zu erzeugen und vollständige Ablation dort zu gewährleisten sowie die Gefahr thermischer Verletzung an umliegendem gesundem Gewebe zu minimieren. Alternativ könnte erhöhte Energie auch selektiv zu dem Gewebetrakt gerichtet werden, der durch die HF-Nadel oder Sonde (oder ei ne andere penetrierende Energieabgabevorrichtung) beim Penetrieren des Tumors und umliegenden Gewebes hergestellt wurde, um sicherzustellen, daß kein lebendes malignes Gewebe beim Entfernen der HF-Nadel durch den Trakt zurückgeschleppt wird.
Gemäß 3 und 27 können verschiedene Ausführungsformen der Erfindung so konfiguriert sein, daß sie Bilder oder Kennfelder bzw. Karten aus einer oder mehreren Impedanzbestimmungen erzeugen und anzeigen, u. a. aus komplexer Impedanz, Impedanzvektoren, Impedanzortskurven und deren Kombinationen. In einer Ausführungsform weist ein Verfahren 100 zum Erzeugen und Anzeigen einer Impedanzkarte oder eines impedanzabgeleiteten Bilds 4' einen oder mehrere der nachfolgenden Schritte auf, die insgesamt oder abschnittsweise als elektronischer Befehlssatz in einem Prozessor oder in hierin beschriebenen Logikressourcen implementiert sein können. Die Impedanzanordnung 22a und/oder die Vorrichtung 10 können bei 101 in oder nahe dem gewünschten Probenvolumen 5sv positioniert und/oder leitende Wege 22cp können bei 105 ausgewählt werden, um so ein spezielles Probenvolumen 5sv festzulegen und somit bei 110 auszuwählen. Danach wird das Volumen bei 200 mit Hilfe aller oder eines Teils der Erfassungsteile 22m oder Sensoren 22 abgebildet, die die Anordnung 22a ausmachen. Anschließend kann bei 300 entschieden werden, eine oder mehrere erneute Abbildungen des Probenvolumens vorzunehmen, um die Bildauflösung zu erhöhen. Ferner können unterschiedliche Anregungsströme an der Zielgewebestelle angelegt und die Spannungsmessungen zeitlich wiederholt werden, um die Meßgenauigkeit und -präzision durch verstärkte Beprobung und Reduzieren von systematischen Signalfehlern oder Rauschen zu erhöhen, die bei einem bestimmten Anregungsstrom auftreten können. Dann können die Signale 22i von der Impedanzanordnung 22a bei 400 den Logikressourcen 19lr mit dem Modul 19m signalisiert oder darin eingegeben werden, die ein Teilmodul 19mi zur Bildverarbeitung aufweisen können. Das Teilmodul 19mi verfügt über Subroutinen oder Algorithmen, die so konfiguriert sind, daß sie eine Impedanzkarte oder ein abgeleitetes Bild 4' der Gesamtheit oder eines Abschnitts des Zielgewebevolumens 5' mit Hilfe von Bild-/Signalverarbeitungsverfahren erzeugen, u. a. Kantendetektion, Filterung, Näherungstechniken, Volumenabbildung, Kontrastverstärkung, unscharfer Logik und anderen in der Technik bekannten Verfahren. Alternativ können ein oder mehrere Signale 22i von der Anordnung 22a bei 500 den Speicherressourcen 19mr (oder einer extern gekoppelten Datenspeichervorrichtung) signalisiert oder darin eingegeben und als Impedanzdatensatz 22ds in den Speicherressourcen 19mr gespeichert werden. Anschließend kann der gesamte Datensatz 22ds oder ein Teil davon in das Teilmodul 19mi eingegeben und bei 600 gemäß der Beschreibung hierin verarbeitet werden, um eine Impedanzkarte oder ein impedanzabgeleitetes Bild 4' zu generieren, das dann bei 700 auf der Anzeigevorrichtung 21 oder einer anderen Anzeigeeinrichtung angezeigt werden kann. Danach kann bei 800 entschieden werden, ein neues Probenvolumen abzubilden, und das Verfahren kann wiederholt werden, wobei mit dem Positionierschritt 101 oder dem Auswahlschritt 105 für leitende Wege begonnen wird. In einer Ausführungsform kann das Abbildungs- oder Kartierungsverfahren erleichtert werden, indem die Anordnung 22a um die Leitsondenachse 12al gedreht und/oder ein oder mehrere Erfassungsteile 22m aus den Teilen 18a vorgeschoben und darin zurückgezogen werden.
In einer Ausführungsform kann das Modul 19m oder 19mi einen Algorithmus aufweisen, der die Laplace-Gleichung nutzt, um die spezifische Impedanz oder den spezifischen Widerstand anhand der bekannten Spannungen und Ströme zu berechnen, die an einem oder mehreren leitenden Wegen 22cp im Zielgewebevolumen gemessen werden. Referenzmessungen oder Normierungsverfahren können zum Einsatz kommen, um Rauschen in den Messungen Rechnung zu tragen. In verwandten Ausführungsformen können die Impedanz- und andere hierin beschriebene bioelektrische Messungen analysiert und aus dem Frequenzbereich in die Zeit umgewandelt werden, wobei Transformationsfunktionen verwendet werden, u. a. Fouriertransformationen, schnelle Fouriertransformationen, Wavelet-Analysenverfahren und andere in der Technik bekannte numerische Verfahren. Diese Funktionen und Verfahren können in Algorithmen oder Subroutinen im Modul 19m oder 19mi eingearbeitet sein. Diese Algorithmen, die Wa velet-Funktionen und Transformationen (u. a. Pakete) beinhalten, können so konfiguriert sein, daß sie mehrdimensionale und Mehrfrequenzdaten sowie zugeordnete Funktionen und Gleichungen analysieren und lösen. Dieser Weg hat den Nutzen einer größeren Flexibilität bei der Anwendung von Wavelets, um Impedanz, Leitfähigkeit und andere bioelektrische Daten zu analysieren, die mit Hilfe von Systemen und Vorrichtungen der Erfindung gesammelt werden. Eine oder mehrere der folgenden Wavelet-Funktionen können in einen Algorithmus oder eine Subroutine des Moduls 19m oder 19mi eingearbeitet sein: Spline-Wavelets, Wellenformmodellierung und -segmentierung, Zeit-Frequenz-Analyse, Zeit-Frequenz-Lokalisierung, schnelle Algorithmen und Filterbänke, integrale Wavelet-Transformationen, Multiskalen-Analyse, Catmull-Rom-Splines, orthonormale Wavelets, orthogonale Wavelet-Räume, Wavelets nach Haar, Shannon und Meyer; Spline-Wavelets nach Battle-Lemarié und Strömberg; die Baubechies-Wavelets; biorthogonale Wavelets, orthogonale Zerlegungen und Rekonstruktionen; und mehrdimensionale Wavelet-Transformationen. In einer exemplarischen Ausführungsform nutzen die Module 19m oder 19mi Spline-Wavelets, um eine Analyse und Synthese diskreter Daten an gleichmäßigen und ungleichmäßigen Gewebebeprobungsstellen ohne jeden Randeffekt zu ermöglichen.
Das Bildmodul 19mi kann auch Subroutinen zur Interpolationsdurchführung aufweisen, z. B. lineare, quadratische oder kubische Spline-Interpolation zwischen individuellen ermittelten Impedanzwerten anhand eines Bilddatensatzes eines bestimmten Probenvolumens. Dies verbessert die Bildqualität, u. a. die Auflösung, ohne wesentlichen Verlust an räumlichen oder Kontrastdetails. In verwandten Ausführungsformen kann das Bildverarbeitungsmodul 19mi so konfiguriert sein, daß der Benutzer sowohl die durchzuführenden interpolierenden oder anderen Bildverarbeitungsalgorithmen als auch die Fläche des so zu verarbeitenden Bilds auswählen kann. Somit kann der Benutzer das gesamte oder einen Abschnitt des Bilds zur Vergrößerung auswählen, was für schnellere Bildverarbeitungszeiten sorgt (indem nicht das gesamte Bild verarbeitet werden muß) und auch die Bildqualität und die weitere gesamte Nutzungsfä higkeit der Bildvorrichtung/des Bildsystems verbessert. Ferner kann das Bildverarbeitungsmodul 19mi Grauskalen- und Farbkontrastfähigkeiten aufweisen, die auswählbar sein können. Skaliert oder normiert werden können sowohl die Grauskala als auch die Farbe anhand einer Grundlinienmessung, die man vom individuellen Patienten erhält, einer Kalibriermessung oder eines statistischen (z. B. Mittel-) Werts für eine Patientenprobengruppe oder einen Parameter (z. B. das Mittel) für eine Patientenpopulation oder eine Kombination daraus.
In verwandten Ausführungsformen können die Überwachungsvorrichtung 19 und das Modul 19mi so konfiguriert sein, daß sie Impedanzbilder mit maximaler visueller Unterscheidung oder maximalem Kontrast zwischen tumorösem Gewebe und gesundem Gewebe erzeugen. Realisieren läßt sich dies durch Verwendung der Frequenz oder einer Kombination von Frequenzen, die die maximale Empfindlichkeit für ausgewählte Gewebetypen oder Gewebezustände als Anzeichen für einen Tumor (z. B. Grad des Gefäßreichtums, Temperatur usw.) ergibt. In einer Ausführungsform können solche Frequenzen durch Durchführen von Wobbelfrequenzmessungen und Erzeugen einer Impedanzkarte oder eines Impedanzbilds mit Hilfe einer oder mehrerer Frequenzen bestimmt werden, die zum besten Kontrast zwischen gesundem Gewebe und tumorösem Gewebe oder einem anderen Gewebezustand (z. B. Wärmeverletzung, Nekrose usw.) führten.
Gemäß 28 und 29 kann ein Regel- bzw. Rückkopplungssteuersystem 329 mit einer Energiequelle 320, Sensoren 324, einer Impedanzanordnung 322a und Energieabgabevorrichtungen 314 und 316 verbunden sein. Das Rückkopplungssteuersystem 329 empfängt Temperatur- oder Impedanzdaten von den Sensoren 324, und die Menge der durch die Energieabgabevorrichtungen 314 und 316 empfangenen elektromagnetischen Energie wird gegenüber Anfangseinstellungen der Ablationsenergieabgabe, Ablationszeit, Temperatur und Stromdichte (die "vier Parameter") abgewandelt. Das Rückkopplungssteuersystem 329 kann jeden der vier Parameter automatisch ändern. Das Rückkopplungssteuersystem 329 kann Impedanz oder Temperatur detektieren und jeden der vier Parameter als Reaktion auf jeden wert oder jede Kombination ändern. Zum Rückkopplungssteuersystem 329 kann ein Multiplexer (digital oder analog) zum Multiplexen unterschiedlicher Elektroden, Sensoren, Sensoranordnungen und eine Temperaturdetektionsschaltung gehören, die ein Steuersignal als Darstellung der an einem oder mehreren Sensoren 324 detektierten Temperatur oder Impedanz liefert. Ein Mikroprozessor kann mit der Temperatursteuerschaltung verbunden sein.
Die folgende Diskussion betrifft speziell den Gebrauch von HF-Energie als Ablationsenergiequelle für die Vorrichtung. Für diese Diskussion werden die Energieabgabevorrichtungen 314 und 316 nunmehr als HF-Elektroden/Antennen 314 und 316 bezeichnet, und die Energiequelle 320 ist nunmehr eine HF-Energiequelle. Allerdings wird deutlich sein, daß alle anderen hierin diskutierten Energieabgabevorrichtungen und -quellen gleichermaßen anwendbar sind und Vorrichtungen ähnlich wie die der Behandlungsvorrichtung zugeordneten mit laseroptischen Fasern, Mikrowellenvorrichtungen u. ä. genutzt werden können. Die Temperatur des Gewebes oder der HF-Elektroden 314 und 316 wird überwacht und die Ausgangsleistung der Energiequelle 320 entsprechend eingestellt. Bei Bedarf kann sich der Arzt über das System in geschlossener oder offener Schleife hinwegsetzen.
Der Benutzer der Vorrichtung kann einen Impedanzwert eingeben, der einer Einstellposition an der Vorrichtung entspricht. Aufgrund dieses Werts zusammen mit ermittelten Impedanzwerten bestimmt das Rückkopplungssteuersystem 329 eine optimale Leistung und Zeit, die bei der Abgabe von HF-Energie notwendig sind. Auch die Temperatur wird zwecks Überwachung und Rückkopplung erfaßt. Die Temperatur kann auf einem bestimmten Wert gehalten werden, indem man das Rückkopplungssteuersystem 329 die Leistungsausgabe automatisch einstellen läßt, um diesen Wert zu halten.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt das Rückkopplungssteuersystem 329 eine optimale Leistung und Zeit für eine Grundlinieneinstellung. Ablationsvolumina oder Läsionen werden zunächst auf der Grundlinie erzeugt. Größere Läsionen können durch Verlängern der Ablationszeit nach Bildung des Mittelkerns auf der Grundlinie erhalten werden. Der Abschluß der Läsionserzeugung läßt sich durch Vorschieben der Energie abgabevorrichtung 316 aus dem distalen Ende der Leitsonde zu einer Position, die einer Soll-Läsionsgröße entspricht, und Überwachen der Temperatur an der Peripherie der Läsion kontrollieren, so daß eine Temperatur erzielt wird, die zur Erzeugung einer Läsion ausreicht.
Das System 329 in geschlossener Schleife kann auch eine Steuerung 338 nutzen, um die Temperatur zu überwachen, die HF-Leistung einzustellen, das Ergebnis zu analysieren, das Ergebnis zurückzuführen und dann die Leistung zu modulieren. Insbesondere bestimmt die Steuerung 338 die Leistungspegel, Zyklen und die Dauer, in der die HF-Energie zu den Elektroden 314 und 316 verteilt wird, um Leistungspegel zu erreichen und zu halten, die geeignet sind, die gewünschten Behandlungsziele und klinischen Endpunkte zu erreichen. Die Steuerung 338 kann auch im Verbund das Spektralprofil 19p analysieren und Gewebebiopsie-Identifizierungs- und Ablationsüberwachungsfunktionen, u. a. Endpunktbestimmungen, durchführen. Ferner kann die Steuerung 338 im Verbund die Abgabe von Elektrolyt- und Kühlflüssigkeit sowie die Entfernung von aspiriertem Gewebe regulieren. Die Steuerung 338 kann in die Stromquelle 320 integriert oder anderweitig mit ihr gekoppelt sein. In dieser und verwandten Ausführungsformen kann die Steuerung 338 mit einer separaten Stromquelle 317 zur Impedanzbestimmung gekoppelt und so konfiguriert sein, daß sie die Abgabe von Impulsleistung zur Gewebestelle synchronisiert, um eine Erfassung durch die Sensoren oder die Sensoranordnung 322a im Verlauf von Leistungsabschaltintervallen zu ermöglichen, um Signalinterferenz, Artefakte oder unerwünschte Gewebeeffekte beim Beproben durch die Sensoren 324 oder die Sensoranordnung 322a zu verhindern oder zu minimieren. Außerdem kann die Steuerung 338 mit einer Ein-/Ausgabe- (E/A-) Vorrichtung gekoppelt sein, z. B. einer Tastatur, einem Touchpad, einem PDA, einem Mikrofon (gekoppelt mit Spracherkennungssoftware in der Steuerung 338 oder einem anderen Rechner) u. ä. In einer Ausführungsform kann die Stromquelle 317 ein Mehrfrequenzgenerator sein, z. B. jene, die von Hewlett Packard Corporation (Palo Alto, California) hergestellt werden, und kann einen von derselben Firma hergestellten Spektrumanalysator aufweisen oder mit ihm gekoppelt sein.
In 28 ist das Rückkopplungssteuersystem 329 insgesamt oder abschnittsweise dargestellt. Strom, der über die HF-Elektroden 314 und 316 (auch primäre und sekundäre HF-Elektroden/Antennen 314 und 316 genannt) abgegeben wird, wird durch einen Stromsensor 330 gemessen. Spannung wird durch einen Spannungssensor 332 gemessen. Danach werden Impedanz und Leistung in einer Leistungs- und Impedanzberechnungsvorrichtung 334 berechnet. Anschließend können diese Werte auf einer Benutzeroberfläche und Anzeige 336 angezeigt werden. Signale als Darstellung von Leistungs- und Impedanzwerten werden durch die Steuerung 338 empfangen, die ein Mikroprozessor 338 sein kann.
Durch die Steuerung 338 wird ein Steuersignal erzeugt, das proportional zur Differenz zwischen einem Ist-Meßwert und einem Sollwert ist. Das Steuersignal wird von Leistungsschaltungen 340 verwendet, um die Leistungsausgabe mit einem geeigneten Betrag einzustellen, um so die Soll-Leistung zu halten, die an den jeweiligen primären und/oder sekundären Antennen 314 und 316 abgegeben wird. Auf ähnliche Weise liefern an den Sensoren 324 detektierte Temperaturen eine Rückkopplung zum Beibehalten einer ausgewählten Leistung. Die Ist-Temperaturen werden in einer Temperaturmeßvorrichtung 342 gemessen, und die Temperaturen werden auf der Benutzeroberfläche und Anzeige 336 angezeigt. Ein Steuersignal wird durch die Steuerung 338 erzeugt, das proportional zur Differenz zwischen einer gemessenen Ist-Temperatur und einer Soll-Temperatur ist. Das Steuersignal wird durch die Leistungsschaltungen 340 verwendet, um die Leistungsausgabe mit einem geeigneten Betrag zu steuern und die am jeweiligen Sensor abgegebene Soll-Temperatur zu halten. Ein Multiplexer 346 kann vorgesehen sein, um Strom, Spannung und Temperatur an den zahlreichen Sensoren 324 zu messen sowie Energie zwischen den primären Elektroden 314 und sekundären Elektroden 316 abzugeben und zu verteilen. Zu geeigneten Multiplexern zählen u. a. die von National Semiconductor^® Corporation (Santa Clara, Ca.) hergestellten, z. B. die Serie CLC 522 und CLC 533; und die von Analog Devices^® Corporation (Norwood, Mass.) hergestellten.
Die Steuerung 338 kann eine digitale oder analoge Steuerung oder ein Computer mit eingebetteter, residenter oder anderweitig gekoppelter Software sein. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 338 ein Mikroprozessor der Pentium^®-Familie sein, der von Intel^® Corporation (Santa Clara, Ca.) hergestellt ist. Ist die Steuerung 338 ein Computer, kann sie eine über einen Systembus gekoppelte CPU aufweisen. Zu diesem System können eine Tastatur, ein Plattenlaufwerk oder andere nichtflüchtige Speichersysteme, eine Anzeige und andere Peripheriegeräte gehören, die in der Technik bekannt sind. Mit dem Bus sind auch ein Programmspeicher und ein Datenspeicher gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 338 mit Abbildungssystemen gekoppelt sein, u. a. Ultraschall-Scannern, CT-Scannern (u. a. schnellen CT-Scannern, z. B. den von Imatron^® Corporation (South San Francisco, CA) hergestellten), Röntgen- MRI-, Röntgenmammographiegeräten u. ä. Ferner können direkte Visualisierung und taktile Abbildung genutzt werden.
Die Benutzeroberfläche und Anzeige 336 kann Bedienelemente und eine Anzeige aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Benutzeroberfläche 336 eine in der Technik bekannte PDA-Vorrichtung sein, z. B. ein Computer der Palm^®-Familie, hergestellt von Palm^® Computing (Santa Clara, Ca.). Die Oberfläche 336 kann so konfiguriert sein, daß der Benutzer Steuer- und Verarbeitungsvariablen eingeben kann, damit die Steuerung geeignete Befehlssignale erzeugen kann. Außerdem empfängt die Oberfläche 336 Verarbeitungsrückkopplungsinformationen in Echtzeit von einem oder mehreren Sensoren 324 zum Verarbeiten durch die Steuerung 338, um die Abgabe und Verteilung von Energie, Fluid usw. zu regulieren.
Die Ausgabe des Stromsensors 330 und Spannungssensors 332 wird von der Steuerung 338 verwendet, um einen ausgewählten Leistungspegel an den primären und sekundären Antennen 314 und 316 zu halten. Die abgegebene HF-Energiemenge steuert die Leistungsmenge. Ein Profil der abgegebenen Leistung kann in der Steuerung 338 erstellt sein, und eine voreingestellte abzugebende Energiemenge kann auch als Profil vorgegeben sein.
Die Schaltungsaufbauten, die Software und die Rückkopplung zur Steuerung 338 führen zu Verfahrenssteuerung und Beibehaltung der ausgewählten Leistung und dienen dazu, folgendes zu ändern: (i) die ausgewählte Leistung, u. a. HF, Mikrowellen, Laser u. ä., (ii) das Tastverhältnis (Ein/Aus und Wattzahl), (iii) bipolare oder monopolare Energieabgabe und (iv) Infusionsmedienabgabe, u. a. Durchflußgeschwindigkeit und Druck. Diese Prozeßgrößen werden gesteuert und variiert, während die Soll-Leistungsabgabe unabhängig von Spannungs- oder Stromänderungen auf der Grundlage von Temperaturen erhalten bleibt, die an den Sensoren 324 gemessen werden. Eine Steuerung 338 kann in das Rückkopplungssteuersystem 329 eingebaut sein, um die Leistung ein- und auszuschalten sowie die Leistung zu modulieren. Außerdem kann mit Hilfe des Sensors 324 und des Rückkopplungssteuersystems 329 Gewebe benachbart zu den HF-Elektroden 314 und 316 auf einer Soll-Temperatur für eine ausgewählte Zeitspanne gehalten werden, ohne eine Abschaltung der Leistungsschaltung zur Elektrode 314 zu verursachen, weil sich übermäßige elektrische Impedanz an der Elektrode 314 oder benachbartem Gewebe entwickelt hat.
Gemäß 29 sind der Stromsensor 330 und Spannungssensor 332 mit dem Eingang eines Analogverstärkers 344 verbunden. Der Analogverstärker 344 kann eine herkömmliche Differenzverstärkerschaltung zum Gebrauch mit den Sensoren 324 sein. Der Ausgang des Analogverstärkers ist in der Folge durch einen Analogmultiplexer 346 mit dem Eingang eines A/D-Wandlers 348 verbunden. Die Ausgabe des Analogverstärkers 344 ist eine Spannung, die die jeweiligen erfaßten Temperaturen darstellt. Digitalisierte Verstärkerausgangsspannungen werden durch den A/D-Wandler 348 zu einem Mikroprozessor 350 geführt. Der Mikroprozessor 350 kann ein Power PC^®-Chip von Motorola oder ein Chip der Pentium^®-Reihe von Intel^® sein. Jedoch wird klar sein, daß jeder geeignete Mikroprozessor oder digitale oder analoge Allzweckcomputer verwendet werden kann, um Impedanz oder Temperatur zu berechnen oder Bildverarbeitungs- und Gewebeidentifizierungsfunktionen zu erfüllen.
Der Mikroprozessor 350 empfängt und speichert nacheinander digitale Darstellungen der Impedanz und Temperatur. Jeder vom Mikroprozessor 350 empfangene digitale Wert entspricht unterschiedlichen Temperaturen und Impedanzen. Berechnete Leistungs- und Impedanzwerte können auf der Benutzeroberfläche und Anzeige 336 angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich zur numerischen Anzeige der Leistung oder Impedanz können berechnete Impedanz- und Leistungswerte durch den Mikroprozessor 350 mit Leistungs- und Impedanzgrenzwerten verglichen werden. Überschreiten die Werte vorbestimmte Leistungs- oder Impedanzwerte, kann eine Warnung auf der Benutzeroberfläche und Anzeige 336 ausgegeben werden, und zusätzlich kann die Abgabe von HF-Energie reduziert, modifiziert oder unterbrochen werden. Ein Steuersignal vom Mikroprozessor 350 kann den Leistungspegel modifizieren, der durch die Energiequelle 320 den HF-Elektroden 314 und 316 zugeführt wird. Ähnlich liefern an den Sensoren 324 detektierte Temperaturen eine Rückkopplung zum Bestimmen des Ausmaßes und der Geschwindigkeit von (i) Gewebehyperthermie, (ii) Zellnekrose und (iii) des Punkts, an dem eine Grenze der gewünschten Zellnekrose den physischen Ort der Sensoren 324 erreicht hat.
Gemäß 30 können in einer Ausführungsform die Impedanzbestimmungsvorrichtung 19, die Stromversorgung 20, die Anzeigevorrichtung 21 und das Steuersystem und/oder die Steuerung in eine einzige Steuer- und Anzeigevorrichtung oder -einheit 20cd eingebaut oder integriert sein. Die Vorrichtung 20cd kann so konfiguriert sein, daß sie eine oder mehrere der folgenden Anzeigen aufweist: Impedanzprofil 19p, Gewebestellenbild 4', Tumorvolumenbild 4'', Ablationsvolumenbild 4av, Zeit-Temperatur-Profile, Gewebeidentifizierungsinformationen und Ablationseinstellungsinformationen (z. B. Leistungseinstellung, Abgabezeit usw.). Außerdem kann die Vorrichtung 20cd so konfiguriert sein, daß sie das Ablationsvolumenbild 4av dem Tumorvolumenbild 4'' oder Gewebestellenbild 4' überlagert sowie visuelle Hinweise 4c zur Plazierung (u. a. richtige und falsche Plazierung) der Vorrichtung 10 mit Energieab gabevorrichtungen im Tumorvolumen oder in einer Gewebestelle überlagert. Zudem kann die Vorrichtung 20cd Bedienknöpfe 20ck zum Manipulieren jedes der Bilder (4', 4'' oder 4av) in einer oder mehreren Achsen aufweisen.
Gemäß 31 kann in verschiedenen Ausführungsformen die Impedanzbestimmungsvorrichtung oder das Steuersystem so konfiguriert sein, daß es von einem ersten Modus zum Messen der Impedanz auf einem zweiten Modus umschaltet, wenn bestimmte Systemimpedanz- oder Leistungszustände auftreten. In einer Ausführungsform erfolgt der erste Modus zur Impedanzmessung unter Nutzung der HF-Behandlungsleistung, wonach die Impedanz mit Hilfe eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Spannung gemäß der Beschreibung hierin berechnet wird. Steigt aber die Systemimpedanz stark an und fällt der resultierende Leistungspegel der HF-Behandlungsleistung unter einen Schwellwert, sinken die Genauigkeit und Präzision lokalisierter Impedanzbestimmungen teilweise als Ergebnis des Rückgangs des Impedanzbestimmungsstroms in Relation zu Rauschpegeln des HF-Leistungssystems. Dies ist ein Problem, das derzeitige HF-Ablations-/Impedanzbestimmungsvorrichtungen weder erkannt noch behandelt haben. Unter solchen Bedingungen können Logikressourcen in der Überwachungsvorrichtung so konfiguriert sein, daß sie auf einen zweiten Modus zur Messung der lokalisierten Impedanz umschalten. Das die Modusumschaltung bewirkende Schwellwertereignis kann auswählbar sein und ein oder mehrere der folgenden aufweisen: Schwellwertabnahme der Behandlungs- (z. B. HF-) Leistung, Zunahmen der Systemimpedanz, Änderungen des Anstiegs (z. B. Ableitung) der HF-Leistungs- oder Systemimpedanzkurven. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schwellwertpegel der HF-Behandlungsleistung, der die Modusumschaltung verursacht, im Bereich von 1 bis 50 Watt mit spezifischen Ausführungsformen von 5, 10 und 25 Watt liegen.
In einer Ausführungsform gemäß 31 gehört zu einem alternativen Modus zur Impedanzmessung darstellungsgemäß das Überlagern eines im Tastverhältnis gesteuerten Meßsignals 20e auf das Behandlungssignal 20. Die Impulsdauer 20pd des Signals 20e kann im Bereich von 1 bis 500 ms mit spezifischen Ausführungsformen von 50, 100 und 250 ms liegen. Das Tastverhältnis 20dc des Signals 20e kann im Bereich von 1 bis 99 % mit spezifischen Ausführungsformen von 10, 25, 50 und 75 % liegen. Die Überwachungsvorrichtung, die Stromquelle oder das Steuersystem können so konfiguriert sein, daß sie die Leistungsamplitude des Meßsignals steuern, um eine ausgewählte Gesamtsignalamplitude 20at beizubehalten. In einer Ausführungsform kann die Gesamtsignalamplitude 20at im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 Watt mit spezifischen Ausführungsformen von 10, 20, 30 und 40 Watt liegen. Außerdem können das Tastverhältnis, die Impulsdauer und die Gesamtsignalamplitude so gesteuert sein, daß eine auswählbare mittlere Leistung über das Tastverhältnis abgegeben wird, die im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 10 Watt mit spezifischen Ausführungsformen von 1, 2,5 und 5 Watt liegen kann. Durch Steuern der über das Tastverhältnis abgegebenen mittleren Leistung lassen sich höhere Meßströme in kurzer Impulsdauer verwenden, ohne die abgegebene Behandlungsleistung und Systemleistung spürbar zu beeinträchtigen oder zusätzliche oder unerwünschte Energieabgabe zur Zielgewebestelle zu verursachen.
Im Gebrauch haben diese und verwandte Ausführungsformen der alternativen Messung von Impedanzbestimmungen mit überlagerter Tastverhältnismessung den Nutzeffekt verbesserter Genauigkeit und Signal-Rausch-Verhältnisse von Impedanz- und verwandten bioelektrischen Messungen unter Bedingungen hoher Systemimpedanz und/oder geringeren Pegeln der abgegebenen HF-Behandlungsleistung (d. h. Ablationsleistung).
In verwandten Ausführungsformen können das Tastverhältnis und/oder die Impulsdauer so konfiguriert sein, daß sie als Reaktion auf einen oder mehrere ausgewählte Parameter variieren, zu denen Frequenz des Behandlungssignals, Leistung des Behandlungssignals oder Impedanz des Behandlungssignals gehören können. Die Variation der Impulsdauer oder des Tastverhältnisses kann durch ein Steuersystem und/oder Logikressourcen der Impedanzüberwachungsvorrichtung oder Stromversorgung mit Hilfe von technisch bekannten Steuerverfahren, z. B. PID-Steuerung, gesteuert werden. Im Gebrauch ermöglichen diese Ausführungsformen eine kontinuierliche Feinabstimmung der Impedanzbestimmungen auf sich ändernde Systembedingungen, um die Genauigkeit und Präzision von Impedanz- und verwandten bioelektrischen Messungen zu verbessern.
32 veranschaulicht ein System oder eine Vorrichtung 550 zur Gewebeablations, von der vieles zuvor beschrieben wurde. Die Vorrichtung weist allgemein eine Steuereinheit 55 auf, die zum Betrieb auf die später näher anhand von 33 beschriebene Weise gestaltet ist. Die Steuereinheit ist mit einer HF-Energiequelle 554, z. B. einer Energiequelle der zuvor beschriebenen Art, zum Steuern der Energieausgabe, z. B. Leistungsausgabe, von der Energiequelle zu den Elektroden in einer Mehrelektroden-Ablationsvorrichtung 556 der zuvor beschriebenen Art betrieblich verbunden. Die bei 560 gezeigte betriebliche Verbindung zwischen der Einheit 552 und der Energiequelle kann jede herkömmliche elektronische oder mechanische Steuerung sein, z. B. ein Servomotor, durch die elektronische Signale von der Steuereinheit verwendet werden können, die Leistungsausgabe der Quelle 554 zu steuern.
Der Ausgang der Energiequelle ist mit den Elektroden einer Mehrelektroden-Ablationsvorrichtung wie zuvor zum Variieren der zu den Elektroden abgegebenen HF-Leistung, zum Variieren der Ablationsgeschwindigkeit durch die Vorrichtung, elektrisch verbunden, wenn die Elektroden in einem Zielgewebe gemäß der vorstehenden näheren Darstellung entfaltet sind.
Außerdem ist die Steuereinheit mit einer Infusionsvorrichtung 558, z. B. einer Pumpe o. ä., betrieblich verbunden, um die Geschwindigkeit und/oder den Druck von Fluid, z. B. physiologischer Kochsalzlösung, zu steuern, das den Elektroden oder anderen Fluidinfusionskanälen in der Ablationsvorrichtung durch fluidführende Schläuche zugeführt wird, was bei 561 gezeigt ist. Die Betriebsverbindung zwischen der Einheit 552 und der Infusionsvorrichtung ist bei 562 gezeigt und kann jede herkömmliche elektronische oder mechanische Steuerung, z. B. ein Servomotor, sein, durch die elektronische Signale von der Steuereinheit verwendet werden können, um die Pumpgeschwindigkeit oder den Pumpdruck zu variieren, womit Fluid durch die Vorrichtung 558 der Ablationsvorrichtung zugeführt wird.
Eine elektrische Verbindung 553 zwischen der Ablationsvorrichtung und der Steuereinheit dient zum Übertragen elektrischer Signale im Zusammenhang mit der Ausgabe von Temperatursensoren, die auf den Ablationsvorrichtungselektroden wie zuvor mitgeführt werden, und/oder zum Übertragen von Strompegelinformationen im Zusammenhang mit dem Stromfluß zwischen Elektroden und einer Außenkörperfläche (für globale Impedanzmessungen) oder zwischen Elektroden oder Gebieten einer Elektrode (für lokale Impedanzmessungen). Solche Impedanz- und/oder Temperaturmessungen können Momentanwerte oder Werte sein, die sich auf zeitliche Impedanz- und/oder Temperaturänderungen beziehen.
33 ist ein Ablaufplan verschiedener Funktionen und Betriebsabläufe in der Steuereinheit, die sich auf die Steuerung der HF-Energiequelle und Steuerung der Infusionsvorrichtung beziehen. Zu Beginn ist zu beachten, daß die Steuereinheit den Betrieb sowohl der Energie- als auch der Infusionsvorrichtung ohne Eingriff des Benutzers automatisch steuern kann oder dem Benutzer Informationen liefern kann, die darauf verweisen, wie der Benutzer die Betriebspegel der Energievorrichtung und/oder Infusionsvorrichtung steuern sollte, um das Ablationsverfahren zu optimieren und insbesondere vollständige Gewebeablation mit minimalem Verkohlen und minimalen Begleitschäden an nahegelegenem gesundem Gewebe zu sichern.
Anfangs kann der Benutzer den Typ des Zielgewebes eingeben, z. B. Lebertumor, Knochentumor o. ä., was bei 564 gezeigt ist. Vorzugsweise speichert die Steuereinheit Daten im Zusammenhang mit den Impedanzkennwerten von Gewebe und/oder Erwärmungsgeschwindigkeiten und Impedanzänderungen für spezifische Gewebetypen beim Anlegen eines bestimmten Leistungspegels, vorzugsweise in Gegenwart eines Infusionsmaterials. Wie später gezeigt, dienen diese internen Daten zur Bestätigung, daß das Gewebe, in das die Elektroden der Ablationsvorrichtung entfaltet wurden, den gewünschten Gewebetyp hat, auf der Grundlage von Impedanz- und/oder Temperaturänderungen, die während einer Anfangsphase des Systembetriebs detektiert werden.
Ist der Benutzer zur Einführung der Vorrichtung in den Patienten und Entfalten der Elektroden in das Zielgewebe bereit, um ein ausgewähltes Volumen zur Gewebeablation festzulegen, arbeitet daß System so, daß es eine Fluidinfusion durch die Vorrichtung beginnt, und zudem die Energievorrichtung so steuert, daß sie leistungsarme HF-Impulsenergie zu den sich entfaltenden Elektroden abgibt, was bei 566 gezeigt ist. Die leistungsarmen Impulse werden verwendet, globale oder lokalisierte Stromwerte zwecks Messung globaler oder lokaler Impedanzwerte beim Entfalten der Elektroden zu erzeugen, was bei 568 und 570 gezeigt ist. Die den Elektroden beim Entfalten zugeführte Leistung kann auch ausreichen, eine sehr lokalisierte Erwärmung um die Elektroden zu verursachen, was den Eintritt der Elektroden in das Zielgewebe erleichtert. Die Ablationsvorrichtung kann der Steuereinheit über die Verbindung 553 (33) auch signalisieren, wann ein ausgewählter Grad der Elektrodenentfaltung in Entsprechung zu einem Soll-Gewebevolumen erreicht ist.
Die während der Elektrodenentfaltung durchgeführten Impedanz- (und/oder Temperatur-) Messungen können mit den in der Steuereinheit gespeicherten gewebespezifischen Impedanz- oder Temperaturdaten verglichen werden, um zu bestätigen, daß das von den Elektroden eingehüllte Gewebe wirklich das ausgewählte Zielgewebe ist. Stellt das Programm wie bei 574 eine Nichtübereinstimmung fest, kann die Steuereinheit dem Benutzer signalisieren, die Elektroden wie dargestellt neu zu entfalten. Ist eine Gewebebestätigung erfolgt, fährt das Programm fort und zeigt dem Benutzer an, das Ablationsverfahren zu beginnen, oder leitet die Ablationsphase des Betriebs automatisch ein, indem es den durch die Energiequelle abgegebenen Leistungspegel auf einen Sollwert anhebt und optional die Geschwindigkeit der Fluidinfusion in das Gewebe steigert, was bei 576 gezeigt ist.
Sobald der Ablationsbetrieb läuft, nimmt das System wiederholte und periodische Impedanz- und/oder Temperaturmessungen an der Zielgewebestelle vor und führt automatische oder benutzergesteuerte Einstellungen des Leistungspegels und/oder der Infusionsgeschwindigkeit durch, um eine Soll-Geschwindig keit und ein Soll-Ausmaß der Ablation zu erreichen, was bei 570 gezeigt ist. Wie zuvor dargestellt, arbeitet bei automatischer Durchführung dieser Einstellung die Steuereinheit so, daß sie den Leistungspegel und/oder die Infusionsgeschwindigkeit der Vorrichtungen 554 bzw. 562 (32) automatisch einstellt. Alternativ kann die Steuereinheit eine Anzeige, um dem Benutzer die Richtung und das Ausmaß der erforderlichen Einstellung anzuzeigen, und Bedienelemente zum Durchführen dieser Einstellungen haben.
Während der gesamten Einstellperiode empfängt die Steuereinheit periodische und wiederholte Impedanz- und/oder Temperaturdaten, die verarbeitet werden, um die Steuerung der Energie- und der Infusionsvorrichtung zu leiten. Die Datenverarbeitungsoperationen sind unten in 33 dargestellt. Zunächst fragt bei 580 das Programm ab, ob die Temperatur ausreichend steigt (erwünscht ist ein Ablationsabschluß in möglichst kurzer Zeit entsprechend dem Ziel einer optimalen Gewebeablation). Liegt die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs unter einem ausgewählten Schwellwert, kann die Steuereinheit so arbeiten (oder den Benutzer entsprechend anweisen), daß sie die Leistung und/oder die Infusionsgeschwindigkeit in das Gewebe einstellt, um die Erwärmungsgeschwindigkeit zu steigern, z. B. durch Erhöhen der Leistung oder Reduzieren der Infusion. Außerdem fragt das Programm ab, ob die gemessene Impedanz über einem gewünschten Schwellwert liegt, z. B. bei 582. Ist die gemessene Impedanz zu niedrig, arbeitet das Programm wiederum so (oder weist den Benutzer entsprechend an), daß es die Leistungsabgabe zu den Elektroden und/oder die Infusionsgeschwindigkeit von Elektrolyt in das Gewebe einstellt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis sowohl die Temperaturänderung als auch die Impedanzwerte in ausgewählten akzeptablen Bereichen liegen.
Ferner sucht das Programm nach Impedanzspitzen als Anzeige für Verkohlung oder Überhitzung. Werden diese beobachtet, kann die Steuereinheit über eine Logikentscheidung 584 so arbeiten, daß sie den Leistungspegel oder die Infusionsgeschwindigkeit einstellt (oder dem Benutzer die Einstellung anweist), um so Impedanzspitzen zu minimieren oder zu reduzieren.
Unter der Annahme, daß alle diese Größen innerhalb akzeptabler Werte liegen, ist das System ordnungsgemäß eingestellt, um das Ablationsverfahren zu maximieren, d. h. Ablation mit etwa der höchsten Geschwindigkeit zu erreichen, die nicht zu Gewebeverkohlung (oder übermäßiger Gewebeverkohlung) oder Ablationsschäden an umliegendem gesundem Gewebe führt. Nunmehr überwacht das Programm, wann vollständige Ablation im Bereich der Elektroden erreicht ist, was bei 586 gezeigt ist. Bei unvollständiger Ablation kann das Programm die Ablation mit den existierenden Leistungs- und/oder Infusionsgeschwindigkeitswerten fortsetzen oder die Werte geeignet einstellen.
Ist vollständige lokale Ablation erreicht, kann das System bei 558 abfragen, ob die Ablation des gesamten Zielgebiets abgeschlossen ist. Wenn ja, ist das Programm beendet, und das System kann abschalten oder die Leistung auf geringere Leistungs-/Infusionswerte reduzieren. Beispielsweise kann eine gewisse HF-Leistung den Elektroden beim Elektrodenrückzug oder Katheterrückzug zugeführt werden, um die Gefahr zu verringern, gesundes Gewebe Tumorzellen auszusetzen, während die Ablationsvorrichtung aus dem Patienten entfernt wird.
Ist die gesamte Ablation nicht abgeschlossen, signalisiert das System dem Benutzer, die Elektroden zur Entfaltung vorzuschieben, und das o. g. Ablationsverfahren wird wiederholt, bis eine endgültige Zielgewebeablation erreicht ist.
Schlußfolgerung
Deutlich ist, daß von den Anmeldern eine neue und nützliche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Diagnose und Behandlung von Tumoren mittels minimal invasiver Verfahren mit Gewebeimpedanzbestimmungen bereitgestellt wurde. Die vorstehende Übersicht über verschiedene Ausführungsformen der Erfindung diente zur Veranschaulichung und zur Beschreibung. Sie soll weder erschöpfend sein noch die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränken. Ausführungsformen der Erfindung können zur Behandlung von Tumor- und Gewebemassen an oder unter einer Gewebeoberfläche in einer Reihe von Organen konfiguriert sein, u. a. Leber, Brust, Knochen und Lunge. Allerdings sind Ausführungsformen der Erfindung auch auf andere Organe und Gewebe anwendbar. Natürlich werden dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Varianten deutlich sein. Zudem lassen sich Elemente aus einer Ausführungsform leicht mit Elementen aus einer oder mehreren anderen Ausführungsformen neu kombinieren. Solche Kombinationen können eine Anzahl von Ausführungsformen im Schutzumfang der Erfindung bilden. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt sein.

Claims

Zellnekrosevorrichtung (10) zur Verwendung beim Abladieren von Zielgewebe, die im Betriebszustand aufweist: eine längliche Abgabevorrichtung (12) mit einem Lumen (13), eine Energieabgabevorrichtung mit mehreren Elektroden (18), wobei jede Elektrode einen distalen Gewebeeinstichabschnitt hat und in der länglichen Abgabevorrichtung in einem verdichteten Zustand und vorgeformt positionierbar ist, um eine gekrümmte Form beim Entfalten anzunehmen, wobei die mehreren Elektroden eine sich ändernde Laufrichtung beim Vorschieben aus der länglichen Abgabevorrichtung zu einer ausgewählten Gewebestelle zeigen und ein Ablationsvolumen im entfalteten Zustand festlegen, sowie eine Energiequelle (20), die mit der Energieabgabevorrichtung verbunden ist, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: mindestens zwei der mehreren Elektroden, die zur Fluidabgabe durch sie zu mindestens einem Infusionsanschluß (23) geeignet sind, der an den Elektroden angeordnet ist, wobei die mindestens zwei der mehreren Elektroden jeweils ein getrenntes Infusionslumen (72) zum Abgeben von Fluid durch sie aufweisen; eine Fluidabgabevorrichtung (28), die betrieblich verbunden ist mit den Infusionslumen der mindestes zwei der mehreren Elektroden zur Fluidabgabe durch sie zu dem mindestens einen Infusionsanschluß, in das Zielgewebe; eine Energiesteuereinheit (338), die betrieblich verbunden ist mit (i) der Energiequelle zum Steuern von Energieabgabe zur Energieabgabevorrichtung und mit (ii) der Energieabgabevorrichtung zur Verwendung beim Detektieren von Impedanz; wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Fluidsteuerung für die Fluidabgabevorrichtung, durch die die Fluidmenge, die aus der Vorrichtung in das Zielgewebe infundiert wird, als Reaktion auf die detektierte Impedanz gesteuert werden kann, wobei die Fluidsteuerung so betreibbar ist, daß für unabhängige Infusionssteuerung durch die getrennten Infusionslumen gesorgt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiesteuereinheit mit mindestens einer der mehreren Elektroden betrieblich verbunden ist, um Gewebeimpedanz zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei lokale Impedanz direkt bestimmt wird, indem die Impedanz entlang von leitenden Wegen (22cp) zwischen einer oder mehreren Stellen an mindestens einer der mehreren Elektroden bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die eine oder die mehreren Stellen mindestens zwei Stellen an derselben Elektrode zum Bestimmen lokaler Impedanz über einen festen Abstand sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der mehreren Elektroden eine passive Elektrode ist und die Energiesteuereinheit mit der (den) passiven Elektrode(n) betrieblich verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit: einem Temperatursensor (22), der an mindestens einer der mehreren Elektroden positioniert und mit der Energiesteuereinheit betrieblich verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Energiesteuereinheit mit der Fluidabgabevorrichtung zum Regulieren der Fluidmenge betrieblich ver bunden ist, die aus der Fluidabgabevorrichtung als Reaktion auf die detektierte Impedanz infundiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Energiesteuereinheit zum Regulieren der Energiemenge manuell einstellbar ist, die zu den Elektroden als Reaktion auf die detektierte Impedanz abgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Energiesteuereinheit zum Regulieren der Fluidmenge manuell einstellbar ist, die aus der Fluidabgabevorrichtung als Reaktion auf die detektierte Impedanz infundiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die längliche Abgabevorrichtung zur Fluidabgabe durch sie zu mindestens einem Infusionsanschluß geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die längliche Abgabevorrichtung mit der Fluidabgabevorrichtung zum Abgeben von Fluid durch sie zu dem mindestens einen Infusionsanschluß betrieblich verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiequelle eine HF-Energiequelle ist.