DE60118477T2

DE60118477T2 - Chirurgische Mikrowellenablationsvorrichtung

Info

Publication number: DE60118477T2
Application number: DE60118477T
Authority: DE
Inventors: Dinesh Pleasanton Mody; Dany Fremont Berube
Original assignee: AFx LLC
Current assignee: AFx LLC
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: US7226446B1; DE60118477D1; EP1186274A2; EP1669036A1; EP1669036B1; US20070203480A1; EP1186274B1; DE60132938T2; EP1186274A3; DE60132938D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Ablation biologischer Gewebe. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verbesserte Ablationsvorrichtungen, die zum Durchdringen in Körperorgane in der Lage sind.
Seit ihrer Einführung zum Ende der 80'er Jahre sind medizinische Ablationsvorrichtungen zu einem Standardwerkzeug für Chirurgen und Elektrophysiologen geworden. Zum Beispiel sind Ablationsvorrichtungen, die DC-Schock, Radiofrequenz (RF)-Strom, Ultraschall, Mikrowellen, Direkthitze, Cryothermy oder Laser verwenden, eingeführt worden und in unterschiedlichen Ausmaßen zur Ablation biologischer Gewebe verwendet worden. In einigen Ablationsprozessen kann jedoch die Ablation des Zielgewebes schwierig sein aufgrund ihrer Lokalisierung oder dem Vorliegen physiologischer Hindernisse. In einigen Koronaranwendungen zum Beispiel, wo die Ablationszüge epicardial erfolgen, kann das Epicardium von Fettschichten bedeckt sein, die die Bildung von Läsionen im Myocardialgewebe verhindern.
Um den Ablationsprozeß auszuführen, werden gewöhnlich Kathetervorrichtungen verwendet. Sie werden im allgemeinen in eine Hauptvene oder -arterie oder durch eine Körperhöhle wie dem Mund, der Harnröhre oder des Rektums eingeführt. Diese Katheter werden dann zum Zielort im Körper (z.B. dem Organ) geführt, in dem der Katheter vom Insertierpunkt oder von der natürlichen Körperöffnung gehandhabt wird. Um ein Beispiel zu nennen: in Koronaranwendungen wird ein Katheter typischerweise transvenös in die Oberschenkelvene eingeführt und zu einer Herzkammer ge führt, um Myocardialgewebe zu ablatieren. Obgleich Katheter in einer Reihe von Anwendungen gut funktionieren, wäre es bei vielen Anwendungen wünschenswert, eine Ablationsvorrichtung bereitzustellen, die verwendet werden kann, um eine Ablationsvorrichtung während einer chirurgischen Maßnahme zu positionieren.
Das Dokument WO 93/20768 beschreibt ein lenkbares Mikrowellenantennensystem zur Herzablation.
Zusammenfassung der Erfindung
Zum Erreichen der vorangehenden und weiteren Aufgaben werden Vorrichtungen offenbart, die die Ablation von Geweben innerhalb der Kavität eines Organs betreffen. Im allgemeinen betrifft die Erfindung eine Ablationsvorrichtung, wie sie im beigefügten Satz von Ansprüchen definiert ist, und insbesondere eine chirurgische Vorrichtung, die eine ablative Energiequelle und eine Vorrichtung zur Zufuhr ablativer Energie, die mit der ablativen Energiequelle gekoppelt ist, einschließt. Die ablative Energiezufuhrvorrichtung ist aufgebaut zur Lieferung einer ausreichend starken Ablationsenergie, um eine Gewebeablation zu verursachen. In den meisten Ausführungsformen wird die ablative Energie aus elektromagnetischer Energie im Mikrowellenfrequenzbereich gebildet.
In einer Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine Ablationsvorrichtung, die ein Ablationswerkzeug, das einen distalen Abschnitt, der zur Lieferung von ausreichend starker ablativer Energie zur Verursachung von Gewebeablation aufgebaut ist, und eine dielektrische Einfassung aufweist, sowie eine Sonde einschließt, die einen nadelförmigen Schaft mit einem darin sich erstreckenden Lumen aufweist. Der nadelförmige Schaft besitzt ebenfalls ein proximales Zugangsende und ein di stales Durchstoßende, das darauf angepaßt ist, eine Wand eines Organ zu einer Organkavität zu durchstoßen. Das Lumen ist angepaßt zum gleitenden Aufnehmen des Ablationswerkzeugs von einer gefalteten Position, die den distalen Abschnitt des Ablationswerkzeugs in das Innere des Lumens des nadelförmigen Schafts einbringt, zu einer entfalteten Position, die den distalen Abschnitt des Ablationswerkzeugs über das distale Durchstoßende des nadelförmigen Schafts hinweg einbringt. Die Dicke der dielektrischen Einfassung kann entlang der Länge der Antenne variiert werden, um Unterschiede, die im zu ablatierenden Gewebe gefunden werden, zu kompensieren.
In einigen Ausführungsformen ist der distale Abschnitt des Ablationswerkzeugs so angeordnet, daß er einen Winkel in Bezug auf die Längsachse der Sonde bildet, wenn der distale Abschnitt des Ablationswerkzeugs über das distale Durchstoßende des nadelförmigen Schafts hinweg entfaltet wird. Als Beispiel kann ein Winkel von zwischen etwa 45 und etwa 135 Grad verwendet werden. In verwandten Ausführungsformen schließt die Ablationsvorrichtung eine abgewinkelte Komponente ein, zum Richten des distalen Abschnitts des Ablationswerkzeugs auf eine vorbestimmte Winkelposition. Beispielhaft können eine Lenkanordnung, eine Vorspannanordnung oder eine Anordnung einer gebogenen Sonde verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine Ablationsvorrichtung, die eine Sonde, eine Antenne und eine dielektrische Einfassung und eine Übertragungsleitung einschließt. Die Sonde ist darauf angepaßt, in eine Körperkavität insertiert zu werden und ein Organ innerhalb der Körperkavität zu durchstoßen. Die Sonde weist ebenfalls eine Längsachse auf. Die Antenne wird durch die Sonde getragen, zum Einführen in eine Kavität innerhalb des Organs, und die Übertragungsleitung wird durch die Sonde gehalten, zum Zuführen von elektromagnetischer Energie zur Antenne. Ferner sind die Antenne und die Übertragungsleitung so angeordnet, daß, wenn die Antenne in der Organkavität entfaltet ist, die Antenne bei einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Sonde liegt. In einigen Ausführungsformen liegt, wenn die Antenne innerhalb der Organkavität entfaltet ist, die Antenne benachbart und im wesentlichen parallel zur Innenwand des Organs.
In einer anderen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine Mikrowellenablationsvorrichtung, die eine längliche Sonde, eine Übertragungsleitung, eine dielektrische Einfassung und eine Antennenvorrichtung einschließt. Die Sonde weist ein Durchstoßende, das auf einen Durchstoß in ein Organ angepaßt ist, sowie ein gegenüberliegendes Zugangsende auf. Die Sonde weist ebenfalls eine Längsachse auf und definiert einen sich darin vom Zugangsende zum Durchstoßende davon erstreckenden Einführdurchgang. Die Übertragungsleitung dient zum Zuführen von Mikrowellenenergie und weist ein proximales Ende auf, das mit einer Mikrowellenenergiequelle gekoppelt ist. Die Antennenvorrichtung ist distal mit der Übertragungsleitung gekoppelt und ist angeordnet zum Ausstrahlen eines ausreichend starken Mikrowellenfeldes, um Gewebeablation zu verursachen. Die Antennenvorrichtung schließt ferner eine Antenne und ein Medium eines dielektrischen Materials ein, das um die Antenne herum angeordnet ist. Ferner sind die Antennenvorrichtung und mindestens ein Teil der Übertragungsleitung jeweils dimensioniert zur gleitenden Aufnahme jeweils durch den Einführdurchgang der länglichen Sonde, während die längliche Sonde im Organ positioniert wird zu einer Position, in der die Antennenvorrichtung über das Durchstoßende der Sonde hinaus sowie bei einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Sonde vorgerückt wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Übertragungsleitung ein Koaxialkabel, welches einen inneren Leiter, einen äußeren Leiter und ein dielektrisches Medium einschließt, das zwischen den inneren und äußeren Leitern angeordnet ist. In einer verwandten Ausführungsform ist ein distaler Abschnitt des äußeren Leiters angeordnet, um im Inneren der Kavität des Organs exponiert zu sein. In einer anderen verwandten Ausführungsform schließt die Ablationsvorrichtung ferner eine Grundplatte ein, die aufgebaut ist zum Koppeln von elektromagnetischer Energie zwischen der Antenne und der Grundplatte. Die Grundplatte ist im allgemeinen mit dem äußeren Leiter der Übertragungsleitung gekoppelt und ist auf der Transmissionsleitung so positioniert, daß, wenn die Antenne in die Organkavität in die Nähe der Innenwand des Organs vorgerückt wird, die Grundplatte außerhalb der Organkavität, benachbart zur Außenwand des Organs, angeordnet ist.
Die Vorrichtung der Erfindung kann in einem Verfahren zum Ablatieren einer Innenwand eines Organs verwendet werden. Das Verfahren schließt das Bereitstellen einer chirurgischen Vorrichtung ein, die eine Sonde und ein eine dielektrische Einfassung umfassendes Ablationswerkzeugs einschließt. Die Sonde ist angepaßt, in eine Körperkavität insertiert zu werden und ein Organ innerhalb der Körperkavität durchzustoßen. Die Sonde weist ferner eine Längsachse auf. Das Ablationswerkzeug, das einen distalen Abschnitt zum Liefern von Ablationsenergie aufweist, wird durch die Sonde zur Einführung in eine Kavität innerhalb des Organs getragen. Das Verfahren schließt ferner das Einführen der chirurgischen Vorrichtung in einer Körperkavität ein. Das Verfahren schließt zudem das Durchstoßen einer Wand des Organs mit der Sonde ein. Das Verfahren schließt ebenfalls das Vorrücken der Sonde durch die Wand des Organs sowie in die Innenkammer davon ein. Das Verfahren schließt ferner das Entfalten des distalen Abschnitts des Ablationswerkzeugs im Inneren der Innenkammer des Organs bei einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Sonde ein, wobei die distale Antenne benachbart zur Innenwand des Organs positioniert ist. Darüberhinaus schließt das Verfahren das Liefern von Ablationsenergie ein, die ausreichend stark ist, um eine Gewebeablation zu verursachen.
In den meisten Ausführungsformen ist das Organ, welches ablatiert werden soll, das Herz. Als solches kann die Ablationsvorrichtung verwendet werden, um Läsionen entlang der Innenwand des Herzens zu bilden. Zum Beispiel können diese Läsionen verwendet werden, um atriales Fibrillieren, typisches atriales Flattern oder atypisches atriales Flattern zu behandeln.
In einer anderen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine Ablationsvorrichtung, die eine Nadelantenne und eine Übertragungsleitung einschließt. Sowohl die Nadelantenne als auch die Übertragungsleitung sind darauf angepaßt, in eine Körperkavität eingeführt zu werden. Die Übertragungsleitung ist angeordnet zum Liefern von elektromagnetischer Energie zur Nadelantenne und schließt eine Längsachse sein. Die Nadelantenne ist angeordnet zum Übertragen von elektromagnetischer Energie, die ausreichend stark ist, um eine Gewebeablation zu verursachen. Die Nadelantenne schließt ferner ein Durchstoßende ein, das darauf angepaßt ist, ein Organ innerhalb der Körperkavität so zu durchstoßen, daß die Nadelantenne, durch eine Wand des Organs in eine Kavität innerhalb des Organs vorgerückt werden kann. Ferner ist die Nadelantenne oder die Übertragungsleitung bei einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Übertragungsleitung so abgebogen, daß die Nadelantenne in der Nähe der Innenwand des Organs positioniert werden kann.
Die Vorrichtung der Erfindung kann ferner in einem Verfahren zum Ablatieren einer Innenwand eines Organs verwendet werden. Das Verfahren schließt das Bereitstellen einer chirurgischen Vorrichtung ein, die eine Nadelantenne, distal mit einer Übertragungsleitung gekoppelt, aufweist. Die Übertragungsleitung besitzt eine Längsachse, und die Nadelantenne weist ein distales Durchstoßende auf, das darauf angepaßt ist, eine Wand eines Organs durchzustoßen. Die Nadelantenne ist auch darauf angepaßt, elektromagnetische Energie zu liefern. Ferner ist wenigstens die Nadelantenne oder die Übertragungsleitung bei einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Übertragungsleitung abgebogen. Das Verfahren schließt ferner das Einführen der chirurgischen Vorrichtung in eine Körperkavität ein. Das Verfahren schließt zudem das Durchstoßen einer Wand des Organs mit dem distalen Durchstoßende der Nadelantenne ein. Das Verfahren schließt ferner das Vorrücken der Nadelantenne durch die Wand des Organs und in eine Innenkammer davon ein. Das Verfahren schließt ferner das Positionieren der Nadelantenne im Inneren der Innenkammer des Organs ein, so daß die Nadelantenne zur Innenwand des Organs benachbart ist. Darüber hinaus schließt das Verfahren das Abstrahlen von elektromagnetischer Energie ein, die ausreichend stark ist, um eine Gewebeablation zu verursachen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht begrenzend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugsziffern sich auf ähnliche Elemente beziehen, wobei:
1 ist eine seitliche Aufrißansicht einer Sonde im Querschnitt, die eine Körperkavität und ein Organ durch stößt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Draufsicht eines Ablationswerkzeugs von oben, das eine Antennenvorrichtung und eine Übertragungsleitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2B ist eine seitliche Aufrißansicht der Antennenvorrichtung von 2A im Querschnitt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2C ist eine Aufrißansicht der Antennenvorrichtung von vorne, genommen im wesentlichen entlang der Ebene der Linie 2-2' in 2B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2D ist eine perspektivische Ansicht der Antennenvorrichtung von 2A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A und 3B ist eine Sequenz von seitlichen Aufrißansichten des Ablationswerkzeugs von 2 im Querschnitt, wie es durch die Sonde von 1 eingeführt und dort hindurch vorgerückt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A und 4B sind seitliche Aufrißansichten der Ablationsvorrichtung von 3A und 3B im Querschnitt, jeweils mit spitzen und stumpfen Winkelpositionen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine seitliche Aufrißansicht einer alternativen Ausführungsform der Sonde im Querschnitt mit einem gebogenen nadelförmigen Schaft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A ist eine seitliche Aufrißansicht einer anderen Ausführungsform der Antennenvorrichtung im Querschnitt.
6B ist eine Aufrißansicht der Antennenvorrichtung von vorne, genommen im wesentlichen entlang der Ebene der Linie 6-6' in 6A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Antennenvorrichtung.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Antennenvorrichtung.
9A ist eine seitliche Querschnittsansicht der Antennenvorrichtung von 2, während sie ein konzentriertes elektromagnetisches Feld erzeugt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9B ist eine Querschnittsansicht der Antennenvorrichtung von 2 von vorne, während sie ein konzentriertes elektromagnetisches Feld erzeugt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Antennenvorrichtung.
11 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Antennenvorrichtung.
12A und 12B sind seitliche Aufrißansichten einer Ablationsvorrichtung im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13A und 13B sind seitliche Aufrißansichten einer Ablationsvorrichtung im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14A und 14B sind seitliche Aufrißansichten einer Ablationsvorrichtung im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine seitliche Aufrißansicht einer anderen Ausführungsform der Ablationsvorrichtung im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine seitliche Aufrißansicht einer Sonde im Querschnitt, die durch eine Zugangsvorrichtung, die in der Körperkavität positioniert ist, eingeführt ist und einen Körper eines Organs durchstößt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine seitliche Aufrißansicht, die eine Herzbehandlung unter Verwendung der Ablationsvorrichtung von 1–3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Draufsicht einer Ablationsvorrichtung mit einer nadelförmigen Antenne von oben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine seitliche Aufrißansicht der nadelförmigen Ablationsvorrichtung von 18 nach dem Durchstoßen einer Organwand (im Querschnitt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine perspektivische Ansicht der nadelförmigen Ablationsvorrichtung von 18 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine seitliche Aufrißansicht einer Nadelantenne im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine seitliche Aufrißansicht einer Nadelantenne im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine seitliche Aufrißansicht einer Nadelantenne im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine seitliche Aufrißansicht einer Nadelantenne im Querschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
25A und 25B sind seitliche Aufrißansichten einer Nadelantenne, die jeweils spitze und stumpfe Winkelpositionen aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 ist eine perspektivische Ansicht einer Nadelantenne, die ein Greifblock aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27A ist eine perspektivische Ansicht einer Nadelantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27B ist eine seitliche Aufrißansicht der Nadelantenne von 27A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27C ist eine seitliche Aufrißansicht der Nadelantenne von 27A nach dem Durchstoßen einer Organwand (im Querschnitt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen davon sowie wie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details wiedergegeben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Dem Fachmann wird jedoch klar sei, daß die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann ohne einige oder aller dieser spezifischen Details. In anderen Fällen werden gutbekannte Prozeßschritte nicht im einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Ablationsvorrichtung bereit, welche zum Ablatieren von Geweben im Inneren der Kavität eines Organs (oder eines Ductus) in der Lage ist. Speziell stellt die vorliegende Erfindung eine Ablationsvorrichtung zur Verfügung, die zum Erzeugen von Läsionen entlang einer Innenwand eines Organs in der Lage ist. Die Ablationsvorrichtung schließt im allgemeinen eine ablative Energiequelle, einen Abstimmstumpf sowie eine ablative Energiezufuhrvorrichtung ein, die mit der ablativen Energiequelle gekoppelt ist. Die ablative Energiezufuhrvorrichtung ist aufgebaut zum Liefern von ablativer Energie, die ausreichend stark ist, um eine Gewebeablation zu verursachen. Die ablative Energiezufuhrvorrichtung schließt im allgemeinen eine abgewinkelte Komponente ein, die verwendet wird, um die Vorrichtung im Inneren des Organs zu positionieren, nachdem die Vorrichtung durch die Wand des Organs eingeführt worden ist. In einer Ausführungsform wird eine Sonde (oder Einführelement), die ein zum Durchstoß durch eine Wand eines Organs angepaßtes Durchstoßende aufweist, verwendet, um das Insertieren (bzw. Einführen) der Vorrichtung durch die Wand des Organs zu unterstützen. In einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung selbst so aufgebaut, daß sie ein Durchstoßende aufweist, welches zum Durchstoßen durch eine Wand eines Organs angepaßt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die Ablationsvorrichtung eine Sonde und ein Ablationswerkzeug ein. Das Ablationswerkzeug, welches eine Antenne, eine dielektrische Einfassung und eine mit der Antenne gekoppelten Übertragungsleitung einschließt, ist angepaßt, um durch die Sonde zum Einführen in das Innere einer Kavität im Organ getragen zu werden. Die Übertragungsleitung ist angeordnet zum Liefern von elektromagnetischer Energie zur Antenne. Die Sonde ist angepaßt, in eine Körperkavität eingeführt zu werden und ein Organ innerhalb der Körperkavität zu durchstoßen. Ferner ist die Ablationsvorrichtung so angeordnet, daß, wenn die Antenne in der Organkavität entfaltet wird, die Antenne unter einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Sonde liegt. In einigen Ausführungsformen ist beim Entfalten die Antenne aufgebaut, um eine vorbestimmte Position einzunehmen, die mit der Form und/oder der Winkelposition der zu ablatierenden Wand im wesentlichen übereinstimmt.
Anfangs auf 1–3 Bezug nehmend wird eine Ablationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform schließt die Ablationsvorrichtung, allgemein mit 10 bezeichnet (in 3 veranschaulicht), eine relativ dünne, längliche Sonde 12 (in 1 veranschaulicht) ein, die in Kombination mit einem Ablationswerkzeug 24 (in 2 veranschaulicht) funktioniert. Die Sonde 12 weist ein proximales Zugangsende 14 und ein gegenüberliegendes distales Durchstoßende 16 auf, das darauf angepaßt ist, ein Organ 18 innerhalb einer Körperkavität 20 durchzustoßen. Die Sonde 12 weist ebenso ein sich längs erstreckendes Lumen 22 auf, welches passend groß ist zum Aufnehmen des Ablationswerkzeugs 24 dadurch. Das Ablationswerkzeug 24 schließt eine Übertragungsleitung 28 ein, die eine Antennenvorrichtung 30 an ihrem distalen Ende sowie eine dielektrische Einfassung trägt. Die Antennenvorrichtung 30 ist aufgebaut, um ein ausreichend starkes elektrisches Feld zu erzeugen, um eine Gewebeablation zu verursachen. Ein proximales Ende 42 der Übertragungsleitung 28 ist an eine Energiequelle (nicht gezeigt) gekoppelt.
Die Antennenvorrichtung 30 mit einer dielektrischen Einfassung (nicht gezeigt) und die Übertragungsleitung 28 sind so groß, daß sie durch das Lumen 22 gleitend sind, während die längliche Sonde 12 in einer Wand 35 des Organs 18 positioniert ist. So kann das Ablationswerkzeug 24 innerhalb der Sonde 12 vorrücken, bis die Antennenvorrichtung 30 in eine Kavität innerhalb des Organs 18 bei einer Position über das Durchstoßende 16 der Sonde 12 hinaus bewegt wird. Wie in 3B gezeigt ist das Ablationswerkzeug so aufgebaut, daß, wenn es sich über das Durchstoßende 16 der Sonde 12 hinaus erstreckt, die Antenne 30 bei einem Winkel 38 in Bezug auf die Längsachse 40 der Sonde 12 (die Achse, die vom proximalen Ende 14 der Sonde genommen wird) liegt. In vielen Ausführungsformen ist der Winkel 38 so angeordnet, daß, wenn die Antennenvorrichtung 30 in der Organkavität entfaltet wird, die Antennenvorrichtung 30 eine vorbestimmte Winkelposition einnimmt, die mit der Form und/oder der Winkelposition der zu ablatierenden Wand übereinstimmt. Als Beispiel kann eine Winkelposition verwendet werden, die die Antennenvorrichtung im wesentlichen parallel zur Kavitätswand bringt.
Folglich wird eine Ablationsvorrichtung bereitgestellt, die eine dünne längliche Sonde als einem Entfaltungsmechanismus verwendet, um eine Antennenvorrichtung innerhalb eines zur Ablation vorgesehenen Organs zu positionieren. Sobald die Sonde in einer Wand des Organs positioniert ist, werden die Antennenvorrichtung und die Übertragungsleitung durch den Durchgang der Sonde als einer Einheit eingeführt, bis die Antennenvorrichtung im Inneren der Kavität des Organs positioniert ist. Anschließend wird von der Antennenvorrichtung ein elektromagnetisches Feld emittiert, das ausreichend stark ist, um eine Gewebeablation zu verursachen. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die zur Ablation vorgesehenen Flächen entlang der Außenwand des Organs Behinderungen aufweisen. Zum Beispiel kann die Ablationsvorrichtung verwendet werden, um Fettschichten oder Venen zu umgehen oder darum herum zu navigieren, welche die epicardiale Oberfläche (z.B. die Außenwand) des Herzens umgeben. Zusätzlich erlaubt die Winkelkomponente der Ablationsvorrichtung ein präzises Positionieren und Einbringen der Anten nenvorrichtung bei spezifischen Stellen innerhalb der Kavität eines Körperorgans. Als einem Ergebnis kann die Ablationsenergie zu dem für die Ablation vorgesehenen Gewebe hin genau übertragen werden.
Auf 3A und 3B Bezug nehmend schließt die längliche Sonde 12 eine steife Nadel 43 ein, die einen länglichen nadelförmigen Schaft 44 aufweist, der darauf angepaßt ist, durch das Organ 18 bei seinem distalen Durchstoßende 16 durchzustoßen. Zum Beispiel kann das distale Durchstoßende 16 die Form einer herkömmlichen abgeschrägten spitzen Nadel oder einer abgeschrägten, punktförmig abgekanteten Nadel annehmen, die beide eine scharfe Schneidkante bilden. Das Lumen 22 erstreckt sich längs durch den nadelförmigen Schaft 44 und schließt eine proximale Zugangsöffnung 46 und eine gegenüberliegende distale Durchstoßöffnung 47 an dem distalen Durchstoßende 16 davon ein. Wie gezeigt ist am proximalen Ende des nadelförmigen Schafts 44 ein Griff 50 angeordnet, um das Einführen und das Herausziehen der Antennenvorrichtung 30 in die proximale Zugangsöffnung 46 des Lumens 22 hinein und daraus heraus erleichternd zu unterstützen.
Im allgemeinen ist der nadelförmige Schaft 44 ein dünnwandiges steifes Röhrchen, das einen Außendurchmesser von etwa weniger als etwa 3 mm und ein Innendurchmesser von etwa weniger als 1,5 mm aufweist. Zusätzlich können eine Wanddicke im Bereich von zwischen etwa 0,003 Zoll bis etwa 0,007 Zoll und ein Lumendurchmesser (Innendurchmesser) im Bereich von etwa 0,040 Zoll bis etwa 0,060 Zoll verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform ist die Wanddicke etwa 0,005 Zoll, und der Lumendurchmesser ist etwa 0,050 Zoll. Die relativ geringe Durchmessergröße ist zur Verwendung in sehr gefäßreichen Organen wie dem Herzen besonders geeignet, um im Gefäßbereich den Einstoß durchmesser und somit die Gefahr des Blutens zu minimieren. Es wird klar, daß die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um genauso gut Gewebe anderer Organe und insbesondere die Innenwandungen anderer Organe zu ablatieren. Ferner kann der Nadelschaft aus irgendeinem geeigneten Material gebildet sein, das steif und biokompatibel ist. Zum Beispiel kann rostfreier Stahl verwendet werden. Ferner sollte angemerkt werden, daß die Größenangaben keine Begrenzung sind, und daß die Größen je nach speziellem Bedarf von jeder Vorrichtung variieren können.
In den meisten Ausführungsformen wird die Sonde zuerst durch die Haut oder eine Körperkavität und dann zum Zielorgan oder -gewebe hinein positioniert. Je nach Tiefe des Durchstoßes kann die Wand des penetrierten Organs, die den nadelförmigen Schaft umgibt, genutzt werden, um die Sonde während der Gewebeablation vertikal und seitlich zu positionieren (und zu stützen). Auf 3A und 3B Bezug nehmend kann die Antennenvorrichtung 30 in die Organkavität vorrücken, sobald die Sonde 12 an der Zielpenetrationsstelle passend positioniert und gehalten wird und insbesondere sobald das distale Durchstoßende 16 des nadelförmigen Schafts 44 an der passend ausgewählten Tiefe (wie derjenigen, die in 3A und 3B gezeigt ist) eingesetzt ist.
In einigen Ausführungsformen sind die Sonde 12 und das Ablationswerkzeug 24 als eine integrale Einheit gebildet, worin die Antennenvorrichtung 30 in Position gebracht wird, indem das Ablationswerkzeug 24 mit einer dielektrischen Einfassung (nicht gezeigt) durch die Sonde von einer ersten vorbestimmten Position zu einer zweiten vorbestimmten Position vorgerückt wird. Zum Beispiel kann ein Griff, der mechanisch mit dem Ablationswerkzeug 24 verbunden ist, verwendet werden, um die gleitende Bewegung des Antennenwerkzeugs 24 durch die Sonde 12 zu steuern. So ist die erste vorbestimmte Position so ausgestaltet, daß die Antennenvorrichtung nicht in der vorgerückten Position eingesetzt ist (wie in 3A gezeigt), und die zweite vorbestimmte Position ist so ausgestaltet, daß die Antennenvorrichtung 30 in einer entfalteten Position (wie in 3B gezeigt) eingesetzt ist. In anderen Ausführungsformen sind die Sonde 12 und das Ablationswerkzeug 24 getrennte Elemente, und deshalb wird das Ablationswerkzeug 24 mit einer dielektrischen Einfassung (nicht gezeigt) in die Sonde 12 eingeführt, nachdem die Sonde 12 im Zielbereich des Organs 18 positioniert worden ist. Nachdem das Ablationswerkzeug 24 in die Sonde 12 eingeführt worden ist, kann die Antennenvorrichtung 30 von der nicht vorgerückten Position (wie in 3A gezeigt) zu der entfalteten Position (wie in 3B gezeigt) vorgerückt werden.
Während des Entfaltens wird das Ablationswerkzeug 24 durch den Griff 50 und durch das Lumen 22 bewegt. Wie am besten in 3A und 3B gezeigt, werden die Antennenvorrichtung 30 und die damit verbundene Übertragungsleitung 28 längs durch das Lumen 22 des nadelförmigen Schafts 44 bis zum distalen Durchstoßende 16 davon vorgerückt. Nach dem anschließenden Vorrücken kann die Antennenvorrichtung 30 gehandhabt werden, um sich durch die Durchstoßöffnung 47 des Einführdurchgangs 22 und in das Innere der Kavität des Organs 18 zu erstrecken. Ein solches Vorrücken gestattet es, daß die Antennenvorrichtung 30 eine vorbestimmte Position einnimmt, mit einem Winkel 38 in Bezug auf die Längsachse 40 der Sonde 12. Wie gezeigt liegt die vorbestimmte Position in einer Richtung zur Innenwand des Organs 18 hin und im wesentlichen parallel zum Gewebe, das zur Ablation vorgesehen ist. In einer Ausführungsform ist die Antennenvorrichtung angeordnet, um sich in die Winkelposition während des Vorrückens des Antennenwerkzeugs durch die Sonde zu bewegen. In einer anderen Ausführungsform ist die Antennenvorrichtung so angeordnet, um sich nach dem Vorrücken des Antennenwerkzeugs durch die Sonde in die Winkelposition zu bewegen. Entfaltungstechniken werden unten genauer diskutiert.
Wie in 3A und 3B gezeigt durchstößt die Sonde 12 das Organ 18 senkrecht, und die Antennenvorrichtung 30 ist um etwa 90 Grad gegenüber der Längsachse 40 der Sonde 12 positioniert. Es ist jedoch in Betracht zu ziehen, daß diese Position nicht immer möglich ist, weil der Zugang zu einigen Organen besonders schwierig ist, und deshalb kann die Sonde 12 bei verschiedenen Winkeln in die Wand des Organs 18 eingeführt werden. Folglich kann die vorliegende Erfindung so ausgestaltet sein, daß ein Bereich von Winkelpositionen bereitgestellt wird, um mit der Form und/oder der Winkelposition der zu ablatierenden Wand übereinzustimmen. Zum Beispiel kann eine Antennenvorrichtungsposition mit einem Winkel im Bereich zwischen etwa 45 Grad bis etwa 135 Grad verwendet werden. Um dies zu veranschaulichen zeigt 4A eine Antennenvorrichtung 30 in einer spitzen Winkelposition mit einem Winkel 38 von etwa 60 Grad in Bezug auf die Längsachse 40, und 4B zeigt die Antennenvorrichtung 30 in einer stumpfen Winkelposition mit einem Winkel 38 von etwa 120 Grad in Bezug auf die Längsachse 40. Diese Winkelpositionen sind wie dicke Parameter, um sicherzustellen, daß die Antennenvorrichtung gut positioniert ist in einer Richtung zum für die Ablation vorgesehenen Gewebe hin. Ferner sollte angemerkt werden, daß, obgleich nur drei Winkel gezeigt worden sind, dies keine Begrenzung ist, und daß andere Winkel verwendet werden können.
Nun werden mehrere Ausführungsformen im Detail beschrieben, die mit der angewinkelten Positionierung und der Entfaltung der Antennenvorrichtung verbunden sind. Es sollte jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne sich vom Umfang der Erfindung wie in den Ansprüchen definiert zu entfernen.
In einer Ausführungsform kann die Ablationsvorrichtung ein Vorspannelement einschließen, das speziell geformt und gestaltet ist, um die Antennenvorrichtung in eine vorbestimmte gebogene Position zu zwingen. Das heißt, das Vorspannelement weist eine vorbestimmte Form auf, die der Winkelposition der Antennenvorrichtung entspricht. Sobald die Antennenvorrichtung in die Kavität des Organs vorgerückt wird, bewegt sich das Vorspannelement, um seine vorbestimmte Form anzunehmen, und so bewegt sich die Antennenvorrichtung in die vorbestimmte gebogene Position. Das Vorspannelement besteht im allgemeinen aus einem oder mehreren vorgeformten elastischen oder federartigen Streifen oder Stangen, die sich durch die Ablationsanordnung im Bereich der Antennenvorrichtung erstrecken. Die Streifen oder Stangen können gebildet sein, um eine kreisförmige, eine rechteckige oder eine andere Querschnittsform anzunehmen. Zum Beispiel können rostfreie Stähle, Kunststoffe und Formerneuerungsmetalle verwendet werden.
In einer Ausführung dieser Ausführungsform ist das federähnliche Material ein Formerinnerungsmetall wie NiCi (Nitinol). Nitinol ist ein superelastisches Material, das typischerweise ausgezeichnete Flexibilität und beim Verbiegen eine ungewöhnliche präzise Richtungspräferenz zeigt. Wenn die Antennenvorrichtung innerhalb der Kavität eines Organs positioniert wird, befähigt folglich der Nitinolstreifen die Antennenvorrichtung, mit der Innenwand des Organs konform zu gehen. Wenn die Antennenvorrichtung aus dem Organ herausgezogen wird, erleichtert der Nitinolstreifen ein Geradestrecken, um die Entfernung durch die Sonde zu ermöglichen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Lenksystem einschließen, zum Verbiegen der Antennenvorrichtung in eine vorbestimmte gebogene Position. Das Lenksystem schließt im allgemeinen einen oder mehrere Draht bzw. Drähte ein, der bzw. die sich durch die Ablationsanordnung erstreckt bzw. erstrecken. Die Drähte werden verwendet, um die Antennenvorrichtung aus einer ungebogenen Position zu einer gebogenen Position zu ziehen, was zu einem kontrollierten, vorbestimmten Verbiegen an der Antennenvorrichtung führt. Die Ziehdrähte werden im allgemeinen an Ankern befestigt, die beim proximalen Ende der Antennenvorrichtung angeordnet sind (daran befestigt sind). Bei dieser Art der Anordnung kann ein Lenkelement, das sich auf dem Griff 50 befindet, verwendet werden, um an den Drähten zu ziehen, um das Biegen zu erleichtern. Die tatsächliche Position des Griffs kann jedoch variieren je nach speziellen Bedürfnissen jeder Ablationsvorrichtung. Lenksysteme sind im Stand der Technik gut bekannt und werden der Kürze wegen nicht genauer diskutiert.
In einer anderen Ausführungsform kann der nadelförmige Schaft der Sonde vorgebogen oder gekrümmt sein, um die Antennenvorrichtung zu ihrer vorgerückten Position zu führen. Auf 5 Bezug nehmend schließt der nadelförmige Schaft 44 der Sonde 12 einen gebogenen Abschnitt 55 ein, der die Position der Antennenvorrichtung 30 auf eine gegenüber der Achse 40 des proximalen Endes 14 der Sonde 12 abgeschrägte Weise umlenkt. Indem das distale Ende der Antennenvorrichtung 30 die gebogene Wand 55 des Einführdurchgangs kontaktiert, wird die Antennenvorrichtung 30 zur distalen Durchstoßöffnung 47 hin sowie in die Kavität des Organs 18 bei einem Winkel 38 relativ zur Achse 40 gezwungen. Obgleich die Sonde mit einem im wesentlichen rechten Winkel gezeigt ist, sollte angemerkt werden, daß der Winkel des gebogenen Abschnitts je nach den spezifischen Erfordernissen von jeder Ablationsvorrichtung variieren kann. Der Winkel 38 kann zum Beispiel auch so aufgebaut sein, daß er spitz oder stumpf (wie in 4A und 4B) in Bezug auf die Längsachse 40 ist.
Auf 2 und 3 zurückkehrend ist das Ablationswerkzeug 24 mit einer flexiblen Übertragungsleitung 28, einer dielektrischen Einfassung (nicht gezeigt) und einer Antennenvorrichtung 30, die mit dem distalen Ende der Übertragungsleitung 28 verbunden ist, veranschaulicht. Die Übertragungsleitung 28 ist zum Einführen in die Sonde 12 angepaßt und zur Betätigung und/oder Leistungszufuhr der Antennenvorrichtung 30 gestaltet. In Mikrowellenvorrichtungen wird typischerweise eine Koaxialübertragungsleitung verwendet, und deshalb schließt die Übertragungsleitung 28 einen inneren Leiter 31, einen äußeren Leiter 32 und ein zwischen den inneren und äußeren Leitern 31, 32 angeordnetes, dielektrisches Material 33 ein. Ferner ist beim proximalen Ende der Übertragungsleitung 28 ein elektrischer Verbinder 42 darauf angepaßt, die Übertragungsleitung 28 und deshalb die Antennenvorrichtung 30 mit der Energiequelle (nicht gezeigt) zu koppeln. Die Übertragungsleitung 28 kann auch ein flexibles äußeres Rohr (nicht gezeigt) einschließen, um Steifigkeit hinzuzufügen und dem äußeren Leiter 32 Schutz zu verleihen. Zum Beispiel kann das flexible äußere Rohr aus irgendeinem geeigneten Material wie Polyolefinen, Fluorpolymeren oder Polyvinylidinfluorid von medizinischem Qualitätsgrad gefertigt sein.
Wie in 2B–D gezeigt schließt die Antennenvorrichtung 30, die ebenfalls auf das Einführen in die Sonde 12 angepaßt ist, im allgemeinen einen Antennendraht 36 ein, mit einem proximalen Ende, das direkt oder indirekt mit dem inneren Leiter 31 der Übertragungsleitung 28 gekoppelt ist. Eine direkte Verbindung zwischen dem Antennendraht 36 und dem inneren Leiter 31 kann auf irgendeine geeignete Weise gemacht werden, wie Weichlöten, Hartlöten, Ultraschall- oder Laserschweißen oder adhäsives Bondieren. Wie detaillierter unten beschrieben kann es in einigen Ausführungen erwünscht sein, die Antenne mit dem inneren Leiter direkt zu verbinden durch eine passive Komponente, um eine bessere Widerstandsabstimmung zwischen der Antennenvorrichtung und der Übertragungsleitung bereitzustellen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Antennenvorrichtung 30 aus der Übertragungsleitung 28 selbst integral gebildet sein. Dies ist vom Herstellungstandpunkt aus typischerweise schwieriger, weist jedoch den Vorteil des Bildens einer rauheren Verbindung zwischen der Antennenvorrichtung und der Übertragungsleitung auf. Diese Gestaltung wird im allgemeinen gebildet durch Entfernen des äußeren Leiters 32 entlang eines Abschnitts der Koaxialübertragungsleitung 28. Dieser exponierte Abschnitt des Mediums des dielektrischen Materials 33 und des darin eingebetteten inneren Leiters 31 definiert die Antennenvorrichtung 30, die dazu befähigt, daß im wesentlichen radial senkrecht zum inneren Leiter 31 das elektromagnetische Feld abgestrahlt wird. Bei dieser Art der Antennenanordnung sind die elektrische Impedanz zwischen der Antennenvorrichtung 30 und der Übertragungsleitung 28 im wesentlichen dieselben. Als einem Ergebnis ist die reflektierte Leistung, die durch die geringe Impedanzfehlanpassung verursacht wird, ebenfalls im wesentlichen gering, was die Energiekopplung zwischen der Antenne und dem Zielgewebe optimiert.
Der Antennendraht 36 wird aus einem leitfähigen Material gebildet. Zum Beispiel kann eine Stahlfeder, Berylliumkupfer oder Silber-plattiertes Kupfer verwendet werden. Ferner kann der Durchmesser des Antennendrahts 36 bis zu einem gewissen Grad variieren, basierend auf der speziellen Anwendung der Ablati onsvorrichtung und der Art des gewählten Materials. Zum Beispiel in Koronaranwendungen unter Verwendung einer Antenne vom Monopol-Typ funktionieren Drahtdurchmesser zwischen etwa 0,005 Zoll bis etwa 0,020 Zoll gut. Bei der veranschaulichten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Antenne etwa 0,013 Zoll.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Antennendraht 36 aus einem Formerinnerungsmetall wie NiTi (Nitinol) gebildet sein. Wie erwähnt ist Nitinol ein superelastisches Material, das typischerweise eine ausgezeichnete Flexibilität und beim Verbiegen eine ungewöhnlich genaue Richtungspräferenz zeigt. Wenn die Antennenvorrichtung 30 innerhalb der Kavität eines Organs positioniert wird, befähigt folglich der Antennendraht 36 die Antennenvorrichtung 30 dazu, mit der Innenwand des Organs konform zu gehen. Wenn die Antennenvorrichtung 30 aus dem Organ herausgezogen wird, erleichtert auf ähnliche Weise der Antennendraht 36 das Geradeziehen, um das Entfernen durch die Sonde 12 zu ermöglichen. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die elektrische Leitfähigkeit des Nitinols nicht sehr gut ist, und als ein Ergebnis kann Nitinol beträchtlich erhitzen, wenn Leistung (z.B. Mikrowellen) appliziert wird. In einer Ausführung ist deshalb eine Schicht eines guten leitenden Materials über dem Nitinol angeordnet. Zum Beispiel kann eine Silberplattierung oder -abscheidung verwendet werden. Die Dicke des gut leitenden Materials kann zwischen etwa 0,00008 bis etwa 0,001 Zoll variieren, je nach Leitfähigkeit des ausgewählten Materials.
Die Länge der durch das Ablationsinstrument erzeugten ablativen Energie stimmt grob mit der Länge der Antennenvorrichtung 30 überein. Als einer Folge können Ablationsvorrichtungen mit spezifischen Ablationseigenschaften hergestellt werden, indem Ablationsvorrichtungen mit verschiedenen Antennenlängen gebaut werden. Zum Beispiel kann bei Koronaranwendungen eine Antennen länge zwischen etwa 20 mm und etwa 50 mm und insbesondere etwa 30 mm verwendet werden. In einigen Anwendungen kann die Sonde verwendet werden, um ein Meßwerkzeug einzuführen, das darauf angepaßt ist, den für eine spezielle Behandlung erforderlichen, ablativen Läsionsabstand zu messen. Je nach Messung kann die Länge der Antennenvorrichtung ausgewählt werden. In einigen Koronaranwendungen kann zum Beispiel das Werkzeug verwendet werden, um den Abstand zwischen der Mitralklappe und den Lungenvenen zu messen.
Wie gezeigt ist der Antennendraht 36 ein Monopol, der durch einen Längsdraht gebildet ist, der sich distal vom inneren Leiter 31 aus erstreckt. Es sollte jedoch klar sein, daß eine große Vielzahl anderer Antennenstrukturen genauso gut verwendet werden können. Zum Beispiel funktionieren Monopole mit ungleichförmigem Querschnitt, helikale Spulen, flache Leiterplattenantennen und dergleichen ebenfalls gut. Es sollte zudem klar sein, daß sich längserstreckende Antennen kein Erfordernis sind und daß andere Formen und Anordnungen verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Antenne aufgebaut sein, um mit der Form des zu ablatierenden Gewebes oder mit der Form eines vorbestimmten Ablativmusters zum Bilden von geformten Läsionen konform zu gehen.
Ferner ist der Antennendraht 36 im allgemeinen durch eine Antenneneinfassung 37 verkapselt. Die Antenneneinfassung 37 wird typischerweise verwendet, um entlang der Antennenvorrichtung 30 ein gleichförmiges Abstrahlmuster zu erhalten und eine hohe Konzentration an elektromagnetischem Feld zu beseitigen, die vorkommt, wenn ein freigelegtes Teil des Antennendrahts sich in direktem Kontakt mit dem zu ablatierenden Gewebe befindet. Eine hohe Feldkonzentration kann bei dem zu ablatierenden Gewebe eine hohe Oberflächentemperatur bilden, was nicht erwünscht ist, insbesondere für Herzanwendungen. Die Antenneneinfassung 37 kann aus irgendeinem dielektrischen Material mit niedriger Wasserabsorption und niedrigem dielektrischem Tangensverlust gebildet sein, wie Teflon oder Polyethylen. Wie unten detaillierter beschrieben kann es in einigen Anwendungen erwünscht sein, die Dicke der Antenneneinfassung 37 einzustellen, um eine bessere Impedanzanpassung zwischen der Antennenvorrichtung 30 und dem zur Ablation beabsichtigten Gewebe bereitzustellen. Obgleich ein Freiliegen des Antennendrahts typischerweise wegen der hohen Feldkonzentration nicht erfolgt, sollte angemerkt werden, daß das die Antenneneinfassung 37 bildende dielektrische Material entfernt werden kann, um eine exponierte metallische Antenne zu bilden.
Wie in 3B gezeigt ist der äußere Leiter 32 mit einem distalen Abschnitt 39 gebildet, der über das Durchstoßende 16 der Sonde 12 hinausgehend exponiert ist, wenn die Antennenvorrichtung 30 sich in ihrer Vorrückposition befindet. Während nicht beabsichtigt ist, an eine Theorie gebunden zu sein, wird allgemein angenommen, daß das abgestrahlte Feld dazu neigt, stärker entlang der Antennenvorrichtung 30 begrenzt zu sein, wenn das distale Ende des äußeren Leiters 32 sich in der Organkavität erstreckt und zum umgebenden Medium hin exponiert ist. Zum Beispiel funktioniert ein exponierter äußerer Leiter mit einer Länge von etwa 1 mm bis etwa 2 mm gut. Obgleich der äußere Leiter exponiert gezeigt und beschrieben ist, sollte klar sein, daß dies keine Beschränkung darstellt, und daß die Ablationsanordnung mit oder ohne exponiertem äußeren Leiter gemacht werden kann.
In einer Ausführungsform sind die Antennenvorrichtung und der äußere Leiter von einer Schicht eines dielektrischen Materials bedeckt. Die Schicht des dielektrischen Materials verhilft da zu, die hohe Konzentration von elektromagnetischem Feld zu entfernen, die durch den unbedeckten distalen Abschnitt des äußeren Leiters erzeugt wird. Dieser Aufbau ist für Herzanwendungen besser geeignet, weil die Hochfeldkonzentration potentiell ein Koagulum oder eine Karbonisierung erzeugen kann, was einen Embolieanfall auslösen kann. Wie in 6A und 6B gezeigt schließt das Ablationswerkzeug 24 eine Schutzhülle 45 ein, die die äußere Peripherie der Antennenvorrichtung 30 und einen Abschnitt des äußeren Leiters 32 der Übertragungsleitung 28 umgibt. Speziell ist die Schutzhülle 45 so aufgebaut, daß sie mindestens einen Abschnitt des exponierten distalen Abschnitts 39 des äußeren Leiters 32 und der Antenneneinfassung 37 bedeckt. Wie gezeigt kann die Schutzhülle auch das distale Ende der Antenneneinfassung 37 bedecken. Die Schutzhülle kann zum Beispiel aus irgendeinem dielektrischen Material wie Teflon (PTFE), FEP, Silikon und dergleichen gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ablationsanordnung so angeordnet, daß elektromagnetische Energie im Mikrowellenfrequenzbereich übertragen wird. Wenn Mikrowellenenergie zur Gewebeablation verwendet wird, liegen optimale Frequenzen im allgemeinen in der Nähe der optimalen Frequenz zum Erhitzen von Wasser. Zum Beispiel funktionieren Frequenzen im Bereich von ungefähr 800 MHz bis 6 GHz gut. Gegenwärtig sind die Frequenzen, welche von der U.S. FCC (Federal Communication Commission) zum experimentellen klinischen Arbeiten zugelassen sind, 915 MHz und 2,45 GHz. Deshalb kann eine Leistungszufuhr mit der Kapazität, um Mikrowellenenergie bei Frequenzen in der Nähe von 2,45 GHz zu erzeugen, gewählt werden. Die Leistungszufuhr schließt im allgemeinen einen Mikrowellengenerator ein, der irgendeine herkömmliche Form annehmen kann. Zum Zeitpunkt des Erstellens dieser Unterlage sind Feststoff-Mikrowellengeneratoren im Bereich von 1–3 GHz teuer. Deshalb wird ein herkömmliches Magnetron des Typs, der gewöhnlich in Mikrowellenöfen verwendet wird, als Generator verwendet. Es sollte jedoch klar sein, daß stattdessen irgendeine andere geeignete Mikrowellenleistungsquelle eingesetzt werden könnte, und daß die erläuterten Konzepte bei anderen Frequenzen wie etwa 434 MHz, 915 MHz oder 5,8 GHz (ISM-Band) angewandt werden können.
Eine häufige Befürchtung bei der Behandlung von Mikrowellenenergie ist die Impedanzanpassung der Antenne und der verschiedenen Übertragungsleitungskomponenten mit der Leistungsquelle. Eine Impedanzfehlanpassung führt zur Reflektion eines Anteils der ursprünglichen Leistung zurück zum Generator, was zu einer Verringerung der Gesamteffizienz führt. Es ist wünschenswert, die Impedanz der Übertragungsleitung 28 und der Antennenvorrichtung 30 mit der Impedanz des Generators, die typischerweise fünfzig Ohm beträgt, abzustimmen.
Die Übertragungsleitung 28 wird deshalb durch eine herkömmliche fünfzig-Ohm-Koaxialausgestaltung bereitgestellt, die zur Übertragung von Mikrowellenenergie in Frequenzen im Bereich von etwa 400 bis etwa 6.000 Megahertz geeignet ist. Wie in 2B gezeigt schließt die koaxiale Übertragungsleitung 28 einen inneren Leiter 31 und einen konzentrischen äußeren Leiter 32 ein, getrennt durch ein Medium eines dielektrischen Materials 33. Der innere Leiter 31 wird aus einem Kern eines festen metallischen Materials mit guter elektrischer Leitfähigkeit gebildet. Das dielektrische Medium 33 wird aus einem halbsteifen dielektrischen Material mit einem niedrigen Verlusttangens gebildet. Der äußere Leiter 32 wird aus einer Geflechthülse aus metallischen Drähten gebildet, die eine Abschirmung und eine gute Flexibilität davon bereitstellen.
Um die oben angegebenen Eigenschaften einer Ablationsanordnung mit relativ geringem Durchmesser, verbunden mit einem Erhalt der Impedanzübereinstimmung, zu erreichen, müssen die Größe des inneren Leiters 31 und des äußeren Leiters 32 sowie die Größe, die Form und das Material des Mediums des dielektrischen Materials sorgfältig ausgewählt werden. Jede dieser Variablen, zusammen mit anderen, auf die Antennenvorrichtung bezogenen Faktoren können verwendet werden, um die Impedanz und die Energieübertragungseigenschaften der Antennenvorrichtung einzustellen. Solche bevorzugten dielektrischen Materialien schließen mit Luft ausgegebenes TEFLON^TM ein, während die inneren und äußeren Leiter aus Silber oder Kupfer zusammengesetzt sind. Die Impedanz der Übertragungsleitung kann bestimmt werden durch die Gleichung:
worin "b" der Durchmesser des Mediums des dielektrischen Materials ist, "a" der Durchmesser des inneren Leiters ist, und er die Dielektrizitätskonstante des Mediums des dielektrischen Materials 33 ist. Es dürfte klar sein, daß eine charakteristische Impedanz, die sich von den fünfzig Ohm unterscheidet, ebenfalls verwendet werden kann, um das Mikrowellen-Ablationssystem aufzubauen. Um gute mechanische Eigenschaften des Koaxialkabel-Zusammenbaus zu erhalten, ist es ferner wichtig, die Härte oder Schmiedbarkeit des ausgewählten Materials in Betracht zu ziehen.
Wie zuvor erläutert ist es ebenfalls wichtig, die Impedanz der Antenne mit der Impedanz der Übertragungsleitung abzugleichen.
Wie Fachleuten gut bekannt ist, wird die Mikrowellenleistung zurück zum Generator reflektiert, und die Gesamtabstrahleffizienz neigt dazu, stark unterhalb der optimalen Leistungsfähigkeit zu liegen, wenn die Impedanz nicht abgeglichen ist. Mehrere, mit einer Abstimmung (z.B. einer Verbesserung oder Erhöhung der Abstrahleffizienz) der Antennenvorrichtung im Zusammenhang stehende Ausführungen werden nun im Detail beschrieben.
In einer Ausführungsform wird eine Impedanz-Abgleichvorrichtung bereitgestellt, um die Impedanz-Abgleichung zwischen der Antennenvorrichtung und der Übertragungsleitung zu erleichtern. Die Impedanz-Abgleichvorrichtung ist im allgemeinen in der Nähe der Verknüpfung zwischen der Antenne und der Übertragungsleitung vorgesehen. Meistens ist die Impedanz-Abgleichvorrichtung aufgebaut, um die Antennenstruktur in Resonanz zu setzen zur Minimierung der reflektierten Leistung und somit zur Erhöhung der Abstrahleffizienz der Antennenstruktur. Bei einer Ausführung wird die Impedanz-Abgleichvorrichtung bestimmt durch Verwendung eines Smith-Abacus-Modells. Die Impedanz-Abgleichvorrichtung kann bestimmt werden durch Messung der Impedanz der Antenne mit einem Netzwerkanalysator, Analysieren des gemessenen Werts mit einem Smith-Abacus-Diagramm, und Auswahl der geeigneten Abgleichvorrichtung. Zum Beispiel kann die Impedanz-Abgleichvorrichtung irgendeine Kombination eines seriellen oder parallelen Kondensators, Resistors, Induktors, einer Abstimmhülse oder einer Stichübertragungsleitung sein. Ein Beispiel des Smith-Abacus-Modells ist beschrieben in der Druckschrift David K. Cheng, "Field and Wave Electromagnetics", zweite Ausgabe, Addison-Wesley Publishing, 1989, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Wie in 7 gezeigt schließt in einer anderen Ausführungsform die Antennenvorrichtung 30 eine Abstimmhülse 63 ein zum Verbes sern der Strahleffizienz der Antennenvorrichtung 30. Die Abstimmhülse 63 ist ein im Umfang segmentierter Abschnitt, der sich distal vom distalen Ende 53 des äußeren Leiters 32 heraus erstreckt. In einigen Ausführungsformen ist die Abstimmhülse 63 integral mit dem äußeren Leiter 32 gebildet, und in anderen Ausführungsformen ist die Abstimmhülse 63 an den äußeren Leiter 32 gekoppelt. Wie gezeigt ist die Abstimmhülse 63 im allgemeinen auf einer Seite der Antennenvorrichtung 30 und insbesondere auf der Seite, die dem Zielgewebe der Ablation am nächsten ist (z.B. der Seite der abgewinkelten Komponente), positioniert.
Die Abstimmhülse 63 ist ebenfalls so angeordnet, daß sie die Antenneneinfassung 37 teilweise bedeckt oder umgibt. Zum Beispiel kann die Abstimmhülse 63 etwa 25% bis etwa 50% des Umfangs der Antenneneinfassung 37 bedecken. Ferner kann die Länge L der Abstimmhülse 63 eingestellt werden, um die Abstrahleffizienz der Antennenvorrichtung 30 weiter zu verbessern. Zum Beispiel wird durch Erhöhen der Länge L weniger Leistung beim Eingang der Antennenvorrichtung 30 reflektiert, und die Abstrahleffizienz des Systems wird erhöht. Die Abstrahleffizienz der Antennenvorrichtung 30 wird maximiert, wenn die Resonanzfrequenz die gleiche ist wie das durch den Generator erzeugte elektromagnetische Signal (z.B. 2,45 GHz).
Wie in 8 gezeigt schließt in einer anderen Ausführungsform die Antennenvorrichtung 30 ein Paar Richtstäbe 65 ein zum Verbessern der Abstrahleffizienz der Antennenvorrichtung 30. Wie gezeigt sind die Richtstäbe 65 im allgemeinen auf einer Seite der Antennenvorrichtung 30 und insbesondere auf der Seite, die dem Zielgewebe zur Ablation am nächsten ist (z.B. der Seite der abgewinkelten Komponente), positioniert. Die Richtstäbe 65 sind an der Peripherie der Antenneneinfassung 37 angeordnet und können irgendwo entlang der Länge der Antennenvorrichtung 30 posi tioniert sein. Zum Beispiel kann einer der Richtstäbe 65 in der Nähe des distalen Endes der Antennenvorrichtung 30 positioniert sein, während der andere Richtstab 65 in der Nähe des proximalen Endes der Antennenvorrichtung 30 positioniert sein kann. Die Position der Richtstäbe kann eingestellt werden, um die Abstrahleffizienz der Antennenvorrichtung 30 weiter zu verbessern. Die Richtstäbe werden im allgemeinen aus einem geeigneten metallischen Material wie Silber gebildet und können auch aus irgendeinem Material gebildet sein, welches mit Silber plattiert ist, zum Beispiel Silber-plattierter rostfreier Stahl oder Silber-plattiertes Kupfer. Ferner kann die Größe (Länge und Breite) der Richtstäbe 65 eingestellt werden, um die Abstrahleffizienz der Antennenvorrichtung 30 weiter zu verbessern. Es sollte gewürdigt werden, daß ein Paar Stäbe keine Begrenzung darstellen, und daß ein einzelner Stab oder mehr als ein Paar Stäbe verwendet werden können.
Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Mikrowelleenergie besteht darin, daß die Antennenvorrichtung nicht in Kontakt mit dem Zielgewebe zu stehen braucht, um das Gewebe zu entfernen. Dieses Konzept gilt insbesondere bei der Herzablation. Wenn zum Beispiel eine Mikrowellenantenne im Atrium lokalisiert ist, begegnet das abgestrahlte elektromagnetische Feld keiner Impedanzveränderung zwischen dem Blut und dem Myocardium (weil die komplexe Dielektrizitätskonstante dieser beiden Medien ähnlich sind). Als einem Ergebnis erfolgt bei der Grenzfläche von Blut zu Myocardium nahezu keine Reflektion, und ein beträchtlicher Teil der Energie wird in das Gewebe eindringen, um die Ablation zu erzeugen. Zudem verhilft zirkulierendes Blut zwischen der Antennenvorrichtung und dem zu ablatierenden Gewebe, die Gewebeoberfläche abzukühlen. So ist die Technik potentiell sicherer, weil sie weniger dazu neigt, eine Koagulation und/oder Karbonisierung zu bilden. Zum Beispiel kann ein Nicht- Kontaktabstand von etwa 1 bis etwa 2 mm verwendet werden. Obgleich das Fehlen eines Kontakts bestimmte Vorteile bringt, sollte ferner angemerkt werden, daß dies keine Einschränkung darstellt, und daß die Antennenvorrichtung und insbesondere die Antenneneinfassung in direktem Kontakt mit dem zu ablatierenden Gewebe positioniert werden kann.
Wie dem Fachmann ferner gut bekannt ist es schwieriger, Gewebe zu ablatieren, wenn die Antennenvorrichtung von Luft umgeben ist. Das heißt, es gibt einen starken Unterschied in den physikalischen Eigenschaften (der komplexen Dielektrizitätskonstante) zwischen Gewebe und Luft. Deshalb ist in einer Ausführungsform die umgebende Kavität mit einer Flüssigkeit gefüllt, bevor das Gewebe ablatiert wird, wenn die Antennenvorrichtung das zu ablatierende Gewebe nicht direkt berührt. Als einem Ergebnis des Füllens der Kavität mit einer Flüssigkeit kann eine bessere Ablation erzielt werden, die potentiell sicherer ist, weil sie weniger zur Bildung einer Koagulation und/oder Karbonisierung neigt. Zum Beispiel können Flüssigkeiten wie isotonische Salzlösung oder destilliertes Wasser verwendet werden.
Wie in 9A und 9B gezeigt ist in einigen Ausführungsformen die Antennenvorrichtung 30 darauf angepaßt, elektromagnetische Energie (z.B. Mikrowelle) in Richtungen zu liefern, die sich im wesentlichen radial senkrecht zur Längsachse 51 des Antennendrahts 36 und durch die Antenneneinfassung 37 erstrecken. Das heißt die Antennenvorrichtung 30 erzeugt im allgemeinen ein radiales isotropes Abstrahlmuster 41, bei dem die erzeugte Energie um ihr Volumen herum homogen verteilt ist. Das durch die Antennenvorrichtung 30 erzeugte Abstrahlmuster 41 besitzt zum Beispiel entlang der Antennenvorrichtung 30 eine elliptische Form (wie in 9A gezeigt) und um ihre Breite herum eine kreisrunde Form (wie in 9B gezeigt).
Es soll jedoch gewürdigt werden, daß zum Erzeugen einer besonderen Läsion (z.B. tiefer, schmäler, symmetrischer, asymmetrischer, speziell geformt, etc.) andere Ablationsmuster erforderlich sein können. Folglich kann die Antennenvorrichtung so angeordnet sein, daß andere Ablationsmuster geliefert werden. Die Antennenvorrichtung kann zum Beispiel so angeordnet sein, daß ein zylindrisches Ablationsmuster gebildet wird, welches entlang der Länge der Antenne gleichförmig verteilt ist, ein Ablationsmuster, welches auf eine Seite der Antennenvorrichtung gerichtet ist, ein Ablationsmuster, welches eine größere oder eine geringere Energie am distalen Ende der Antennenvorrichtung liefert, und/oder dergleichen. Einige Ausführungsformen, die mit dem Einstellen des Ablationsmusters der Antennenvorrichtung zusammenhängen, werden nun im Detail beschrieben.
In einer Ausführungsform wird die Dicke der Antenneneinfassung entlang der Längslänge der Antennenvorrichtung variiert, um das Abstrahlmuster des elektromagnetischen Feldes einzustellen, damit während der Ablation ein besseres Temperaturprofil erzeugt wird. Das heißt, die Dicke der Antenneneinfassung kann verwendet werden, um die Feldeigenschaften (z.B. die Form) des elektromagnetischen Feldes zu verbessern. Gemäß einer allgemeinen Regel neigt eine dickere Einfassung dazu, zu einer Verringerung der Abstrahleffizienz zu führen, und umgekehrt neigt eine dünnere Einfassung dazu, zu einer Erhöhung der Abstrahleffizienz zu führen. Somit kann durch Variieren der Dicke entlang der Antennenlänge die Menge der an das Gewebe gelieferten Energie verändert werden. So kann die Dicke variiert werden, um im zu ablatierenden Gewebe gefundenen Unterschiede zu kompensieren. In einigen Fällen kann die Antennenvorrichtung aufgebaut sein, um einen größeren Betrag an Energie auf eine spezielle Fläche zu liefern, und in anderen Fällen kann die Antennenvorrichtung aufgebaut sein, um eine gleichförmigere Energie entlang der Antennenlänge zu liefern. Wenn zum Beispiel die gelieferte Energie am proximalen Ende der Antenne größer ist als die Energie am distalen Ende, dann kann die Dicke des dielektrischen Materials am proximalen Ende zur Verringerung der Abstrahleffizienz erhöht werden und somit ein gleichförmigeres Abstrahlmuster entlang der Antenne bilden. Folglich kann im zu ablatierenden Gewebe eine gleichförmigere Aufwärmverteilung erzeugt werden.
Bei einer in 10 gezeigten alternativen Ausführung dieser Ausführungsform schließt die Antennenvorrichtung 30 eine Abstimmhülse 77 zum Veränderung des Abstrahlmusters der Antennenvorrichtung 30 ein. Die Abstimmhülse 77 ist aus einem geeigneten dielektrischen Material gebildet und ist so angeordnet, daß die Dicke der Antenneneinfassung 37 erhöht wird. Zum Beispiel kann die Abstimmhülse aus demselben Material gebildet werden, welches zum Bilden der Antenneneinfassung verwendet wurde. In einigen Ausführungsformen ist die Abstimmhülse 77 integral aus der Antenneneinfassung 37 gebildet, und in anderen Ausführungsformen ist die Abstimmhülse 77 an die Antenneneinfassung 37 gekoppelt. Ferner ist die Abstimmhülse 77 um die Peripherie der Antenneneinfassung 37 herum angeordnet und kann irgendwo entlang der Länge der Antennenvorrichtung 30 positioniert sein. Zum Beispiel kann die Abstimmhülse am proximalen Ende oder am distalen Ende der Antennenvorrichtung sowie irgendwo zwischen den proximalen und distalen Enden der Antennenvorrichtung positioniert sein. Es sollte klar sein, daß die Position und die Länge der Abstimmhülse 77 eingestellt werden kann, um das Abstrahlmuster der Antennenvorrichtung zu verändern. Obgleich die Abstimmhülse als die Antenneneinfassung umgebend gezeigt ist, sollte angemerkt werden, daß sie auch im Umfang segmentiert sein kann. Zudem sollte klar sein, daß eine einzelne Hülse kei ne Einschränkung darstellt, und daß eine Vielzahl von Hülsen verwendet werden können.
In einigen Ausführungsformen kann die Spitze des Antennendrahts exponiert sein, um die Feldeigenschaften weiter zu verändern. Eine exponierte Spitze erzeugt im allgemeinen in der Regel eine "Spitzenfeuerung", was dazu verwendet werden kann, mehr Energie am distalen Ende der Antenne zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen kann eine Abstimmhülse verwendet werden, um das Abstrahlmuster der Antennenvorrichtung zu verändern. In anderen Ausführungsformen können Richtstäbe verwendet werden, um das Abstrahlmuster der Antennenvorrichtung zu verändern.
In einer in 11 gezeigten anderen Ausführungsform schließt die Antennenvorrichtung 30 einen Reflektor 71 ein, der angeordnet ist, um einen Großteil des elektromagnetischen Feldes auf eine Seite des Antennendrahts 36 und somit auf eine Seite der Antennenvorrichtung 30 zu richten. In dieser Ausführungsform ist der Reflektor 71 seitlich zu einer ersten Seite des Antennendrahts 36 positioniert und ist so aufgebaut, daß ein Teil des elektromagnetischen Feldes, der zum Reflektor 71 hin übertragen wird, umgelenkt wird zu einer zweiten Seite des Antennendrahts 36 gegenüber dem Reflektor 71. Folglich wird ein resultierendes elektromagnetisches Feld, das einen Teil des erzeugten sowie einen Teil des umgelenkten elektromagnetischen Feldes einschließt, in eine gewünschte Richtung gerichtet, weg von der zweiten Seite des Antennendrahts 36. Die gewünschte Richtung liegt vorzugsweise in einer Richtung zum zu ablatierenden Gewebe hin, und somit wird der Reflektor auf der Seite der Antennenvorrichtung angeordnet, der der zur Ablation festgelegten Richtung gegenüberliegt. Ferner ist der Reflektor im wesentlichen parallel zur Antenne angeordnet, um eine bessere Steuerung des elektromagnetischen Feldes während der Ablation bereitzustellen.
Der Reflektor ist im allgemeinen an den äußeren Leiter der Übertragungsleitung gekoppelt. Das Verbinden des Reflektors mit dem äußeren Leiter dient zur besseren Begrenzung des während des Gebrauchs erzeugten elektromagnetischen Feldes. Das heißt, das abgestrahlte Feld ist besser eingegrenzt entlang der Antenne – auf einer Seite –, wenn der Reflektor mit dem äußeren Leiter der Übertragungsleitung elektrisch verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Reflektor und dem äußeren Leiter kann auf irgendeine geeignete Weise erfolgen, wie Weichlöten, Hartlöten, Ultraschallschweißen oder adhäsives Bondieren. In anderen Ausführungsformen kann der Reflektor aus dem äußeren Leiter der Übertragungsleitung selbst gebildet werden. Typischerweise ist dies vom Standpunkt der Herstellung aus schwieriger, weist jedoch den Vorteil der Bildung einer rauheren Verbindung zwischen dem Reflektor und dem äußeren Leiter auf. In anderen Ausführungsformen werden Metallisiertechniken angewendet, um eine reflektive Oberfläche auf der Antenneneinfassung aufzubringen.
Wie jenen, die mit der Technik vertraut sind, klar werden kann, kann während der Ablation eine tiefere Durchdringung von biologischem Gewebe erhalten werden, und das biologische Zielgewebe zur Ablation kann ohne großes Erhitzen von umgebendem Gewebe und/oder Blut entfernt werden, indem ein konzentriertes und gerichtetes elektromagnetisches Feld gebildet wird. Da die Abstrahlleistung im Blut nicht verloren geht, wird ferner im allgemeinen weniger Leistung von der Leistungsquelle benötigt, und im allgemeinen geht in der Übertragungsleitung weniger Leistung verloren. Zudem kann diese Anordnung verwendet werden, um lineare Läsionen zu bilden, die präziser sind.
Ferner setzt sich der Reflektor 71 typischerweise aus einem leitfähigen metallischen Netz oder einer leitfähigen metallischen Folie zusammen. Ein besonders geeignetes Material ist Silber-plattiertes Kupfer. Eine andere geeignete Anordnung kann ein Netz oder eine Folie aus rostfreiem Stahl sein, mit einer auf der inneren Umfangsoberfläche gebildeten Schicht aus Silber. Es sollte jedoch klar sein, daß diese Materialien keine Beschränkung darstellen. Ferner kann die tatsächliche Dicke des Reflektors je nach gewähltem speziellen Material variiert werden.
Der Reflektor 71 ist aufgebaut, daß er eine gekrümmte oder Meniskusform aufweist (z.B. einen Halbmond), mit einem Bogenwinkel, der sich zum Antennendraht 36 hin öffnet. Die Kelchung des Reflektors 71 zum Antennendraht 36 hin dient zum besseren Eingrenzen des elektromagnetischen Feldes, das während des Gebrauchs erzeugt wird. Der Bogenwinkel wird typischerweise zwischen etwa 90° bis etwa 180° eingestellt. Zum Beispiel funktioniert ein Bogenwinkel von etwa 120° gut. Ferner ist gefunden worden, daß, wenn der Bogenwinkel 90 größer als 180° ist, die Abstrahleffizienz der Antennenanordnung stark abfällt.
Nun auf 12A und 12B Bezug nehmend wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei der metallische nadelförmige Schaft 44 als eine elektrische Verlängerung des äußeren Leiters 32 verwendet wird. In dieser Ausführungsform schließt der äußere Leiter 32 ein Kontaktelement 60 ein, der am distalen Ende des äußeren Leiters 32 vorgesehen ist. Das Kontaktelement 60 ist angeordnet, um den äußeren Leiter 32 mit dem nadelförmigen Schaft 44 zu koppeln, wenn das Ablationswerkzeug durch die Sonde 12 bewegt wird, und insbesondere wenn das Ablationswerkzeug seine entfaltete Position erreicht (wie in 12B gezeigt). Ferner sind die distalen Ab schnitte der Übertragungsleitung 28 passend dimensioniert so, daß nur das Medium des dielektrischen Materials 33 und der innere Leiter 31 im Lumen 22 des metallischen nadelförmigen Schafts 44 aufgenommen sind. Das heißt, ein distaler Abschnitt des äußeren Leiters 32 ist so entfernt worden, daß der äußere Leiter 32 vom Lumen 22 des nadelförmigen Schafts 44 nicht getragen wird. So ist das Kontaktelement 60 darauf angepaßt, das distale Ende 46 des nadelförmigen Schafts 44 zu kontaktieren. Durch Bereitstellen einer elektrischen Verbindung kann der metallische nadelförmige Schaft 44 als eine Verlängerung des äußeren Leiters 32 der Übertragungsleitung 28 wirken.
Zur leichteren Diskussion sind Abschnitte des Ablationswerkzeugs 24, die proximal vom Kontaktelement 60 vorgesehen sind, mit einem A bezeichnet, und Abschnitte des Ablationswerkzeugs 24, die distal vom Kontaktelement 60 angeordnet sind, sind mit einem B bezeichnet. Folglich bildet der Zusammenbau, der den inneren Leiter 31B, das dielektrische Material 33B und den metallischen nadelförmigen Schaft 44 einschließt, ein distales Koaxialkabel 28B. Das heißt, der nadelförmige Schaft 44 fungiert auf leitende Weise als eine Abschirmung für die Übertragungsleitung 28 von der Zugangsöffnung 46 bis zur distalen Durchstoßöffnung 47 der Sonde 12. Wie am besten in 12B gesehen, beginnt der Abschirmeffekt, wenn der äußere Leiter 32 der Übertragungsleitung 28 und der nadelförmige Schaft 44 der Sonde 12 sich in leitender Verbindung miteinander verbinden. Der äußere Leiter 32 muß daher mindestens dann in leitende Verbindung mit dem metallischen nadelförmigen Schaft 44 sein, wenn die Antennenvorrichtung 30 elektromagnetische Energie abstrahlt.
Wie in 12B gezeigt ist das Kontaktelement 60 darauf angepaßt, den proximalen Teil 46 des nadelförmigen Schafts 44 elek trisch zu kontaktieren, wenn sich die Antennenvorrichtung 30 vollkommen durch den nadelförmigen Schaft 44 und in das Zielorgan 18 erstreckt. Somit wirkt das Kontaktelement 60 nicht nur als ein elektrischer Verbinder zwischen dem äußeren Leiter 32 und dem nadelförmigen Schaft 44, sondern auch als eine Stoppvorrichtung, die den Penetrierbetrag in das Organ begrenzt. In den meisten Anordnungen ist die Größe des Kontaktelements 60 lediglich größer als diejenige der Zugangsöffnung.
Wie zuvor erläutert ist es ebenfalls wichtig, die Impedanz der Antenne mit der Impedanz der Übertragungsleitung abzustimmen. Wie dem Fachmann gut bekannt, wird die Mikrowellenleistung zum Generator zurückreflektiert und die Gesamtabstrahleffizienz neigt dazu, deutlich unter die optimale Leistungsfähigkeit abzusinken, wenn die Impedanz mit der Übertragungsleitung nicht abgeglichen ist. Folglich werden die Größenordnungen der distalen Koaxialkabelelemente im allgemeinen so ausgewählt, daß die Impedanz der proximalen Übertragungsleitung abgeglichen ist. Wie klar sein sollte, können die Querschnittsgröße von 28B, 31B und 33B sich von denjenigen von 28A, 31A und 33A unterscheiden.
Bezüglich der Länge der Antennenvorrichtung 30 in dem Aufbau der 12A und 12B ist zu sagen, daß die Länge im allgemeinen vom Zentrum der distalen Durchstoßöffnungen 47 bis zum distalen Ende des Antennendrahts 36 definiert ist. Mehrere wichtige Faktoren, die die Antennenlänge beeinflussen, schließen die gewünschte Länge der Ablation, der Antennenaufbau, die Frequenz der elektromagnetischen Welle und die Impedanzabgleichung der Antenne mit dem Gewebe oder der Organkavität ein. Die Abgleichung der Antenne wird durch Einstellung ihrer Länge ausgeführt, so daß die Abstrahleffizienz passend ist, wenn die Antenne im Gewebe oder in der Organkavität verwendet wird. Als einem Beispiel ist die Abstrahleffizienz im allgemeinen pas send, wenn der Reflexionsverlust der Antenne bei 2,45 GHz im Bereich von –10 dB bis –13 dB liegt. Instrumente mit den spezifizierten Ablationseigenschaften können gestaltet werden durch Verändern der Antennenlänge. Bei Mikrowellen-Herzanwendungen zum Behandeln der atrialen Fibrillation zum Beispiel kann die Antennenvorrichtung einen Antennendrahtdurchmesser von etwa 0,013 Zoll, einen Durchmesser des Mediums des dielektrischen Materials von etwa 0,050 Zoll sowie eine Länge im Bereich von etwa 20 mm bis 30 mm aufweisen.
Das distale Koaxialkabel kann auch als eine serielle Abstimmhülse verwendet werden, um die Impedanz der Antennenvorrichtung 30 und der Übertragungsleitung 28 abzugleichen. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da die Durchmesser des inneren Leiters 31 und des Mediums des dielektrischen Materials 33 im Vergleich zum Einführdurchgang 22 maximiert werden können, während elektrische Fortführung und der Impedanzabgleich zwischen dem Generator und der Antenne beibehalten werden. Die größeren Durchmesser erleichtern deutlich den axialen Durchstoß in das Organ aufgrund der erhöhten seitlichen und axialen Steifigkeit, ohne den Impedanzabgleich von etwa fünfzig (50) Ohm zu beeinträchtigen.
Nun auf 13A und 13B Bezug nehmend wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei die Ablationsvorrichtung 10 einen Arretierabschnitt 79 zum Positionieren der Antennenvorrichtung 30 in der Nähe der Wand 82 des Organs 18 einschließt. Der Arretierabschnitt 79 und die Antennenvorrichtung 30 sind so angeordnet, daß eine lineare Positionierung der Antennenvorrichtung 30 erleichtert wird. Der Arretierabschnitt 79 schließt im allgemeinen einen Arretierfinger 81 und eine Gleitstange 84 ein, die gleitend mit dem nadelförmigen Schaft 44 gekoppelt ist und so gestaltet ist, daß sie sich relativ zur Sonde 12 bewegt. Im allgemeinen ist die Gleitstange 84 so aufgebaut, daß sie mindestens innerhalb einer Gleitspurweite 86 gleiten kann, die strukturell am nadelförmigen Schaft 44 befestigt ist. Der Arretierabschnitt 79 ist ferner so angeordnet, daß er im wesentlichen entsprechend der Antennenvorrichtung 30 ausgerichtet ist (in derselben Ebene), wenn sich die Antennenvorrichtung 30 in ihrer abgeknickten Position befindet.
Folglich wird, wenn die Antennenvorrichtung 30 richtig positioniert ist, der Arretierabschnitt 79 in einer Richtung zum Organ 18 hin bewegt, um die Organwand zwischen der Antenne 30 und dem Arretierfinger 81 einzuklemmen. Das heißt, der Arretierfinger 81 wird bis zu einer Position bewegt, die die Außenwand 88 des Organs 18 kontaktiert, wobei die Antennenvorrichtung 30 nach dem Kontakt und infolge einer weiteren Fingerbewegung dazu gezwungen wird, sich in einer Richtung zur Sonde 12 hin zu bewegen. Als einem Ergebnis üben die Antennenvorrichtung 30 und der Arretierfinger 81 entgegengesetzte Kräfte auf gegenüberliegende Seiten der Organwand aus. Der Finger und die Antennenvorrichtung können zum Beispiel verwendet werden, um das Myocardium des Herzens dazwischenzulegen, wobei der Finger eine Kraft auf die epicardiale Oberfläche ausübt und die Antennenvorrichtung eine entgegengesetzte Kraft auf das Endokardium ausübt. Diese besondere Vorgehensweise neigt dazu, eine gleichmäßigere Ablationsoberfläche zu bilden, was als Ergebnis eine bessere lineare Läsion erzeugt.
Der Arretierfinger ist im allgemeinen so aufgebaut, daß er parallel zur abgewinkelten Position der entfalteten Antennenvorrichtung ist. Wenn zum Beispiel die Antennenvorrichtung mit einem Winkel von etwa 60° in Bezug auf die Achse der Sonde aufgebaut ist, dann kann der Finger mit einem Winkel von etwa 60° im Bezug auf die Achse der Sonde aufgebaut sein. Auf diese Weise können die Antennenvorrichtung und der Arretierfinger die Organwand gleichmäßig einklemmen. Alternativ kann der Arretierfinger so gestaltet sein, daß er mit der Form der Außenwand konform geht. Noch weiter weist der Arretierfinger im allgemeinen eine Länge auf, die zur Länge der Antennenvorrichtung im wesentlichen gleich ist. Es soll jedoch angemerkt werden, daß die Länge je nach spezifischer Ausgestaltung der jeweiligen Ablationsvorrichtung variieren kann. Ferner kann der Gleitstab mit einem Griff zum physikalischen Betätigen der Linearbewegung, mit einem Knauf oder einer Buchse zur mechanischen Betätigung der Linearbewegung, oder mit einer Luftzufuhr zum Antreiben der Linearbewegung verbunden sein. Auch kann ein Sperrmechanismus verwendet werden, um den Eingriff zwischen dem Arretierfinger und der Antennenvorrichtung so zu blockieren, daß die Antennenvorrichtung während der Ablation sich nicht vom Zielbereich wegbewegt.
Darüberhinaus kann eine Dichtung zwischen dem Arretierfinger und der Außenwand des Organs zum Abdichten der Einstichstelle verwendet werden. Zudem kann auf dem Arretierfinger eine Saugvorrichtung vorgesehen sein, um den Arretierfinger mit der äußeren Organwand zu verankern und temporär dort zu positionieren. Alternativ kann ein Ballon, der an der Sonde befestigt ist, verwendet werden, um die Organwand zwischen dem aufgeweiteten Ballon und der winkelig positionierten Antennenvorrichtung einzuklemmen.
Nun auf 14A und 14B Bezug nehmend ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei die Ablationsvorrichtung 10 eine Grundplatte 89 zum Koppeln von elektromagnetischer Energie 90 durch die Organwand 35 einschließt. Die Grundplatte 89 stellt im allgemeinen eine metal lische Oberfläche bereit, die das durch die Antennenvorrichtung 30 erzeugte elektrische Feld anzieht, und deshalb wird ein intensiveres elektromagnetisches Feld 90 zwischen der Antennenvorrichtung 30 und der Grundplatte 89 erzeugt. Folglich ist das durch die Antennenvorrichtung 30 emittierte elektromagnetische Feld 90 stärker auf das Gewebe 35 zwischen der Antennenvorrichtung 30 und der Grundplatte 89 begrenzt, was als einem Ergebnis dazu verhilft, die Ablation zu bilden.
Wie für den Fachmann klar sein dürfte, besitzt das Einführen des zu ablatierenden Gewebes zwischen der Grundplatte 89 und der Antenne 30 mehrere potentielle Vorteile gegenüber herkömmlichen Antennenstrukturen. Durch Bilden eines konzentrierten elektromagnetischen Feldes kann zum Beispiel eine tiefere Durchdringung biologischer Gewebe während der Ablation erhalten werden, und das biologische Zielgewebe zur Ablation kann ohne starkes Erhitzen von umgebendem Gewebe und/oder Blut entfernt werden. Da die abgestrahlte Leistung im Blut nicht verloren geht, ist ferner im allgemeinen weniger Leistung aus der Leistungsquelle erforderlich, und weniger Leistung geht im allgemeinen in der Übertragungsleitung verloren, was eine Verringerung ihrer Temperatur begünstigt. Zusätzlich kann diese Anordnung verwendet werden, um Läsionen zu bilden, die präziser sind.
In dieser Ausführungsform ist die Grundplatte 89 elektrisch mit dem äußeren Leiter 32 der Übertragungsleitung 28 gekoppelt. Die Grundplatte 89 ist im allgemeinen auf dem nadelförmigen Schaft 44 der Sonde 12 bei einem vorbestimmten Abstand Q von der entfalteten Antennenvorrichtung 30 entfernt angeordnet (wie in 14B gezeigt). Der vorbestimmte Abstand Q ist so gestaltet, daß die Grundplatte 89 in enge Nähe zur Antennenvorrichtung 30 und außerhalb der Außenwand des Organs 18 gesetzt wird, wenn der nadelförmige Schaft 44 in der Organwand 35 positioniert ist. Bei Herzanwendungen zum Beispiel kann ein Abstand zwischen etwa 1 mm und etwa 15mm verwendet werden.
Darüberhinaus ist die Grundplatte 89 im allgemeinen parallel zur abgewinkelten Position der Antennenvorrichtung 30 gebildet. Wenn die Antennenvorrichtung 30 zum Beispiel mit einem Winkel von etwa 60 Grad in Bezug auf die Achse der Sonde gebildet ist, dann kann die Grundplatte mit einem Winkel von etwa 60 Grad in Bezug auf die Achse der Übertragungsleitung gebildet sein. Auf diese Weise können die Antenne und die Grundplatte gleichmäßiger Energie verkoppeln. Alternativ kann die Grundplatte so gestaltet sein, daß sie mit der Form der Außenwand konform geht. Ferner kann die Grundplatte im allgemeinen eine Länge aufweisen, die zu der Länge der Antennenvorrichtung 30 im wesentlichen gleich ist. Eine Grundplattenlänge zum Beispiel zwischen etwa 20 mm und etwa 50 mm funktioniert gut. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Länge je nach speziellen Anforderungen der jeweiligen Ablationsvorrichtung variieren kann. Die Grundplatte ist ferner so angeordnet, daß sie mit der abgewinkelten Komponente der Antennenvorrichtung 30 im wesentlichen ausgerichtet ist (in derselben Ebene).
Die Grundplatte 89 kann aus einem Draht, einem Streifen oder einer Stange gebildet sein und kann in einer kreisförmigen, rechteckigen oder anderen Querschnittsform strukturiert sein. Ferner ist die Grundplatte 89 aus einem geeigneten leitfähigen Material wie rostfreiem Stahl oder Silber gebildet. Die Größenordnung der Grundplatte 89 kann bis zu einem gewissen Grad auf der Grundlage der speziellen Anwendung der Ablationsvorrichtung und der Art des gewählten Materials variieren. Zudem kann die Grundplatte auf einem flexiblen dielektrischen Substrat (wie Teflon oder Polyimid) gedruckt sein oder darin eingeschlossen sein. Ferner kann die Verbindung zwischen der Grundplatte 89 und dem äußeren Leiter 32 auf irgendeine geeignete Weise wie Weichlöten, Hartlöten, Ultraschallschweißen oder adhäsivem Bondieren gefertigt werden.
Die Grundplatte 89 kann auf eine Vielzahl von Arten angeordnet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Grundplatte steif oder strukturell mit dem nadelförmigen Schaft der Sonde gekoppelt werden. In anderen Ausführungsformen kann die Grundplatte schwenkbar oder gleitbar mit dem nadelförmigen Schaft der Sonde verbunden sein. Der Arretierfinger zum Beispiel, der wie oben in 13 beschrieben wurde, kann so gestaltet werden, daß er eine Grundplatte für die Antenne ist. In anderen Ausführungsformen kann die Grundplatte flexibel sein, um dem natürlichen Kurvenverlauf des Organs zu folgen. In anderen Ausführungsformen kann die Grundplatte für den Kontakt mit dem Gewebe vorgespannt sein. Noch weiter kann in einigen Ausführungsformen die Grundplatte zur Wirkung als eine Stoppvorrichtung aufgebaut sein, die den Betrag der Sondenpenetrierung in der Organ begrenzt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Grundplatte passend gegenüber der Antennenvorrichtung mit einem Grundplattenpositionierer positioniert sein. Der Grundplattenpositionierer schließt im allgemeinen ein röhrenförmiges Element ein, welches einen Durchgang darin aufweist. In dieser Ausführungsform rückt die Grundplatte in Längsrichtung durch den Durchgang des röhrenförmigen Elements bis zur distalen Öffnung des Durchgangs vor. Durch fortschreitendes Vorrücken kann die Grundplatte so gehandhabt werden, daß sie sich durch die distale Öffnung des Durchgangs hindurch und bis zur Außenwand des Organs erstreckt. Ein solches Vorrücken ermöglicht vorzugsweise, daß die Grundplatte eine vorbestimmte Position einnimmt, die mit der entfal teten Antennenvorrichtung im wesentlichen ausgerichtet ist, so daß die Organwand zwischen der Grundplatte und der Antennenvorrichtung angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Vorspannelement einschließen, das speziell so geformt und gestaltet ist, daß die Grundplatte in eine vorbestimmte Biegeposition gezwungen wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Lenksystem zum Biegen der Grundplatte auf eine vorbestimmte Biegeposition einschließen. In einer anderen Ausführungsform kann der nadelförmige Schaft des röhrenförmigen Elements vorgebogen oder gekrümmt sein, um die Grundplatte in ihre vorgerückte Position zu lenken.
Auf 15 Bezug nehmend schließt die Ablationsvorrichtung 10 einen Positionierer 91 ein, der ein röhrenförmiges Element 92 und einen Durchgang 94 darin aufweist. Wie oben erwähnt ist die Grundplatte 96 mit dem äußeren Leiter 32 der Übertragungsleitung 28 elektrisch gekoppelt. In dieser besonderen Ausführungsform schließt das röhrenförmige Element einen gebogenen Abschnitt 95 ein, der die Position der Grundplatte 96 auf eine gegenüber der Achse 40 des proximalen Endes 14 der Sonde 12 abgekehrten Weise umlenkt. Da das distale Ende der Grundplatte 96 die gekrümmte Wand 95 des Durchgangs 94 kontaktiert, wird die Grundplatte 96 aus der distalen Öffnung 97 heraus und zu einer Außenwandposition gezwungen, die im wesentlichen auf der abgewinkelten Antennenvorrichtung 30 ausgerichtet ist. Zudem kann die Grundplatte 96 an der Übertragungsleitung 28 so befestigt sein, daß, wenn die Antennenvorrichtung 30 entfaltet ist, dies auch für die Grundplatte 96 gilt.
Nun auf 16 Bezug nehmend wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der die Ablationsvorrichtung 10 durch eine Zugangsvorrichtung 70 eingeführt ist, die in der Körperkavität 20 positioniert ist.
Die Zugangsvorrichtung 70 ist im allgemeinen innerhalb eines kleinen Einschnitts vorgesehen, der in der Körperkavität 20 gebildet ist. Die Zugangsvorrichtung schließt einen Durchgang 72 ein, der bezüglich der Größe ungefähr so bemessen ist, daß die Ablationsvorrichtung 10 so aufgenommen wird, daß der nadelförmige Schaft 44 der Sonde 12 in die Körperkavität 20 eingeführt werden kann. Wie erkannt werden kann, ermöglicht der Durchgang 72 einen Zugang zu dem Zielorgan 18. Zugangsvorrichtungen sind dem Fachmann gut bekannt und werden deshalb nicht im Detail hier näher beschrieben.
Bei 17 wird die beschriebene Ablationsvorrichtung 10 zum Entfernen von Herzgeweben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Ablationsvorrichtung 10 ist besonders vorteilhaft beim Navigieren um bestimmte Bereiche des Herzens 200 herum. Die Ablationsvorrichtung 10 kann zum Beispiel verwendet werden, um die Schichten aus Fett 202 oder Venen 204, die die epicardiale Oberfläche 206 (z.B. die Außenwand) des Herzens 200 umgeben, zu umgehen. Die Vene 204 zum Beispiel kann der Gefäßsinus sein, der unmittelbar oberhalb der Verbindung zwischen dem linken Atrium 240 und dem linken Ventrikel 246 lokalisiert ist. Wie erwähnt ist Fett 202 ein guter Mikrowellenabsorber und ein sehr schlechter Wärmeleiter. Ferner übertragen Venen 204 ohne weiteres Wärme über den Blutstrom. Als einem Ergebnis sind Fett 202 und Venen 204 von der epicardialen Oberfläche aus sehr schwierig zu entfernen (nicht genügend thermische Energie zur Ablation). Folglich kann durch Positionieren der Antennenvorrichtung 30 in das Innere einer Kavität 208 des Herzens 200 (z.B. durch die Fettschicht) die Ablationsenergie eher an das Endokardium 210 geliefert werden als an die versperrte epicardiale Oberfläche 206, wo das Zielgewebe wirksam entfernt wird. Die Kavität 208 kann zum Beispiel das linke Atrium 240, das rechte Atrium 242, das linke Ventrikel 246 oder das rechte Ventrikel 244 sein.
Die Ablationsvorrichtung 10 kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Herzerkrankungen zu behandeln. In einer Ausführungsform wird die Ablationsvorrichtung zum Behandeln der atrialen Fibrillation verwendet, und in einer anderen Ausführungsform wird die Ablationsvorrichtung zum Behandeln des atrialen Flatterns verwendet. Nun werden Ausführungsformen beschrieben, die mit dem Entfernen von Herzgeweben unter Verwendung der Ablationsvorrichtung 10 verbunden sind.
In einer Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um Läsionen zwischen irgendwelchen pulmonaren Venen 212 des Herzens 200 zu schaffen, um atriale Fibrillationen zu behandeln. In einer anderen Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um bei einer der pulmonaren Venen 212 bis zur Mitralklappe 213 des Herzens 200 zu bilden, um einen Makrowiedereintrittskreislauf über die pulmonaren Venen in einem zum Behandeln der atrialen Fibrillation verwendeten Läsionsmuster zu verhindern. In einer anderen Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um Läsionen bei einer der pulmonaren Venen 212 bis zum linken atrialen Anhang des Herzens 200 zu bilden, ebenfalls um einen Makrowiedereintrittskreislauf über die pulmonaren Venen in einem zur Behandlung einer atrialen Fibrillation verwendeten Läsionsmuster zu verhindern.
In einer Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um Läsionen zwischen der unteren Hohlvene 216 und der Tricuspidalklappe 214 des Herzens zu bilden, um ein typisches oder atypisches atriales Flattern zu behandeln. In einer anderen Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um Läsionen entlang der Cristae terminalis im rechten Atrium 242 des Her zens 200 zu bilden, um ein typisches oder atypisches atriales Flattern zu behandeln. In einer anderen Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um Läsionen in den Cristae terminalis zu den Fossae ovalis im rechten Atrium 242 des Herzens 200 zu bilden, um ein typisches oder atypisches atriales Flattern zu behandeln. In einer noch anderen Ausführung wird die Ablationsvorrichtung 10 verwendet, um Läsionen in der Seitenwand des rechten Atriums 242 von der oberen 220 bis zur unteren Hohlvene 216 zu bilden, um ein atypisches atriales Flattern und/oder atriales Fibrillieren zu behandeln.
Obgleich eine große Vielzahl von Herzbehandlungen beschrieben wurde, sollte klar sein, daß diese speziellen Behandlungen keine Begrenzung darstellen, und daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Bereiche des Herzens angewandt werden kann.
Ein Verfahren der Verwendung der beschriebenen Mikrowellen-Ablationsvorrichtung bei der Behandlung des Herzens wird nun unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. Obgleich nur ein Herz gezeigt und beschrieben ist, sollte klar sein, daß andere Organe wie auch Organductusse mit der Ablationsvorrichtung behandelt werden können. Das Verfahren schließt das Bereitstellen einer Ablationsvorrichtung wie irgendeiner der hier beschriebenen Ablationsvorrichtungen ein. Insbesondere schließt das Verfahren das Bereitstellen einer chirurgischen Vorrichtung 10 ein, die eine Sonde 12 und eine längliche Mikrowellen-Ablationsanordnung 24 aufweist. Die Sonde 12 schließt einen Durchgang ein, der sich darin erstreckt von einem proximalen Ende 14 bis zu einem gegenüberliegenden distalen Ende 16 davon. Das distale Ende 16 ist angepaßt, eine Muskelwand 222 (z.B. Myocardium) des Herzens 200 zu penetrieren. Die längliche Mikrowellen-Ablationsanordnung 24 schließt ferner eine distale Antenne 30 ein, die an eine Übertragungsleitung gekoppelt ist, welche ihrerseits an einem proximalen Ende davon mit einer Mikrowellen-Energiequelle gekoppelt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt das Verfahren das Einführen der chirurgischen Vorrichtung 10 in eine Körperkavität 230 ein. Dies kann durch Penetrieren des Körpers 232 oder über eine Zugangsvorrichtung 70 erfolgen. Mehrere chirurgische Wege sind möglich. Zum Beispiel kann die chirurgische Vorrichtung durch einen offenen Brustkorb, einer posterioren Thorakotomie, einer lateralen Thorakotomie (wie in 10 gezeigt), oder einer Sternotomie. Die chirurgische Behandlung kann auch ein Endoskop verwenden, um die Ablationsvorrichtung während des Einsetzens sichtbar zu machen. Diese Behandlungen sind dem Fachmann im allgemeinen bekannt und werden der Kürze wegen nicht im Detail diskutiert.
Das Verfahren schließt ferner das Penetrieren der Muskelwand 222 des Herzens 200 mit dem distalen Ende 16 der länglichen Sonde 12 und das Einführen der länglichen Sonde 12 durch die Muskelwand 222 des Herzens 200 und in die Innenkammer 208 davon ein. Das chirurgische Werkzeug 10 kann zum Beispiel in das linke Atrium 240, das rechte Atrium 242, das rechte Ventrikel 244 oder das linke Ventrikel 246 eingeführt werden. Vor dem Penetrieren kann ferner eine Kräuselfadennaht in die Herzwand in die Nähe der Zielfläche zur Penetrierung eingesetzt werden, um während der Penetrierung eine Spannung aufzubauen. Kräuselfadennähte sind im Stand der Technik gut bekannt und werden der Kürze wegen nicht detaillierter beschrieben.
Das Verfahren schließt ferner das Einführen der länglichen Mikrowellen-Ablationsvorrichtung 24 in den Durchgang der länglichen Sonde 12 und das Vorrücken der Antenne 30 über das distale Ende 16 der Sonde 12 hinweg ein, derart, daß die Antenne 30 im Inneren der Innenkammer 208 des Herzens 200 angeordnet ist.
Beim Vorrücken nimmt die Antenne 30 vorzugsweise eine vorbestimmte Position ein, die mit der Form und/oder der Winkelposition der zu ablatierenden Wand im wesentlichen übereinstimmt. Diese Position kann zum Beispiel die Antenne im wesentlichen parallel zur Innenoberfläche 210 (z.B. Endokardium) der penetrierten Muskelwand 222 und in die Nähe des Zielgewebes setzen. Ein abgewinkeltes Vorrücken kann auf vielerlei Arten bewerkstelligt werden, zum Beispiel mit einem Vorspannelement, einem Lenkdraht oder einer gebogenen Sonde. Ferner schließt das Verfahren das Erzeugen eines Mikrowellenfeldes bei der Antenne ein, das ausreichend stark ist, um innerhalb des erzeugten Mikrowellenfeldes eine Gewebeablation zu verursachen.
Gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung schließt die Ablationsvorrichtung eine Nadel und eine Übertragungsleitung mit einer Längsachse ein. Die Nadel ist darauf angepaßt, in eine Körperkavität eingeführt zu werden und ein Organ (oder ein Ductus) innerhalb der Körperkavität durchzustoßen. Die Nadel ist ferner aufgebaut zum Einführen in eine Kavität innerhalb des Organs und schließt eine Antenne zur Übertragung von elektromagnetischer Energie ein. Die Übertragungsleitung ist an die Antenne gekoppelt und aufgebaut zum Liefern von elektromagnetischer Energie an die Antenne. Ferner ist die Ablationsvorrichtung so angeordnet, daß, wenn die Nadel schließlich in die Organkavität eingeführt ist, die Antenne unter einem Winkel in Bezug auf die Längsachse der Übertragungsleitung zu liegen kommt. In den meisten Fällen ist die Nadel oder die Übertragungsleitung vorgeformt oder gebogen bei einer vorbestimmten Position, die so angeordnet ist, daß sie mit der Form und/oder der Winkelposition der zu ablatierenden Wand im wesentlichen übereinstimmt. In anderen Fällen kann ein Vorspannelement oder ein Lenksystem auf eine Weise ähnlich zu dem oben beschriebenen Vorspannelement bzw. Lenksystem zur Bereitstellung der abgewinkelten Position verwendet werden.
Nun auf 18–21 Bezug nehmend wird eine Ablationsvorrichtung, allgemein mit 100 bezeichnet, bereitgestellt, die eine relativ dünne Nadel 102 einschließt, die zur Emission elektromagnetischer Energie aufgebaut ist und ein Penetrierende 104 aufweist, das zum Durchstoßen eines Organs 106 angepaßt ist. Die Nadel 102 ist axial steif, um eine Gewebepenetrierung zu gestatten, und kann in der Längsrichtung flexibel sein, um während der Positionierung eine Beschädigung des Organs 106 zu vermeiden. Die Ablationsvorrichtung 100 schließt ferner eine Übertragungsleitung 108 mit einer Längsachse 110 und einem distalen Ende 112 ein, das mit dem proximalen Ende 114 der Nadel 102 gekoppelt ist zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, das zur Verursachung einer Gewebeablation ausreichend stark ist. Beim proximalen Ende 118 der Übertragungsleitung 110 ist ein elektrischer Verbinder 120 darauf angepaßt, die Antenne mit einer elektromagnetischen Energiequelle (nicht gezeigt) elektrisch zu koppeln. Wie gezeigt ist die Nadel 102 unter einem Winkel 116 relativ zur Längsachse 110 der Übertragungsleitung 108 gebogen. In den meisten Ausführungsformen ist die Biegung aufgebaut, um die Antenne parallel zum zu ablatierenden Gewebe leicht zu positionieren, wobei der Zugangswinkel in Betracht gezogen wird (der zum Einführen der Nadel durch das Organ verwendete Winkel).
Folglich nutzt die Ablationsvorrichtung 100 die Nadel 102 zum Bereitstellen von ablativer Energie innerhalb der Kavität des Organs 106. Das heißt, das distale Durchstoßende 104 wird verwendet, um durch die Außenwand 122 des Organs 106 zur Position der Nadel 102 in der Nähe und im wesentlichen parallel zur Innenwand 124 des Organs 106 durchzustoßen. Sobald die Nadel 102 positioniert ist, wird ablative Energie, die zur Verursachung einer Gewebeablation ausreichend stark ist, aus der Nadel 102 zum Ablatieren eines Teils der Innenwand 124 emittiert. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die Zielbereiche der Ablation entlang der Außenwand des Organs Hindernisse aufweisen. Die Nadel kann zum Beispiel verwendet werden, um Schichten aus Fett oder Venen, die die epicardiale Oberfläche (z.B. die Außenwand) des Herzens umgeben, zu umgehen und darum herum zu navigieren. Ferner stellt die abgewinkelte Position der Nadel sicher, daß die ablative Energie exakt auf die Zielablationsregion übertragen wird.
Auf 21 Bezug nehmend schließt die Nadel 102 eine längliche Antenne 130 und eine Antenneneinfassung 132 ein, die darauf angepaßt sind, durch ein Organ 106 am distalen Durchstoßende 104 durchzustoßen. Das distale Durchstoßende 104 liegt zum Beispiel in Form einer herkömmlich abgeschrägten, spitzen Nadel oder einer abgeschrägten Punktkugel vor, eine scharfe Schnittkante bildend. Wie gezeigt ist die Antenne 130 durch die Antenneneinfassung 132 verkapselt, was im allgemeinen zur Beseitigung einer hohen elektromagnetischen Feldkonzentration besser geeignet ist, die normalerweise erhalten wird, wenn der metallische Teil der Antenne sich in direktem Kontakt mit dem Gewebe befindet. Eine hohe Feldkonzentration kann auf dem zu ablatierenden Gewebe eine hohe Oberflächentemperatur erzeugen, was nicht erwünscht ist, insbesondere für Herzanwendungen. Die Antenneneinfassung 132 kann aus irgendeinem dielektrischem Material (z.B. niedrigem Verlusttangens) mit geringer Wasserabsorption gebildet sein, wie Epoxy-, Polyethylen- oder Teflon-Produkten von medizinischer Spezifikation (z.B. biokompatibel). Wie oben wesentlich detaillierter beschrieben kann es erwünscht sein, die Dicke der Antenneneinfassung einzustellen, um einen besseren Impedanzabgleich zwischen der Antenne und dem Zielgewebe zur Ablation bereitzustellen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß nadelförmige Antenneneinfassungen mit einer Dicke zwischen etwa 0,002 Zoll und etwa 0,015 Zoll und insbesondere um etwa 0,005 Zoll gut funktionieren.
Es sollte ferner angemerkt werden, daß die Antenneneinfassung nicht für alle Ablationsvorrichtungen erforderlich sein können. Zum Beispiel zeigen 22 und 24 die Ablationsvorrichtung 100 mit einer exponierten Antenne 130, die keine Antenneneinfassung aufweist. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß in den meisten Situationen die Antenneneinfassung ausgestaltet ist, um die Antenne zu isolieren, Verbrennungs- und Gewebezerstörungswirkungen zu verhindern, die allgemein beobachtet werden, wenn die ablativen Elemente und insbesondere metallische Teile der Antenne direkt mit dem Gewebe oder Flüssigkeiten des Körpers in Kontakt sind.
Die Antenne 130 ist aus einem leitfähigen Material gebildet. Zum Beispiel funktionieren eine Stahlfeder, Beryllium-Kupfer oder Silber-plattiertes Kupfer gut. Der Durchmesser der Antenne 130 kann ferner bis zu einem gewissen Grad variieren auf der Grundlage einer speziellen Anwendung der Ablationsvorrichtung sowie der Art des gewählten Materials. In Systemen unter Verwendung einer Monopol-Antenne zum Beispiel funktionieren Drahtdurchmesser zwischen etwa 0,005 Zoll bis etwa 0,020 Zoll gut. In der gezeigten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Antenne etwa 0,013 Zoll.
Wie erwähnt dürfte das durch die Antenne erzeugte Feld um über die Länge der Antenne grob gesagt konsistent verlaufen. Das heißt, die Länge des elektromagnetischen Feldes ist im allgemeinen auf die Längslänge der Antenne begrenzt. Deshalb kann die Länge des Feldes eingestellt werden durch Einstellung der Länge der Antenne. Folglich können Ablationsanordnungen mit speziellen Ablationseigenschaften hergestellt werden durch den Aufbau von Ablationsvorrichtungen mit unterschiedlichen Antennenlängen. Antennen mit einer Länge zwischen etwa 20 mm und etwa 50 mm und insbesondere etwa 30 mm zum Beispiel funktionieren gut. Ferner ist die gezeigte Antenne ein einfacher, sich längsseitig erstreckender exponierter Draht, der sich distal aus dem inneren Leiter heraus erstreckt. Es sollte jedoch klar sein, daß eine große Vielzahl anderer Antennengeometrien ebenfalls verwendet werden können. Zum Beispiel funktionieren auch helikale Spulen, flache Leiterplattenantennen und andere Antennengeometrien gut. Zudem sollte klar sein, daß sich längsseitig erstreckende Antennen kein Erfordernis sind, und daß andere Formen und Strukturen verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Antenne aufgebaut sein, um mit der Form des zu ablatierenden Gewebes oder der Form eines vorbestimmten ablativen Musters zum Bilden geformter Läsionen konform gehen.
Auf 21 zurückkommend schließt die Übertragungsleitung 108 im allgemeinen einen inneren Leiter 134 und einen äußeren Leiter 136, die durch ein Medium eines dielektrischen Materials 138 getrennt sind, ein. Eine Isolierhülle 140 ist typischerweise um den äußeren Leiter 136 herum angeordnet. Ferner ist der äußere Leiter 136 im allgemeinen mit einem Abschnitt 136A angeordnet, der sich vom distalen Ende der Isolierhülle 140 aus so erstreckt, daß er exponiert sein kann. Wenn der äußere Leiter 136 exponiert ist, ist wie erwähnt das erzeugte elektromagnetische Feld stärker auf die Antenne begrenzt, und deshalb ist die Abstrahleffizienz eher größer. Ein exponierter äußerer Leiter mit einer Länge von etwa 1 mm bis etwa 2 mm zum Beispiel funktioniert gut. Obgleich der äußere Leiter exponiert gezeigt und beschrieben wurde, sollte klar sein, daß dies keine Begrenzung darstellt, und daß die Ablationsvorrichtung mit oder ohne einem exponierten äußeren Leiter gefertigt werden kann.
Ferner ist die Übertragungsleitung 108 mit einer herkömmlichen fünfzig(50)-Ohm-Koaxialgestaltung versehen, die zur Übertragung einer Mikrowellenenergie bei Frequenzen im Bereich von etwa 400 bis etwa 6.000 Megahertz geeignet ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird der innere Leiter 134 mit einem festen Kern aus metallischem Material, umgeben von einem Medium eines flexiblen, halbsteifen dielektrischen Material 138, bereitgestellt. Der äußere Leiter 136 schließt eine umsponnene Hülse aus Metalldrähten ein, die den inneren Leiter 134 umgeben, um eine gute Abschirmung und eine gute Flexibilität davon bereitzustellen. Ferner ist die Isolierhülle im allgemeinen flexibel und kann aus irgendeinem Material wie Polyolefinen, Fluorpolymeren oder Polyvinylidenfluoriden medizinischer Spezifikation gefertigt sein. Zum Beispiel sind PEBAX-Harze von Autochem aus Deutschland mit Erfolg verwendet worden.
In den meisten Ausführungsformen ist das proximale Ende 114 der Antenne 130 direkt oder indirekt an das distale Ende 112 des inneren Leiters 134 der Übertragungsleitung 108 gekoppelt. Eine direkte Verbindung zwischen der Antenne 130 und dem inneren Leiter 134 kann auf irgendeine Weise erfolgen, wie Weichlöten, Hartlöten, Ultraschall mit Schweißen oder adhäsives Bondieren. Wie im einzelnen oben beschrieben kann es erwünscht sein, die Antenne indirekt über eine passive Komponente an den inneren Leiter zu koppeln, um einen besseren Impedanzabgleich zwischen der Antennenvorrichtung und der Übertragungsleitung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann die Antenne 130 integral aus der Übertragungsleitung 108 selbst gebildet sein. Dies ist typischerweise vom Standpunkt der Herstellung aus schwieriger, besitzt jedoch den Vorteil der Bildung einer rauheren Verbindung zwischen der Antenne und der Übertragungsleitung.
Die Ablationsvorrichtung 100 ist vorzugsweise dünn mit einem Durchmesser im Bereich von zwischen etwa 1,5 mm bis etwa 3 mm und weiter bevorzugt etwa 2 mm. Die relativ kleine Durchmessergröße ist besonders geeignet zum Gebrauch in den meisten Körperorganen wie dem Herzen, um den Einstoßdurchmesser und somit die Gefahr eines Blutens zu minimieren. Es ist jedoch klar, daß die vorliegende Erfindung zum Entfernen anderer Organe oder Gewebe genauso gut verwendet werden kann. Zudem muß die Ablationsvorrichtung ausreichend flexibel sein, um dem normalen Ablationsgebrauch zu genügen, andererseits jedoch ausreichend steif, um während der durchstoßenden Handhabung der Nadel in das Zielorgan ein Einknicken der Leitung zu verhindern.
In einer Ausführungsform schließt die Ablationsvorrichtung 100 einen Bogen 150 ein, der die Nadel 102 in einen Winkel relativ zur Längsachse 108 der Übertragungsleitung 110 setzt. Wie in 21 gezeigt ist der Bogen 150 entlang eines distalen Abschnitts der Übertragungsleitung angebracht. Alternativ kann der Bogen 150 entlang einem proximalen Abschnitt der Nadel angebracht sein, wie in 23 gezeigt. In beiden Fällen ist der Bogen 150 so angeordnet, daß, wenn die Nadel 102 in die Organkavität eingeführt wird, die Nadel bei einer vorbestimmten Position angeordnet ist, die so eingerichtet ist, daß sie mit der Form und/oder der abgewinkelten Position der zu ablatierenden Wand im wesentlichen übereinstimmt. Das heißt die Nadel ist in einer Richtung zum Zielgewebe zur Ablation hin umgebogen. Zum Beispiel kann die Nadel so gebaut sein, daß sie in einer Richtung gebogen ist, die die Nadel im wesentlichen parallel und in der Nähe des zu ablatierenden Gewebes plaziert wird. Ferner ist der Bogen 150 so gestaltet, daß er ausreichend steif ist, um während der Durchstoßmanipulation der Nadel in das Zielorgan ein Einknicken der Leitung verhindert.
In 19 ist die Ablationsvorrichtung 100 gezeigt, wie sie senkrecht die Organwand 106 durchstößt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß diese Position nicht immer möglich ist, weil der Zugang zu einigen Organen besonders schwierig ist, und deshalb kann die Nadel in die Wand des Organs bei unterschiedlichen Winkeln eingeführt werden. Folglich kann die folgende Erfindung so gestaltet sein, daß ein Bereich von Winkelbögen bereitgestellt wird. Zum Beispiel funktioniert eine Antennenposition mit einem Winkel im Bereich zwischen etwa 45 Grad bis etwa 135 Grad in Bezug auf die Linksachse der Übertragungsleitung gut. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß dies keine Einschränkung darstellt, und daß andere Winkel sowie andere Biegestrukturen verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Ablationsvorrichtung mit Mehrfachbiegungen, krummlinigen, geradlinigen Bögen, dreidimensionalen Bögen aufgebaut sein oder eine Form aufweisen, die mit der Form des zu ablatierenden Gewebes oder dem gewünschten Ablationszug konform geht.
Zur leichteren Diskussion zeigen 25A und 25B eine Vielzahl von Ablationsvorrichtungsstrukturen. 25A zeigt die Nadel 102 in einer spitzen Winkelposition in Bezug auf die Längsachse 110. 25B zeigt die Nadel 102 in einer stumpfen Winkelposition relativ zur Längsachse 110. Diese Winkelpositionen sind wiederum wichtige Parameter zur Sicherstellung, daß die Antennenvorrichtung in einer Richtung zum Zielgewebe zur Ablation passend positioniert ist.
Nun auf 26 Bezug nehmend wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der die Ablationsvorrichtung 100 einen Griff 160 einschließt, der Greifoberflächen zum Handhaben der Nadel 102 durch die Organwand bereitgestellt. Der Griff 160 ist aufgebaut zum Aufnehmen von chirurgischen Werkzeugen wie Pinzetten (nicht gezeigt). Auf diese Weise kann die Nadel 102 in das Organ durch Halten des Griffs 160 mit Pinzette und Manövrieren der Pinzette positioniert werden, so daß die Nadel 102 durch die Organwand hindurchgeht. Anschließend kann die Pinzette verwendet werden, die Nadel 102 in der Nähe des Zielorgans zur Ablation zu positionieren. Der Griff 160 ist an der Übertragungsleitung 108 bei einem vom Bogenabschnitt 150 der Vorrichtung 100 entfernten, vorbestimmten Abstand X angeordnet. Der vorbestimmte Abstand X ist so eingerichtet, daß der Griff 160 in enge Nähe zur Nadel 102 und außerhalb der Außenwand des Organs gesetzt wird, wenn die Nadel 102 in das Innere des Organs positioniert wird. Bei Herzanwendungen zum Beispiel funktioniert ein Abstand von etwa 1 cm bis etwa 3 cm gut. Ferner funktioniert ein Griff gut, der aus einem Polymer gebildet ist, das eine Breite von etwa 5 mm bis etwa 10 mm, eine Länge von etwa 2 mm bis etwa 5 mm und eine Höhe von etwa 5 mm bis etwa 10 mm aufweist. Obgleich der Griff rechteckig gezeigt ist, sollte angemerkt werden, daß dies keine Beschränkung darstellt und daß der Griff mit einer Vielzahl unterschiedlicher Formen angeordnet sein kann.
In einer Ausführung ist der Griff angeordnet, um eine zusätzliche Stütze (Steifigkeit und Festigkeit) bei der Verbindung zwischen der Antenne und dem inneren Leiter der Übertragungsleitung zu bilden. In einer anderen Ausführung ist der Griff vorgesehen, um eine Impedanzabgleichvorrichtung einzuschließen, die sich zwischen der Antenne und dem inneren Leiter befindet. Ferner kann der Griff auf eine Weise, die zu dem oben beschriebenen Klemmabschnitt (13) analog ist, angeordnet werden, um mit der Übertragungsleitung gleitbar gekoppelt zu sein derart, daß der Griff zum Einklemmen der Organwand zwischen der gebogenen Nadel und dem Griff verwendet werden kann. Zusätzlich kann eine Dichtung zwischen dem Griff und der Außenwand des Or gans verwendet werden, um die Einstichstelle abzudichten. In einer anderen Ausführung kann der Griff einen Ballon einschließen, zum vorspannenden Kontakt zwischen dem Griff und der gebogenen Antenne.
Nun auf 27A–27C Bezug nehmend wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der die Ablationsvorrichtung 100 einen Grundplattenstreifen 170 zum Ankoppeln von elektromagnetischer Energie durch die Organwand 106. Die Grundplatte 170 stellt im allgemeinen eine metallische Oberfläche bereit, die das durch die Antenne 130 erzeugte elektromagnetische Feld anzieht, und deshalb wird zwischen der Antenne 130 und der Grundplatte 170 ein intensiveres elektromagnetisches Feld 180 erzeugt. Als einem Ergebnis kann ein wirksameres, besser kontrolliertes und stärker konzentriertes elektrisches Feld verwendet werden, um das Zielgewebe zu entfernen. Zusätzlich ist weniger Leistung aus der Leistungsquelle erforderlich wegen der effizienteren Ausnutzung der Energie.
In dieser Ausführungsform ist die Grundplatte 170 elektrisch mit dem äußeren Leiter 136 der Übertragungsleitung 108 gekoppelt. Die Grundplatte 170 ist im allgemeinen bei einem vorbestimmten Abstand Y von der Antenne 130 der Nadel 102 entfernt auf der Übertragungsleitung 108 angeordnet. Der vorbestimmte Abstand Y ist so eingerichtet, daß die Grundplatte in enge Nähe zur Nadel 102 und außerhalb der Außenwand des Organs 106 plaziert wird, wenn die Nadel 102 in das Innere des Organs 106 positioniert wird. Bei Herzanwendungen zum Beispiel funktioniert ein Abstand von etwa 1 mm bis etwa 15 mm gut.
Zusätzlich muß die Grundplatte 170 ausreichend flexibel sein, um den Nadelbewegungen, dem normalen Operationsgebrauch sowie der Lagerung davon zu genügen, andererseits jedoch ausreichend steif, um ein Knicken oder Verbiegen der Grundplatte zu verhindern, wenn die Nadel in das Innere der Organkavität positioniert wird. Die Grundplatte 170 kann aus einer Metallfolie gebildet sein. Zum Beispiel funktioniert Silber, rostfreier Stahl oder Gold gut. Die Grundplatte 170 kann auch aus einem flexiblen dielektrischen Substrat mit einer oder zwei Metalloberfläche(n) gebildet sein. Zum Beispiel funktionieren Kapton^TM- oder Teflon^TM-Substrate gut. Die Dicke der Grundplatte 170 kann ferner bis zu einem gewissen Grad variieren, basierend auf der speziellen Anwendung der Ablationsvorrichtung sowie der Art des gewählten Materials. Eine Streifendicke zwischen etwa 0,005 Zoll und etwa 0,040 Zoll zum Beispiel funktioniert gut. Bei der veranschaulichten Ausführungsform beträgt die Dicke des Grundplattenstreifens etwa 0,010 Zoll. Ferner kann die Verbindung zwischen der Grundplatte 170 und dem äußeren Leiter 136 auf irgendeine geeignete Weise wie Weichlöten, Hartlöten, Ultraschallschweißen oder adhäsives Bondieren gefertigt sein.
Obgleich die Grundplatte als einem Streifen gezeigt und beschrieben wurde, sollte angemerkt werden, daß dies keine Einschränkung ist, und daß die Grundplatte hinsichtlich der Form je nach speziellen Anfordernissen der jeweiligen Vorrichtung variieren kann. Zum Beispiel funktioniert ein Metalldraht, der aus Silber mit einem Durchmesser von etwa 1 mm bis etwa 2 mm gebildet ist, gut. Zusätzlich funktioniert eine Platte gut, die aus Silber mit einer Dicke zwischen etwa 0,005 Zoll und etwa 0,040 Zoll und einer Breite zwischen etwa 2 mm und etwa 5 mm gebildet ist.
Darüberhinaus ist die Grundplatte im allgemeinen so gestaltet, daß sie parallel zur abgewinkelten Position der Nadel 102 ist. Wenn zum Beispiel die Nadel mit einem Winkel von etwa 60 Grad in Bezug auf die Achse der Übertragungsleitung gebildet ist, dann kann die Grundplatte mit einem Winkel von etwa 60 Grad in Bezug auf die Achse der Übertragungsleitung gebildet sein. Auf diese Weise können die Antenne und die Grundplatte Energie gleichmäßiger koppeln. Alternativ kann die Grundplatte geformt sein, um mit der Form der Außenwand konform zu gehen. Noch weiterhin weist die Grundplatte im allgemeinen eine Länge auf, die mit der Länge der Antenne 130 im wesentlichen übereinstimmt. Zum Beispiel funktioniert eine Grundplattenlänge zwischen etwa 20 mm und etwa 50 mm gut. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Länge je nach speziellen Anforderungen der jeweiligen Ablationsvorrichtung variieren kann. Die Grundplatte ist ferner so angeordnet, daß sie mit dem gebogenen Abschnitt der Nadel 102 im wesentlichen ausgerichtet ist (in derselben Ebene).
Alternativ ist in einer Ausführung die Grundplatte so angeordnet, daß sie ein Teil des Griffs darstellt. In einer anderen Ausführung ist die Elektrode beweglich an die Übertragungsleitung gekoppelt. Die Grundplatte kann zum Beispiel schwenkbar oder gleitbar an die Übertragungsleitung gekoppelt sein. In einer anderen Ausführung ist die Grundplatte vorgespannt, um das Gewebe zu kontaktieren.
Nun wird ein Verfahren zur Verwendung der beschriebenen Nadelablationsvorrichtung bei der Behandlung eines Organs beschrieben. Das Verfahren schließt das Bereitstellen einer chirurgischen Vorrichtung 100 ein, die eine Nadel 102 aufweist, die mit einer Übertragungsleitung 108 gekoppelt ist. Die Übertragungsleitung 108 ist mit einem Abschnitt mit einer Längsachse 110 und einem proximalen Ende 120, das an eine elektromagnetische Energiequelle gekoppelt ist, angeordnet. Zum Beispiel funktioniert eine Mikrowellenenergiequelle, die Energie im Mikrowellenfrequenzbereich erzeugt, gut. Ferner schließt die Nadel 102 ein distales Ende 104 ein, das darauf angepaßt ist, durch eine Wand eines Organs 106 hindurchzutreten, sowie eine Antenne 130 zum Erzeugen eines Mikrowellenfeldes. Zum Beispiel kann das Organ ein menschliches Herz sein, und die Wand kann das Myocardium des Herzens sein. Die Antenne 130 ist ferner so angeordnet, daß sie in einer abgewinkelten Position relativ zur Längsachse 110 der Übertragungsleitung 108 steht. Die Nadel oder die Übertragungsleitung kann zum Beispiel vorgeformt oder gebogen in einer vorbestimmten Winkelposition sein.
Das Verfahren schließt das Einführen der chirurgischen Vorrichtung 100 in eine Körperkavität ein. Dies kann durch Penetrieren des Körpers oder durch eine in den Körper eingeführte Zugangsvorrichtung erfolgen. Bei den meisten Herzanwendungen zum Beispiel kann das Einführen durch den Thoraxbereich des Körpers oder durch einen offenen Brustkorb gebildet werden. Das Verfahren schließt ferner das Durchstoßen einer Wand des Organs 106 mit dem distalen Ende 104 der Nadel 102 sowie das Einführen der Nadel 102 durch die Wand des Organs 106 und in die Innenkammer davon ein. Das chirurgische Werkzeug 100 kann zum Beispiel in das linke Atrium, das rechte Atrium, das rechte Ventrikel oder das linke Ventrikel des Herzens eingeführt werden. Ferner kann vor dem Durchstoß eine Kräuselfadennaht in die Herzwand nahe beim Zielbereich zur Durchstoßung eingebracht werden, um während der Penetration eine Spannung bereitzustellen. Kräuselfadennähte sind im Stand der Technik gut bekannt und werden der Kürze wegen nicht detaillierter beschrieben.
Das Verfahren schließt ferner das Positionieren der Nadel 102 im Inneren der Innenkammer des Organs 106 so ein, daß die Antenne 130 mit der Form und/oder Winkelposition der zu ablatierenden Wand im wesentlichen übereinstimmt. Die Position kann zum Beispiel die Antenne im wesentlichen parallel zur Innenoberfläche der penetrierten Wand und nahe zum Zielgewebe ein dringen. Ferner schließt das Verfahren das Erzeugen eines Mikrowellenfeldes bei der Antenne ein, das ausreichend stark ist, um die Gewebeablation innerhalb des erzeugten Mikrowellenfeldes zu verursachen.
Obgleich nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, sollte klar sein, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne sich vom Umfang der wie in den Ansprüchen definierten Erfindung zu entfernen. Insbesondere ist die Erfindung im Zusammenhang einer Mikrowellenablationsvorrichtung für Herzanwendungen beschrieben worden. Es sollte jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung für eine große Vielzahl alternativer Anwendungen genauso gut verwendet werden könnte. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel bei den meisten Verfahren in Bezug auf die Entfernung von inneren biologischem Gewebe und insbesondere der Entfernung von Organen mit Kavitäten wie dem Herzen, dem Magen, dem Darm und dergleichen verwendet werden. Obgleich die beschriebene Vorrichtung extrem gut für Mikrowellenanwendungen funktioniert, kann sie ferner verwendet werden, um elektromagnetische Energie genauso gut bei anderen Frequenzen zu übertragen, zum Beispiel Radiofrequenzen. Zudem wird in Betracht gezogen, daß die vorliegende Erfindung mit anderen geeigneten ablativen Energiequellen praktiziert werden kann. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel mit elektrischem Strom, Ultraschall, elektrischen Pulsen, mit Cryothermie, mit Lasern und dergleichen praktiziert werden. Bei solchen Anordnungen kann das Ablationselement ein oder mehrere Metallelektrode(n), ein Lasertransducer, ein Tieftemperaturtransducer oder ein Ultraschalltransducer sein, während das Übertragungselement ein Metalldraht, eine optische Faser oder eine ein Kühlfluid tragendes Rohr sein kann.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit mehreren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, gibt es ferner Veränderungen, Permutationen und Äquivalente, die in den Umfang dieser Erfindung fallen. Zum Beispiel kann die Ablationsvorrichtung auch eine Reihe von Abstimmelektroden einschließen, um elektrophysiologische Signale aus dem Herzgewebe zu detektieren. Solche Elektroden können verwendet werden, um den relevanten Bereich des Herzens vor oder nach der Ablationsanwendung abzutasten. Die Elektroden können auch verwendet werden, um den Zustand und/oder die Natur des Ablationsprozesses zu überwachen. Die Elektroden können entlang der Antennenvorrichtung im Antennenbereich, entlang der Übertragungsleitung oder entlang des Klemmfingers angeordnet sein. Die Elektrodenbanden können optional in eine Vielzahl von elektrisch isolierten Elektrodensegmenten aufgeteilt sein. Die aus den Elektroden erhaltene Information wird über Elektrodendrähte an externe elektrische Geräte wie einer EP-Signalüberwachungsvorrichtung übertragen. Das Filtern des Signals kann je nach Bedarf erfolgen. Bei alternativen Ausführungsformen könnten einige der externen elektrischen Geräte in die Leistungszufuhr eingeschlossen werden, und/oder die Leistungszufuhr könnte Informationen verwenden, die aus dem Steuerprogramm der Elektroden erhalten wurden.
Zudem kann die Ablationsvorrichtung eine Reihe von Temperaturmeßelementen zum Messen der Temperatur des Gewebes einschließen. Die Temperaturmeßelemente können die Form von Thermoelementdrähten, optischen Sensorfaserkabeln oder irgendwelchen anderen geeigneten Temperaturmeßvorrichtungen annehmen. Die Temperaturmeßelemente können entlang der Antennenvorrichtung, entlang der Übertragungsleitung oder entlang des Klemmfingers angeordnet sein.
Obgleich die Grundplatte mit direkter Verbindung mit dem äußeren Leiter der Übertragungsleitung gezeigt und beschrieben worden ist, kann sie darüber hinaus über einen externen Leiter indirekt geerdet sein. Diese Art der Anordnung schafft auch ein intensiveres elektromagnetisches Feld, jedoch nicht mit demselben Ausmaß wie die direkt verbundene Grundplatte.
Ferner wird auch in Betracht gezogen, daß die Ablationsvorrichtung auf vielerlei Weise modifiziert werden kann, ohne sich vom Umfang dieser Erfindung zu entfernen. Zum Beispiel können Ballons an der inneren oder der äußeren Penetrierung des Organs positioniert sein, um die Einstichstelle abzudichten. Zusätzlich kann die Ablationsvorrichtung ein chemisches Zuleitungssystem einschließen, zum Injizieren chemischer Mittel in das penetrierte Gewebe. Noch weiterhin können Kräuselfadennähte verwendet werden, um das Abdichten der Einstichstelle des Organs zu unterstützen. Es sollte auch angemerkt werden, daß es viele Arten der Ausführung der Verfahren und Geräte der folgenden Erfindung gibt. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die nachfolgenden angehängten Ansprüche so ausgelegt werden, daß alle Veränderungen, Permutationen und Äquivalente in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Vorrichtung zur Ablation eines inneren Bereichs eines Organs oder eines Ductus im Körper eines Patienten, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine Sonde, die ein proximales Ende, ein angespitztes distales Ende und mindestens ein Lumen, welches groß und dimensioniert ist zur gleitenden Aufnahme mindestens eines Teils einer Ablationseinrichtung darin, aufweist, wobei das angespitzte distale Ende zum Durchstoßen einer Wand des Organs oder des Ductus dient; und ein Ablationswerkzeug, welches einen Energiezufuhrabschnitt und eine dielektrische Einfassung einschließt, in der der Energiezufuhrabschnitt innerhalb des mindestens einen Lumens der Sonde in das Innere des durchgestoßenen Organs oder Ductus vorgerückt wird, um mindestens einen Teil des Energiezufuhrabschnitts in die zumindest dichte Nähe eines Gewebebereichs im Inneren des Organs oder des Ductus zu positionieren, zum Beaufschlagen von Energie auf den Energiezufuhrabschnitt, um eine Ablation des Gewebebereichs zu bewirken, und wobei die Dicke der dielektrischen Einfassung entlang der Länge der Antenne variiert werden kann, um im zu ablatierenden Gewebe gefundene Unterschiede zu kompensieren.
Vorrichtung von Anspruch 1, mit mindestens einer Abstimmhülse zum Verändern des Abstrahlmusters der Antenneneinrichtung.
Vorrichtung von Anspruch 2, bei der mindestens eine Abstimmhülse integral mit der dielektrischen Einfassung gebildet ist.
Vorrichtung von entweder Anspruch 2 oder 3, bei der mindestens eine Abstimmhülse einstellbar entlang des Ablationswerkzeugs positioniert ist.
Vorrichtung von irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das angespitzte distale Ende der Sonde aufgebaut ist zum Bilden einer Öffnung in einer Wand des Herzens eines Patienten zu einer inneren Kammer davon.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das angespitzte distale Ende der Sonde aufgebaut ist zum Bilden einer Öffnung in einen rechten Vorhof oder einen linken Vorhof des Herzens.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei das Ablationswerkzeug einen Lenkmechanismus aufweist, der mit dem proximalen Ende der Einrichtung verbunden ist, um mindestens ein Teil des Energiezufuhrabschnitts zur Annahme einer angewinkelten Orientierung in Bezug auf eine Längsachse der Einrichtung zu veranlassen.
Vorrichtung von Anspruch 7, wobei die abgewinkelte Orientierung zwischen 0 und 90 Grad in Bezug auf die Längsachse der Einrichtung liegt.
Vorrichtung von Anspruch 7, wobei die abgewinkelte Orientierung zwischen 45 und 135 Grad in Bezug auf die Längsachse der Einrichtung liegt.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Energiezufuhrabschnitt eine Antenne aufweist, die aufgebaut ist, um mit einer Mikrowellenenergiequelle elektrisch gekoppelt zu sein.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Energiezufuhrabschnitt vorgebildet ist, um sich bei einem Winkel in Bezug auf eine Längsachse der Ablationseinrichtung zu erstrecken.
Vorrichtung von Anspruch 11, wobei der Energiezufuhrabschnitt sich bei einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad in Bezug auf die Längsachse der Ablationseinrichtung erstreckt.
Vorrichtung von Anspruch 11, wobei der Energiezufuhrabschnitt sich bei einem Winkel zwischen 45 und 135 Grad in Bezug auf die Längsachse der Ablationseinrichtung erstreckt.
Vorrichtung von Anspruch 10, wobei der Energiezufuhrabschnitt ein Vorspannelement einschließt, welches aufgebaut ist, um den Energiezufuhrabschnitt auf seine vorgebildete abgewinkelte Orientierung in Bezug auf die Längsachse der Ablationseinrichtung auszurichten.
Vorrichtung von Anspruch 14, wobei das Vorspannelement einen Nitinoldraht aufweist.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die Ablationseinrichtung eine Mikrowellenantenne ist.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei die Ablationseinrichtung eine Radiofrequenzsonde ist.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Energiezufuhrabschnitt aufgebaut ist, um im Inneren des Organs oder des Ductus im wesentlich keinen Kontakt mit einem Gewebebereich zu bilden.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Energiezufuhrabschnitt aus einem Formerinnerungsmaterial gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Formerinnerungsmaterial Nitinol umfaßt.
Vorrichtung von Anspruch 19 oder 20, wobei der Energiezufuhrabschnitt ferner eine leitende Schicht umfaßt, die über dem Formerinnerungsmaterial liegt.
Vorrichtung von Anspruch 21, wobei die leitende Schicht eine Silberplattierung umfaßt.
Vorrichtung von Anspruch 21 oder 22, wobei der langgestreckte Energiezufuhrabschnitt vorgebildet ist, um sich unter einem Winkel in Bezug auf eine Längsachse des Schafts zu erstrecken.
Vorrichtung von Anspruch 23, wobei der Energiezufuhrabschnitt sich bei einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad in Bezug auf die Längsachse des Schafts erstreckt.
Vorrichtung von Anspruch 24, wobei der Energiezufuhrabschnitt sich bei einem Winkel zwischen 45 und 135 Grad in Bezug auf die Längsachse des Schafts erstreckt.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Energiezufuhrabschnitt aufgebaut ist, um mit einer Innenwand eines Herzens konform zu gehen bei der Positionierung eines Durchstoßes einer Wand des Herzens.
Vorrichtung von Anspruch 26, wobei der Energiezufuhrabschnitt aufgebaut ist, um mit einem, eine Lungenvene umgebenden Gewebebereich konform zu gehen.
Vorrichtung von Anspruch 26, wobei der Energiezufuhrabschnitt aufgebaut ist, um mit mindestens einem Abschnitt einer Seitenwand des rechten Vorhofs konform zu gehen, um typisches oder atypisches Herzflattern zu behandeln.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei ein Außendurchmesser des Ablationswerkzeugs geringer als 3mm ist.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei das Ablationswerkzeug ferner eine Mikrowellenantenne, die mit einer Übertragungsleitung elektrisch gekoppelt ist, und eine Grundplatte, die mit der Übertragungsleitung gekoppelt ist und proximal zur Antenne positioniert ist, aufweist, wobei die Grundplatte aufgebaut ist, um eine Kopplung elektromagnetischer Energie zwischen der Antenne und der Übertragungsleitung zu bilden.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei der Energiezufuhrabschnitt aufgebaut ist, um mindestens in einem kurzen Abstand von einem zu ablatierenden Gewebebereich im Inneren des Organs oder des Ductus des Körpers positioniert zu sein.
Vorrichtung von irgendeinem vorangehenden Anspruch, wobei das distale Ende der Sonde vorgebildet ist, um sich bei einem Winkel in Bezug auf eine Längsachse des Schafts zu erstrecken.
Vorrichtung von Anspruch 32, wobei das distale Ende der Sonde sich bei einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad in Bezug auf die Längsachse der Einführeinrichtung erstreckt.
Vorrichtung von Anspruch 33, wobei das distale Ende der Sonde sich bei einem Winkel zwischen 45 und 135 Grad in Bezug auf die Längsachse der Einführeinrichtung erstreckt.