DE69630530T2 - Vorrichtung zur ablation einer bestimmten masse - Google Patents
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- A61N5/02—Radiation therapy using microwaves
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Description
- Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
- Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 08/515,379, eingereicht am 15. August 1995 mit dem Titel "Multiple Antenna Ablation Apparatus" von Gough et al.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Hintergrund der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Einrichtung für die Behandlung und Entfernung bzw. Ablation von Körpermassen, wie z. B. Tumoren, und genauer gesagt eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Elektroden.
- Beschreibung des verwandten Standes der Technik
- Derzeit angewandte offene Verfahren zur Behandlung von Tumoren wirken extrem zerstörerisch und verursachen großen Schaden an gesundem Gewebe. Während des chirurgischen Eingriffs muß der Arzt sorgfältig vorgehen, um den Tumor nicht in einer Weise anzuschneiden, die zu einem Streuen des Tumors und damit zu Metastasenbildung führt. In den letzten Jahren war die Entwicklung von Produkten verstärkt auf eine Minimierung des traumatischen Charakters herkömmlicher chirurgischer Eingriffe gerichtet.
- Besonders aktive Forschung wurde auf dem Gebiet der Hyperthermie als Hilfsmittel bei der Behandlung von Tumoren betrieben. Das Erhöhen der Temperatur von Tumoren ist bei der Behandlung und Handhabung von karzinomatösem Gewebe als hilfreich bekannt. Die Mechanismen der selektiven Vernichtung von Krebszellen durch Hyperthermie sind nicht vollumfänglich verstanden. Es wurden jedoch vier zelluläre Auswirkungen der Hyperthermie auf karzinomatöses Gewebe beobachtet: (i) Veränderungen in der Permeabilität oder der Fluidität der Zell- oder Zellkernmembran, (ii) lysomale cytoplasmatische Zersetzung, die zur Freisetzung von Verdauungsenzymen führt, (iii) thermische Schädigung von Proteinen, die sich auf die Zellatmung und die Synthese von DNA oder RNA auswirkt, und (iv) mögliche Anregung der Immunsysteme. Behandlungsverfahren mit Aufbringen von Wärme auf Tumore beinhalten die Verwendung von Direktkontakt-Hochfrequenz-(RF-) Applikatoren, Mikrowellenstrahlung, induktiv gekoppelten RF-Feldern, Ultraschall und einer Reihe einfacher Techniken der thermischen Leitung.
- Eines der Probleme bei der Anwendung all dieser Verfahren besteht in dem Erfordernis, daß stark lokalisierte Wärme in Tiefen von mehreren Zentimetern unterhalb der Körperoberfläche erzeugt werden muß. Bestimmte Techniken mit Mikrowellenstrahlung und Ultraschall sind entwickelt worden, um die Energie in verschiedenen gewünschten Tiefen zu fokussieren. RF-Anwendungen können während einer Operation in der Tiefe eingesetzt werden. Die örtliche Begrenzung ist jedoch im allgemeinen schlecht, was zur Schädigung von gesundem Gewebe führen kann. Auch die Induktionsheizung führt zu einer schlechten örtlichen Begrenzung der zugeführten Energie. Obwohl Induk tionsheizung dadurch bereitgestellt werden kann, daß eine Antenne auf der Körperoberfläche plaziert wird, werden in unmittelbarer Nähe der Antenne oberflächliche Wirbelströme erzeugt, wenn sie unter Verwendung von RF-Strom betrieben wird, und es kommt zu einer unerwünschten Erwärmung der Oberfläche und damit zu einer verminderten Erwärmung des darunterliegenden Gewebes.
- Daher hatten nicht-invasive Verfahren zum Bereitstellen von Wärme an im Körper liegenden Tumoren Schwierigkeiten, eine bedeutende gezielte und selektive Behandlung zu erreichen.
- Durch die Hyperthermie, welche von einer RF-Mikrowellenquelle erzeugt werden kann, wird Wärme auf Gewebe aufgebracht, wobei allerdings 45°C nicht überschritten werden, so daß normale Zellen überleben. Bei der Wärmebehandlung wird Wärmeenergie von mehr als 45°C eingesetzt, was zu histologischen Schäden, zu Austrocknung und der Denaturierung von Proteinen führt. In jüngster Zeit wurde die Hyperthermie zur Behandlung bösartiger Tumore eingesetzt. Bei Verwendung der Hyperthermie ist es wünschenswert, in einem bestimmten Gebiet einen durch interstitielle Stromheizung örtlich begrenzten Zustand der Überwärmung zu erzeugen und gleichzeitig eine nur minimale thermische Schädigung umliegenden gesunden Gewebes sicherzustellen. Oft befindet sich der Tumor unterhalb der Haut, und seine Behandlung erfordert entweder eine Operation, endoskopische Verfahren oder äußerliche Bestrahlung. Es ist schwierig, in tiefliegendem Körpergewebe eine Überwärmung von außen zu induzieren, weil die Stromdichte aufgrund der Absorption des Stroms durch gesundes Gewebe vermindert wird. Des weiteren wird ein Teil der RF-Energie an den Grenzflächen von Muskeln/Fett und Knochen reflektiert, was zu dem Problem des direkten Aufbringens einer bekannten Energiemenge an einem kleinen Tumor beiträgt.
- Versuche der Anwendung interstitieller örtlicher Überwärmung haben sich als nicht sehr erfolgreich erwiesen. Im Ergebnis wurden oft uneinheitliche Temperaturen in dem Tumor erzeugt. Es wird angenommen, daß die Reduzierung der Tumormasse durch Hyperthermie mit der Wärmedosis in Beziehung steht. Unter Wärmedosis versteht man die minimale wirksame Temperatur, die während einer festgelegten Zeitdauer auf die gesamte Tumormasse aufgebracht wird. Da der Blutfluß hauptverantwortlich für den Wärmeverlust von Tumoren ist, die erhitzt werden, und der Blutfluß innerhalb des Tumors variiert, wird eine gleichmäßigere Erhitzung von Tumorgewebe benötigt, um eine wirksame Behandlung zu gewährleisten.
- Gleiches gilt für die Entfernung des Tumors selbst durch Verwendung von RF-Energie. Verschiedene Verfahren wurden für die RF-Ablation von Massen, wie z. B. Tumoren, eingesetzt. Statt den Tumor zu erwärmen, wird er durch das Anlegen von Energie entfernt. Dieses Verfahren gestaltet sich jedoch aufgrund einer Reihe von Faktoren als schwierig, einschließlich (i) der Positionierung von RF-Ablationselektroden zur wirksamen Entfernung der gesamten Masse, (ii) der Einführung der RF-Ablationselektroden an den Tumorort und (iii) des geregelten und überwachten Anlegens von RF-Energie zur Entfernung des Tumors, ohne das Gewebe außerhalb des Tumors zu schädigen.
- Es gibt eine Reihe verschiedener Behandlungsverfahren und -vorrichtungen zur minimal invasiven Behandlung von Tumoren. Ein Beispiel hierfür ist ein Endoskop, das RF-Hyperthermie in Tumoren erzeugt, wie in dem US-Patent Nr. 4,920,978 beschrieben wird. Eine Mikrowellenendo skopvorrichtung ist in dem US-Patent Nr. 4,409,993 beschrieben. In dem US-Patent Nr. 4,920,978 wird ein Endoskop für RF-Hyperthermie beschrieben.
- Wie in dem US-Patent Nr. 4,763,671 (dem "'671-Patent") beschrieben, verwendet ein minimal invasives Verfahren zwei Katheter, die interstitiell in den Tumor eingeführt werden. Der Katheter beinhaltet ein Halteteil aus Hartplastik. Um das Halteteil herum ist ein Leiter in der Form eines offenen Netzes angeordnet. Eine Isolationsschicht ist mittels Klebstofftröpfchen an dem Leiter befestigt. Sie schirmt den ganzen Leiter mit Ausnahme einer zuvor ausgewählten, nicht verstellbaren Länge ab. Tumoren verschiedener Größe können nicht mit derselben Elektrode behandelt werden. Eine rohrförmige Hülse wird in das Halteteil eingeführt und beinhaltet radioaktive Kerne. Mit der Vorrichtung des '671-Patents ist die Einführung eines flüssigen Mediums, wie z. B. eines chemotherapeutischen Hilfsmittels, zu dem Tumor für eine verbesserte Behandlung nicht möglich. Die Größe der leitfähigen Oberfläche der Elektrode ist nicht veränderbar. Des weiteren ist die Vorrichtung des '671-Patents nicht in der Lage, ein zuvor ausgewähltes Energieniveau zu halten, das von Veränderungen der Spannung oder des Stroms unabhängig ist.
- In dem US-Patent Nr. 4,565,200 (dem "'200-Patent") wird ein Elektrodensystem beschrieben, bei dem eine einzelne Eingangsbereichskanüle verwendet wird, um eine Elektrode an einer ausgewählten Stelle im Körper einzuführen. Die Vorrichtung des '200-Patents ist dadurch eingeschränkt, daß der einzelne Eingangsbereich keine Einführung und Entfernung einer Reihe von Einsätzen, einschließlich aber nicht beschränkt auf einen Inserter, eine Vorrichtung für die Flüssigkeitsinfusion und eine Isolationshülse, ermöglicht. Weiterhin ist die Vorrichtung des '200-Patents nicht in der Lage, eine ausgewählte Energie unabhängig von Veränderungen im Strom oder in der Spannung beizubehalten.
- Die WO 94/10925 beschreibt eine elektrochirurgische Sonde, die es ermöglicht, Gewebe sowohl zu schneiden als auch zu kauterisieren. Die Sonde beinhaltet zumindest eine Kauterisierungselektrode und ein zentrales Lumen innerhalb der Sonde. Das Lumen beinhaltet eine Schneidelektrode, die selektiv anwendbar ist.
- Es besteht ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, die in einen oder benachbart zu einem Tumor oder einer anderen festen Masse eingeführt wird und wobei eine Mehrzahl von Elektroden um den Tumor oder die feste Masse herum angeordnet sind.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Dementsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Ablationsvorrichtung bereitzustellen, die in einen Körper eingeführt wird und eine Mehrzahl von Elektroden oder Antennen beinhaltet.
- Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Ablationsvorrichtung bereitzustellen, die in einen Körper eingeführt wird und eine Mehrzahl von Elektroden oder Antennen beinhaltet, die von einem Inserter eingesetzt werden können, um eine ausgewählte zu entfernende Masse zu umgeben.
- Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Ablationsvorrichtung mit einer Mehrzahl von eingesetzten Elektroden oder Antennen bereitzustellen, die eine Rückkopplungssteuerungbeinhaltet.
- Noch ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Ablationsvorrichtung mit einer Mehrzahl von eingesetzten Elektroden oder Antennen bereitzustellen, die einen oder mehrere thermische Sensoren beinhaltet.
- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Ablationsvorrichtung mit einer Mehrzahl von eingesetzten Elektroden oder Antennen bereitzustellen, die eine Kühlvorrichtung beinhaltet.
- Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Ablationsvorrichtung mit einer Mehrzahl von eingesetzten Elektroden oder Antennen bereitzustellen, die sich nicht behindern.
- Diese und andere Ziele werden mit einer Ablationsvorrichtung erreicht, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert ist. In einer Ausführungsform beinhaltet eine Mehrfachantennenvorrichtung eine Hauptantenne mit einem Lumen, einer Längsachse und einem ablativen Oberflächengebiet der Länge L1. Die Mehrfachantennenvorrichtung beinhaltet auch eine Nebenantenne, die in der Hauptantenne positioniert ist, wenn die Hauptantenne durch Gewebe eingeführt wird. Das distale Ende einer Nebenantenne wird an einem ausgewählten Gewebeort aus dem Lumen der Hauptantenne heraus in einer seitlichen Richtung relativ zu der Längsachse eingesetzt. Ein Sensor ist zumindest teilweise an einer Außenseite des distalen Endes der Nebenantenne bei einer Länge L2 von der Hauptantenne entlang des distalen Endes der Nebenantenne angeordnet. L2 ist mindestens gleich 1/3 L1. Eine Energiequelle ist mit der Hauptantenne verbunden.
- KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist eine Querschnittsansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Elektrode mit einem Lumen, einer Kühlmitteleinlaßleitung, einer Kühlmittelauslaßleitung und zwei Sonden, die sich aus in dem Lumen gebildeten Seitenwandanschlüssen erstrecken, darstellt. -
2a ist eine Querschnittsansicht des distalen Endes des geschlossenen Kreislaufs der beiden Kühlmittelleitungen von1 . -
2b ist eine perspektivische Ansicht einer mit der Vorrichtung von1 erzielten Ablation mit kegelförmiger bzw. konischer Geometrie. -
2c ist eine Querschnittsansicht der Hauptantenne mit einem geschlossenen distalen Ende und einem Kühlelement, das in einem zentralen Lumen der Hauptantenne positioniert ist. -
2d ist eine Querschnittsansicht der Hauptantenne mit einem offenen distalen Ende und einem verlängerten Kühlelement, das in dem zentralen Lumen der Hauptantenne positioniert ist. -
2e ist eine Ansicht des distalen Endes der Vorrichtung von2d . -
2f ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung von2d entlang der Linien 2(f)–2(f). -
3a ist eine perspektivische Ansicht der Mehrfachantennenablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit zwei Nebenantennen, die in die ausgewählte Körpermasse eingesetzt sind. -
3b ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des distalen Endes des geschlossenen Kreislaufs der zwei Kühlmittelleitungen. -
4 ist eine Querschnittsansicht von1 entlang der Linien 4-4. -
5 veranschaulicht die Erzeugung eines 4 cm großen, sphärischen Ablationsvolumens mit einem ersten Sensor, der an der Außenseite des Ablationsvolumens positioniert ist, und einem zweiten Sensor, der auf der Sonde in der Mitte zwischen der Elektrode und dem distalen Ende der Sonde positioniert ist. -
6(a) ist eine perspektivische Ansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die zwei Sonden veranschaulicht, die sich aus einem distalen Ende der Elektrode erstrecken. -
6(b) ist eine perspektivische Ansicht der Mehrfachantennenablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die zwei Antennen veranschaulicht, die eine Halte- und Greiffunktion bereitstellen. -
6(c) ist eine perspektivische Ansicht der Mehrfachantennenablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die drei Nebenantennen veranschaulicht, die eine Halte- und Greiffunktion bereitstellen. -
6(d) ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung von6(c) entlang der Linien 6(d)-6(d). -
7 ist eine perspektivische Ansicht des distalen Endes der Elektrode der vorliegenden Erfindung mit Sonden, die sich aus dem distalen Ende einer Isolationshülse erstrecken. -
8 ist eine perspektivische Ansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die das Einsetzen von vier Sonden aus der Elektrode veranschaulicht. -
9 ist ein Blockdiagramm, das die Einbeziehung eines Reglers, einer Energiequelle und anderer elektronischer Komponenten der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. -
10 ist eine Querschnittsansicht der Ablationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Elektrode mit einem Lumen, einer Kühlmitteleinlaßleitung, einer Kühlmittelauslaßleitung und zwei Sonden, die sich aus in dem Lumen gebildeten Anschlüssen in der Seitenwand erstrecken, zeigt. -
11 ist eine Querschnittsansicht des distalen Endes des geschlossenen Kreislaufs der beiden Kühlmittelleitungen von10 . -
12 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des distalen Endes des geschlossenen Kreislaufs der beiden Kühlmittelleitungen. -
13 ist eine Querschnittsansicht von12 entlang der Linien 4-4. -
14 veranschaulicht die Erzeugung eines 4 cm großen sphärischen Ablationsvolumens mit einem Sensor, der an der Außenseite des Ablationsvolumens positioniert ist, und einem zweiten Sensor, der auf der Sonde in der Mitte zwischen der Elektrode und dem distalen Ende der Sonde positioniert ist. -
15 ist ein Blockdiagramm, das ein Rückkopplungssystem zeigt, das für die Überwachung der Temperatur energiezuführender Elektroden verwendbar ist. -
16 veranschaulicht einen Schaltkreis, der für die Implementierung des Rückkopplungssystems von15 verwendbar ist. - Eine Isolationshülse
18 ist um die Außenseiten einer oder beider der Haupt- und Nebenantennen14 bzw.16 herum positioniert. Vorzugsweise ist jede Isolationshülse18 einstellbar angeordnet, so daß die Länge der Antenne, die eine Ablationszuführungsfläche bereitstellt, variiert werden kann. Jede Isolationshülse18 , die eine Hauptantenne14 umgibt, kann eine oder mehrere Öffnungen beinhalten. Dies erlaubt die Einführung einer Nebenantenne16 durch die Hauptantenne14 und die Isolationshülse18 . Dieser Abstand, um den sich eine Nebenantenne16 von der Isolationshülse erstreckt, legt die Länge des distalen Endes16' fest. - Einer oder mehrere Sensoren
90 können auf den inneren oder äußeren Flächen der Hauptantenne14 , der Nebenantenne16 oder der Isolationshülse18 positioniert sein. Vorzugsweise werden die Sensoren90 am distalen Ende14' der Hauptantenne, am distalen Ende16' der Nebenantenne und am distalen Ende18' der Isolationshülse positioniert. Die Nebenantenne16 kann sich vom distalen Ende18' der Isolationshülse in einer seitlichen Richtung relativ zu der Hauptantenne14 erstrecken, und der Sensor90 kann am distalen Ende18' der Isolationshülse positioniert sein. Vorzugsweise ist der Sensor90 zumindest teilweise auf einer äußeren Oberfläche des distalen Endes16' positioniert. - L1 ist die Länge der Zuführungsoberfläche für elektromagnetische Energie der Hauptantenne
14 . L2 ist der Abstand der Hauptantenne14 zum Sensor90 , wenn der Sensor90 zumindest teilweise auf einer Außenseite des distalen Endes16' angeordnet ist. L2 wird von der Hauptantenne14 entlang der Oberfläche des distalen Endes16' gemessen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Länge L2 zumindest gleich oder größer als 33,33% von L1, 50% von L, 75% oder mehr von L1, zumindest gleich L1 oder größer als L1. - In einer Ausführungsform kann die Isolationshülse ein Polyamidmaterial umfassen mit einem auf der Polyamidisolierung angeordneten Sensor und einer 0,0508 mm (0,002 Zoll) dicken Schrumpffolie. Die Isolationsschicht aus Polyamid ist halbsteif. Der Sensor kann im wesentlichen entlang der gesamte Länge des Polyamids liegen.
- Die vorliegende Erfindung stellt eine Mehrfachantennenablationsvorrichtung bereit. Die Vorrichtung umfaßt eine elektromagnetische Energiequelle, einen Trokar, der ein distales Ende beinhaltet, und ein hohles Lumen, das sich entlang einer Längsachse des Trokars erstreckt, und eine Mehrfachantennenablationsvorrichtung mit drei oder mehr Antennen. Die Antennen sind anfänglich in dem Lumen des Trokars positioniert, wenn der Trokar durch Gewebe eingeführt wird. An einem ausgewählten Gewebeort sind die Antennen aus dem Trokarlumen in einer seitlichen Richtung relativ zu der Längsachse einsetzbar. Jede der eingesetzten Antennen hat eine Fläche für die Zuführung elektromagnetischer Energie mit einer Größe, die ausreichend ist, um (i) eine volumetrische Ablation zwischen den eingesetzten Antennen zu erzeugen, und (ii) die volumetrische Ablation zu erzeugen, ohne daß sich die eingesetzten Antennen behindern, wenn 10 bis 50 Watt an elektromagnetischer Energie von der elektromagnetischen Energiequelle zu der Mehrfachantennenablationsvorrichtung geliefert werden. Mindestens ein Kabel verbindet die Mehrfachantennenablationsvorrichtung mit der elektromagnetischen Energiequelle. Zu Zwecken dieser Beschreibung bedeutet der Begriff "behindern", daß ein Gewebebereich ausreichend ausgetrocknet oder verkohlt wurde, so daß der ausgetrocknete oder verkohlte Gewebebereich einen resultierenden hohen elektrischen Widerstand hat, der den Vorgang des Erzeugens einer Koagulationsläsion behindert.
- Eine Energiequelle
20 ist mit der Mehrfachantennenvorrichtung12 mit einem oder mehreren Kabeln22 verbunden. Die Energiequelle20 kann eine Hochfrequenzquelle, eine Mikrowellenquelle, eine Kurzwellenquelle, kohärent oder inkohärent oder eine Ultraschallquelle und dergleichen sein. Die Mehrfachantennenvorrichtung12 kann aus Haupt- und Nebenantennen14 und16 zusammengesetzt sein, die Hochfrequenzantennen, Mikrowellenantennen sowie auch Kombinationen hiervon sein können. In einer Ausführungsform ist die Energiequelle20 eine kombinierte Hochfrequenz/Mikrowellen-Box. Des weiteren kann eine laseroptische Faser, die an eine Laserquelle20 gekoppelt ist, durch die Haupt- oder Nebenantennen14 und16 oder durch beide eingeführt werden. Eine oder mehrere der Haupt- und Nebenantennen14 und16 können zum Zwecke des Einführens der optischen Faser ein Arm sein. - Haupt- und Nebenantennen
14 und16 sind jeweils elektromagnetisch an die Energiequelle20 gekoppelt. Die Kopplung kann direkt von der Energiequelle20 zu jeder Antenne14 und16 erfolgen oder indirekt unter Verwendung eines Rings, einer Hülse und dergleichen, die die Antennen14 und16 an die Energiequelle20 koppeln. - Einer oder mehrere Sensoren
90 sind an äußeren oder inneren Oberflächen der Hauptantenne14 , der Nebenantenne16 oder der Isolationshülse18 positioniert. Vorzugsweise sind die Sensoren90 am distalen Ende14' der Hauptantenne, am distalen Ende16' der Nebenantenne und am distalen Ende18' der Isolationshülse positioniert. Die Sensoren90 erlauben die genaue Messung der Temperatur an einem Gewebeort, um folgendes zu bestimmen: (i) den Umfang der Ablation, (ii) die Menge der Ablation, (iii) ob eine weitere Ablation notwendig ist oder nicht und (iv) die Umgrenzung oder die Außenfläche der entfernten Masse. Weiterhin verhindern die Sensoren90 , daß Gewebe, auf das sich nicht konzentriert wird, zerstört oder entfernt wird. - Die Sensoren
90 sind von konventioneller Ausgestaltung einschließlich, aber nicht beschränkt auf Thermistoren, Thermoelemente, Widerstandsdrähte und dergleichen. Geeignete Wärmesensoren90 beinhalten ein Thermoelement vom T-Typ mit Kupferkonstantan, J-Typ-, E-Typ-, K-Typ-, Faseroptiken, Widerstandsdrähte, IR-Thermoelement-Detektoren usw. Es versteht sich, daß die Sensoren90 keine thermischen Sensoren sein müssen. - Die Sensoren
90 messen die Temperatur und/oder die Impedanz, um eine Überwachung zu erlauben, und um ein gewünschtes Ablationsvolumen, das ohne die Zerstörung von zuviel Gewebe erzielt werden soll, zu erzielen. Dies reduziert die Schädigung von Gewebe, das die zu entfernende Zielmasse umgibt. Durch Überwachen der Temperatur an verschiedenen Punkten im Inneren der ausgewählten Masse kann eine Bestimmung der Außenfläche des Tumors erfolgen, ebenso wie eine Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem die Ablation abgeschlossen ist. Wenn der Sensor90 zu irgendeinem Zeitpunkt feststellt, daß eine gewünschte Ablationstemperatur überschritten wurde, wird ein entsprechendes Rückkopplungssignal von der Energiequelle20 empfangen, die dann die Menge der an die Haupt- und/oder Nebenantennen14 und16 gelieferten Energie regelt. - Somit ist die Geometrie der zu entfernenden Masse auswählbar und steuerbar. Jegliche Anzahl verschiedener Ablationsgeometrien kann erzielt werden. Dies ist eine Folge der variablen Längen für die Ablationsflächen der Hauptantenne
14 und der Nebenantenne16 sowie der Einbeziehung von Sensoren90 . - Vorzugsweise wird die Nebenantenne
16 seitlich aus einer in der Hauptantenne14 ausgebildeten Öffnung92 eingesetzt. Die Öffnung92 ist typischerweise entlang der Längsachse der Hauptantenne14 angeordnet. - Zunächst wird die Hauptantenne
14 in oder neben eine feste Zielmasse eingeführt. Die Nebenantenne16 wird dann aus der Öffnung92 heraus in die feste Masse eingeführt. Der Grad der Biegung bzw. Durchbiegung der Nebenantenne variiert stark. Beispielsweise kann die Nebenantenne 16 um ein paar Grad von der Längsachse der Hauptantenne14 abgelenkt werden, oder die Nebenantenne kann in irgendeiner Anzahl geometrischer Ausgestaltungen abgelenkt werden, die einen "7"-förmigen Haken einschließen, aber nicht auf diesen beschränkt sind. Des weiteren kann die Nebenantenne16 aus der Hauptantenne14 heraus um einige Millimeter oder um einen größeren Abstand von der Hauptantenne eingesetzt werden. Die Ablation durch die Nebenantenne16 kann einige Millimeter von der Hauptantenne entfernt beginnen, oder die Nebenelektrode16 kann in einem größeren Abstand von der Hauptantenne14 vorgerückt werden und an diesem Punkt beginnt die anfängliche Ablation durch die Nebenantenne16 . - Wie in
2(a) gezeigt, ist die Hauptantenne14 in eine ausgewählte Gewebemasse oder einen Tumor28 eingeführt worden. Anschließend wird das distale Ende16' der Nebenantenne aus der Öffnung92 herausbewegt und in eine ausgewählte Gewebemasse28 vorgerückt. Der Sensor90 ist am distalen Ende16' positioniert. Isolationshülsen18 können beinhaltet sein und können fixiert oder eingestellt sein. Hochfrequenz-, Mikrowellen-, Kurzwellen- und sonstige Energie wird an die Hauptantenne14 , die Nebenantenne16 oder nur an eine davon zugeführt. Entweder die Hauptoder die Nebenantenne14 oder16 kann aktiv oder passiv sein. Wenn die Nebenantenne aktiv ist, beinhaltet das distale Ende14' der Hauptantenne einen Sensor24 . In dieser Ausführungsform ist L1 die Länge der Zuführungsfläche für elektromagnetische Energie des distalen Endes16' , und L2 ist der Abstand von der Spitze des distalen Endes14' zu dem in der Hauptantenne14 positionierten Anschluß, aus dem die Nebenantenne16 sich seitlich erstreckt. Die Antennen14 und16 können in einem monopolaren (RF-) Modus betrieben werden oder alternativ kann die Mehrfachantennenvorrichtung12 in einem bipolaren Modus (RF) betrieben werden. Die Mehrfachantennenvorrichtung12 kann zwischen monopolarem und bipolarem Modus umgeschaltet werden und hat Multiplexing-Fähigkeiten zwischen den Antennen14 und16 . Das distale Ende16' der Nebenantenne wird in die Hauptantenne14 zurückgezogen und die Hauptantenne wird gedreht. Das distale Ende16' der Nebenantenne wird dann in die ausgewählte Gewebemasse eingeführt. Die Nebenantenne kann ein kleines Stück weit in eine ausgewählte Gewebemasse28 eingeführt werden, um einen kleinen Bereich zu entfernen. Sie kann dann beliebige Male weiter hineinbewegt werden, um weitere Ablationsbereiche zu erzeugen. Dann wird das distale Ende16' wieder in die Hauptantenne14 zurückgezogen. - Wie ebenso in
2(a) dargestellt, ist die Hauptantenne14 in eine ausgewählte Gewebemasse28 eingeführt worden. Anschließend wird das distale Ende16' der Nebenantenne aus der Öffnung92 herausbewegt und in eine ausgewählte Gewebemasse vorgerückt. Ein Sensor90 ist am distalen Ende16' angeordnet. Isolationshülsen18 können beinhaltet sein und können befestigt oder eingestellt sein. Hochfrequenz-, Mikrowellen-, Kurzwellen- und sonstige Energie wird zu der Hauptantenne14 , der Nebenantenne16 oder nur einer davon zugeführt. Entweder die Antenne14 oder16 kann aktiv oder passiv sein. Wenn die Nebenantenne aktiv ist, beinhaltet das distale Ende14' der Hauptantenne einen Sensor90 . In dieser Ausführungsform ist L1 die Länge der Zuführungsfläche für elektromagnetische Energie des distalen Endes16' , und L2 ist der Abstand von der Spitze des distalen Endes14' zu dem in der Hauptantenne14 positionierten Anschluß, von dem sich die Nebenantenne16 seitlich erstreckt. Die Antennen14 und16 können in einem monopolaren (RF-) Modus betrieben werden, oder die Mehrfachantennenvorrichtung12 kann in einem bipolaren Modus (RF) betrieben werden. Die Mehrfachantennenvorrichtung12 kann zwischen monopolarem und bipolarem Betrieb umgeschaltet werden und hat Multiplexing-Fähigkeiten zwischen den Antennen14 und16 . Das distale Ende16' der Nebenantenne wird in die Hauptantenne14 zurückgezogen und die Hauptantenne wird gedreht. Dann wird das distale Ende16' der Nebenantenne in eine ausgewählte Gewebemasse28 eingeführt. Die Nebenantenne kann ein kleines Stück weit in die ausgewählte Gewebemasse28 eingeführt werden, um einen kleinen Bereich zu entfernen. Sie kann dann beliebig oft weiter vorgerückt werden, um mehr Ablationsbereiche zu erzeugen. Das distale Ende16' der Nebenantenne wird dann wieder in die Hauptantenne14 zurückgezogen. - Sie kann dann beliebig oft weiter in den Tumor
28 vorgerückt werden, um weitere Ablationsbereiche zu erzeugen. Wieder wird die Nebenantenne16 in die Hauptantenne14 zurückgezogen und die Hauptantenne14 kann entweder: (i) wieder gedreht werden, (ii) entlang einer Längsachse des Tumors28 bewegt werden, um eine weitere Serie von Ablationen zu beginnen, wobei die Nebenantenne16 aus der Hauptantenne14 heraus eingeführt und wieder in sie zurückgezogen wird, oder (iii) aus dem Tumor28 entfernt werden. Eine Reihe von Parametern erlauben die Ablation von Tumoren mit Massen verschiedener Werte und Formen, einschließlich einer Reihe von Ablationen mit Haupt- und Nebenantennen14 und16 mit Ablationsflächen verschiedener Länge und unter Verwendung des Sensors90 . - Wie in
2(b) gezeigt, kann die Hauptantenne14 ein oder mehrere Kühlelemente27 umfassen. Eine Ausführungsform eines geeigneten Kühlelements27 ist eine geschlossene, längliche Struktur27' , die an ein Zirkulationssystem gekoppelt ist, um ein Kühlelement einzuführen. Zwei Lumen können in der Hauptantenne14 oder der Nebenantenne16 enthalten sein, um ein Kühlmittel zu den Antennen14 oder16 und von diesen weg zu transportieren. In einer Ausführungsform sind die Dimensionen der Lumen die folgenden: äußeres Lumen: 0,297 cm (0,117 Zoll) äußerer Durchmesser mal 0,224 cm (0,088 Zoll) innerer Durchmesser, und inneres Lumen: 0,173 cm (0,068 Zoll) äußerer Durchmesser mal 0,152 cm (0,060 Zoll) innerer Durchmesser. Das Kühlmittel tritt in die Hauptantenne14 ein, absorbiert Wärme, die in dem die Hauptantenne14 umgebenden Gewebe erzeugt wurde, und das erwärmte Mittel verläßt die Antenne14 . Dies kann erreicht werden durch die Verwendung der beiden Lumen, wobei das eine das Kühlmedium zuführt und das andere Lumen die erwärmte Kühllösung wieder entfernt. Anschließend wird die Wärme aus dem erwärmten Medium entfernt und das gekühlte Medium wird erneut durch die Antenne14 geleitet. Dies ist ein kontinuierlicher Vorgang. Das Kühlelement27 muß nur entlang des Bereichs der Antenne14 positioniert werden und in diesem die Kühlfunktion bereitstellen, der eine Zuführungsfläche für Ablationsenergie aufweist. Die Isolationshülse18 kann entlang der Länge der Hauptantenne14 beweglich einstellbar angeordnet sein oder kann in einer festen Position sein. Die Außenseite der Hauptantenne14 , die nicht durch die Isolationshülse18 bedeckt ist, stellt die Ablationsenergie-Zuführungsfläche bereit. Nur diese Fläche wird durch elektromagnetische Energie erhitzt und verkohlt, die in umliegendes Gewebe zugeführt wird. Daher ist es nur notwendig, diese Oberfläche der Antenne14 zu kühlen, und die tatsächliche Kühlung durch das Kühlmedium17 kann auf die Ablationsenergie-Zuführungsfläche beschränkt werden. - Das Kühlmedium kann ein Kältemittel sein, welches einschließt, aber nicht beschränkt ist auf Ethylalkohol, Freon, Polydimethylsiloxan usw. Eine Kühlung kann auch erreicht werden durch Gasexpansionskühlung durch den Joule-Thompson-Effekt.
- In einer weiteren Ausführungsform des Kühlelements
27 wird das distale Ende14' wieder verschlossen, und ein Kühlmedium17 fließt durch das in der Hauptantenne14 gebildete zentrale Lumen. Das Kühlelement27 ist an ein Rückführungssystem gekoppelt, das ein Wärmetauscher mit einer Pumpe sein kann. Die Geschwindigkeit des Fluidflusses durch die Hauptantenne14 ist variabel, basierend auf einer Reihe verschiedener Parameter. - In noch einer weiteren Ausführungsform ist das Kühlelement
27 eine längliche Struktur27'' , einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein röhrenförmiges Teil wie z. B. einen Zylinder, mit einem Kühlmedium, das durch die längliche Struktur27'' fließt (2(c) ). Die verlängerte Struktur27'' ist innerhalb des zentralen Lumens der Hauptantenne14 positioniert und kann sich zum distalen Ende14' erstrecken. Das distale Ende14' kann offen oder geschlossen sein. Das Kühlmedium ist auf die längliche Struktur27'' beschränkt. Dies erlaubt die Einführung und den Fluß anderer Medien durch das hohle Lumen der Hauptantenne14 . Nebenantennen16 können am distalen Ende14' austreten; alternativ dazu können sie aber auch entlang einer Seite der Hauptantenne14 austreten (2(d) ). - Der Fluß des Kühlmediums durch das Kühlelement
27 kann durch einen ersten Anschluß eingeführt werden und durch einen zweiten Anschluß austreten. - Eine Vielzahl verschiedener Kühlmittel kann verwendet werden einschließlich, aber nicht beschränkt auf Gas, gekühlte Luft, Kühlluft, Druckluft, Freon, Wasser, Alkohol usw. Zusätzlich kann das Kühlelement in den die Hauptantenne
14 begrenzenden Wänden enthalten sein und kann auch an der Außenseite der Hauptantenne14 positioniert werden. Die erwünschte Kühlwirkung kann ohne erneute Rückführung des Kühlmittels erzielt werden. Auch eine Kältemaschine kann verwendet werden. Die Kombination der Flußrate des Kühlmediums und der Temperatur ist wichtig, um einen gewünschten Grad der Kühlung zu erhalten. - Je mehr die Kühlung verstärkt wird, umso mehr können Hochfrequenzenergieeftekte über einen weiteren Bereich verteilt werden. Kühlung wird bis zum Abschluß der Ablation bereitgestellt und überwacht, zu welchem Zeitpunkt das Gewebe neben den Haupt- und Nebenantennen
14 und16 entfernt wurde. Die Wirkung von Hochfrequenzstrahlen auf das Gewebe wird durch den kühlenden leitfähigen Effekt gesteuert. - Das Kühlelement
27 kann auch in den Nebenantennen16 beinhaltet sein, wie es mit der Hauptantenne14 implementiert ist. - Elektromagnetische Energie, die durch Haupt- oder Nebenantennen
14 oder16 zugeführt wird, verursacht eine Erwärmung des Gewebes neben der Antenne mit der Ablationsenergie-Zuführungsfläche und eine Rückführung der Wärme zu den Haupt- und Nebenantennen14 und16 . Wenn mehr Wärme angelegt und zurückgeführt wird, steigert sich die verbrennende Wirkung der Haupt- und Nebenantennen14 und16 . Dies kann zu einem Verlust der Leitfähigkeit von elektromagnetischer Energie durch die Antennen führen. Die Einbeziehung eines Kühlelements27 hat keine Auswirkungen auf die wirksame Zuführung elektromagnetischer Energie zu einer Zielmasse. Das Kühlelement27 erlaubt eine Entfernung der gesamten Zielmasse, während gleichzeitig die Erwärmung des die Haupt- und Nebenantennen14 und16 umgebenden Gewebes reduziert oder eliminiert wird. Eine Kühlung ist nur dort notwendig, wo sich eine ungeschützte Oberfläche einer Hauptoder Nebenantenne14 oder16 befindet. - Wie in
3(a) veranschaulicht, kann die Ablationsbehandlungsvorrichtung zwei oder mehrere Nebenantennen16 beinhalten, die unabhängig oder abhängig seitlich entlang verschiedener Positionen entlang der Längsachse der Hauptantenne14 eingesetzt werden können. Jede Nebenantenne16 wird aus einer im Körper der Hauptantenne14 gebildeten separaten Öffnung92 vorgerückt. Mehrere Nebenantennen16 können entlang derselben Ebenen, einer Mehrzahl von Ebenen oder einer Kombination hieraus eingeführt werden. - In
3(b) sind zwei Nebenantennen16 jeweils aus dem distalen Ende14' heraus eingesetzt und in eine ausgewählte Gewebemasse28 eingeführt worden. Die Nebenantennen16 bilden eine Ebene, und der Ablationsbereich erstreckt sich zwischen den Ablationsflächen der Haupt- und Nebenantennen14 und16 . Die Hauptantenne14 kann in die unmittelbare Umgebung einer ausgewählten Gewebemasse28 eingeführt werden. Dieser spezielle Einsatz ist besonders geeignet für kleine ausgewählte Gewebemassen28 oder wo ein Durchstechen der ausgewählten Gewebemasse nicht erwünscht ist. Die Hauptantenne14 kann gedreht werden, wobei die Nebenantennen16 in ein zentrales Lumen der Hauptantenne14 zurückgezogen werden und wobei ein weiteres Ablationsvolumen, das zwischen den beiden Nebenantennen16 definiert wird, erzeugt wird. Des weiteren kann die Hauptelektrode14 von ihrer anfänglichen Position neben einer ausgewählten Gewebemasse28 zurückgezogen und an einer anderen Stelle benachbart zu der ausgewählten Gewebemasse28 neu positioniert werden, und Nebenantennen16 können eingesetzt werden, um einen weiteren Ablationszyklus zu starten. Eine beliebige Anzahl verschiedener Positionierungen kann verwendet werden, um eine gewünschte Ablationsgeometrie für ausgewählte Gewebemassen verschiedener Geometrien und Größen zu erzeugen. - Die Erzeugung einer sphärischen Ablation ist in
4 veranschaulicht, und5 zeigt die Erzeugung einer zylinderförmigen Ablation. - In
6(a) werden Sonden24 und26 jeweils aus dem distalen Ende der Hauptantenne14 heraus eingesetzt und in die ausgewählte Gewebemasse eingeführt. Die Sonden24 und26 bilden eine Ebene. - Die Nebenantennen
16 können die zusätzliche Funktion der Verankerung der Mehrfachantennenvorrichtung10 in einem ausgewählten Gewebe erfüllen, wie in den6(b) und6(c) gezeigt ist. In6(b) werden eine oder beide Nebenantennen16 verwendet, um die Hauptantenne14 oder den Trokar zu verankern oder zu positionieren. Weiterhin werden eine oder beide Nebenantennen16 auch verwendet, um Gewebe zu entfernen. In6(c) sind drei Antennen eingesetzt und verankern die Hauptantenne oder einen Trokar. -
6(d) veranschaulicht die Infusionsfähigkeit der Mehrfachantennenvorrichtung10 . Drei Nebenantennen16 sind in einem zentralen Lumen des Trokars positioniert. Eine oder mehrere der Nebenantennen16 kann auch ein zentrales Lumen beinhalten, das an eine Infusionsquelle gekoppelt ist. Das zentrale Lumen ist an eine Infusionsquelle gekoppelt und liefert eine Vielzahl von Infusionsmedien an ausgewählte Stellen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Ablationszielmasse. Geeignete Infusionsmedien beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf therapeutische Mittel, die Leitfähigkeit verstärkende Medien, Kontrastmittel oder Färbemittel usw. Ein Beispiel eines therapeutischen Mittels ist ein chemotherapeutisches Mittel. - Wie in
7 gezeigt, kann die Isolationshülse18 eines oder mehrere Lumen für die Aufnahme von Nebensonden24 ,26 sowie von zusätzlichen Sonden umfassen, welche aus einem distalen Ende der Isolationshülse18 heraus eingesetzt werden. -
8 veranschaulicht vier Sonden, die aus verschiedenen, im Körper der Hauptantenne14 gebildeten Seitenwandanschlüssen heraus eingesetzt werden. Einige oder alle dieser Sonden stellen eine Ankerfunktion bereit. - Unter Bezugnahme auf
9 wird Strom, der durch die Haupt- und Nebenantennen14 und16 zugeführt wird, durch den Stromsensor30 gemessen. Die Spannung wird durch den Spannungssensor32 gemessen. Impedanz und Leistung werden dann bei der Leistungs- und Impedanzberechnungsvorrichtung34 berechnet. Diese Werte können dann auf der Benutzerschnittstelle und dem Anzeigegerät36 angezeigt werden. Signale, die die Leistungs- und Impedanzwerte repräsentieren, werden von dem Controller38 empfangen. - In einer Ausführungsform beinhaltet eine Ablationsvorrichtung ein Handstück, eine sich vom distalen Ende des Handstücks erstreckende Elektrode, eine Sonde, einen Wärmesensor und eine Energiequelle. Die Elektrode beinhaltet ein distales Ende und ein Lumen, eine Kühlmitteleinlaßleitung und eine Kühlmittelauslaßleitung. Beide Leitungen erstrecken sich durch das Lumen der Elektrode zu einem distalen Ende der Elektrode. Ein Anschluß in der Seitenwand, der von einem in den Einlaß- und Auslaßleitungen fließenden Kühlmedium isoliert ist, ist in der Elektrode gebildet. Die Sonde ist zumindest teilweise in dem Lumen der Elektrode positioniert und so gestaltet, daß sie aus der Öffnung in der Seitenwand herausbewegt und wieder in sie zurückgezogen werden kann. Der Wärmesensor wird durch die Sonde gehalten. Die Elektrode ist an eine Energiequelle gekoppelt.
- Wie in
10 gezeigt, beinhaltet eine Ablationsvorrichtung ein Handstück11 , eine Hauptantenne/-elektrode14 , eine Kühlmitteleinlaßleitung40 , eine Kühlmittelauslaßleitung42 und einen Deckel44 mit spitz zulaufendem distalem Ende, die ein Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf erzeugen. Eine Vielzahl verschiedener Kühlmedien kann verwendet werden einschließlich, aber nicht beschränkt auf Gas, gekühlte Luft, Kühlluft, Druckluft, Freon, Wasser, Alkohol, Salzlösung usw. Ein erster Seitenwandanschluß46 ist in einer Seitenwand der Hauptantenne14 gebildet. Ein zweiter Seitenwandanschluß48 kann auch beinhaltet sein. Erste und zweite Seitenwandanschlüsse können Fenster sein, die in der Hauptantenne14 gebildet werden und die einen mechanischen Schwachpunkt in der Hauptantenne14 erzeugen. Eine erste Sonde24 ist in einem Elektrodenlumen positioniert und kann aus dem Seitenwandanschluß46 herausbewegt und wieder in diesen zurückgezogen werden. Eine optionale zweite Sonde26 ist ebenfalls in dem Elektrodenlumen positioniert und kann durch den zweiten Seitenwandanschluß48 zu einem ausgewählten Gewebeablationsort vorgerückt und wieder zurückgezogen werden. - Die Hauptantenne
14 hat eine äußere Zuführungsfläche für Ablationsenergie, die elektromagnetische Energie an die ausgewählte Gewebeablationsmasse zuführt, und die ein verjüngt zulaufendes oder spitzes distales Ende haben kann. Für die Ablation von Tumoren kann die Hauptantenne14 eine äußere Ablationsenergie-Zuführungsfläche mit einer Länge von 0,635 cm (0,25 Zoll) oder weniger haben und einen äußeren Durchmesser der Hauptantenne14 von etwa 0,183 cm (0,072 Zoll) oder weniger. - Jede Sonde
24 und26 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf rostfreien Stahl, geformte Memory-Metalle usw. Die Größe der Sonden24 und26 variiert abhängig von der medizinischen Anwendung. Für die Behandlung von Tumoren haben die Sonden24 und26 eine Länge, die sich von den Seitenwandanschlüssen bis zu 3 cm oder weniger in das Gewebe erstreckt. Ein erster Sensor50 kann von der Sonde24 auf einer inneren oder äußeren Oberfläche gehalten werden. Der erste Sensor50 ist vorzugsweise an einem distalen Ende der Sonde24 positioniert. Ein zweiter Sensor52 kann auf der Sonde24 irgendwo zwischen einer äußeren Oberfläche der Hauptantenne14 und dem distalen Ende der Sonde24 positioniert sein. Vorzugsweise sitzt der erste Sensor50 an einer Stelle, wo er die Temperatur an einem Mittelpunkt in einem ausgewählten Gewebeablationsvolumen erfassen kann. Der zweite Sensor52 ist geeignet, um festzustellen, ob die Sonde24 auf etwas gestoßen ist, wie z. B. ein Blutgefäß, was die Ablation behindert. Wenn der erste Sensor50 eine höhere Temperatur mißt als der zweite Sensor52 , kann dies darauf hindeuten, daß der zweite Sensor52 sich in der Nähe eines Kreislaufgefäßes befindet. Wenn dies geschieht, wird die Ablationsenergie durch das Blutgefäß abgeführt. In ähnlicher Weise kann die zweite Sonde26 auch einen oder mehrere Sensoren beinhalten. Ein dritter Sensor54 kann an einer äußeren Oberfläche der Antenne14 positioniert sein. - Die Sensoren
50 ,52 und54 erlauben die genaue Messung der Temperatur an einem Gewebeort, um folgendes zu bestimmen: (i) den Umfang der Ablation, (ii) die Menge der Ablation, (iii) ob weitere Ablation notwendig ist oder nicht und (iv) die Umgrenzung oder den Umfang der entfernten Masse. Weiterhin verhindern die Sensoren50 ,52 und54 , daß Nicht-Zielgewebe zerstört oder entfernt wird. - Die Sensoren
50 ,52 und54 sind von konventioneller Ausgestaltung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Thermistoren, Thermoelemente, Widerstandsdrähte und dergleichen. Geeignete Wärmesensoren90 beinhalten ein Thermoelement vom T-Typ mit Kupferkonstantan, J-Typ-, E-Typ-, K-Typ-, Faseroptiken, Widerstandsdrähte, IR-Thermoelement-Detektoren usw. Die Sensoren50 ,52 und54 müssen keine Wärmesensoren sein. - Die Sensoren
50 ,52 und54 messen die Temperatur und/oder die Impedanz, um eine Überwachung zu erlauben, und um ein gewünschtes Ablationsvolumen, das ohne die Zerstörung von zuviel Gewebe erzielt werden soll, zu erlauben. Dies reduziert die Schädigung von Gewebe, das die zu entfernende Zielmasse umgibt. Durch Überwachen der Temperatur an verschiedenen Punkten im Inneren der ausgewählten Masse kann eine Bestimmung des Umfangs der Gewebemasse erfolgen, ebenso wie eine Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem die Ablation abgeschlossen ist. Wenn die Sensoren50 ,52 und54 zu irgendeinem Zeitpunkt feststellen, daß eine gewünschte Ablationstemperatur überschritten wurde, wird ein entsprechendes Rückkopplungssignal von der Energiequelle20 empfangen, die dann die Menge der an die Hauptantenne14 gelieferten Energie reguliert, wie es nachstehend noch genauer erläutert wird. - Die Hauptantenne
14 ist an eine elektromagnetische Energiequelle20 gekoppelt durch Verdrahten, Löten, Verbindung durch eine gemeinsame Kupplung usw. Die Hauptantenne14 kann unabhängig von den Sonden24 und26 an die elektromagnetische Energiequelle20 gekoppelt sein. Die Hauptantenne14 und die Sonden24 und26 können im Multiplex-Verfahren angeschlossen werden, so daß, wenn Energie an die Hauptantenne14 geliefert wird, diese nicht an die Sonden24 und26 geliefert wird. - Die elektromagnetische Energiequelle kann eine RF-Quelle, Mikrowellenquelle, Kurzwellenquelle usw. sein.
- Die Hauptantenne
14 ist so ausgestaltet, daß sie steif genug ist, um ohne einen Inserter perkutan oder laparoskopisch durch Gewebe eingeführt zu werden. Die tatsächliche Länge der Hauptantenne14 ist abhängig von der Lage der zu entfernenden Gewebemasse, ihrer Entfernung von der Haut, ihrer Zugänglichkeit sowie auch davon, ob der Arzt ein laparoskopisches, ein perkutanes oder ein anderes Verfahren auswählt oder nicht. Geeignete Längen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf 17,5 cm, 25,0 cm und 30,0 cm. Die Hauptantenne14 kann durch eine Führung zu dem ausgewählten Gewebeort eingeführt werden. - Eine Isolationshülse
18 kann in der Nachbarschaft zu einer äußeren Oberfläche der Hauptantenne14 positioniert sein. Die Isolationshülse kann entlang der äußeren Oberfläche der Antenne bewegbar sein, um eine Ablationsenergie-Zuführungsfläche variabler Länge bereitzustellen. - In einer Ausführungsform kann die Isolationshülse
18 ein Polyimidmaterial umfassen. Ein Sensor kann im obersten Teil der Isolationshülse18 aus Polyimid positioniert sein. Die Isolationshülse18 aus Polyamid ist halbsteif. Der Sensor kann im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Isolationshülse18 aus Polyimid liegen. Das Handstück11 kann die Funktion eines Handstücks erfüllen und Markierungen beinhalten, um die Länge der Isolationshülse18 und die Länge der freiliegenden Ablationsenergie-Zuführungsfläche der Hauptantenne14 zu zeigen. - Unter Bezugnahme auf
11 ist der Deckel44 gezeigt, der einen Kühlmedium-Flußkanal des geschlossenen Kreislaufs erzeugt. Der Deckel44 ist durch eine Vielzahl von Mitteln an den distalen Enden der Leitungen40 und42 befestigt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Schweißen, Löten, Aufbringen eines Epoxidharzes usw. Der Deckel44 kann einen Abschnitt bzw. eine Stufe aufweisen, der bzw. die durch Löten, Schweißen, Preßpassung usw. am distalen Ende der Antenne14 befestigt ist. Anstelle des Deckels44 kann eine "U"-förmige Verbindung an den distalen Enden der Leitungen40 und42 ausgebildet sein, wie in12 gezeigt ist. - In
13 bildet nur ein Abschnitt der Elektrode eine Schnittstelle zu der Kühlmitteleinlaßleitung40 . Die Durchmesser der Kühlmitteleinlaßleitung und der Hauptantenne14 sind jedoch so bemessen, daß eine benachbart zu der äußeren Oberfläche der Hauptantenne14 ausgebildete Gewebegrenzfläche nicht ausreichend ausgetrocknet und verkohlt wird, um die Übertragung von Energie durch die ausgewählte Gewebeablationsstelle zur Außenseite der Stelle zu verhindern. - Die Erzeugung einer sphärischen Ablation mit 4 cm Durchmesser ist in
14 gezeigt. Eine 4 cm große Ablationsenergie-Zuführungsfläche der Hauptantenne14 liegt frei. - Elektromagnetische Energie, die durch die Hauptantenne
14 zugeführt wird, verursacht eine Erwärmung der Grenzfläche zwischen Antenne/Gewebe auf der Elektrodenablationszuführungsfläche und eine Rückführung der Wärme zur Hauptantenne14 . Wenn mehr Wärme angelegt und zurückgeführt wird, verstärkt sich der Verbrennungseffekt der Hauptantenne14 . Dies kann zu einem Verlust an Leitfähigkeit von elektromagnetischer Energie durch den ausgewählten Gewebeort führen. Das Einbeziehen der Kühlung in die Hauptantenne14 beeinflußt nicht die wirksame Zuführung elektromagnetischer Energie an den ausgewählten Gewebeablationsort. Die Kühlung erlaubt die Ablation des gesamten ausgewählten Gewebeorts, während gleichzeitig die Erwärmung des Grenzgewebes zwischen Elektrode/Gewebe reduziert oder eliminiert wird. -
15 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Temperatur/Impedanz-Rückkopplungssystems, das verwendet werden kann, um die Flußrate des Kühlmittels durch die Antenne14 zu steuern. Elektromagnetische Energie wird von der Energiequelle34 an die Hauptantenne14 zugeführt und auf das Gewebe aufgebracht. Ein Monitor60 bestimmt die Gewebeimpedanz basierend auf der Energie, die dem Gewebe zugeführt wird, und vergleicht den gemessenen Impedanzwert mit einem festgesetzten Wert. Wenn die gemessene Impedanz den festgesetzten Wert übersteigt, wird ein Deaktivierungssignal62 an die Energiequelle20 übertragen, um eine weitere Energiezufuhr an die Hauptantenne14 einzustellen. Wenn die gemessene Impedanz in einem akzeptablen Rahmen liegt, wird weiterhin Energie auf das Gewebe aufgebracht. Während der Aufbringung von Energie auf das Gewebe mißt der Sensor64 die Temperatur des Gewebes und/oder der Hauptantenne14 . Ein Komparator68 empfängt ein die gemessene Temperatur repräsentierendes Signal und vergleicht diesen Wert mit einem voreingestellten Signal, das die gewünschte Temperatur repräsentiert. Der Komparator68 sendet ein Signal an einen Flußregler70 , das den Bedarf an einer höheren Kühlmittelflußrate darstellt, wenn die Temperatur im Gewebe zu hoch ist, oder um die Flußrate beizubehalten, wenn die Temperatur die gewünschte Temperatur nicht überschritten hat. - In
16 ist die Energiequelle20 an die Hauptantenne14 gekoppelt, um eine biologisch sichere Spannung an den ausgewählten Gewebeort anzulegen. Sowohl die Hauptantenne14 als auch die Elektrode72 sind mit einer Primärseite von Transformatorwicklungen74 und76 verbunden. Die gemeinsame Primärwicklung74 ,76 ist magnetisch mit einem Transformatorkern an Sekundännrindungen78 und80 gekoppelt. - Die Primärwicklungen
74 des ersten Transformators t1 koppeln die Ausgangsspannung der Ablationsvorrichtung10 mit den Sekundärwicklungen78 . Die Primärwicklungen76 des zweiten Transformators t2 koppeln den Ausgangsstrom der Ablationsvorrichtung10 mit den Sekundärwicklungen80 . - Meßschaltkreise bestimmen die quadratischen Mittelwerte (RMS) oder die Größen von Strom und Spannung. Diese Werte, die als Spannungen dargestellt sind, werden in eine Teilerschaltung D eingegeben, um durch Teilen des RMS-Spannungswertes durch den RMS-Stromwert die Impedanz des Gewebeorts an dem Sensor
68 geometrisch zu berechnen. - Die Ausgangsspannung der Tellerschaltung D wird an dem positiven (+) Eingangsterminal des Komparators A gezeigt. Eine Spannungsquelle V0 liefert eine Spannung über dem Potentiometer R'' und erlaubt so eine manuelle Einstellung der Spannung, die an dem negativen Eingang des Komparators A gezeigt wird. Diese Spannung stellt einen maximalen Impedanzwert dar, über den hinaus keine Leistung an die Hauptantenne
14 angelegt wird. Genauer gesagt hört die Energiequelle20 , sobald das Gewebe auf eine Temperatur erwärmt wurde, die einem Impedanzwert entspricht, der größer als die maximale Abschneideimpedanz ist, auf, Energie an die Hauptantenne14 zu liefern. Der Komparator A kann von irgendeinem kommerziell erhältlichen Typ sein, der in der Lage ist, die Amplituden- oder Impulsbreitenmodulation der Energiequelle20 zu steuern. - Die Flußrate des Kühlmittels kann basierend auf der Gewebeimpedanz, wie sie durch das Signal
82 dargestellt ist, oder basierend auf der Gewebetemperatur, wie sie durch das Signal84 dargestellt ist, gesteuert werden. In einer Ausführungsform wird der Schalter S aktiviert, so daß das Impedanzsignal82 in den positiven (+) Eingangsanschluß des Komparators A eintreten kann. - Dieses Signal, zusammen mit der an den negativen (–) Eingangsanschluß angelegten Referenzspannung, betätigt den Komparator A, so daß dieser ein Ausgangssignal erzeugt. Wenn der ausgewählte Gewebeablationsort auf eine biologisch schädigende Temperatur erwärmt wird, wird die Impedanz einen ausgewählten Impedanzwert überschreiten, wie er am negativen (–) Eingangsanschluß zu sehen ist, und dabei ein Deaktivierungssignal
62 erzeugen, um die Energiequelle zu sperren und die Zufuhr weiterer Energie an die Hauptantenne14 zu unterbinden. - Das Ausgangssignal des Komparators A kann an eine Pumpe
86 übermittelt werden. - Wenn die Temperatur der ausgewählten Gewebeablationsstelle zu hoch ist, obwohl die Gewebeimpedanz innerhalb akzeptabler Grenzen liegt, stellt die Pumpe
86 die Flußrate des Kühlmittels, das der Hauptantenne14 zugeführt wird, ein, um die Temperatur der Hauptantenne14 zu ver ringern. Das Ausgangssignal des Komparators A kann entweder die Energieabgabe der Energiequelle20 sperren, abhängig von der Temperatur des Gewebes, wie sie durch seine Impedanz dargestellt wird, oder es kann die Hauptantenne14 kühlen oder beide Vorgänge gleichzeitig ausführen. - Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzise beschriebenen Formen beschränken. Es ist offensichtlich, daß viele Modifikationen und Variationen für Fachleute auf diesem Gebiet auf der Hand liegen. Der Schutzbereich der Erfindung soll durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.
Claims (26)
- Vorrichtung für die Ablationsbehandlung, die aufweist: eine Hauptantenne (
14 ) mit einem Lumen, einer Längsachse und einem ablativen Oberflächengebiet der Länge L1 und zumindest einer Nebenantenne (16 ), die in der Hauptantenne positioniert werden kann, wenn die Hauptantenne durch Gewebe eingeführt wird, einen Sensor (90 ), der an dem distalen Ende (16' ) der Nebenantenne positioniert ist bei einem Abstand L2 von der Hauptantenne entlang des distalen Endes der Nebenantenne, wobei L2 zumindest 1/3 L1 ist, und eine Energiequelle (20 ), die zumindest mit der Haupt- oder Nebenantenne verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei L2 zumindest gleich 1/2 L1 ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei L2 zumindest gleich L1 ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: eine Rückkopplungssteuervorrichtung, die mit der Energiequelle und dem Sensor verbunden ist, wobei die Rückkopplungssteuervorrichtung auf ein von dem Sensor erfaßtes Merkmal reagiert und die Lieferung einer elektromagnetischen Energieausgabe von der Energiequelle zu der Hauptantenne (
14 ) in Antwort auf das erfaßte Merkmal bereitstellt. - Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Lieferung des elektromagnetischen Energieausgangs manuell in Antwort auf das von dem Sensor erfaßte Merkmal geregelt wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Lieferung des elektromagnetischen Energieausgangs automatisch in Antwort auf ein von dem Sensor erfaßtes Merkmal reguliert wird.
- Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Nebenantenne (
16 ) eine inaktive Elektrode ist und die Hauptantenne (14 ) eine aktive Elektrode ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das distale Ende (
16' ) der Nebenantenne strukturell weniger steif als die Hauptantenne (14 ) ist. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hauptantenne (
14 ) hohl ist und mit einer Quelle für ein Infusionsmedium gekoppelt ist, um Fluid über die Hauptantenne (14 ) zu einem ausgewählten Gewebeort zu infundieren. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hauptantenne (
14 ) eine Ablationsoberfläche mit einer Länge hat, die zumindest 20% der Länge einer Ablationsoberfläche der Nebenantenne (16 ) beträgt. - Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Hauptantenne (
14 ) eine Ablationsoberfläche mit einer Länge hat, die zumindest ein Drittel der Länge einer Ablationsoberfläche der Nebenantenne (16 ) beträgt. - Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Hauptantenne (
14 ) eine Ablationsoberfläche mit einer Länge hat, die zumindest die Hälfte der Länge einer Ablationsoberfläche der Nebenantenne (16 ) hat. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwei Nebenelektroden (
16 ) zur Verfügung gestellt werden, die von der Hauptantenne (14 ) angewendet werden, wobei sowohl die Haupt- als auch die Nebenantenne eine Ablationsoberfläche hat, um ein Ablationsvolumen zwischen den Ablationsoberflächen zu erzeugen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei drei Sekundärelektroden (
16 ) zur Verfügung gestellt werden, die von der Hauptantenne (14 ) angewendet werden, wobei sowohl die Primär- als auch die Nebenantenne eine Ablationsfläche haben, um ein Ablationsvolumen zwischen den Ablationsflächen zu erzeugen. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Isolationshülse (
18 ), die in einer umgebenden Beziehung um zumindest einen Abschnitt einer Außenseite von zumindest der Hauptantenne (14 ) oder der Nebenantenne (16 ) positioniert ist. - Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Isolationshülse (
18 ) bewegbar entlang einer Außenseite von zumindest der Hauptantenne (14 ) oder der Nebenantenne (16 ) einstellbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine, die Haupt- oder die Nebenantenne (
14 ,16 ), eine Hochfrequenzantenne ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei zumindest eine, die Haupt- oder die Nebenantenne (
14 ,16 ) eine Mikrowellenantenne ist. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Nebenantenne (
16 ) eine inaktive Antenne ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine, die Haupt- oder die Nebenantenne (
14 ,16 ) hohl ist und wirksam mit einer Quelle für ein Infusionsmedium verbunden ist, um Fluid durch die Antenne zu einem ausgewählten Gewebeort zu infundieren. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das distale Ende (
16' ) der Nebenantenne derart konfiguriert ist, daß es aus einem distalen Ende der Hauptantenne (14 ) hervorrückt. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche für die Verwendung bei der Erzeugung eines Ablationsvolumens in einer ausgewählten Gewebemasse.
- Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ablationsvorrichtung in einem monopolaren Modus betreibbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 23, die weiterhin eine Erdungsblockelektrode mit der Hauptantenne (
14 ) aufweist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Ablationsvorrichtung in einem bipolaren Modus betreibbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die Ablationsvorrichtung zwischen dem monopolaren und dem bipolaren Betrieb umschaltbar ist.
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