專利名稱：用于治療組織的功率發(fā)生和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及施加(或以其他方式使用)能量的醫(yī)療設(shè)備、系統(tǒng)和方法，并且涉及其中對(duì)電能的準(zhǔn)確控制是有益的其他領(lǐng)域。在示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于在對(duì)管腔疾病的基于導(dǎo)管的治療期間，尤其是在對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、脆弱斑塊或“熱”斑塊等的基于導(dǎo)管的治療期間選擇性地輸送能量劑量的能量發(fā)生和控制裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)生使用導(dǎo)管進(jìn)入并修復(fù)身體的內(nèi)部組織，尤其是在身體管腔(例如血管)內(nèi)的組織。例如，球囊血管成形術(shù)和其他導(dǎo)管經(jīng)常被用來(lái)打開(kāi)因動(dòng)脈粥樣硬化性疾病而業(yè)已變窄的動(dòng)脈。球囊血管成形術(shù)在打開(kāi)閉塞的血管時(shí)常常是有效的，但是與球囊擴(kuò)張相關(guān)聯(lián)的創(chuàng)傷可能導(dǎo)致顯著的傷害，使得球囊擴(kuò)張的益處可能有時(shí)會(huì)受到限制。支架通常用來(lái)延長(zhǎng)血管的有益打開(kāi)。與球囊擴(kuò)張相結(jié)合的支架術(shù)常常是用于動(dòng)脈粥樣硬化的優(yōu)選治療方法。在支架術(shù)中，折疊的金屬框架被安裝在引入體內(nèi)的球囊導(dǎo)管上。支架被操縱以進(jìn)入閉塞部位并且通過(guò)位于下方的球囊的擴(kuò)張而原位擴(kuò)展。支架術(shù)已經(jīng)獲得廣泛的接受，并且在很多情況下產(chǎn)生普遍接受的結(jié)果。與血管尤其是冠狀動(dòng)脈的治療一起，支架還能夠用于治療體內(nèi)的很多其他管狀閉塞例如用于治療生殖、胃腸道、和肺閉塞。已出現(xiàn)體腔在支架術(shù)之后的再狹窄或隨后收窄的大量病例。最近，藥物涂層支架(例如強(qiáng)生公司的Cypher 支架，包括SiiOlimus 的關(guān)聯(lián)藥物)已被證明顯著減小再狹窄速率，而其他公司也正在開(kāi)發(fā)和商業(yè)化替代藥物洗脫支架。另外，同樣能改進(jìn)手術(shù)血管成形術(shù)的成功率的系統(tǒng)藥物輸送(靜脈或口服)的工作也已開(kāi)始。盡管藥物洗脫支架看上去為許多很多患者體內(nèi)的動(dòng)脈粥樣硬化的治療提供了相當(dāng)大的希望，但是存在其中支架不能使用或仍有重大缺點(diǎn)的諸多情況。一般性地，支架術(shù)在體內(nèi)留下植入物。這種植入物會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，包括機(jī)械疲勞、腐蝕等，尤其是在難以移除植入物且涉及侵入性手術(shù)的情況下。對(duì)于治療彌漫性動(dòng)脈疾病、治療分叉、治療易于壓傷的身體區(qū)域、以及治療經(jīng)受扭轉(zhuǎn)、伸長(zhǎng)和縮短的動(dòng)脈，支架術(shù)還具有其他缺點(diǎn)。同樣還提出了多種修改的再狹窄治療或抑制血管再狹窄閉塞的治療模態(tài)，包括常常與球囊血管成形術(shù)和/或支架術(shù)相結(jié)合的血管內(nèi)照射、低溫治療、超聲能量等。盡管這些不同的方法呈現(xiàn)出對(duì)在血管成形術(shù)和支架術(shù)之后減小血流的隨后劣化的不同程度的希望，但是由血管成形術(shù)最初施加在組織上的創(chuàng)傷仍然是有問(wèn)題的。最近，已經(jīng)注意到擴(kuò)張的其他缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)包括易損斑塊的存在，易損斑塊會(huì)破裂并釋放可能導(dǎo)致心肌梗死或心臟病發(fā)作的物質(zhì)。還提出了支架術(shù)和球囊血管成形術(shù)的大量替代方案用以打開(kāi)狹窄的動(dòng)脈。例如，已經(jīng)公開(kāi)并嘗試了多種旋切術(shù)設(shè)備和技術(shù)。盡管血管成形術(shù)和支架術(shù)具有上述缺點(diǎn)和限制，旋切術(shù)尚未獲得廣泛的使用和基于擴(kuò)張術(shù)的成功率。另外，在減瘤病變組織以減輕或消除病變的領(lǐng)域中的方法(例如旋切術(shù)和消融術(shù))通常提供很少(如果有的話)用于保護(hù)健康組織在治療病變組織的過(guò)程中免受傷害的手段。鑒于上述，有利的是提供用于改造體腔，尤其是血管組織的新設(shè)備、系統(tǒng)和方法。還期望的是避免顯著的成本或復(fù)雜性，同時(shí)能夠在無(wú)需訴諸極端擴(kuò)張的創(chuàng)傷，傷害相鄰的健康組織，以及容許打開(kāi)不適于支架術(shù)的血管和其他身體管腔的情況下提供對(duì)體腔的改造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及通過(guò)以受控劑量的方式輸送能量來(lái)治療組織?？梢酝ㄟ^(guò)使用具有控制器的能量源施加能量、進(jìn)行組織表征分析、且進(jìn)一步地選擇性賦能多個(gè)能量輸送表面來(lái)靶向組織。在示例性實(shí)施例中，用于功率輸送的裝置可以包括功率發(fā)生電路，所述裝置還包括功率發(fā)生源；放大器塊；功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器；在功率輸送位置處的電壓和電流反饋被用來(lái)測(cè)量在功率輸送靶處的阻抗；接收所述電壓和電流反饋的峰值有效功率傳感器塊；以及接收來(lái)自功率輸送設(shè) 定點(diǎn)控制器和峰值有效功率傳感器塊的信號(hào)的比例積分微分(PID)控制器，籍此PID控制器調(diào)制向所述功率放大器塊的總輸入電壓，由此響應(yīng)于在所述功率輸送靶處測(cè)得的阻抗而使得來(lái)自所述電路的功率輸出被維持在所述功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)。在一些示例性實(shí)施例中，輸出功率為射頻(RF)功率，而在可選的示例性實(shí)施例中，功率可以呈超聲、微波、激光的形式或其它合適的能量形式。在一些示例性實(shí)施例中，用于輸送的所述裝置還可以包括導(dǎo)管，其中，所述導(dǎo)管還可以包括多個(gè)能量輸送表面，最優(yōu)選地是安裝到可擴(kuò)張球囊上的多個(gè)能量輸送表面。在一些示例性實(shí)施例中，提供了用于優(yōu)選地校準(zhǔn)裝置的方法，所述方法包括使用多種負(fù)載以矢量網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算功率電路阻抗，使得在功率發(fā)生期間測(cè)量的電路負(fù)載阻抗的實(shí)時(shí)變化的測(cè)量可以代表在所述裝置的功率輸送靶處的阻抗的實(shí)時(shí)變化。在一些示例性實(shí)施例中，提供了一種方法，包括通過(guò)反復(fù)校準(zhǔn)以基于其阻抗特性確定所附接配件的類型而識(shí)別附接到所述裝置上的配件。 在一些示例性實(shí)施例中，提供了一種以受控方式施加能量以在靶組織中實(shí)現(xiàn)基本均勻的大塊溫度分布的方法。在一些示例性實(shí)施例中，提供了一種為了實(shí)現(xiàn)有益的生物反應(yīng)而將能量施加到神經(jīng)組織上以改變神經(jīng)活性的方法。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可以用于在組織中實(shí)現(xiàn)治療性生物學(xué)效果的治療程序。最優(yōu)選地，本發(fā)明可以在血管成形術(shù)之前、期間和/或之后的任意點(diǎn)和任意時(shí)間使用。在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于治療靶組織的功率發(fā)生裝置。所述功率發(fā)生裝置包括生成頻率信號(hào)的頻率合成器。功率放大器將頻率合成器操作性地耦接至功率輸出部。該輸出部可耦接至靶組織 ，而功率傳感器被配置為接收來(lái)自靶組織的電壓和電流反饋，并被配置為輸出在靶組織處測(cè)得的阻抗?？刂破鲗⑺龉β蕚鞲衅黢罱拥剿龉β史糯笃魃?。控制器將功率傳感器耦接至功率放大器?？刂破骶哂杏糜诮邮展β试O(shè)定點(diǎn)的輸入部，且響應(yīng)于功率設(shè)定點(diǎn)和在靶組織處測(cè)得的阻抗將調(diào)制信號(hào)發(fā)送給功率放大器，使得從所述功率放大器逐頻率地向靶組織輸出的功率被維持在功率設(shè)定點(diǎn)附近的期望范圍內(nèi)?？蛇x地，頻率合成器包括數(shù)字頻率合成器，例如直接數(shù)字合成器(DDS)，并且數(shù)模轉(zhuǎn)換器將頻率合成器耦接至功率放大器。從裝置向靶組織輸出的能量典型地包括RF能量，但是可選地可以包括微波能量等。在很多實(shí)施例中，在系統(tǒng)中包括所述功率發(fā)生裝置，而所述系統(tǒng)還包括細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)管。所述導(dǎo)管可以具有細(xì)長(zhǎng)柔性導(dǎo)管本體，所述導(dǎo)管本體具有配置為在血管內(nèi)前進(jìn)的遠(yuǎn)端部。連接器能夠耦接到所述本體的近端部上，而所述連接器被配置為耦接至所述輸出部，使得在使用時(shí)所述導(dǎo)管將所述輸出部耦接至與遠(yuǎn)端部相鄰的靶組織。如通過(guò)所述系統(tǒng)的所述功率發(fā)生裝置測(cè)得的所述靶組織的阻抗常常獨(dú)立于所述功率發(fā)生裝置、所述本體和/或類似物的阻抗。在另一方面，本發(fā)明提供了用于在準(zhǔn)備治療靶組織時(shí)校準(zhǔn)RF系統(tǒng)的校準(zhǔn)模塊。所述RF系統(tǒng)包括功率發(fā)生裝置，所述功率發(fā)生裝置包括阻抗測(cè)量電路。所述模塊包括用于從所述功率發(fā)生裝置的所述阻抗測(cè)量電路接收第一阻抗的第一輸入部。所述第一阻抗對(duì)應(yīng)于在將所述功率發(fā)生裝置耦接到所述靶組織上之前在所述功率發(fā)生裝置上的低電路負(fù)載。第二輸入部相似地從所述阻抗測(cè)量電路接收第二阻抗但是對(duì)應(yīng)于在所述功率發(fā)生裝置上的高電路負(fù)載(同樣在將所述功率發(fā)生裝置耦接到所述靶組織上之前)。第三輸入部從所述阻抗測(cè)量電路接收介于所述高負(fù)載與所述低負(fù)載之間的相似的第三阻抗。處理器被配置為使用所述測(cè)量阻抗計(jì)算系統(tǒng)阻抗以響應(yīng)于在向所述靶組織的功率施加期間測(cè)量的總電路負(fù)載阻抗的實(shí)時(shí)變化而促進(jìn)在所述靶組織處的阻抗變化。所述總電路負(fù)載阻抗包括所述功率發(fā)生裝置的阻抗和在靶組織處的阻抗。典型地，所述RF系統(tǒng)還包括用于將所述功率發(fā)生裝置耦接到所述靶組織上的導(dǎo)管或其它耦接裝置。更一般地，本文所述系統(tǒng)的總電路在使用期間可以包括功率發(fā)生電路、功率輸出靶電路、和耦接電路，而所述總系統(tǒng)電路的這些部分中的每一個(gè)將相應(yīng)的阻抗部分貢獻(xiàn)給所述系統(tǒng)的總阻抗。為了幫助更準(zhǔn)確地表征所述總電路的這些部分的阻抗貢獻(xiàn)，并且為了更準(zhǔn)確地測(cè)量在所述靶組織(或其它功率輸出靶)處的阻抗，所述處理器能被配置為在將所述導(dǎo)管耦接至所述功率發(fā)生裝置之后和在將所述導(dǎo)管耦接到所述靶組織上之前計(jì)算所述功率發(fā)生裝置和所述導(dǎo)管的不同的系統(tǒng)阻抗。


圖1示意性地例示了用于與具有在功率系統(tǒng)中的電極的球囊導(dǎo)管一起使用的功率發(fā)生和控制裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖2示意性地例示了用于在圖1的裝置中使用的可擴(kuò)張球囊的一個(gè)實(shí)施例。圖3A示意性地例示了圖2的球囊的截面圖。圖3B示意性地例示了用于使用圖1的裝置進(jìn)行組織分析和選擇性能量治療時(shí)使用的電極的一個(gè)實(shí)施例。圖4示意性地例示了功率發(fā)生和控制電路的一個(gè)實(shí)施例。圖5示意性地例示了圖4中所示的峰值有效功率傳感器塊的DDS下轉(zhuǎn)換段的一個(gè)實(shí)施例。

圖6示意性地例示了圖4中所示的峰值有效功率傳感器塊的DC基帶處理段的一個(gè)實(shí)施例。圖7示意性地例示了圖4中所示的PID控制塊的一個(gè)實(shí)施例。圖8示意性地例示了用于感測(cè)和控制入射和反射功率的兩端口網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。圖9A示意性地例示了圖4中所示的放大器塊的一個(gè)實(shí)施例。圖9B例示了用于圖4中所示的放大器塊的“軟電流限制”關(guān)系。圖10為在圖1中所示裝置的組織治療實(shí)施例中的最大和最小測(cè)得電流的示例圖。圖11為在圖1中所示裝置的組織治療實(shí)施例中的最大和最小測(cè)得阻抗的示例圖。圖12為在圖1中所示裝置的組織治療實(shí)施例中的最大和最小測(cè)得電壓的示例圖。圖13為在圖1中所示裝置的組織治療實(shí)施例中的靶部位和功率發(fā)生器處測(cè)得的功率的示例圖。圖14A和圖14B示意性地例示了使用用于圖1中所示裝置的實(shí)施例的經(jīng)驗(yàn)性導(dǎo)出的能量劑量和阻抗控制而在管腔組織中的基本均勻的大塊溫度分布。圖15A和圖15B示意性地例示了使用用于圖1中所示裝置的實(shí)施例的累積損傷理論導(dǎo)出的能量劑量而在管腔組織中的基本均勻的大塊溫度分布。圖16示意性地例示了用于校準(zhǔn)功率發(fā)生系統(tǒng)以有利于準(zhǔn)確測(cè)量在靶功率輸出部處的阻抗的方法和系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例涉及通常用于治療靶組織以獲得治療作用的功率發(fā)生和控制裝置。優(yōu)選地，靶組織為管腔組織，其還可以包括例如在動(dòng)脈疾病中發(fā)現(xiàn)的病變組織。盡管本公開(kāi)關(guān)注于本技術(shù)在脈管中的使用，但是本技術(shù)對(duì)其他管腔閉塞也是有用的?？梢允褂帽景l(fā)明的其他解剖結(jié)構(gòu)為食道、口腔、鼻咽腔、咽鼓管和鼓室、腦靜脈竇、動(dòng)脈系統(tǒng)、靜脈系統(tǒng)、心臟、喉頭、氣管、支氣管、胃、十二指腸、回腸、結(jié)腸、直腸、膀胱、輸尿管、射精管、輸精管、尿道、子宮腔、陰道、和宮頸管。用于使用RF、超聲、微波和激光能量加熱組織的設(shè)備已經(jīng)在2007年10月18日提交的題為 “ Inducing Desirable Temperature Effects on Body Tissue” 的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/975，474、2007 年 10 月 18 日提交的題為 “System for Inducing DesirableTemperature Effects On Body Tissue” 的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/975，383、2005 年 5 月 3日提交的題為 “Imaging and Eccentric Atherosclerotic Material Laser Remodelingand/or Ablation C atheter”的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/122, 263 以及 2009 年 9 月 22 日提交的題為 “Inducing Desirable Temperature Effects on Body Tissue Using AlternateEnergy Sources”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/564，268中公開(kāi),通過(guò)引用并入本文的這些文獻(xiàn)的全部公開(kāi)內(nèi)容可以與本發(fā)明相結(jié)合。功率發(fā)牛和控制在本發(fā)明的很多實(shí)施例中，功率發(fā)生和控制裝置可以包括內(nèi)部電路400、控制軟件、用戶界面102、以及容納電路400和用戶界面102的功率發(fā)生和控制外殼101。參照?qǐng)D1和圖4，容納在外殼101內(nèi)的內(nèi)部電路400可包括直接數(shù)字合成器(DDS)塊401，塊401的數(shù)字編碼輸出可以優(yōu)選地通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)402。DAC 402將來(lái)自DDS塊401的數(shù)字編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)414。電壓信號(hào)414和模擬調(diào)制電壓信號(hào)413優(yōu)選地通過(guò)放大器(AMP)塊403，從而得到靶功率輸出404。在靶功率輸出404處的電壓和電流負(fù)載的測(cè)量值可以通 過(guò)電壓傳感器405和電流傳感器407進(jìn)行測(cè)量，優(yōu)選地來(lái)自電壓傳感器405和電流傳感器407的信號(hào)可以分別通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 406和408。來(lái)自ADC406的數(shù)字電壓信號(hào)和來(lái)自ADC 408的數(shù)字電流信號(hào)優(yōu)選地通過(guò)峰值有效功率傳感器410接收，其中在功率輸送靶404處的功率發(fā)生和控制裝置的有效功率輸出可被實(shí)時(shí)測(cè)量。功率設(shè)定點(diǎn)控制409基于軟件編程的操作參數(shù)。在圖5和圖6中所示的優(yōu)選實(shí)施例中，峰值有效功率傳感器塊410可以包括DDS500，DDS 500用來(lái)將電壓感測(cè)信號(hào)V (來(lái)自406)和電流檢測(cè)信號(hào)I (來(lái)自408)下混至DC基帶信號(hào)，優(yōu)選地產(chǎn)生經(jīng)低通濾波器502的電壓輸出以及經(jīng)低通濾波器504的電流輸出。來(lái)自峰值有效功率傳感器塊410的電壓和電流輸出包括同相電流507、同相電壓505、和正交電流508、正交電壓506分量。對(duì)于電路410內(nèi)的信號(hào)優(yōu)選的是包括同相分量和正交分量，這是由于在電路410內(nèi)的塊可以隨后識(shí)別在信號(hào)分量之間和通過(guò)電路401各個(gè)塊的若干信號(hào)之間的瞬時(shí)幅度、頻率和相移。來(lái)自峰值有效功率傳感器410的低通濾波器502和低通濾波器504的數(shù)字輸出信號(hào)可以隨后發(fā)送到圖6中所示的功率計(jì)算電路?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖6,電壓幅度可以通過(guò)將同相電壓信號(hào)505和正交電壓信號(hào)506的平方相加，并且將總和通過(guò)平方根電路602而算出。電流幅度可以通過(guò)將同相電流信號(hào)507和正交電流信號(hào)508的平方相加，并且將總和通過(guò)平方根電路606而算出。未校正功率可以優(yōu)選地通過(guò)將電壓幅度和電流幅度相乘而算出。電壓信號(hào)的相位可以優(yōu)選地通過(guò)將電壓信號(hào)的正交分量506和電壓信號(hào)的同相分量505通過(guò)反正切門(mén)603而算出。相似地，電流信號(hào)的相位可以優(yōu)選地通過(guò)將電流信號(hào)的正交分量508和電流信號(hào)的同相分量507通過(guò)反正切門(mén)607而算出。余弦門(mén)608優(yōu)選地接收來(lái)自反正切門(mén)603和607的差分輸出，使得功率因子校正可以被算出。峰值有效功率可以通過(guò)將未校正功率乘以余弦門(mén)608的輸出且使用舍入門(mén)609舍入結(jié)果而算出。盡管圖5和圖6表示最優(yōu)選實(shí)施例，但是峰值有效功率可以使用其他手段算出，例如將瞬時(shí)RF電壓和RF電流波乘在一起，并且將所得的信號(hào)積分以獲得平均值；用于計(jì)算峰值有效功率的手段從適于所用功率類型且適于部件(包括在本文公開(kāi)和描述的裝置的電路)的任意可用手段中選取?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖9A和圖9B，放大器塊403可以包括可變?cè)鲆娣糯笃?01，其接收來(lái)自DDS塊400的電壓信號(hào)414并調(diào)制來(lái)自PID控制器411的電壓信號(hào)413 ;以及功率放大器902。功率放大器902具有如圖9B中所示的“軟電流限制”，籍此當(dāng)所需輸出電流增大時(shí)以裁剪方式減小可用輸出電壓。具有軟電流限制的功率放大器902的優(yōu)點(diǎn)在于所輸送的最大輸出功率能夠由電流限制電路的特性固有地限制，其中電流限制電路可以提供在較大范圍的負(fù)載阻抗上的、最優(yōu)選地超過(guò)十個(gè)負(fù)載阻抗上的基本恒定的最大可用輸出功率。軟電流限制方案的另外的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)使用開(kāi)關(guān)模式電源技術(shù)進(jìn)行實(shí)施時(shí)，能夠在較大范圍的負(fù)載阻抗上、優(yōu)選地超過(guò)約十個(gè)負(fù)載阻抗上獲得極高的功率放大器效率。靶功率輸出404的控制可以優(yōu)選地通過(guò)將信號(hào)發(fā)送到PID控制器411的功率設(shè)定點(diǎn)控制409和峰值有效功率傳感器塊410獲得，其中PID控制器411可以最終產(chǎn)生送入放大器塊403的調(diào)制電壓信號(hào)413。功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制409可以提供基于編程操作參數(shù)的軟件控制信號(hào)，編程操作參數(shù)在很多實(shí)施例中可被設(shè)定為以避免對(duì)周圍健康組織的傷害的方式促進(jìn)病變組織的改造 。通過(guò)在功率輸出404處進(jìn)行實(shí)時(shí)負(fù)載同相和正交測(cè)量，電路400由此能夠通過(guò)調(diào)制輸出使得輸出可以在從設(shè)定點(diǎn)的較小范圍內(nèi)變化而表征和響應(yīng)負(fù)載變化。在設(shè)定點(diǎn)附近的功率輸出變化可以為約±2%，但是，優(yōu)選實(shí)施例可以在其他范圍(例如約±5%、約±10%、約±15%、以及約±20%或更大)內(nèi)調(diào)節(jié)輸出變化?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖4和圖7，PID控制器411優(yōu)選地接收來(lái)自功率輸出設(shè)定點(diǎn)409和峰值有效功率輸出塊410的輸出信號(hào)。PID控制器411可以包括硬件和/或軟件模塊，用以執(zhí)行分別為Kpe(t)、KiQ /τ )d τ、和Kdde ( τ )/dt的比例計(jì)算701 (“P”)、積分計(jì)算702(“I”)、和微分計(jì)算703 (“D”)，其可以表述為理想形式的方程￥ 1(0=1(1^(0+1^ / τθ(τ)d τ +Kdde( τ )/dt，其中Vm(t)表示計(jì)算的調(diào)制電壓413作為時(shí)間響應(yīng)于在輸出404、峰值有效功率計(jì)算410和功率設(shè)定點(diǎn)409處的測(cè)得功率的函數(shù)。其中Kpe(t)表示對(duì)測(cè)得/算出功率與期望功率的誤差的比例反應(yīng)；Ki0 / τθ(τ)(1τ表示對(duì)測(cè)得/算出功率與期望功率的誤差的總和的積分反應(yīng)，其中τ表示進(jìn)行積分的時(shí)間段，而e(t)表示在當(dāng)前時(shí)間t處的算出功率；以及Kdde(x)/dt表示對(duì)測(cè)得/算出功率與期望功率的誤差的變化率的微分反應(yīng)。在最優(yōu)選實(shí)施例中，PID方程可以表述為更常見(jiàn)的“標(biāo)準(zhǔn)”或“工業(yè)”形式Vffl(t) =Kp [e (t) +1/Ti0 f τ e ( τ ) d τ +Tdde ( τ ) /dt]，其中，常數(shù) Ki 和 Kd 由分別代表積分和微分時(shí)間值的Ti和Td代替。該標(biāo)準(zhǔn)形式提供了在控制方程中簡(jiǎn)化微分和使用常數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，在靶功率輸出404處的功率測(cè)量值與功率計(jì)算值之間存在約160微秒的時(shí)間間隔“t”。411的PID控制回路的輸出計(jì)算可以被稱為“被操縱變量”或調(diào)制電壓414，其優(yōu)選地用來(lái)驅(qū)動(dòng)放大器塊403以調(diào)節(jié)輸出功率緊密靠近設(shè)定點(diǎn)。常數(shù)KpKp和Kd幫助定義電路400可以如何快速地響應(yīng)于輸出404中的誤差增大、或者如何快速地調(diào)制放大器塊403以減小在404處的輸出與設(shè)定點(diǎn)409相比時(shí)的誤差。功率計(jì)算704優(yōu)選地基于DDS塊401的輸出的正交電壓分量506和同相電壓分量505、以及正交電流分量507和同相電流分量508?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖1和圖8，包括外殼101內(nèi)的功率發(fā)生器和控制裝置以及附接配件100’(其例如可以包括圖1的導(dǎo)管組件108和連接器103)的總裝置100可以利用例如圖8中所示的通信方案。盡管圖8描繪了利用兩端口網(wǎng)絡(luò)800的優(yōu)選實(shí)施例，但是可以取決于給定功率控制應(yīng)用的期望布置而采用其他數(shù)量的通信端口。通常，在電壓傳感器405、電流傳感器407和靶負(fù)載(組織)404之間常常存在顯著的RF損失、反射和相移。這些RF損失、反射和相移導(dǎo)致輸送給負(fù)載(組織)404的實(shí)際功率的顯著偏差，并且另外地導(dǎo)致在負(fù)載(組織)阻抗的測(cè)量中的顯著誤差。在優(yōu)選實(shí)施例中，一般化的2-端口反射計(jì)用來(lái)相對(duì)于準(zhǔn)確控制負(fù)載(組織)功率以及準(zhǔn)確測(cè)量負(fù)載(組織)阻抗兩者來(lái)補(bǔ)償在RF路徑中的所有RF損失、反射和相移。為此目的，兩端口網(wǎng)絡(luò)800可以包括利用在外殼101內(nèi)的功率發(fā)生器和控制裝置、附接配件100’、以及在靶功率輸出404處的負(fù)載之間的入射和反射功率波的一系列控制計(jì)算，從而優(yōu)選地得到受控于外殼101內(nèi)的功率發(fā)生器和控制裝置的電壓和電流輸出 800V&I。入射功率波由下標(biāo)“an”表示，反射功率波由下標(biāo)“bn”表示，在404處的入射和反射功率分別由”和“bj表示。為了清楚起見(jiàn)，在圖8中表示的數(shù)學(xué)運(yùn)算的下述說(shuō)明中，數(shù)學(xué)方程應(yīng)當(dāng)省略在圖8中所示的說(shuō)明性元件的附圖標(biāo)記“800”以簡(jiǎn)化所述方程的含義。散射參數(shù)就入射和反射功率波(分別為an和bn)而言的兩端口網(wǎng)絡(luò)定義為
權(quán)利要求
1.一種具有電路的用于治療組織的功率發(fā)生裝置，包括 操作性地耦接至功率放大器的直接數(shù)字合成器(DDS)； 提供信號(hào)的功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器； 峰值有效功率傳感器，所述峰值有效功率傳感器接收在功率輸送靶處測(cè)得的電壓和電流反饋以測(cè)量在所述功率輸送靶處的阻抗并且提供基于所述反饋的信號(hào)；以及 PID控制器，所述PID控制器操作性地耦接以接收來(lái)自功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器和峰值有效功率傳感器的信號(hào)，并且操作性地耦接以將調(diào)制電壓信號(hào)引導(dǎo)到功率放大器，由此響應(yīng)于在功率輸送靶處測(cè)得的阻抗而使得來(lái)自所述電路的功率輸出維持在功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器耦接在DDS與功率放大器之間。
3.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，能量輸出為RF能。
4.權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率輸送靶包括組織。
5.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，DDS、功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器和峰值有效功率傳感器包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列。
6.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率放大器包括操作性地串聯(lián)耦接的可變?cè)鲆娣糯笃骱途€性功率放大器。
7.如權(quán)利要求6所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率放大器包括線性功率放大器，所述線性功率放大器的最大輸出電壓由在功率放大器中流過(guò)的電流控制。
8.如權(quán)利要求7所述的功率發(fā)生裝置，其中，在使用期間從線性功率放大器向功率輸送靶輸出的電壓包括RF輸出電壓，所述RF輸出電壓具有在約50歐姆至約500歐姆的負(fù)載阻抗的范圍上的最大可用輸出極值。
9.如權(quán)利要求7所述的功率發(fā)生裝置，其中，來(lái)自線性功率放大器的最大輸出電壓限制功率放大器內(nèi)的功耗。
10.如權(quán)利要求7所述的功率發(fā)生裝置，其中，線性功率放大器使用開(kāi)關(guān)模式技術(shù)控制最大輸出電壓。
11.如權(quán)利要求6所述的功率發(fā)生裝置，其中，控制器包括PID控制器，并且其中，來(lái)自所述PID控制器的所述調(diào)制電壓信號(hào)由可變?cè)鲆娣糯笃鹘邮铡?br> 12.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，峰值有效功率傳感器包括DDS、電流電路和電壓電路，其中所述電流電路還包括并聯(lián)的平方根門(mén)和反正切門(mén)，而所述電壓電路還包括并聯(lián)的平方根門(mén)和反正切門(mén)。
13.如權(quán)利要求12所述的功率發(fā)生裝置，其中，峰值有效功率傳感器的DDS具有經(jīng)低通濾波器的電壓輸出，以及經(jīng)低通濾波器的電流輸出。
14.如權(quán)利要求12所述的功率發(fā)生裝置，其中，用于電流電路和電壓電路的反正切門(mén)的輸出操作性地耦接以通過(guò)余弦門(mén)。
15.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，從功率輸送靶向峰值有效功率傳感器的所述電壓和電流反饋各自包括同相和正交信號(hào)分量。
16.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，來(lái)自峰值有效功率傳感器的信號(hào)表示所述電路在功率輸送靶處的有效功率輸出。
17.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，控制器包括PID控制器，所述PID控制器具有比例、積分和微分計(jì)算模塊，這些模塊接收來(lái)自峰值有效功率傳感器和功率設(shè)定點(diǎn)控制器的信號(hào)，由此產(chǎn)生調(diào)制電壓信號(hào)以在所述設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述電路的功率輸出。
18.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率輸出設(shè)定點(diǎn)為約O.OOl瓦至約50瓦。
19.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率輸出在設(shè)定點(diǎn)附近以最大約±20%進(jìn)行調(diào)制。
20.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率輸出在設(shè)定點(diǎn)附近以最大約±10%進(jìn)行調(diào)制。
21.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率輸出在設(shè)定點(diǎn)附近以最大約±5%進(jìn)行調(diào)制。
22.如權(quán)利要求1所述的功率發(fā)生裝置，其中，功率輸出在設(shè)定點(diǎn)附近以最大約±2%進(jìn)行調(diào)制。
23.一種對(duì)用于治療功率輸送靶的裝置進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，所述方法包括 測(cè)量在低第一電路負(fù)載下的電路阻抗； 測(cè)量在高第二電路負(fù)載下的電路阻抗； 測(cè)量在第三電路負(fù)載下的電路阻抗，所述第三電路負(fù)載介于所述第一電路負(fù)載與所述第二電路負(fù)載之間；以及 使用測(cè)得的阻抗以矢量網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算所述裝置的電路的系統(tǒng)阻抗，使得在功率發(fā)生期間的總電路負(fù)載阻抗的實(shí)時(shí)變化的測(cè)量代表在所述裝置的功率輸送靶處的阻抗的變化，其中基于在功率輸送靶處的阻抗的實(shí)時(shí)測(cè)得的變化在功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近調(diào)制所述裝置的功率輸出。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括使用雙向線性變換計(jì)算阻抗，用以進(jìn)行功率校準(zhǔn)和補(bǔ)償。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述雙向線性變換采用從一個(gè)或多個(gè)電路負(fù)載的測(cè)量值推導(dǎo)出的常數(shù)。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，一個(gè)或多個(gè)電路負(fù)載的測(cè)量值還用來(lái)補(bǔ)償向功率輸送靶輸送的功率。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括識(shí)別附接到所述裝置上的配件的步驟，所述識(shí)別通過(guò)重復(fù)校準(zhǔn)步驟以基于附接配件的阻抗特征來(lái)確定所附接配件的類型。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，功率輸送靶為組織。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，配件包括導(dǎo)管。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，導(dǎo)管還包括電極。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，存在的電極數(shù)量由位于附接至所述裝置的所述導(dǎo)管內(nèi)的電極電路的數(shù)量的復(fù)用感測(cè)來(lái)確定。
32.一種用于組織治療的功率發(fā)生裝置，包括 操作性地耦接至RF功率放大器的DDS ； 提供信號(hào)的RF功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器；峰值有效RF功率傳感器，所述峰值有效RF功率傳感器接收在RF功率輸送靶處測(cè)得的電壓和電流反饋以測(cè)量在RF功率輸送靶處的阻抗并且提供基于所述反饋的信號(hào)；以及 控制器，所述控制器操作性地耦接以接收來(lái)自RF功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器和峰值有效RF功率傳感器的信號(hào)，并且操作性地耦接以將調(diào)制電壓信號(hào)引導(dǎo)到RF功率放大器，由此響應(yīng)于在RF功率輸送靶處測(cè)得的阻抗而使得來(lái)自所述電路的RF功率輸出維持在RF功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)。
33.一種用于偏心改造治療在管腔周圍的組織的功率發(fā)生和控制裝置，所述裝置包括 操作性地耦接至RF功率放大器的DDS ； 提供信號(hào)的RF功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器； 峰值有效RF功率傳感器，所述峰值有效RF功率傳感器接收在所述組織處的電壓和電流反饋以測(cè)量在所述管腔的周緣周圍的阻抗，所述峰值有效RF功率傳感器提供基于所述反饋的信號(hào)；以及 控制器，所述控制器操作性地耦接以接收來(lái)自RF功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器和峰值有效RF功率傳感器的信號(hào)，并且操作性地耦接以將調(diào)制電壓信號(hào)引導(dǎo)到RF功率放大器，由此響應(yīng)于在所述管腔的周緣周圍測(cè)得的組織阻抗而使得來(lái)自所述電路的RF功率輸出維持在RF功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近的治療組織改造范圍內(nèi)。
34.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，當(dāng)在功率輸送靶處測(cè)得的阻抗介于約50歐姆與約500歐姆之間時(shí)，系統(tǒng)操作軟件限制功率發(fā)生的出現(xiàn)。
35.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，在功率輸送靶處測(cè)得的阻抗用來(lái)確定在功率輸送靶處的電容和電阻。
36.一種用于計(jì)算峰值有效功率的方法，所述方法包括以下步驟 計(jì)算未校正功率； 計(jì)算功率修正因子；以及 將所述未校正功率與所述功率校正因子相乘以獲得所述峰值有效功率。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述計(jì)算未校正功率的步驟還包括計(jì)算電流幅度，計(jì)算電壓幅度，并且將所得到的幅度相乘以獲得所述未校正功率。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述計(jì)算所述功率校正因子的步驟還包括計(jì)算在同相與正交電壓信號(hào)之間的相位角、計(jì)算在同相與正交電流信號(hào)之間的相位角、并且獲得所述電壓與電流相位角之差的余弦。
39.一種用于計(jì)算峰值有效功率的方法，所述方法包括以下步驟 測(cè)量瞬時(shí)RF電壓； 測(cè)量瞬時(shí)RF電流；以及 將所述RF電壓乘以所述RF電流以獲得峰值有效功率。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括將算出的峰值有效功率在一段時(shí)間上進(jìn)行積分以獲得平均RF功率的步驟。
41.一種用于將能量作為劑量進(jìn)行受控輸送以在組織中獲得基本均勻的溫度分布的方法，所述方法包括以下步驟 將多個(gè)能量輸送表面靠近所述組織布置；通過(guò)以順序方式將所述多個(gè)能量輸送表面的第一部分通電而將能量劑量施加到所述組織上；以及 通過(guò)以順序方式將所述多個(gè)能量輸送表面的第二部分通電而將能量劑量施加到所述組織上。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括通過(guò)測(cè)量組織阻抗且施加能量來(lái)控制順序的能量輸送和組織的溫度分布，使得測(cè)得的組織阻抗為大致恒定的。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中，組織阻抗用來(lái)推斷組織溫度，所述組織溫度與能量劑量經(jīng)驗(yàn)性相關(guān)。
44.如權(quán)利要求41所述的方法，其中，順序能量輸送和組織溫度分布的均勻性基于由累積損傷理論所確定的能量劑量。
45.如權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述多個(gè)能量輸送表面操作性地耦接至功率發(fā)生和控制裝置，所述功率發(fā)生和控制裝置還包括操作性地耦接至功率放大器的DDS ;功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器，所述功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器提供信號(hào)，在功率輸送靶處測(cè)得的電壓和電流反饋，用以測(cè)量在功率輸送靶處的阻抗；峰值有效功率傳感器，所述峰值有效功率傳感器接收所述電壓和電流反饋，提供基于所述反饋的信號(hào)；以及PID控制器，所述PID控制器操作性地耦接以接收來(lái)自電源輸出端設(shè)定點(diǎn)控制器和峰值有效功率傳感器的信號(hào)，并且操作性地耦接以將調(diào)制電壓信號(hào)引導(dǎo)到功率放大器上，由此響應(yīng)于在功率輸送靶處測(cè)得的阻抗而使得來(lái)自所述電路的功率輸出維持在功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)。
46.一種用于受控輸送偏心靶能量以影響神經(jīng)活性的方法，所述方法包括以下步驟 將多個(gè)能量輸送表面靠近其中含有神經(jīng)的靶組織區(qū)域布置；以及 使用功率發(fā)生和控制裝置將足以永久破壞靶組織區(qū)域中的神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)的能量劑量施加到組織上，所述功率發(fā)生和控制裝置具有操作性地耦接至功率放大器的DDS ;功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器，所述功率輸出設(shè)定點(diǎn)控制器提供信號(hào)、在功率輸送靶處測(cè)得的電壓和電流反饋，以用來(lái)測(cè)量在功率輸送靶處的阻抗；峰值有效功率傳感器，所述峰值有效功率傳感器接收所述電壓和電流反饋，提供基于所述反饋的信號(hào)；以及PID控制器，所述PID控制器操作性地耦接以接收來(lái)自功率輸出端設(shè)定點(diǎn)控制器和峰值有效功率傳感器的信號(hào)，并且操作性地耦接以將調(diào)制電壓信號(hào)引導(dǎo)到功率放大器上，由此響應(yīng)于在所述功率輸送靶處的測(cè)量阻抗而使得來(lái)自所述電路的功率輸出維持在功率輸出設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，還包括通過(guò)測(cè)量靠近所述多個(gè)能量輸送表面的組織阻抗來(lái)表征神經(jīng)位置并且基于對(duì)所述神經(jīng)位置的靠近將所施加的能量引導(dǎo)到能量輸送表面的選取部分上。
48.如權(quán)利要求45所述的方法，其中，永久破壞神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)的能量劑量源于神經(jīng)組織的傳導(dǎo)性能的變性。
49.如權(quán)利要求45所述的方法，其中，永久破壞神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)的能量劑量源于神經(jīng)組織的消融。
50.一種用于治療靶組織的功率發(fā)生裝置，所述功率發(fā)生裝置包括 產(chǎn)生頻率信號(hào)的頻率合成器； 將頻率合成器操作性地耦接至功率輸出部的功率放大器，所述輸出部可耦接至靶組織；功率傳感器，被配置為接收來(lái)自靶組織的電壓和電流反饋且輸出在靶組織處測(cè)得的阻抗；以及 控制器，所述控制器將功率傳感器耦接至功率放大器，具有用于接收功率設(shè)定點(diǎn)的輸入部，并且響應(yīng)于功率設(shè)定點(diǎn)和在靶組織處測(cè)得的阻抗將調(diào)制信號(hào)發(fā)送給功率放大器，使得從功率放大器逐頻率地向靶組織輸出的功率被維持在功率設(shè)定點(diǎn)附近的范圍內(nèi)。
51.如權(quán)利要求50所述的功率發(fā)生裝置，其中，所述頻率合成器包括數(shù)字頻率合成器，并且其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述頻率合成器耦接至功率放大器。
52.如權(quán)利要求50所述的功率發(fā)生裝置，其中，向所述靶輸出的能量包括RF能。
53.一種RF系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求50所述的功率發(fā)生裝置，并且還包括具有細(xì)長(zhǎng)柔性導(dǎo)管本體的細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)管，所述導(dǎo)管本體具有近端部和被配置為向血管內(nèi)前進(jìn)的遠(yuǎn)端部，連接器耦接到所述近端部并被配置為耦接至所述輸出部，從而在使用時(shí)，所述導(dǎo)管將所述輸出部耦接至與所述遠(yuǎn)端部相鄰的靶組織，其中，測(cè)得的靶組織阻抗與功率發(fā)生裝置和導(dǎo)管本體的阻抗無(wú)關(guān)。
54.一種在準(zhǔn)備治療靶組織時(shí)校準(zhǔn)RF系統(tǒng)的校準(zhǔn)模塊，所述RF系統(tǒng)包括功率發(fā)生裝置，所述功率發(fā)生裝置包括阻抗測(cè)量電路，所述模塊包括 第一輸入部，用于接收來(lái)自功率發(fā)生裝置的阻抗測(cè)量電路的第一阻抗，所述第一阻抗對(duì)應(yīng)于在將所述功率發(fā)生裝置耦接至靶組織之前在所述功率發(fā)生裝置上的低電路負(fù)載； 第二輸入部，用于接收來(lái)自功率發(fā)生裝置的阻抗測(cè)量電路的第二阻抗，所述第二阻抗對(duì)應(yīng)于在將所述功率發(fā)生裝置耦接至靶組織之前在所述功率發(fā)生裝置上的高電路負(fù)載； 第三輸入部，用于接收來(lái)自功率發(fā)生裝置的阻抗測(cè)量電路的第三阻抗，所述第三阻抗對(duì)應(yīng)于在將功率發(fā)生裝置耦接至靶組織之前在所述功率發(fā)生裝置上的中電路負(fù)載，所述中電路負(fù)載介于所述高負(fù)載與所述低負(fù)載之間；以及 處理器，被配置為使用測(cè)得的阻抗計(jì)算系統(tǒng)阻抗，以響應(yīng)于在向靶組織施加功率期間對(duì)總電路負(fù)載阻抗中的實(shí)時(shí)變化的測(cè)量而促進(jìn)在所述靶組織處的阻抗變化，所述總電路負(fù)載阻抗包括功率發(fā)生裝置的阻抗和在靶組織處的阻抗。
55.如權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其中，RF系統(tǒng)還包括用于將功率發(fā)生裝置耦接至靶組織的導(dǎo)管，其中，所述處理器還被配置為在將所述導(dǎo)管耦接至所述功率發(fā)生裝置之后且在將所述導(dǎo)管耦接至所述靶組織上之前計(jì)算所述功率發(fā)生裝置和所述導(dǎo)管的另一系統(tǒng)阻抗。
全文摘要
提供了生成并控制能量的按劑量輸送以引出病變組織中的治療反應(yīng)的裝置、系統(tǒng)和方法。球囊導(dǎo)管可以具有附接到功率發(fā)生器和控制器的電極，使得所述球囊和電極在能量治療期間與組織相接觸。可以基于測(cè)得的阻抗將能量選擇性地施加到組織上以實(shí)現(xiàn)溫和加熱。通過(guò)在能量劑量之前計(jì)算所述電路阻抗以校準(zhǔn)所述裝置和識(shí)別所附接配件有利于在設(shè)定點(diǎn)附近調(diào)節(jié)功率輸送。能量輸送能夠被控制以獲得基本均勻的大塊組織溫度分布。能量輸送可以有益地影響神經(jīng)活性。
文檔編號(hào)A61B18/04GK103068330SQ201180024127
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者B·赫徹爾, D·卡拉瓦茲塞內(nèi)克, A·雷巴格, J·艾斯皮諾薩, M·佩瑞 申請(qǐng)人:Vessix血管股份有限公司