电穿孔过程使用的手持件的可扩展电极的操纵和控制系统技术方案

用于手持件的可扩展电极的操纵和控制系统，其中由支撑组件承载且由弹性电缆制成的多个柔性电极设置有从支撑组件伸出并在致动器的推动下在三维空间移动的针状前部分。电子控制设备执行：向致动器提供命令以根据初始步长对每个电缆执行初始操纵，从而使前部分相对于第二近端轴向前进且与轴线远离；为每对电极确定电极对的前部分的尖端之间沿垂直于轴线方向的间距；确定作为间距的函数的电压，并向每个电极施加具有等于所计算的电压的最大电压的脉冲信号；为与初始步连续的n个步重复上述步骤，使得电极的前部分在三维应用区域中移动从而彼此远离；施加到电极的电压随着间距的增加而线性增加，并且能够产生确保在应用区域中对组织完全电穿孔的电场。

Extensible Electrode Control System for Handheld Devices Used in Electroporation Process

A control system for expandable electrodes for handheld devices, in which flexible electrodes, supported by support components and made of elastic cables, are provided with needle-shaped front parts extending from support components and moving in three-dimensional space driven by actuators. Electronic control equipment execution: provide the actuator with commands to perform initial operation on each cable according to the initial step size, so that the front part advances axially with respect to the second proximal end and away from the axis; determine the distance between the tip of the front part of the pair of electrodes in the direction perpendicular to the axis for each pair of electrodes; determine the voltage as a function of the distance, and apply a voltage equal to each electrode. Pulse signal of the maximum voltage of the calculated voltage; repeat the above steps in N consecutive steps with the initial step, so that the front parts of the electrodes move away from each other in the three-dimensional application area; the voltage applied to the electrodes increases linearly with the increase of the spacing, and can generate an electric field that ensures complete electroporation of the tissue in the application area.

【技术实现步骤摘要】
电穿孔过程使用的手持件的可扩展电极的操纵和控制系统
本专利技术涉及用于在电穿孔过程中使用的手持件的可扩展电极的操纵和控制系统。
技术介绍
众所周知，组织的电穿孔技术的目的在于将组织中包含的所有细胞均匀地暴露于具有超过局部阈值的强度的电场，以获得细胞膜上的透化作用。在一些应用中(例如，肿瘤组织的消融)，此局部阈值约为400V/cm(通常为大于250V的值)。待进行电穿孔的组织必须被电场均匀地穿透，在整个电场的施加体积中，电场必须具有超过阈值的值。为了使此电场在空间上有效，在许多治疗应用中使用针状电极对，该针状电极对以相同的深度插入待治疗的组织中，从而维持针之间的平行度。例如，可以使用具有固定几何结构的电极(即，设置有彼此刚性地固定的电极对)，以便确保针之间的平行度。当希望治疗位于难以到达的部位(诸如，空腔器官或内脏器官)中的肿瘤结节时，不易于实现电极之间的平行度和穿透均匀性的要求。当希望避免开腹手术时(例如，在肝胆肿瘤和胰腺肿瘤的外科手术中)，此要求是难以应用的。为了治疗上述局部肿瘤，已经提出使用设置有可扩展的电极束的手持件的消融技术(例如，射频消融)，可扩展的电极束形成为设置有针状端部的弹性电缆的形式。针状端部插入到肿瘤结节中，随后电极在组织中定位和/或扩展。由电极发出的电磁能产生围绕组织的高强度热，从而引起此组织的变性凝固。设置有上述类型的可扩展电极的手持件的示例在专利EP-B-2.032.057中进行了描述，该专利阐述了支撑组件，支撑组件包括沿着轴线拉长的绝缘主体并且在其内部限定有多个内通道，每个内通道从细长主体的第一远端延伸成平行于轴线的直线部分，所述直线部分与第二弯曲部分相邻且连通，所述第二弯曲部分具有相对于轴线朝细长主体的第二近端增加的径向距离。每个弯曲部分通过各自的开口通向第二近端。手持件还包括由支撑组件承载的多个柔性电极(针)，所述多个柔性电极在手动式推动系统的作用下可相对于所述主体移动；每个电极包括由导电材料制成的弹性电缆，弹性电缆用绝缘护套覆盖并且设置有形成针状活动部分的前端未覆盖部分。每个弹性电缆容纳在各自的通道内部，且活动部分在使用时从各自的开口伸出。人工推动系统作用在柔性电缆的后部分上以致使这些电缆沿着前进方向移动，在前进方向中，电缆的从支撑组件伸出的前部分沿着轴线前进并且同时径向地远离此轴线。上述类型的电极不能保证针状活动部分之间的平行度。此外，可扩展电极不提供将施加的电场值作为位置的函数进行调整，电场值是固定的；因此，对于结节的分段治疗，不可能用电穿孔的连续步骤进行处理。出于上述原因，已知类型的可扩展电极不能确保对肿瘤结节的所有细胞进行电穿孔。如果没有维持电极之间的平行度，则以V/cm施加的电场可能在电极的最近尖端和最远尖端之间差别很大。例如，在最近尖端，它们可以具有能够确定穿过组织进行放电的值(V/cm)，而在最远尖端，它们的值没有达到阈值V。
技术实现思路
本专利技术的目的在于产生用于可扩展电极的操纵和控制系统，所述系统还允许在电穿孔过程中使用设置有可扩展电极的手持件，从而确保对一定体积的组织进行完全电穿孔。上述目的通过本专利技术实现，本专利技术涉及用于在电穿孔过程中使用的手持件的可扩展电极的操纵和控制系统，所述操纵和控制系统包括：支撑组件，在其一端处设置有沿着轴线H的细长绝缘主体，在绝缘主体内部限定有多个内通道，每个内通道从细长主体的第一远端延伸成平行于轴线H的直线部分，所述直线部分与第二直线部分相邻且连通，第二直线部分沿着相对于轴线H形成发散角的方向延伸，第二直线部分具有相对于轴线H朝细长主体的第二近端增加的径向距离；每个第二直线部分通过各自的开口通向第二近端；多个柔性电极，由所述支撑组件承载，并且在推动系统的作用下可相对于所述主体移动；每个电极包括由导电材料制成的弹性电缆，弹性电缆用绝缘护套覆盖并且设置有形成针状活动部分的前端未覆盖部分；每个弹性电缆容纳在各自的通道内部，且活动部分在使用时从各自的开口伸出；推动系统作用在柔性电缆上以执行使电缆自身沿着前进方向移动，其中，电缆的从支撑组件伸出的前部分沿着所述轴线H前进并且同时自身径向地远离轴线H本身；操纵和控制系统的特征在于：其还包括电子控制设备，电子控制设备控制推动系统的致动器和施加到电极的电压，从而执行以下功能：a)向致动器提供命令以根据初始步长Δh对每个电缆执行初始操纵，从而执行使前部分相对于第二近端轴向前进且使前部分与轴线H远离；b)为每对电极确定电极对的前部分的尖端之间沿着垂直于轴线的方向测量的间距li；c)确定作为所述间距li的函数的电压V，V＝f(li)，并且向每个电极施加具有等于所确定电压V的最大电压的脉冲信号；d)对与初始步连续的n个步k重复以上步骤a)、b)和c)，使得电极的活动部分在三维应用区域中的空间中移动，从而使电极的活动部分彼此远离；施加到电极的电压根据设定的规则随着间距的增加而增加，并且能够产生确保在所述应用区域中对组织进行完全电穿孔的电场。附图说明现在，本专利技术将参考附图进行说明，附图表示本专利技术的优选而非限制性的实施方式，在附图中：图1以示意性的纵向截面示出了根据本专利技术的指示制造的用于手持件的可扩展电极的操纵和控制系统；图2示出了根据本专利技术制造的可扩展电极的操纵和控制操作；以及图3是使用可扩展电极的示意图；图4示出了图1的系统的第一变型；以及图5示出了图1的系统的第二变型。具体实施方式图1用附图标记1表示用于设置有可扩展电极(示意性地示出)的手持件的操纵和控制系统的整体。手持件可以有利地在不构成本专利申请的主题的部分的电穿孔过程中使用，本专利技术的主题仅涉及所述系统的电气、机械和控制方面，以及手持件的结构和电极的结构。手持件包括支撑组件——可握持的电极3(其可以是刚性的或柔性的，此可握持元件被部分地且示意性地示出)，在其一端处沿着轴线H设置有细长绝缘主体4(在示例中为圆柱体，但是形状可改变)，并且在其内部限定有多个内通道5(在示例中，通道具有圆形截面)，每个内通道5从细长主体4的第一远端4-a延伸成平行于轴线H的第一直线部分6，第一直线部分6与第二直线部分7相邻且连通，第二直线部分7沿着相对于轴线H(并且因此还相对于第一直线部分的延伸方向)形成发散角θ的方向延伸，并且因此第二直线部分7具有相对于轴线H朝细长主体4的第二近端4-b增加的径向距离。通常，发散角θ可从5度变化到45度。每个第二直线部分7通过各自的开口8通向第二近端4-b，开口8在该第二近端部分4-b的壁9(在示例中，平坦壁垂直于轴线H，但形状可以变化)中开口。手持件包括多个柔性电极11(为了简化描述，仅示出一对电极，但是电极的数量可以不同并且例如形成两对、三对、四对或更多对)，柔性电极11由支撑组件3和细长绝缘主体4承载，并且在推动系统的作用下可相对于细长绝缘主体4移动。电极对中的每个电极11包括由弹性导电材料(例如钢丝)制成的柔性电缆14，柔性电缆14用绝缘护套13覆盖并且设置有形成活动部分的针状未覆盖前部分14-f(长度包括在2mm和4cm之间)。每个电极11容纳在各自的通道5内部，且当使用时活动部分14-f从位于通道5的端部处的各自开口8伸出。推动系统例如作用在弹性电缆14的后部分上，以在静止位置(未示出)和使用位置(图1)之间沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于在电穿孔过程中使用的手持件的可扩展电极的操纵和控制系统，所述操纵和控制系统包括：支撑组件(3)，在所述支撑组件(3)的一端处设置有沿着轴线H的细长绝缘主体(4)，并且在所述细长绝缘主体(4)的内部限定有多个内通道(5)，每个所述内通道(5)从所述细长主体(4)的第一远端(4‑a)延伸成平行于所述轴线H的直线部分(6)，所述直线部分(6)与第二直线部分(7)相邻且连通，所述第二直线部分(7)沿着相对于所述轴线H形成发散角的方向延伸，所述第二直线部分(7)具有相对于所述轴线H朝所述细长主体的第二近端(4‑b)增加的径向距离；每个第二直线部分(7)通过各自的开口(8)通向所述第二近端(4‑b)；多个柔性电极(11)，由所述支撑组件承载，并且在推动系统的作用下能够相对于所述主体移动；每个电极包括由导电材料制成的弹性电缆，所述弹性电缆用绝缘护套(13)覆盖并且设置有前端未覆盖部分(14‑f)，所述前端未覆盖部分(14‑f)形成针状活动部分；每个弹性电缆(14)容纳在各自的通道(5)内部，且所述前端未覆盖部分(14‑f)在使用时从各自的开口(8)伸出；所述推动系统作用在所述柔性电缆(14)上以执行使所述电缆自身沿着前进方向(F)移动，其中，所述电缆(14)的从所述支撑组件伸出的前部分沿着所述轴线H前进并且同时使得自身径向地远离所述轴线H；所述操纵和控制系统(1)的特征在于：所述操纵和控制系统(1)还包括电子控制设备(27)，所述电子控制设备(27)控制所述推动系统的致动器(17)和施加到所述电极的电压，从而执行以下功能：a)向所述致动器(17)提供命令以根据初始步长Δh对每个电缆(14)执行初始操纵，从而执行使所述前端未覆盖部分(14‑f)相对于所述第二近端(4‑b)轴向前进且使所述前端未覆盖部分(14‑f)与所述轴线H远离；b)为每对电极(11)确定电极(11)对的所述前端未覆盖部分(14‑f)的尖端之间沿着垂直于所述轴线(H)的方向测量的间距li；c)确定作为所述间距li的函数的电压V，V＝f(li)，并且向每个电极施加脉冲信号，所述脉冲信号具有等于所确定的电压V的最大电压；d)对与初始步连续的多个步重复以上步骤a)、b)和c)，使得所述电极的所述前端未覆盖部分(14‑f)在三维应用区域中的空间中移动，从而使所述电极的所述前端未覆盖部分(14‑f)彼此远离；施加到所述电极的电压根据设定的规则随着所述间距的增加而增加，并且能够产生确保在所述应用区域中对组织进行完全电穿孔的电场。...

【技术特征摘要】
1.用于在电穿孔过程中使用的手持件的可扩展电极的操纵和控制系统，所述操纵和控制系统包括：支撑组件(3)，在所述支撑组件(3)的一端处设置有沿着轴线H的细长绝缘主体(4)，并且在所述细长绝缘主体(4)的内部限定有多个内通道(5)，每个所述内通道(5)从所述细长主体(4)的第一远端(4-a)延伸成平行于所述轴线H的直线部分(6)，所述直线部分(6)与第二直线部分(7)相邻且连通，所述第二直线部分(7)沿着相对于所述轴线H形成发散角的方向延伸，所述第二直线部分(7)具有相对于所述轴线H朝所述细长主体的第二近端(4-b)增加的径向距离；每个第二直线部分(7)通过各自的开口(8)通向所述第二近端(4-b)；多个柔性电极(11)，由所述支撑组件承载，并且在推动系统的作用下能够相对于所述主体移动；每个电极包括由导电材料制成的弹性电缆，所述弹性电缆用绝缘护套(13)覆盖并且设置有前端未覆盖部分(14-f)，所述前端未覆盖部分(14-f)形成针状活动部分；每个弹性电缆(14)容纳在各自的通道(5)内部，且所述前端未覆盖部分(14-f)在使用时从各自的开口(8)伸出；所述推动系统作用在所述柔性电缆(14)上以执行使所述电缆自身沿着前进方向(F)移动，其中，所述电缆(14)的从所述支撑组件伸出的前部分沿着所述轴线H前进并且同时使得自身径向地远离所述轴线H；所述操纵和控制系统(1)的特征在于：所述操纵和控制系统(1)还包括电子控制设备(27)，所述电子控制设备(27)控制所述推动系统的致动器(17)和施加到所述电极的电压，从而执行以下功能：a)向所述致动器(17)提供命令以根据初始步长Δh对每个电缆(14)执行初始操纵，从而执行使所述前端未覆盖部分(14-f)相对于所述第二近端(4-b)轴向前进且使所述前端未覆盖部分(14-f)与所述轴线H远离；b)为每对电极(11)确定电极(11)对的所述前端未覆盖部分(14-f)的尖端之间沿着垂直于所述轴线(H)的方向测量的间距li；c)确定作为所述间距li的函数的电压V，V＝f(li)，并且向每个电极施加脉冲信号，所述脉冲信号具有等于所确定的电压V的最大电压；d)对与初始步连续的多个步重复以上步骤a)、b)和c)，使得所述电极的所述前端未覆盖部分(14-f)在三维应用区域中的空间中移动，从而使所述电极的所述前端未覆盖部分(14-f)彼此远离；施加到所述电极的电压根据设定的规则随着所述间距的增加而增加，并且能够产生确保在所述应用区域中对组织进行完全电穿孔的电场。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制设备(27)配置成根据每个第二直线部分(7)相对于所述轴线H形成的发散角θ1和发散角θ2以及根据所述第二近端(4-b)的端壁(9)与垂直于所述轴线H且放置有所述前端未覆盖部分(14-f)的尖端的平面之间沿着所述轴线H测量或估算的距离，基于电极(11)对的每个第二直线部分(7)的所述出口开口(8)与所述轴线(H)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁杰罗·卡多西，多纳塔·马拉齐，克劳迪奥·贝尔塔基尼，弗朗西斯卡·德泰尔利齐，马蒂亚·罗凯蒂，
申请(专利权)人：IGEA有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT