用于识别和表征组织并为其提供靶向治疗的系统和方法与流程

本发明总体上涉及用于提供对(一种或多种)感兴趣的特定组织的检测、识别和精确靶向以进行疗病性治疗同时最小化或避免对周围或邻近非靶组织的附带损害的系统和方法。

背景技术：

1、某些外科手术，比如消融疗病，需要外科医生以适当的水平对预期靶部位(即，预期接受治疗的组织)进行精确治疗，以避免对周围组织造成附带损害，附带损害可能导致其他并发症、甚至死亡。例如，由于要治疗的天然组织以及这样的组织相对于任何可能高度敏感和/或对保持完好和无意外损害至关重要的附近或下层组织的位置(即、血管、神经等)，某些手术需要更高的精度。

2、例如，许多神经调节手术需要这样的精度。神经调节是指通过直接向靶区域输送电(或有时是药物)试剂来改变或调节神经活动。输送电刺激可能使神经活动部分或完全丧失，或引起其他有效的破坏。例如，疗病性神经调节可以包括部分或完全抑制、减少和/或阻挡沿着神经纤维的神经通讯以治疗某些病症和疾病，尤其用于缓解疼痛和/或恢复功能。可以经由神经调节来治疗的一些病症和疾病包括但不限于癫痫、偏头痛、脊髓损伤、帕金森病和尿失禁等。除了前述病症中的一种或多种病症的组合外，神经调节还可以用于治疗与鼻部相关联的病症，比如鼻窦炎，包括但不限于过敏性鼻炎、非过敏性鼻炎、慢性鼻炎、急性鼻炎、复发性鼻炎、慢性鼻窦炎、急性鼻窦炎、复发性鼻窦炎和耐药性鼻炎和/或鼻窦炎。

3、神经调节治疗手术通常可以包括将电极应用到脑部、脊髓或周围神经，以便随后治疗与其相关联的病症或疾病。电极经由延长电缆连接到脉冲发生器和电源，从而产生必要的电刺激。电流从发生器传递到神经，并且可以抑制疼痛信号或刺激先前不存在的神经冲动。重要的是，电极必须精确地放置，并且必须控制电刺激水平，以避免或最小化对周围或相邻的非神经结构(例如骨骼和血管)以及非靶神经组织造成附带损害。

4、周围神经刺激是治疗周围神经性病症和病症(包括慢性疼痛)的常用途径。为了建立电极的准确放置和给靶向周围神经的电刺激水平，周围神经刺激治疗典型地需要初始测试期或试验期。例如，通过外科手术来植入小电子装置(线状电极)并将其放在其中一个周围神经旁边。电极在初始测试期(试验)期间输送快速电脉冲，以确定电脉冲是否产生期望的作用。一旦建立期望的作用(经由重新定位和/或调整电刺激水平)，就可以将更永久的电极植入患者体内。相应地，当前的神经调节手术、尤其是周围神经的神经调节的缺点是这样的手术不能精确地靶向神经组织，从而存在对周围非神经组织(比如血管)和/或其他非靶神经组织造成显著附带损害的风险。

5、另一个需要精确的示例性手术包括例如介入性心脏电生理(ep)手术。在这样的手术中，外科医生经常需要确定心脏内或心脏附近的靶消融部位处的心脏组织的病症。在一些ep手术期间，外科医生可以通过主静脉或动脉将标绘导管输送到要治疗的心脏内部区域。使用标测导管，外科医生于是可以通过将导管携带的多个标测元件与相邻的心脏组织接触，然后操作导管以基于感测到的心脏电信号生成心脏内部区域的电生理图来确定心节律紊乱或异常的源头。一旦生成心脏图，外科医生就可以将消融导管推进心脏中，并将导管端头携带的消融电极放置在心脏靶组织附近，以消融组织并形成病变，从而治疗心节律紊乱或异常。在一些技术中，消融导管本身可以包括多个标测电极，从而允许同一装置用于标测和消融两者。

6、已经开发了各种基于超声的成像导管和探针用于在比如介入性心脏病学、介入性放射学和电生理学等应用中可视化身体组织。例如，对于介入性心脏电生理手术，已经开发了允许直接和实时地可视化心脏的解剖学结构的超声成像装置。尽管这样的基于成像的产品允许对靶组织进行某种形式的可视化，但这样的手术仍然没有精确靶向感兴趣的组织并对其施加治疗同时降低或消除进一步治疗非靶向邻近组织的风险的能力。

技术实现思路

1、本发明认识到，在电疗治疗(即神经调节、消融等)之前，了解给定靶部位处的组织的某些生物电特性，包括主动和被动，具体是组织的界面极化、介电色散和介电弛豫现象/行为提供更精确地靶向特定感兴趣的组织(即靶组织)并最小化和/或防止对相邻或周围非靶组织的附带损害的能力。

2、例如，打算进行治疗的某些靶部位可能由不止一种类型的组织(即，神经、肌肉、骨骼、血管等)组成。特别地，感兴趣的组织(即，要进行治疗的特定组织)可以与一个或多个不感兴趣的组织(即，不打算进行治疗的组织)相邻。在一种情景下，外科医生可能想要向神经组织提供电疗刺激，同时避免向相邻血管提供任何这样的刺激，例如，因为意外的附带损害可能对血管造成损害并引起其他并发症。在这样的情景下，例如，特定类型的靶组织通常可能决定了引发期望作用所需的电刺激水平。此外，靶组织相对于非靶组织的物理特性(包括靶组织的特定位置和深度)进一步影响产生有效疗病性治疗所需的电刺激水平。

3、本发明提供了能够在电疗治疗之前通过感测组织的生物电特性来表征靶部位处的组织的系统和方法，其中，这种表征包括识别存在的特定类型的组织并进一步确定界面极化或介电色散和已识别的组织类型的弛豫现象/行为模式。例如，不同的组织类型包括不同的生理和组织学特征(例如，细胞成分、蛋白等)。由于特征不同，不同的组织类型具有不同的相关联生物电特性，因此响应于施加的能量和施加到其上的频率表现出不同的相关联电行为。这种电行为的一种变化被称为弛豫现象。给定组织的弛豫现象在特定电频率发生，其中，给定组织的细胞膜变得可渗透，从而允许(特定频率的)电刺激电流流过膜，从而对组织引发期望的作用。当组织没有表现出弛豫现象时(即，当电刺激电流调谐到与弛豫现象无关的不同频率时)，给定组织的细胞膜不能透过该特定电刺激电流，并因此不会引发作用。这些系统和方法进一步被配置为基于感兴趣的组织的这些弛豫模式来调谐能量输出(即，电疗刺激的输送)，使得所输送的能量处于特定频率，该特定频率被配置为靶向感兴趣的组织，同时避开非靶组织(即，能量调谐到仅与靶组织的介电弛豫现象相关联的频率水平)。

4、相应地，本发明解决了在涉及将电疗刺激施加到由多种组织类型构成的靶部位处的手术期间对非靶组织造成不必要的附带损害的问题。特别地，这些系统和方法能够在治疗之前表征和识别组织类型，并进一步识别要输送的特定能量水平(即，特定目标频率)，以便仅使那些预期的靶组织表现出介电弛豫现象，从而接收治疗能量，而非靶组织保持完好，避免附带损害。

5、本发明的一方面提供了一种用于治疗病症的系统。该系统包括装置和与该装置可操作地相关联的控制器，该装置包括具有多个电极的末端执行器。控制器被配置为从装置接收与靶部位处的一个或多个组织的生物电特性相关联的数据并处理该数据以识别靶部位处的一个或多个组织中的每一个的类型并进一步识别一个或多个已识别的组织类型中的每一种的介电弛豫模式。控制器进一步被配置为基于识别的介电弛豫模式确定将由末端执行器的多个电极中的一个或多个电极输送的消融模式。与消融模式相关联的消融能量处于足以消融靶组织并最小化和/或防止对靶部位处的周围或相邻的非靶组织的附带损害的水平。

6、生物电特性可以包括但不限于：复阻抗、电阻、电抗、电容、电感、复、实和虚介电常数、导电率、介电特性、肌肉或神经放电电压、肌肉或神经放电电流、去极化、超极化、磁场、感应电动势、以及以上的组合。介电特性可以至少包括例如复介电常数。应该注意的是，在一些实施例中，多个电极的子集被配置为将一定频率/波形的非疗病性刺激能量输送到靶部位处的相应位置，从而感测靶部位处的一个或多个组织的生物电特性。

7、数据的处理可以包括但不限于将从装置接收的数据与电签名进行比较、以及使用不同介电模型(例如，havriliak-negami(hn)弛豫)的数据以确定与多个已知组织类型相关联的介电参数。例如，控制器可以被配置为将组织数据(即，从与靶部位处的组织相关联的治疗装置接收的数据)与存储在例如数据库中的已知组织类型的资料进行比较。每个资料通常可以包括通常表征已知组织类型的电签名数据，包括已知组织类型的生理特性、组织特性和生物电特性，包括组织的介电弛豫现象/行为和组织表现出这些介电弛豫现象/行为的特定频率值。

8、在一些实施例中，消融能量调谐到与靶组织的介电弛豫模式相关联的目标频率。目标频率包括靶组织表现出弛豫现象行为而非靶组织没有表现出弛豫现象行为所处的频率。特别地，调谐到目标频率的消融能量的输送穿透仅与靶组织相关联的一个或多个细胞的膜。

9、在一些实施例中，病症包括周围神经病症。周围神经病症可以与患者的鼻病症或非鼻病症相关联。例如，非鼻病症可以包括心房颤动(af)。在一些实施例中，鼻部病症可以包括鼻窦炎。相应地，在一些实施例中，靶部位在患者的鼻窦腔内。消融能量的输送可能导致以下信号的中断：传至患者的鼻窦腔内的粘液产生和/或粘膜充血要素的多个神经信号，和/或导致患者的鼻窦腔内的粘液产生和/或粘膜充血要素的局部缺氧的多个神经信号。靶组织接近或低于蝶腭孔。然而，消融能量的输送仍可能引起节后副交感神经的疗病性调节，节后副交感神经支配患者腭骨的孔和/或微孔处的鼻粘膜。特别地，消融能量的输送导致延伸穿过腭骨的孔和微孔的神经分支的多个中断点。然而，在一些实施例中，消融能量的输送可能导致在与鼻内的粘液产生和/或粘膜充血要素相关联的一个或多个血管内形成血栓。产生的粘液产生和/或粘膜充血要素的局部缺氧可能引起粘膜充血减少，从而增加通过患者鼻道的体积流量。另外或替代地，产生的局部缺氧可能导致神经元变性。

10、本发明的另一方面提供了一种用于治疗病症的方法。该方法包括：提供装置和与该装置可操作地相关联的控制器，该装置包括具有多个电极的末端执行器。该方法还包括将末端执行器定位在与患者相关联的靶部位处并通过控制器从装置接收与靶部位处的一个或多个组织的生物电特性相关联的数据。该方法进一步包括通过控制器处理数据以识别靶部位处的一个或多个组织中的每一个的类型并进一步识别一个或多个已识别的组织类型中的每一种的介电弛豫模式。该方法进一步包括通过控制器基于识别的介电弛豫模式确定将由末端执行器的多个电极中的一个或多个电极输送的消融模式。与消融模式相关联的消融能量处于足以消融靶组织并最小化和/或防止对靶部位处的周围或相邻的非靶组织的附带损害的水平。

11、生物电特性可以包括但不限于：复阻抗、电阻、电抗、电容、电感、复、实和虚介电常数、导电率、介电特性、肌肉或神经放电电压、肌肉或神经放电电流、去极化、超极化、磁场、感应电动势、以及以上的组合。介电特性可以至少包括例如介电模量或复介电常数。应该注意的是，在一些实施例中，多个电极的子集被配置为将一定频率/波形的非疗病性刺激能量输送到靶部位处的相应位置，从而感测靶部位处的一个或多个组织的生物电特性。

12、数据的处理可以包括但不限于将从装置接收的数据与电签名进行比较、以及使用不同介电模型(例如，havriliak-negami(hn)弛豫)训练数据以确定与多个已知组织类型相关联的介电参数。例如，控制器可以被配置为将组织数据(即，从与靶部位处的组织相关联的治疗装置接收的数据)与存储在例如数据库中的已知组织类型的资料进行比较。每个资料通常可以包括通常表征已知组织类型的电签名数据，包括已知组织类型的生理特性、组织特性和生物电特性，包括组织的介电弛豫现象/行为和组织表现出这些介电弛豫现象/行为的特定频率值。

13、在一些实施例中，消融能量调谐到与靶组织的介电弛豫模式相关联的目标频率。目标频率包括靶组织表现出弛豫现象行为而非靶组织没有表现出弛豫现象行为所处的频率。特别地，调谐到目标频率的消融能量的输送穿透仅与靶组织相关联的一个或多个细胞的膜。

14、在一些实施例中，病症包括周围神经病症。周围神经病症可以与患者的鼻病症或非鼻病症相关联。例如，非鼻病症可以包括心房颤动(af)。在一些实施例中，鼻部病症可以包括鼻窦炎。相应地，在一些实施例中，靶部位在患者的鼻窦腔内。消融能量的输送可能导致以下信号的中断：传至患者的鼻窦腔内的粘液产生和/或粘膜充血要素的多个神经信号，和/或导致患者的鼻窦腔内的粘液产生和/或粘膜充血要素的局部缺氧的多个神经信号。靶组织接近或低于蝶腭孔。然而，消融能量的输送仍可能引起节后副交感神经的疗病性调节，节后副交感神经支配患者腭骨的孔和/或微孔处的鼻粘膜。特别地，消融能量的输送导致延伸穿过腭骨的孔和微孔的神经分支的多个中断点。然而，在一些实施例中，消融能量的输送可能导致在与鼻内的粘液产生和/或粘膜充血要素相关联的一个或多个血管内形成血栓。产生的粘液产生和/或粘膜充血要素的局部缺氧可能引起粘膜充血减少，从而增加通过患者鼻道的体积流量。另外或替代地，产生的局部缺氧可能导致神经元变性。