一种脉冲电场消融系统及其控制方法与流程

本发明涉及脉冲电场消融，尤其涉及一种脉冲电场消融系统及其控制方法。

背景技术：

1、脉冲电场消融是治疗房颤的一项新技术，该技术利用高压脉冲电场作用于心腔内组织，组织细胞膜磷脂双分子在脉冲电场作用下发生移动，并重新排列，形成不可逆电穿孔，进而使细胞凋亡，从而达到消除及阻止异常电位传递的目的。相比于射频消融和冷冻消融，脉冲电场消融具有以下特点：消融具有选择性，不损伤周围组织；非热能的消融方式，基本无热损伤；并发症发生率很低；消融速度快，贴靠要求低等。因此，脉冲电场消融在房颤治疗方面具有很大的应用前景。

2、在脉冲电场消融过程中，通常存在以下一些问题：消融导管电极数量较多，消融区域空间有限，消融电极通常都是在二维ct下进行显影，以及操作医生个人经验不足。因此手术过程中医生常常无法掌握消融电极之间具体的空间距离，从而会存在消融电极间距过近甚至消融电极重叠的情况。消融电极间距过近可能会导致消融区域损伤过度，从而对消融区域邻近的动脉血管、食管或者膈神经造成一定程度的损伤，导致并发症发生率提高。消融电极重叠可能会导致放电瞬间在消融区域产生电火花或微气泡，从而引发严重的医疗事故；此外，消融电极重叠所产生的极高的瞬时电流也可能损坏消融主机。另外，由于显影技术的限制，医生也无法了解消融电极和被消融组织是否有效贴靠。消融电极和预消融组织的有效贴靠对于能量是否能有效作用到组织具有重要的影响作用。若消融电极未贴靠到被消融组织或贴靠程度较弱，相应的消融效果可能会有显著性的降低，从而影响手术的成功率。

3、通常消融导管的贴靠程度以及消融电极之间的间距都和消融电极之间的阻抗具有较强的相关性。因此，脉冲电场消融主机的实时负载阻抗值检测和短路保护功能对提高脉冲电场消融过程中的安全性和有效性具有重要的临床意义。

4、现有脉冲电场消融技术的脉冲产生电路未设置消融导管应用部分处的电信号检测的情况下，医生在手术过程中无法预知消融导管是否和组织具有有效贴靠以及消融电极间距是否过近甚至重叠，从而增加了消融手术过程中的安全隐患，相应的消融效果也将受到一定程度的影响。

5、此外，现有负载电流感测电路只能在施放高压电脉冲时才能起作用，而无法检测消融之前，导管与组织是否具有有效的贴靠。此外，若在高压脉冲放电之前，消融电极间距过近甚至重叠的话，将会导致电路中产生一个极高的瞬时电流，如果后续的保护电路因信号干扰或其他原因无法及时检测到该异常状态或者对该异常状态无法及时响应，甚至保护电路出现故障时，会影响整个消融手术的安全性和有效性。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种一种脉冲电场消融系统及其控制方法，用以解决现有装置在消融之前无法检测导管与预消融组织是否有效贴靠或在手术过程中无法预知该有效贴靠和电极间距等问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种脉冲电场消融系统，包括：负载阻抗检测电路，用于在消融主机开始输出高压脉冲之前或输出所述高压脉冲过程中，检测消融导管的各个消融电极对之间的负载阻抗值；微控处理单元，包括贴靠判断模块和间距获取模块，其中，所述贴靠判断模块用于根据所述负载阻抗值判断所述消融导管与预消融组织是否贴靠；所述间距获取模块，用于根据所述负载阻抗值获取消融电极对之间的间距，其中，当所述间距小于安全间距时进行异常报警；以及负载电流检测电路，用于在所述消融主机输出所述高压脉冲过程中，检测流经各个消融电极对之间的负载电流，其中，当所述负载电流大于电流阈值时进行异常报警。

3、上述技术方案的有益效果如下：消融主机能够在消融之前实时检测消融电极两端的阻抗信息，以此评估消融导管与组织是否具有有效的贴靠，并根据相应的拟合关系评估各消融电极之间的间距。医生根据主机评估的电极间距同时结合影像中的电极间距信息，能够更精确的掌握每个消融电极之间的真实空间距离，从而能够更精确地判断出消融电极之间是否存在距离过近甚至重叠的情况。这极大的增加了手术的安全性，并降低了后续放电所存在的安全隐患。

4、基于上述系统的进一步改进，所述负载阻抗检测电路还包括信号源发生器，用于生成信号源并将所述信号源在所述消融主机的高压输出模块的输出端处持续施加给所述消融导管，以通过检测所述高压输出模块的输出端处的电压信号来获取负载阻抗值，其中，所述消融主机经由所述高压输出模块的输出端与所述消融导管连接。

5、基于上述系统的进一步改进，所述负载阻抗检测电路还包括第一电压跟随器和第一信号处理电路，其中，所述信号源发生器，包括恒流源，用于生成恒定电流is，使得所述恒定电流流经所述消融导管的各个消融电极对；所述第一电压跟随器，其输入端与所述信号源发生器连接，其输出端与所述第一信号处理电路连接，用于获取所述各个消融电极对两端的负载电压vs；所述第一信号处理电路，用于通过多阶低通滤波器对所述负载电压vs进行滤波，然后对滤波后的负载电压vs进行放大以按缩放比例k将所述负载电压vs放大或缩小为电压采样值vd；以及所述微控处理单元，与所述第一信号处理电路的输出端连接，用于接收所述电压采样值vd，通过以下公式计算出所述负载阻抗值rd＝vd/(k*is)，然后将所述负载阻抗值rd传输给主机控制系统。

6、基于上述系统的进一步改进，所述贴靠判断模块，用于将所述负载阻抗值分别与阻抗阈值、第一阻抗值和第二阻抗值进行比较，其中，当所述负载阻抗值小于所述阻抗阈值时，将异常报警信号反馈给所述主机控制系统并提醒及时调节消融导管位置，使得所述各个电极对之间具有所述安全间距；当所述负载阻抗值大于所述阻抗阈值，但是小于所述第一阻抗值时，确定所述消融导管与所述预消融组织未正常贴靠，以提醒调节所述消融导管位置以完成正常贴靠；当所述负载阻抗值介于所述第一阻抗值与所述第二阻抗值之间时，确定所述消融导管与所述预消融组织正常贴靠，其中，所述第一阻抗值小于所述第二阻抗值。

7、基于上述系统的进一步改进，所述间距获取模块根据所述负载阻抗值与所述消融电极对之间的间距的正相关性获取消融电极对之间的间距，其中，所述负载阻抗值为预消融组织的等效阻抗和血液的等效阻抗的并联阻抗值，其中，当所述消融导管未贴靠到所述预消融组织时，所述消融电极对之间的导电介质为血液，当所述消融导管贴靠所述预消融组织时，所述消融电极对之间的导电介质为预消融组织和血液；以及当消融电极对之间的间距越大时，所述消融电极对之间的预消融组织长度越长，所述血液路径越长，使得相应的负载阻抗值越大；当所述消融电极对之间的间距越小时，所述消融电极对之间的预消融组织长度越短，所述血液路径越短，所述负载阻抗值也越小。

8、基于上述系统的进一步改进，所述微控处理单元还包括间距比较模块，其中，所述间距比较模块，用于将所述间距与所述安全间距进行比较，其中，当所述间距小于所述安全间距时，将间距异常报警信号反馈给所述主机控制系统，以提醒重新调节消融导管位置；以及当所述间距大于所述安全间距时，根据所述各个消融电极对之间的不同间距，自适应调节所述高压脉冲，使得在所述各个消融电极对之间的消融场强维持在相同水平以形成均匀的消融区域。

9、基于上述系统的进一步改进，所述负载电流检测电路包括第一检测电阻、第二检测电阻、第二电压跟随器和第二信号处理电路，其中，所述第一检测电阻和所述第二检测电阻，串联连接，并且串联连接的第一检测电阻和第二检测电阻与所述负载阻抗并联连接，其中，在高压脉冲信号的幅值为vh时，所述第二检测电阻两端的电压信号为v1＝vh*r2/(r1+r2)；所述第二电压跟随器，其两个输入端分别连接至所述第二检测电阻的第一端和第二端，其输出端连接至所述第二信号处理电路，用于对所述第二检测电阻两端的电压信号v1进行采样并跟随；所述第二信号处理电路，用于通过多阶低通滤波器对所述电压信号v1进行滤波并通过运算放大器以缩放比例k将所述电压信号v1放大或缩小为电压采样值v2；以及所述微控处理单元，与所述第二信号处理电路的输出端连接，用于接收所述电压采样值v2，通过以下公式计算出所述负载电流值ir＝v2*(r1+r2)/(k*r2*rd)，然后将所述负载电流值ir传输给所述主机控制系统。

10、基于上述系统的进一步改进，所述微控处理单元还包括电流比较模块和短路判断模块，其中，所述负载电流检测电路，用于对所述消融导管的各个消融电极对两端的负载电压进行检测，根据所述负载电压和所述负载阻抗值获取流经所述消融导管的各个消融电极对的负载电流；所述电流比较模块，用于将所述负载电流与安全电流阈值进行比较；所述短路判断模块，用于当比较结果为所述负载电流大于所述安全电流阈值时，所述消融电极对之间的间距过进或所述消融电极对重叠，切断所述高压脉冲的输出，并将短路异常报警信号发送给主机控制系统。

11、基于上述系统的进一步改进，所述消融导管包括连接部件、消融部件以及介于所述连接部件和所述消融部件之间的操作部件，其中，所述消融导管经由所述连接部件与所述消融主机连接，所述操作部件包括调弯机构和伸缩变形调节机构，其中，所述调弯机构，用于调节所述消融部件的弯曲程度，使得所述消融部件实现至少两个自由度的调节，每个自由度至少实现60度的弯曲角度；以及所述伸缩变形调节机构，用于调节所述消融部件的消融单元的收缩和展开，其中，当所述消融单元还未到达预消融组织区域时，所述消融单元处于收缩状态；当所述消融单元已到达所述预消融组织区域时，所述消融单元处于展开状态，同时所述消融单元处的消融电极的展开，使得所述消融电极与所述预消融组织接触，以对所述预消融组织施加所述高压脉冲。

12、另一方面，本发明实施例提供了一种脉冲电场消融系统的控制方法，包括：在消融主机开始输出高压脉冲之前或输出所述高压脉冲过程中，检测消融导管的各个消融电极对之间的负载阻抗值；根据所述负载阻抗值判断所述消融导管与预消融组织是否贴靠；根据所述负载阻抗值获取消融电极对之间的间距，其中，当所述间距小于安全间距时进行异常报警；以及在所述消融主机输出所述高压脉冲过程中，检测流经各个消融电极对之间的负载电流，其中，当所述负载电流大于电流阈值时进行异常报警。

13、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

14、1、消融主机能够在消融之前实时检测消融电极两端的阻抗信息，以此评估消融导管与组织是否具有有效的贴靠，并根据相应的拟合关系评估各消融电极之间的间距。医生根据主机评估的电极间距同时结合影像中的电极间距信息，能够更精确的掌握每个消融电极之间的真实空间距离，从而能够更精确的判断出消融电极之间是否存在距离过近甚至重叠的情况。这极大的增加了手术的安全性，并降低了后续放电所存在的安全隐患。

15、2、消融主机能够根据消融电极之间的间距差异自适应的调节不同电极对之间的消融电压，从而维持各消融电极对之间的电场强度基本一致，形成均匀的消融区域。这有助于防止消融过程中因场强过大而引起不必要的损伤，以及因场强过小而无法实现预期的消融效果，从而提高消融的安全性和有效性。

16、3、消融主机能够根据消融电极之间的阻抗信息和流过消融电极的电流信息进行主机的双重保护，这种保护方式能够极大程度的降低消融过程中可能产生电火花、微气泡、组织损伤等不良情况的发生几率，从而提高手术过程中的安全性。

17、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。