用于分叉末端导管的柔性电路末端

文档序号:816330 发布日期:2021-03-26 浏览:39次 >En<

阅读说明:本技术 用于分叉末端导管的柔性电路末端 (Flexible circuit tip for bifurcated tip catheter ) 是由 A·饶 C·T·贝克勒 R·彭肯迪 K·达塔 于 2019-07-25 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种导管末端,所述导管末端可例如经由光刻被制造为平面柔性电路,所述平面柔性电路具有第一平面区段和第二平面区段,所述第一平面区段和所述第二平面区段在彼此绝缘的不同的区上包括各种电极。所述末端可变形以具有非平面构型,例如圆柱形,然后组装到导管上。所述导管可用于监测ECG信号和温度,并且用于经由所述各种电极将消融能量精确地递送到组织。当消融能量被递送到一个区时,可针对另一个区监测ECG信号和温度。(A catheter tip that can be fabricated, for example via photolithography, as a planar flexible circuit having a first planar section and a second planar section that include various electrodes on different regions that are insulated from each other. The tip may be deformed to have a non-planar configuration, such as a cylindrical shape, and then assembled to the catheter. The catheter can be used to monitor ECG signals and temperature, and to accurately deliver ablation energy to tissue via the various electrodes. As ablation energy is delivered to one zone, ECG signals and temperature may be monitored for another zone.)

用于分叉末端导管的柔性电路末端

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求2018年7月30日提交的美国临时专利申请62/711,708的优先权,该美国临时专利申请的内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本文所公开的主题涉及电生理导管,并且更具体地讲,涉及用于心电学消融和标测规程中的分叉末端导管的柔性电路末端。

背景技术

当心脏组织区域向相邻组织异常地传导电信号时,发生心律失常诸如心房纤颤,从而扰乱正常的心动周期并造成心律不齐。

用于治疗心律失常的规程包括以外科的方式扰乱造成心律失常的信号源,以及扰乱用于此类信号的传导通路。通过经由导管施加能量来选择性地消融心脏组织,有时可能阻止或改变不需要的电信号从心脏的一部分到另一部分的传播。消融方法通过形成非导电消融灶来破坏不需要的电通路。

发明内容

消融(尤其是心脏组织的消融)取决于消融能量的准确递送,同时避免因向血液提供消融能量而引起的负面副作用诸如血栓形成。本发明公开了一种导管,该导管具有针对这些目的的被分成三个区段的末端。末端可例如经由光刻被制造为平面柔性电路,该平面柔性电路具有第一平面区段和第二平面区段。第二平面区段可包括穿过该第二平面区段设置的多个冲洗端口。第二平面区段还可包括具有基底的第一层、具有至少第一温度传感器、第二温度传感器和导体元件的第二层,以及具有绝缘体(例如,聚酰胺、聚酰亚胺或聚氨酯材料)的第三层。另外,第二平面区段可包括第一区和第二区,该第一区具有第一温度传感器和第二温度传感器,并且该第二区具有第三温度传感器和第四温度传感器。第二平面区段还可包括第三区,该第三区具有第五温度传感器和第六温度传感器。在这些实施方案的任一者中,导体元件可包括连接到消融电极的迹线。另外,第一区、第二区和第三区可各自包括相应的焊盘,该相应的焊盘具有可操作地耦接到相应的热电偶的第一触点、可操作地耦接到另一个相应的热电偶的第二触点,以及可操作地耦接到相应的电极的第三触点。

同样在这些实施方案的任一者中,第一平面区段可包括第一区段基底和第一区段绝缘体。此外,第一平面区段可包括第一区段温度传感器。第一平面区段还可包括第一区段电极。可在第一区的第二层与第二区的第二层之间提供第一空间,并且可在第二区的第二层与第三区的第二层之间提供第二空间。第一绝缘材料可设置在第一空间内,并且另选地或除此之外,可设置在第二空间内。第一绝缘材料可以是合适的绝缘材料,例如生物相容性陶瓷或高温环氧树脂。

在上述实施方案的任一者中,末端可包括在导管的远侧端部上。导管还可包括细长主体,该细长主体具有穿过其纵向设置的至少两个管腔。芯可附接到导管的远侧端部,该芯的至少一部分可设置在末端的第二区段内。芯可包括绝缘材料,诸如聚氨酯。另外,芯可包括横向于芯的纵向轴线取向的管腔。第二绝缘材料可以设置在第二区段与芯之间。芯可与导管主体的至少两个管腔中的第一管腔连通,使得流体可流过管腔中的一者并流过芯。多个线可设置在至少两个管腔中的至少第二管腔内,并且这些多个线可电连接到柔性电路末端。

在制造时,可通过首先接收平面构型的导管主体和末端来组装导管。通过弯曲末端本身并且随后将其连接到导管主体的远侧端部,末端可使其平面构型改变为非平面构型(例如,圆柱形构型)。在包括芯的那些实施方案中,可接收芯并且随后将其附接到导管主体的远侧端部。然后可将芯设置在圆柱形构型的末端内,并且随后将其附接到该末端。

可根据以下方法和变型来使用导管。首先,可邻近受检者的心脏将导管插入受检者(例如,人类受检者)中。可将末端操纵成与组织接触。导管可以是消融系统的一个方面,该消融系统还包括与末端通信的处理器。第一区可监测ECG信号并将信号提供给处理器。第二区可监测ECG信号并将信号提供给处理器。第三区可监测ECG信号并将信号提供给处理器。三个区中的每个区还可测量温度并将温度数据提供给处理器。消融能量可被提供给末端,例如由处理器控制。

在该方法的一些变型中,处理器确定第一末端区接触组织。此外,处理器可确定第二末端区接触组织。此外,处理器可确定第三末端区接触组织。

在处理器处接收到来自第二末端区的ECG信号,处理器可控制消融能量到第一末端区。这也可当处理器在处理器处接收到来自第三末端区的ECG信号时执行。在接收到来自第三末端区的ECG信号时,处理器可控制消融能量到第二末端区。这也可在处理器接收到来自第一末端区的ECG信号时执行。在处理器处接收到来自第一末端区的ECG信号,处理器可控制消融能量到第三末端区。这也可在处理器接收到来自第二末端区的ECG信号时执行。附加地或另选地,处理器可同时控制消融能量到第一末端区、第二末端区和第三末端区中的至少两者。

在这些变型的任一个中,可消融组织与第一末端区接触的一部分。然后,在不移动末端的情况下,可消融组织与第二末端区接触的一部分。

如本文所用,术语“绝缘体”、“绝缘材料”、“绝缘性材料”等各自意指包含至少一种材料的材料和结构,该至少一种材料具有本领域的技术人员通常接受的抵抗热传递和电信号传送的特性。此类材料包括但不限于聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚碳酸酯、陶瓷、液晶聚合物和高温环氧树脂。

附图说明

虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本文所述主题的权利要求书,但是据信通过对下面某些示例的描述并结合附图可以更好地理解本主题,附图中类似的参考标号表示相同的元件,并且在附图中:

图1为用于评估活体受检者的心脏中的电活动并且使用导管向其提供治疗的系统的图解示意图;

图2描绘了柔性电路;

图3描绘了形成到柔性电路末端中并且连接到导管的远侧端部的图2的柔性电路;

图4为图3的表示,其中隐藏了柔性电路末端;

图5描绘了包括柔性电路末端的导管的另选实施方案;

图6描绘了另一个柔性电路;

图7描绘了处于修改构型的图6的柔性电路;

图8描绘了又一个柔性电路;

图9描绘了弹簧部件;

图10描绘了处于部分组装构型的图3的导管的远侧部分;

图11描绘了处于进一步部分组装构型的图3的导管的远侧部分;并且

图12描绘了通过图10的线A-A截取的横截面。

具体实施方式

应结合附图来阅读下面的具体实施方式,其中不同附图中相同元件的编号相同。附图(未必按比例绘制)示出所选择的实施方案,并不旨在限制本发明的范围。详细描述以举例的方式而非限制性方式示出本发明的原理。此描述将明确地使得本领域技术人员能够制备和使用本发明,并且描述了本发明的若干实施方案、适应型式、变型形式、替代形式和用途,包括目前据信是实施本发明的最佳方式。

如本文所用,针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”指示允许部件或元件的集合实现如本文所述的其预期要达到的目的的合适的尺寸公差。更具体地,“约”或“大约”可指列举值的值±10%的范围,例如“约90%”可指81%至99%的值范围。另外,如本文所用,术语“患者”、“宿主”、“用户”和“受检者”是指任何人或动物受检者,并且不旨在将系统或方法局限于人使用,但本主题发明在人类患者中的使用代表优选的实施方案。

图1为用于评估活体受检者的心脏12上的电活动并在其上执行消融规程的系统10的图解示意图。系统包括诊断/治疗导管,该诊断/治疗导管具有导管主体14,该导管主体具有远侧端部15和设置在该远侧端部上的末端(例如,末端18),该末端可由操作者16经由皮肤通过患者的血管系统插入心脏12的腔室或血管结构中。通常为医师的操作者16使导管的末端18例如在消融目标位点处与心脏壁接触。可根据公开于美国专利6,226,542和6,301,496中和公开于共同转让的美国专利6,892,091中的方法来制备电活动标测图,这些专利的公开内容全文以引用方式并入本文。一种体现系统10的元件的商品可以3系统购自Biosense Webster,Inc.,33 Technology Drive,Irvine,CA,92618。

可通过施加热能对例如通过电活动标测图的评估而确定为异常的区域进行消融,例如,通过将射频电流通过导管中的导线传导到末端18处的一个或多个电极,这些电极将射频能量施加到靶组织。能量在组织中被吸收,从而将组织加热到该组织永久性地失去其电兴奋性的点(通常高于50℃)。此规程会在心脏组织中形成非传导性的消融灶,这些消融灶可中断导致心律失常的异常电通路。此类原理可应用于不同的心脏腔室,以诊断并治疗多种不同的心律失常。

导管通常包括柄部20,在柄部上具有合适的控制器,以使操作者16能够按消融手术所需对导管的远侧端部15进行操纵、定位和取向。

可使消融能量和电信号经由缆线38穿过位于远侧末端18处或附近或者包括末端18的一个或多个电极32,在心脏12和控制台24之间来回传送。可通过缆线38和电极32将起搏信号和其他控制信号从控制台24传送到心脏12。

导线连接件35将控制台24与体表电极30和用于测量导管的位置和取向坐标的定位子系统的其他部件联接在一起。处理器22或另一个处理器可以是定位子系统的元件。电极32和体表电极30可用于如全文以引用方式并入本文的授予Govari等人的美国专利7,536,218中所提出的在消融位点处测量组织阻抗。通常为热电偶或热敏电阻器的至少一个温度传感器可包括在电极32中的每个电极上或附近,如以下将详细说明的。

控制台24通常包含一个或多个消融功率发生器25。导管可适于利用任何已知的消融技术将消融能量例如射频能量、超声能量、低温能量和激光产生的光能传导至心脏。共同转让的美国专利6,814,733、6,997,924和7,156,816中公开了此类方法,这些专利全文以引用方式并入本文。

定位子系统还可包括磁定位跟踪布置,该磁定位跟踪布置通过在预定义的工作空间中产生磁场并且使用设置在导管内(通常靠近末端)的线圈或迹线感测导管处的这些场来确定导管的位置和取向。定位子系统在全文以引用方式并入本文的美国专利7,756,576以及上述美国专利7,536,218中有所描述。

操作者16可经由控制台24观察并调节导管的功能。控制台24包括处理器,优选为具有适当信号处理电路的计算机。该处理器被耦接以驱动监视器29。信号处理电路通常接收、放大、过滤并数字化来自导管的信号,包括由传感器(例如,电极32)诸如电传感器和温度传感器以及位于导管远侧的多个位置感测线圈或迹线生成的信号。控制台24和定位系统接收并使用数字化信号以计算导管的位置和取向并分析从导管接收的电信号。

本文所公开的主题涉及对本领域已知的导管末端的制造和功能的改进,诸如授予Webster的美国专利号6,171,275中所公开的那种,该专利全文以引用方式并入本文。改善的导管末端可经由光刻工艺制造为图2中反映的平面柔性电路100。如其说明所示,柔性电路100是柔性的。因此,柔性电路可弯曲成各种非平面构型。例如,构型可从平面改变为圆柱形,使得柔性电路100可改变为圆柱形柔性电路末端200,如图3中反映的。因此,除了柔性电路100的平面构型和柔性电路末端200的非平面构型之外,应当理解,本文相对于柔性电路100所述的特征也存在于柔性电路末端200中,并且类似地,本文相对于柔性电路末端200所述的特征也存在于柔性电路100中,即使没有关于这些构型中的一者进行明确的公开。此外,图2中可见的柔性电路100的表面变成柔性电路末端200的内表面,因此图2中可见的电子部件在图3中不可见。

柔性电路100可包括各种区段,这取决于将在这些区段中形成的柔性电路末端的所需结构。如图2中所见,柔性电路100具有两个区段,即第一区段102和第二区段104。第一区段102可具有圆形形状,并且第二区段104可具有矩形形状。如此组成,柔性电路100可形成为在图3中反映的圆柱形柔性电路末端200中,其中第一区段102变成末端200的最远侧部分(圆柱体的基部)202,并且其中区段104变成末端200的侧表面(圆柱体的壁)204。

第一区段102可被提供为具有包括齿或瓣106的齿轮式或花式图案。齿106之间的空间108可容纳基部202和壁204之间的过渡区203。还可提供穿过第一区段102的孔,使得孔208将设置在过渡区203内。孔208可容纳导管的各种电子部件,例如电极32。附加电子部件可结合到第一区段102中,诸如下文所述的温度传感器(例如,热电偶)。

第二区段104可包括至少两个,例如三个,部分或区,诸如第一区110、第二区112和第三区114。在第二区段104上设置虚线,从而界定这些区之间的边界。还在第一区段102上设置虚线,从而界定与柔性电路末端200中的区110、112和114对准的部分。

第一区110可包括两个温度传感器(例如,热电偶)116和118以及导体元件120。第二区112可包括两个温度传感器122和124以及导体元件126。第三区112可包括两个温度传感器128和130以及导体元件132。导体元件120、126和132可各自包括至少迹线。另选地或除此之外,导体元件120、126和132可另外包括或连接到电极,该电极可以是例如第一区110、第二区112和第三区114的导电部分,特别是变成末端200的外表面的第二区段104的外层。在此类实施方案中,应当在导体元件120、126和132与外层之间提供通孔。另选地或除此之外,导体元件120、126和132可连接到电极(例如,电极32)。电极(无论是末端200的外表面还是电极32)可用作例如消融电极、标测电极或它们的组合,这取决于电极可提供给处理器22的信号是从发生器25接收到的信号还是从组织检测到的电信号。

柔性电路100还可包括例如经由光刻工艺形成的各种层。至少一个层可以是导电材料,例如金、铂或钯或它们的组合。例如,导电材料可形成层,该层在柔性电路末端200上形成图3所示的外表面。另外,导电材料还可形成另一个层,该另一个层包括图2的电子部件中的至少一些电子部件(例如,温度传感器116和118)。另一个层可包括基底,例如非导电材料或绝缘材料的薄膜,导电材料可沉积在该基底上。附加层也可包括绝缘体。基底层和绝缘层类似,并且可提供为单个层,然而,可通过提供这样的层来实现改善的绝缘特性:该层具有对热信号和电信号进行从末端200的一部分到末端200的其他部分的绝缘的唯一目的,如下所述。

端口134可设置成穿过柔性电路100。这些端口可用于提供末端200外部的冲洗。焊盘136、138和140也可设置在第二区段104上,即,焊盘136设置在第一区110上、焊盘138设置在第二区112上并且焊盘140设置在第三区114上,这些焊盘各自具有与设置在对应区上的电子部件导电连通(可操作地耦接)的各种触点142、144和146。即,例如,焊盘136包括可操作地耦接到热电偶116和118以及导体元件120的各种触点。以此方式,第二区段104的三个区中的一个区上的电子部件可被控制(例如,用于提供消融或检测来自组织的电信号)并且与第二区段104的其他两个区上的电子部件分开地进行监测(例如,检测设置在区段104的每个部分上的单独温度传感器的单独温度)。另外,可准确地监测末端200周围的温度,因为三个区中的每个区包括两个不同的温度传感器,末端200上总共有六个温度传感器。

在另外的实施方案中,可在第一区110和第二区112之间以及在第二区112和第三区114之间提供间距。该间距可通过每个层设置,即通过柔性电路100的整个厚度设置。然而,该间距可仅通过包括导电材料的层设置,并且不需要设置在基底和包含非导电材料的绝缘层中。该间距可例如沿着由图2中的虚线150和152标识的轮廓设置。该间距将各个区110、112和114彼此隔离,例如,有助于防止热量从一个区分配到另一个区。因此,绝缘材料可设置在间距内。

柔性电路100可形成为柔性电路末端200并连接到导管主体14的远侧端部15。导管主体可具有穿过该导管主体纵向设置的至少两个管腔。例如,两个管腔中的一个管腔可用于引导冲洗流体通过导管主体并进入末端200中。两个管腔中的另一个管腔可包含引线,这些引线用于向和从末端200的电子部件传送信号(例如,电信号)。可设置附加管腔以例如实现转向功能,诸如通过包括牵拉线或用于引导线,如本领域中已知的。

参见图4,其为隐藏了末端200的图3的图示,可将芯250(图4)附接到导管主体14的远侧端部15。芯250可设置在末端200内并附接到其上,使得末端200可经由芯250或在芯的辅助下连接到远侧端部200。芯250可包括穿过其中的各种端口252,使得当芯250连接到导管主体14时,端口252与导管主体14的冲洗管腔流体连通。芯250可提供以下优点。首先,芯可防止冲洗流体沿纵向方向进入末端200的内部,这可使冲洗流偏置而流出冲洗孔。相反,芯250通过将流转向成彼此对称且横向于芯的各种流来平衡流分布。第二,芯250可包含绝缘材料,例如聚碳酸酯,这可进一步有助于防止壁204的三个区210、212和214(对应于柔性电路100的第二区段104的三个区110、112和114)之间的热分配。就这一点而言,另外的绝缘材料可设置在芯250与末端200之间的空间内,例如高温环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺或聚酰亚胺。第三,芯250的一部分可用作芯轴,柔性电路100可围绕该芯轴形成为柔性电路末端200。

在图5中可认识到该第三优点,在该图示出的另选实施方案中柔性电路末端300是透明的(除了设置了基准线以将区310、312和314彼此区分)。其中示出了芯350,也是透明的,但具有被指示为穿过该芯的各种冲洗端口。因此,芯350占据由柔性电路末端300限定的整个内部空间的全部或大部分空间。因此,在该实施方案中,柔性电路100可被模制或适形于芯350的外部形状。此外,柔性电路可粘结到芯上,这可有利于组装到导管主体14。还可以在芯350内设置各种管,例如360、362和364,以实现与温度传感器316、318、322、324、328和330的耦接。还可以在芯内设置附加的管(例如,366)以实现与其他电子部件(例如,电极332)的耦接。在各种实施方案中,芯250和350不必包括穿过其中的任何管腔,使得芯可能不提供上述流转向功能。

在将柔性电路100形成为柔性电路末端200(或300)时,可在第一区210(或310)和第三区214(或314)之间形成空间。该空间可填充有如上所述用于第一区110和第二区112之间以及第二区112和第三部分114之间的空间的绝缘材料。

因此,配备有末端200(或300)的导管主体14在导管末端设计方面提供各种改善。值得注意的是,每个区210、212和214及其电子部件与其他两个区绝缘并且在功能上独立于其他两个区。此类辅助系统10测量和生成信息,系统10或操作者16可使用这些信息来提供和修改消融治疗。在优选的实施方案中,末端被分成三个或更多个独特的区,每个区具有不同的电极。这些区中的一个区上的电极可独立于其他区中的每个区上的电极被激活或去激活,并且它们可被激活以提供不同的功能,例如消融或ECG感测。另外,提供给三个区中的每个区的电信号(通常在发生器的RF范围内)可与提供给其他区中的一者或两者的电信号相同或不同。也就是说,递送到每个末端区的功率(例如,以瓦特为单位表示的功率量)对于每个区可以相同或不同。例如,递送到第一末端区的功率量(以瓦特为单位的“第一功率量”)可被控制为与递送到第二末端区的功率量(“第二功率量”)不同(即,更高或更低)。同样,可以关闭第三末端区,或者可以向第三末端区提供与第一功率量或第二功率量不同的第三功率量(“第三功率量”)。另选地,递送(以焦耳为单位)到每个区的能量对于每个区可以是相同的或不同的。在又一个示例中,提供给一个区的RF信号的频率可相对于提供给一个区或两个其他区的信号的频率而变化。RF信号可例如基于合适的反馈控制而改变为10kHZ至1MHz的RF频带内的任何频率。用于控制末端区的能量或功率的此类技术有助于控制末端200或正被消融的组织的温度,并且还可有助于提高消融的精度。

应当注意,与末端区接触的生物组织的组成(例如,水含量、厚度或其他组织特性)可影响电阻率,并且因此影响由该末端区递送到组织的RF功率。因此,该末端区中由于递送到此类组织的能量或功率而引起的温度上升的量可不同于与具有对应不同组织特性的不同位置处的相同组织(或甚至不同组织)接触的其他末端区。因此,本文的实施方案的一个优点是系统向不同末端区递送不同功率电平以确保针对一个末端区测量的温度对于所有末端区大体相同的能力。

末端200(或300)可与组织接触,使得组织接触第一区的至少一部分、或第一区的至少一部分和第二区的至少一部分、或三个区中的每个区的至少一部分。ECG信号可由三个区的各种电极单独地评估,使得用户或系统可确定哪些区接触组织以便确定要激活哪些电极以进行消融。另外,ECG的区特异性信号可用于定制治疗。例如,当作为消融电极操作的区210向区210(或其至少一部分)接触的组织提供消融能量时,区210上的温度传感器测量温度数据并将其提供给处理器22。同时,末端200上的一些或所有温度传感器可向处理器22提供温度数据,而作为电磁传感器操作并且不与组织接触、与组织部分接触或与组织完全接触的区212和214可向处理器22提供ECG数据或可被去激活。另选地,区212或214中的一者可被去激活,而另一者提供ECG数据。也就是说,虽然一个或两个区的电极用作消融电极,但其他电极可提供输入以确定是否应消融附近区域,并且如果是,则应如何提供或定制治疗(例如,经由功率修改、激活持续时间、连续或脉冲激活等)。此外,通过仅向与组织接触的那些区提供消融能量,可将消融能量精确地直接提供给组织,使得施加到血液的能量可被最小化,这使血栓形成的可能性最小化。此外,在解剖结构的较小区域(例如,心外膜或肾)直接接收能量时,将存在错误组织将被更快且更准确地消融的较高概率。另外,来自非组织接触区的ECG数据可用于检查阻塞(例如,血栓)的早期迹象,同时与组织接触的组织接触区正被消融,使得可迅速采取补救步骤。

另外,在某些情况下,例如,当确定所有三个区的至少一部分与组织接触时,处理器22可自动地或基于用户输入来控制消融能量的施加,使得消融能量可经由所有三个区同时地或连续地提供给组织。当连续地将消融能量施加到不止一个电极时,可一次激活一个或一次激活两个消融电极。两个示例性连续激活包括:1)区210可被激活然后去激活,然后区212可被激活然后去激活,并且区214可被激活然后去激活;以及2)区210和212可被激活,然后区210可被去激活并且区214被激活,然后区212可被去激活并且区210被激活。可执行并且还重复以不同组合的附加连续激活,直到实现期望的消融,如ECG信号或由电极提供的其他信号所指示的。连续激活的一个优点是其允许在不移动导管的情况下消融和监测组织的不同部分。另外,连续激活可与所有区的同时激活相结合。此外,无论顺序还是同时,激活都可重复执行。

在一些心外膜应用程序中,某些设计考虑可能建议进一步最小化由一个区生成的被另一个区的热电偶检测到的热量,并且进一步最小化由一个区上的电极检测到的ECG信号也被另一个区的传感器检测到的可能性。因此,三个区中的一者或两者可被制造成具有更大的绝缘性能,但没有其他功能,诸如温度测量、消融和感测,以及相关联的部件,诸如热电偶和电极。因此,区中的一者或两者(例如,区212、区214或两者)与其中这些区包括例如消融的功能的那些实施方案相比,可在其中合并更大量的绝缘材料。因此,例如,陶瓷材料可在区112和114上方沉积到柔性电路100上,这有助于防止来自消融组织的热量经由这些区影响导管末端。

如上所述,ECG信号可由设置在末端上的电极单独评估,使得用户或系统可确定末端接触组织,并且在不同末端区上具有电极的那些实施方案中,确定要激活哪些电极以用于提供消融治疗。还可使用力接触传感器来确定与组织的接触,例如,如2017年3月8日提交的美国专利申请号15/452,843中所述,该专利申请全文以引用方式并入本文。现在描述了特别适用于具有分裂末端的导管的接触力传感器,并且该接触力传感器也在2018年7月16日提交的美国专利申请号16/036710中进行描述,该专利申请全文以引用方式并入本文。

图6反映了柔性电路410,该柔性电路可用于导管诸如导管14内以向控制台24中的处理器提供有关位置和力的信号。柔性电路410包括大体平面的基底412,该基底具有第一形状的第一部分414(例如,如图所示的圆形或锯齿形)和第二形状的第二部分416(例如,如图所示的大体矩形或多边形)。第一部分414和第二部分416通常为不同的形状,因为如下所述,第二部分416平行于导管的纵向轴线组装使得第二部分应是细长的,而第一部分414横向于导管的纵向轴线组装使得第一部分应当适形于导管的内径(即,第一部分具有的最大宽度或直径小于或约等于导管的内径)。尽管如此,第一部分414和第二部分416的形状可以是类似的。基底412可由任何不导电的且可耐高温的合适材料(例如,聚酰亚胺或聚酰胺)形成。

基底412还可包括附加部分,诸如第三部分430和第四部分442。这些部分中的每个部分还可包括各个段。如所指出的那样,第一部分414可具有三叶草形状。因此,第一部分可具有三个区段,即区段460、462和464。第二部分416可包括区段422和区段424,以及将区段422连接到区段424的至少一个连接区段,诸如426或450。第三部分430可具有与第二部分416类似的结构,并且可包括区段432和区段434,以及将区段432连接到区段434的至少一个连接区段,诸如436或452。第四部分442可包括至少三个连接区段444、446和448,它们将第四部分442连接到第一部分414、第二部分416和第三部分430。

电子部件可结合到基底412及其各个部分和区段中。例如,用于测量与力相关的信号的大体平面的线圈或迹线(即,力感测线圈或迹线)可结合在第一部分414上。具体地,线圈418可与区段460结合,线圈470可与区段462结合,并且线圈472可与区段464结合。线圈418、470和472可彼此分离,如图所示,或者它们可各自连接到其他线圈中的一者或两者。每个线圈的部分或其延伸部可从线圈延伸到位于第四部分442上的焊点468并焊接到其上。在三个线圈彼此分离的情况下,每个线圈应包括相应的延伸部(即,466、474和476)。然而,在三个线圈连接的情况下,可能仅需要一个或两个延伸部。在线圈彼此分离的情况下,在线圈的每个线圈中生成的信号可用于提供力的附加细节,诸如力的偏心力或偏轴方向的指示。此外,导管14可被组装成使得区段460、462和464可分别与区210、212和214对准。因此,处理器22可使用在线圈418、470和472中生成的信号来提供对每个区上的力的不同确定。如图所示,第一部分414上的每个线圈包括大约五匝。然而,因为信号强度是线匝数的函数,所以可基于每个段的尺寸和光刻工艺可实现的节距来最大化线匝数。

用于测量与位置相关的信号的平面线圈或迹线(即,位置线圈或迹线)也可结合到第二部分416和第三部分430中。线圈420可与区段422结合,线圈428可与区段424结合,线圈438可与区段432结合,并且线圈440可与区段434结合。这些线圈中的每个线圈可延伸到第四部分442上的焊点468。例如,线圈420可包括经由连接区段446连接到焊点468的延伸部454,并且线圈428可包括经由连接区段426、区段422和连接区段446连接到焊点468的延伸部456。如图所示,第一部分416和第二部分430上的每个线圈包括大约五匝。然而,因为信号强度是线匝数的函数,所以可基于区段422、424、432和434的尺寸以及光刻工艺可实现的节距来最大化线匝数。

各种对称性反映于图6中。例如,整个基底关于穿过第一部分414的中心的中线对称,使得第二部分416侧向设置到第一部分414和第四部分442的一侧,并且使得第三部分430侧向设置到第一部分414和第四部分442的另一侧。因此,第四部分442设置在第一部分414、第二部分416和第三部分430之间。此外,区段422和424彼此镜像,并且除了延伸部456之外,线圈420与线圈428镜像。对于区段432和434以及线圈438和440也是如此。因此,并且如图所示,线圈420和432的绕组可以是顺时针的(即,具有顺时针取向),而线圈428和434的绕组可以是逆时针的(即,具有逆时针取向)。另选地,线圈420和432的绕组可以是逆时针的,并且线圈428和434的绕组可以是顺时针的。

基底412可以是单层。另选地,其可包括介于两个和十个之间的层,例如四个层。每层与其他层相同,包括上述各种部分、区段和线圈的形状。这样,可通过添加层来加粗线圈。然而,层的增厚导致信号产生的非线性度增加。柔性电路410的柔性提供了这种折衷的解决方案。具体地,参见图7,通过使连接器426和连接器450变形或弯曲,区段424可折叠在区段422的顶部上以与区段422接触并重叠,使得线圈428与线圈420对齐。类似地,通过使连接器436和连接器452变形或弯曲,区段434可折叠在区段432的顶部上以与区段432接触并重叠,使得线圈440与线圈438对齐。尽管连接器450和452是任选的,但它们可通过减少区段之间的相对旋转来帮助线圈彼此对齐。如果基底412有例如四个层,那么在将区段424折叠到区段422上之后,线圈420和428形成具有八个层的组合线圈。该组合线圈的产量不会像在八层基底中制造的八层线圈那样受到非线性增加的影响。

较薄基底(例如,四层)优于较厚基底(例如,八层)的优点是其更容易变形或弯曲,这有助于将柔性电路410组装到其他导管部件并最终将其装配在导管的内径包封内,如以下将详细说明的。因此,在不增加信号的非线性并且不增加基底的刚度的情况下,柔性电路410允许厚线圈。

图8反映了导管14的另一个部件,即柔性电路480,该柔性电路包括基底482和一个或多个线圈484。柔性电路480的结构类似于柔性电路410的第一部分414的结构。然而,在各种实施方案中,线圈的数量或节距可以变化,并且三个段上的各个线圈可以彼此分离或彼此成一体。

图9反映了导管14的另一个部件,螺旋弹簧490,该螺旋弹簧包括顶面492、底面494和各种臂496,这些臂可用于将弹簧490组装到导管14的其他部件。弹簧490具有已知的或预定的弹簧常数,该弹簧常数提供根据虎克定律将距离和力关联。柔性电路480、柔性电路410的第一部分414和螺旋弹簧490一起构成子组件,该子组件可从控制台24接收电信号并且向控制台提供电信号,这些电信号可被处理以确定施加到导管14的末端18(或末端200或末端300,视情况而定)上的力,例如,亚克级的力。具体地,一端连接到控制台24的一根或多根第一缆线(在图10和图11的缆线束498内)也可在相对端处连接到柔性电路410的第四部分442的焊点468,这些焊点经由线圈延伸部466、474和476分别连接到第一部分414的区段460、462和464上的线圈418、470和472。一端连接到控制台24的一根或多根第二缆线(也在缆线束498内)也可在相对端处连接到柔性电路480上的一个或多个线圈484。来自控制台24的电信号(例如,具有RF频率)可用于为柔性电路410的第一部分上的线圈或柔性电路480上的线圈供电。无论哪组线圈从控制台24接收功率,都可被认为是发射器,因为其发射根据从控制台24接收的信号的频率而变化的电磁场。未由控制台24供电的线圈组可被认为是接收器,因为其响应于来自发射器的电磁场而像天线一样起作用。因此,接收器生成可被传送到控制台24以进行分析的电信号。由接收器生成的电信号取决于接收器和发射器之间的距离,使得由接收器生成的电信号可与接收器和发射器之间的距离相关。

通过将接收器(这里,柔性电路410的第一部分414上的线圈)粘附到弹簧490的顶面492,并且将发射器(这里,柔性电路480上的线圈)粘附到弹簧480的底面,并且如上所述对它们进行布线,在接收器中生成的电信号可与弹簧中的压缩位移(例如,大约100纳米)相关,并且因此与抵靠导管14的末端200或300、导致弹簧480压缩的力相关。在使用中,具有处理器22的控制台24可处理这些信号并且使用它们来确认末端和组织之间已发生接触,并且调节供应到电极的消融能量的量。例如,当信号指示弹簧处于松弛状态(即,没有压缩)时,这可以被认为是末端200或300未接触组织的指示器,并且因此不应向电极供应消融能量。还可在监视器29上向操作者16提供信息的指示器(例如,以力为单位,诸如牛顿)。该信息可用于直接向操作者16提供,因为这可帮助操作者16避免由于太用力将末端抵靠在组织上而损伤组织。

此外,柔性电路410的第一部分414和柔性电路480的三叶草形状的三个部分中的每个部分可彼此对准并且与末端200的三个区210、212和214对准,使得处理器22可确定组织对三个区的接触力的差异。因此,处理器22可确定例如区210经受对组织的最大接触力,区212经受对组织的第二大接触力,并且区214经受对组织的最小接触力。因此,处理器212可单独使用力数据或将其与来自这些区的ECG数据组合使用,以定制施加到这些区的电极中的每个电极的RF能量以用于消融组织。此外,用户可观察关于显示器29上的三个区中的每个区的接触力的信息,并且使用该信息来确定哪些区接触组织并调整末端200的位置以实现对组织的期望接触力。

弹簧490的顶面492和底面494可以彼此平行并且横向于弹簧的纵向轴线取向(例如,以大于约六十度且小于九十度的角度,例如约八十度)。因此,附连到弹簧上的接收器和发射器被类似地取向。然而,因为与发射器和接收器设置成垂直于弹簧的纵向轴线并且最终垂直于导管的纵向轴线的情况相比,成非垂直的角度增加了接收器的灵敏度,发射器和接收器之间的距离被最小化。这样成角度还可有助于区分对三个末端区施加的相对力。

图10和图11示出了在导管组装的两个不同步骤处的导管14。图12为沿图10中的线A-A截取的导管14的横截面,但为了清楚地讨论柔性电路410,移除了或简化了各种部件。图10示出了组装到弹簧490和耦接套管500的柔性电路410。虽然未示出,但柔性电路410的第一部分414粘附到弹簧490的顶面492,并且柔性电路480粘附到弹簧490的底面494。在图11中,末端200被示出为附接到弹簧490。缆线束498也示于图10和图11中。缆线束498包括一组缆线,尽管不可见,但该组缆线连接到柔性电路410的第四部分442上的焊点468,因此连接到柔性电路410上的各个线圈或迹线,并且连接到柔性电路480上的线圈或迹线484。如图10至图12所示,柔性电路410不再是平面的。相反,柔性电路已变形为具有部分圆形和部分三角形的横截面。第二部分416的区段424是图10和图11中的柔性电路410的最易于看见的区段。区段422、区段432和区段434以及连接器426、436、446、450和452的各个侧面在这些图中也是可见的。如图所示,这些连接器已变形为弯曲或曲面构型以附接到耦接套管500。具体地,区段422粘附到套管500的大体平坦的表面502,并且区段432粘附到套管500的大体平坦的表面504。如此组装,柔性电路410的这些部分可被视为具有三角形横截面。另外,连接器446粘附到套管500的圆形(或弓形)表面506,并且连接器448粘附到套管500的圆形(或弓形)表面508。如此组装,柔性电路410的这些部分可被视为具有圆形(或弓形)横截面。第四部分442还可粘附到套管500的大体平坦的表面510。

组装到套管500的柔性电路410的横截面的圆形部分的直径或宽度等于或约等于第一部分414的直径或最大宽度,该第一部分的直径或最大宽度也等于或约等于组装到套管500的柔性电路410的横截面的三角形部分的最大宽度(或基部)。因此,当组装时,柔性电路410可容易地插入外管或套管中,该外管或套管提供导管14的外表面并且限定导管14的部件(例如,柔性电路410、弹簧480、套管500)必须装配在其中的内径。为帮助防止在一方面由区段424和434的大体平坦的外表面与部分442之间的间隙以及另一方面由外套管的曲率所引起的外套管下方的软斑点,可通过在(分别第二部分416和第三部分430的)区段424和434以及部分442上包含附加材料例如粘合剂518和聚酰亚胺层520来填充这些间隙。聚酰亚胺层520可与柔性电路410分开制造并粘附到其上,或者它们可以是柔性电路410的在与柔性电路410的其余部分相同的光刻工艺期间形成的组成部分。聚酰亚胺层520可用一系列大体平坦的台阶或层内插外套管的曲线。

柔性电路410可如下组装到导管14中。首先,可提供柔性电路410。第二部分416的区段424可折叠在第二部分416的区段422上,以通过使连接器426和连接器450(如果包括的话)变形来与其重叠并与其接触。第三部分430的区段434可折叠在第三部分430的区段432上,以通过使连接器436和连接器452(如果包括的话)变形来与其重叠并与其接触。柔性电路410的第一部分414可被取向成平行于弹簧490的顶面492,该顶面横向于(例如,与垂直成小于三十度)弹簧490的纵向轴线取向。然后,第一部分414可粘附到弹簧490的顶面492。具有大体平坦的表面部分的耦接套管500可被提供并取向成将其纵向轴线与弹簧的纵向轴线对齐。第二部分416和第三部分430可被取向成平行于套管500的相应的大体平坦的表面部分。然后,第二部分416和第三部分430可粘附到套管500的相应的大体平坦的表面部分。然后可将粘附到柔性电路410的套管500耦接或插入外套管中。最后,末端18可附连到弹簧490。只要末端18尚未附接到弹簧490,柔性电路480就可以在过程的几乎任何步骤处粘附到弹簧490的底面494。

凭借本文所示和所述的实施方案的优点,申请人已设计出一种方法,该方法选择性地沿着与诊断/治疗导管的柔性电路末端中的一些或全部末端接触的组织表面(例如,弯曲组织表面)来消融组织,同时使用其他末端区,尤其是不与组织接触的那些区来提供除消融之外的功能,诸如监测电磁信号(例如,ECG信号)。即,用户可根据各种方法和变型使用上述诊断/治疗导管或包括该诊断/治疗导管的电生理系统来激活至少一个电极,同时保持其他电极不激活或使用其他电极来提供除消融之外的功能,诸如监测电磁信号(例如,ECG信号),同时使用设置在导管末端上的各种温度传感器中的一些或全部温度传感器来进一步测量温度。一种此类方法和变型可包括以下步骤。首先,用户可接收导管。然后用户可将导管引入受检者(例如,人类受检者)体内,并且将导管定位在心脏组织附近。第二,用户可接触抵靠心脏组织的导管末端。第三,连接到导管的处理器可经由导管末端区(例如,210、212、214)接收温度数据、ECG信号,并且经由导管接收和发射线圈(例如,118和184)接收力信号。处理器可使用ECG信号、力信号或两者来确定哪些末端区与组织接触(至少部分地与组织接触)以及哪些末端区未与组织接触。第四,然后处理器可控制消融能量递送到仅与组织接触的那些末端。在其中多个末端区接触组织的那些情况下,与组织接触的该多个末端区可同时地或相继地接收消融能量(如上所述)。类似地,这些多个末端区可同时地或连续地监测ECG信号。在所有三个末端区接触组织的示例性变型中,末端区210可接收消融能量,而区212和214向处理器提供ECG信号,然后,区210可从接收消融能量切换为提供ECG信号,并且区212可从提供ECG信号切换为接收消融能量,然后,区212可切换回提供ECG信号,并且区214可从提供ECG信号切换为接收消融能量。在另外的变型中,至少在其上设置有温度传感器的区接收消融能量时,至少温度传感器可向处理器提供温度数据。然而,所有温度传感器可连续地向处理器提供温度数据。

此外,可根据以下方法及其变型来构建具有上述特征的诊断/治疗导管。首先,可例如经由光刻工艺来制造柔性电路(例如,柔性电路100)。例如,可沉积绝缘材料(例如,聚酰胺)层,该绝缘材料层可为电子部件的基底。接下来,可沉积包括电子部件(例如,热电偶118、导体元件126和触点146)的导电材料(例如,铂或金)层。接下来,可沉积另一绝缘材料层。接下来,可沉积另一导电材料层。还可沉积掩膜层以实现这些层的特定形状和构型。例如,掩膜层可用于形成柔性电路的不同区段(例如,区段102和104)、其区(例如,区110和114),并且使电子部件成形。如果在前述步骤中未制造端口,则可执行(例如,经由激光钻孔)形成穿过柔性电路的端口(例如,冲洗端口134)的另一步骤。

第二,可接收柔性电路100以及用于构建诊断/治疗导管的其他部件,例如导管主体14。还可接收其他部件,例如,芯诸如芯235,以及未被制造为柔性电路100的整体部分的电极诸如电极32。另外,可接收柔性电路410和480以向导管赋予力测量功能。

第三,可以平面构型接收的柔性电路100可具有形成为非平面构型(例如,圆柱形构型)的柔性电路的至少第二区段。这样,柔性电路可形成为柔性电路末端(例如,200)。然后,柔性电路末端可通常通过第二区段连接到导管主体。第四,在一些变型中,导体元件(例如,132)可连接到电极32。

第五,引线可连接到焊盘(例如,136)上的触点(例如,142),这些触点可操作地连接到柔性电路末端的电子部件以及柔性电路410和480。第六,柔性电路末端的各个区之间的空间可填充有绝缘材料。

在包括提供芯的方法的那些变型中,柔性电路可适形于芯以将其构型改变为柔性电路末端的构型。在包括提供芯的方法的其他变型中,柔性电路末端可附接到芯。此外,绝缘材料可设置在芯和柔性电路末端之间的空间中。

本文所述的任何示例或实施方案还可包括除上述那些之外或作为上述那些的替代的各种其它特征。本文所述的教导内容、表达、实施方案、示例等不应视为彼此独立。参考本文的教导内容,本文的教导内容可进行组合的各种合适方式对于本领域的技术人员而言将显而易见。

已经示出和描述了本文所包含的主题的示例性实施方案,可在不脱离权利要求的范围的情况下进行适当修改来实现本文所述的方法和系统的进一步改进。此外,其中上述方法和步骤表示按特定次序发生的特定事件,本文之意是某些特定步骤不必一定按所描述的次序执行,而是可以按任意次序执行,只要该步骤使实施方案能够实现其预期目的。因此,如果存在本发明的变型并且所述变型属于可在权利要求书中找到的本发明公开内容或等效内容的实质范围内,则本专利旨在也涵盖这些变型。许多此类修改对于本领域的技术人员将显而易见。例如,上文所述的示例、实施方案、几何形状、材料、尺寸、比率、步骤等均为例示性的。因此,权利要求书不应受到限于本书面说明和附图中示出的结构和操作的具体细节的限制。

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