JP6611722B2 - 治療用電気インパルスを送達するデバイスおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[1001] 本願は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、２０１４年１月６日出願の「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｆｌａｓｈ Ａｒｃｈｉｎｇ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ」と題する米国仮出願第６１／９２３９７１号の優先権の利益を主張するものである。

[1002] 本明細書に記載する実施形態は、一般に、治療用電気エネルギーを送達する医療デバイスに関し、さらに詳細には、選択的不可逆電気穿孔法の電気インパルスを送達する電極に関する。

[1003] この２０年の間に、電気穿孔技術は、実験段階から臨床における応用まで進歩した。既知の方法は、短い高電圧ＤＣパルスを組織に印加することにより、代表的には数百ボルト／センチメートルの範囲の高電界を局所的に生成することを含む。この電界は、細胞膜に細孔を生成することによって細胞膜を分裂させるが、これにより、後に細胞膜および細胞が破壊されることになる。この電気による細孔生成（または電気穿孔）の正確な仕組みはまだ詳細には分かっていないが、比較的大きな電界を印加することにより、細胞膜およびミトコンドリア中のリン脂質二重膜が不安定になり、局所的な隙間または細孔の分布を膜中に発生させるものと考えられている。膜に印加された電界が、通常は細胞の大きさによって決まるしきい値を超える場合には、電気穿孔は不可逆的になり、細孔は開いたままとなり、膜を超えて物質を交換することが可能になり、アポトーシスまたは細胞死に繋がる。その後、周囲の組織は、自然なプロセスで治癒する。

[1004] いくつかの既知の組織アブレーション方法では、腫瘍を高レベルのＤＣ電圧に曝露することによって腫瘍を処置するために、不可逆電気穿孔を利用する。このような既知の腫瘍処置方法は、通常は、有意な量の組織を破壊する必要がある。このような既知の方法は、目標の組織および／または周囲の組織内で高温（すなわち望ましい限界を超える温度）を発生させる可能性もある。

[1005] 心房細動などの心不整脈の処置のために心臓の組織を切除するために不可逆電気穿孔を発生させるために、複数の電極を有する既知のカテーテルが使用されている。パルス状のＤＣ電圧が特定の状況下で電気穿孔を駆動することは既知であるが、既知の送達方法およびシステムは、切除目標の組織が比較的遠くにあるときに近傍の組織に生じ得る損傷を制限する具体的な手段は提供していない。例えば、いくつかの状況では、電極に高電圧を掛けると、電極の一部の周囲に閃光アークまたは放電が生じる可能性がある。このような状況では、局所的な電界強度が、望ましくない絶縁破壊を生じる、かつ／または放電またはスパークを生じて、局所的な熱損傷を生じ、炭化デブリを生じる可能性があるほど大きくなる可能性がある。

[1006] さらに、既知の電極の幾何学的形状の大きく湾曲した領域（例えばリング電極の端部側の湾曲）は、アークを生じ易い。詳細には、電極の幾何学的形状は、電極の付近の局所的な電界強度の空間的分布に影響を及ぼす可能性がある。したがって、いくつかの既知の電極は、縁部を丸めることによって、電極の表面の湾曲を最小限に抑えるように設計されている。しかし、電極の幾何学的形状を調節するこのような手法には、特に高電圧が望ましい場合には、実際的な限界がある。

[1007] したがって、周囲の組織は比較的無傷かつ不変のまま残しながら目標組織の位置で組織アブレーションを発生させる、より安全で、かつより選択性の高いエネルギー送達方法のための改良された方法およびデバイスが必要とされている。換言すれば、組織領域中で、その組織領域および周囲の組織領域において電界値を安全なレベル未満に維持しながら、その領域で不可逆電気穿孔を駆動できるだけの大きさの局所電界を生成する改良された方法およびデバイスが必要とされている。治療用電気インパルスの送達中の絶縁破壊の発生を回避するシステムおよび方法が必要とされている。

[1008] 本開示の実施形態は、望ましくない放電または破壊の発生を抑制しながら、侵襲を最小限に抑えた状況で電気穿孔治療を選択的に適用するデバイスおよび方法を含む。本明細書に記載する実施形態は、全体的な組織の完全性を保護しながら、安全かつ効果的な、十分に制御された特定の電気穿孔の送達をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、装置は、第１の電極部分および第２の電極部分を含む電極を含む。第１の電極部分と第２の電極部分とは、協働して、電極に電圧が印加されたときに電界が生成される外側表面を形成している。第１の電極部分は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される。第２の電極部分は、第１の電極部分とは別個のものであり、第２の材料で構築される。第２の材料は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する。

[1009]周囲の組織環境および第２の電極を表す表面とともに配置された環状リングの形態をした第１の電極を示す概略図であり、これらの電極間に電圧が印加されて、電流が第１の電極から組織環境を通って第２の電極に流れている。 [1010]導電率の異なる２種類の別個の材料を含む、環状の断面を有する、一実施形態による電極を示す概略図である。 [1011]局所境界場解析のための局所的な幾何学的形状を示す、カテーテルシャフトに対合する一実施形態によるカテーテル電極を示す概略図である。 [1012]カテーテルシャフトに結合された、一実施形態による電極の一部分を示す断面図である。 [1013]比較的低い導電率を有する２つの領域の間に配置された高導電率領域を含む、一実施形態によるリング型（環状断面を有する）複合電極を示す斜視図である。 [1014]一様な外側表面を有する、一実施形態による複合電極を示す斜視図である。 [1015]第２の導電率を有する第２の材料を覆うようにメッキまたは堆積された第１の導電率を有する第１の材料で構築された部分を含む、一実施形態による複合電極を示す図である。 [1016]２つの可撓性コイル端部部分の間に配置された円筒形環状電極の形態をした剛性電極を構成する中央部分を有する、一実施形態による複合電極を示す斜視図である。 [1017]中央部分とは異なる材料で構築された２つの可撓性コイル端部部分の間に配置されたコイルで構成された中央部分を有する、一実施形態による複合電極を示す斜視図である。 [1018]第２の環状電気導体と対合する第１の環状電気導体を含む、一実施形態による環状電極を示す図である。 [1019]一実施形態による複合電極を示す上面図である。 一実施形態による複合電極を示す正面図である。 一実施形態による複合電極を示す右側面図である。 [1020]材料の異なる複数のセグメントを有する、一実施形態による複合電極を示す斜視図である。 [1021]一実施形態による電極および単一材料電極の縁部および側方表面におけるピーク電界値の比較チャートである。 [1022]一実施形態による、一連の電極を含む可撓性医療デバイスの遠位部分を示す斜視図である。 [1023]一実施形態による複合電極を示す上面図である。 一実施形態による複合電極を示す正面図である。 一実施形態による複合電極を示す右側面図である。 [1024]一実施形態による電極を示す正面図である。 一実施形態による電極を示す側面図である。 [1025]一実施形態による電極を含む医療デバイスの一部分を示す側面図である。 [1026]一実施形態による電極を含む医療デバイスの一部分を示す側面図である。 [1027]一実施形態による電極を含む医療デバイスの一部分を示す側面図である。 [1028]一実施形態による電気インパルス治療を施与する方法を示す流れ図である。

[1029] 本明細書では、電気インパルスを送達するデバイスについて説明する。いくつかの実施形態では、電極は、複合かつ／または複数の異なる材料を使用すると共に、幾何学的な考察も使用することによって、改善された空間的均一性を有する（すなわち平均電界値とピーク電界値の間の差が、既知のシステムまたは方法のそれと比較して小さい）電界を生成するように構成される。いくつかの実施形態では、電極表面は、導電率の値が異なる少なくとも２種類の異なる材料を含む。比較的小さい導電率を有する電極材料表面の部分は、比較的大きな湾曲を有する領域（縁部など）を含み、比較的大きな導電率を有する電極表面の部分は、比較的小さな（または少ない）湾曲を有する領域を含む。このようにして幾何学的な湾曲と電気的な導電率の効果を組み合わせることによって、（例えば組織と電極の間で）導電率が大きく、かつ／または不連続に変化するゾーンが、特に比較的大きな湾曲を有する領域で、最小限に抑えられる。したがって、本明細書に記載する実施形態は、導電率が大きく遷移する領域および／あるいは電極表面が不連続である、かつ／または高い湾曲率を有する領域でしばしば高くなる可能性がある、ピーク電界強度を最小限に抑えることができる。

[1030] いくつかの実施形態では、装置は、電気穿孔を生じるためのＤＣ電圧を選択的かつ急速に印加するカテーテルデバイスを含む。このカテーテルデバイスは、アブレーションまたは電圧パルスの送達のための複合（または「複数材料」）電極のセットを有する。これらの電圧パルスは、例えば、数十マイクロ秒から数百マイクロ秒の範囲のパルス幅を有することができる。いくつかの実施形態では、電極を通して印加されるこのような電圧パルスが多数あることもあり、パルス間の間隔は、例えば、数十マイクロ秒から数百マイクロ秒の範囲とすることができる。複合かつ／または複数材料の電極は、様々な材料で構築することができ、ピーク電界強度の低下および閃光アークの可能性の最小化をもたらす本明細書に開示する任意の適当な幾何学的形状および構造を有することができる。

[1031] いくつかの実施形態では、装置は、第１の電極部分および第２の電極部分を含む電極を含む。第１の電極部分および第２の電極部分は、協働して、電極に電圧が印加されたときに電界が生成される外側表面を形成する。第１の電極部分は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される。第２の電極は、第１の電極とは別個のものであり、第２の材料で構築される。第２の材料は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する。

[1032] いくつかの実施形態では、装置は、カテーテルシャフトに結合されるように構成されたリング電極を含む。このリング電極は、協働して、電極に電圧が印加されたときに電界が生成される円筒形外側表面を形成する第１の電極部分および第２の電極部分を含む。第２の電極部分は、カテーテルシャフトに結合されるように構成された端部表面の少なくとも一部分を形成する。第１の電極部分は、第１の導電率を有する第１の材料で構築され、第２の電極は、第２の材料で構築される。第２の材料は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する。

[1033] いくつかの実施形態では、装置は、カテーテルシャフトに結合されるように構成された電極を含む。この電極は、電極に電圧が印加されたときに電界が生成される、第１の電極部分および第２の電極部分を含む。少なくとも第１の電極部分および第２の電極部分は、協働して外側表面を形成する。第１の電極部分または第２の電極部分の少なくとも一方は、可撓性コイルを含む。第１の電極部分は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される。第２の電極部分は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する第２の材料で構築される。

[1034] いくつかの実施形態では、装置は、第１の電極部分および第２の電極部分を含む電極を含む。第１の電極部分は、第１の表面を有し、第２の電極部分は、第２の表面を有する。第１の表面は、第２の表面より凹んでいる。第１の表面および第２の表面は、協働して、電極に電圧が印加されたときに電界が生成される外側表面を形成する。第1の電極部分は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される。第２の電極部分は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する第２の材料で構築される。

[1035] いくつかの実施形態では、装置は、医療デバイスに結合されるように構成された電極を含む。この電極は、第１の電極部分および第２の電極部分を含む。第１の電極部分および第２の電極部分は、協働して、電極に電圧が印加されたときに電界が生成される外側表面を形成する。第１の電極部分は、医療デバイスの長手方向軸に沿って変化する外径を有する。第１の電極部分は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される。第２の電極部分は、第１の電極部分に、その外径を画定する表面に沿って結合される。第２の電極部分は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する第２の材料で構築される。

[1036] いくつかの実施形態では、方法は、電極の外側表面が目標組織に接して配置されるようにカテーテルを人体に挿入することを含む。電極は、第１の電極部分および第２の電極部分を含む。第１の電極部分および第２の電極部分は、協働して外側表面を形成する。第２の電極部分は、外側表面の縁部部分を含む。電圧は、電気リードを介して第１の電極部分および第２の電極部分に印加されて、外側表面から電界を生成する。第１の電極部分および第２の電極部分は、外側表面の中央部分におけるピーク電界強度の、外側表面の縁部分におけるピーク電界強度に対する比が約１．８未満になるように構成される。

[1037] 本明細書および添付の特許請求の範囲で使用する単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈からそうでないことが明白である場合を除いて、指示対象の複数形も含む。したがって、例えば、「要素」という用語は、単一の要素および複数の要素の組合せを意味するものと意図されており、「材料」は、１種類または複数種類の材料、あるいはそれらの組合せを意味するものと意図されている。さらに、「ａ」または「ａｎ」という言葉と、「１つまたは複数の」という文句とは、交換可能に使用されることもある。

[1038] 本明細書で使用する「近位」および「遠位」という言葉は、それぞれ医療デバイスの操作者に近づく方向、および操作者から遠ざかる方向を指している。したがって、例えば、患者の体に接触しているカテーテルまたは送達デバイスの端部は、その薬剤送達デバイスの遠位端部となり、遠位端部の反対側の端部（すなわちユーザによって操作される端部）は、そのカテーテルまたは送達デバイスの近位端部となる。

[1039] 本明細書で使用する「約」および／または「およそ」という用語は、数値および／または範囲と共に使用されるときには、一般に、記載する数値および／または範囲に近い複数の数値および／または範囲を指す。例えば、いくつかの例では、「約４０（単位）」は、４０の±２５％以内（例えば３０〜５０）を意味していることもある。いくつかの例では、「約」および／または「およそ」という用語は、記載する値の±１０％以内を意味することもある。他の例では、「約」および／または「およそ」という用語は、±９％以内、±８％以内、±７％以内、±６％以内、±５％以内、±４％以内、±３％以内、±２％以内、±１％以内、±１％未満、あるいはその範囲内またはそれ未満のその他の任意の値または値の範囲を意味することもある。「約」という用語と「およそ」という用語とは、交換可能に使用されることもある。

[1040] 同様に、「実質的に」という用語も、例えば幾何学的関係、数値、および／または範囲と関連して使用されるときには、そのように定義された幾何学的関係（またはそれによって記述される構造）、数、および／または範囲が、名目上はその記載した幾何学的関係、数、および／または範囲であることを示唆することを意図している。例えば、本明細書で「実質的に平行」と記載されている２つの構造は、平行な幾何学的関係であることが望ましいが、「実質的に平行な」配列では、ある程度の非平行性が生じる可能性があるということを示唆するものと意図されている。このような許容差は、製造許容差、測定許容差、および／またはその他の実際上の考慮事項（例えば、微細な欠陥、そのように定義された構造の経年変化、システム内で加わる圧力または力など）から生じる可能性がある。上述のように適当な許容差は、例えば、記載されている幾何学的構造、数値、および／または範囲の±１％、±２％、±３％、±４％、±５％、±６％、±７％、±８％、±９％、または±１０％であることがある。さらに、「実質的に」という用語で修飾された数値は、記載されている数値の許容差を見込んでいる、かつ／またはその他の形で包含しているが、記載されている数値そのものも排除しないものと意図されている。

[1041] 特定の量については数値範囲を与えるが、それらの範囲は、それに含まれる全ての部分範囲を含むことができることを理解されたい。したがって、「５０〜８０」という範囲は、それに含まれる全ての可能な範囲（例えば５１〜７９、５２〜７８、５３〜７７、５４〜７６、５５〜７５、７０〜８０など）を含む。さらに、所与の範囲内の全ての値は、その範囲に包含される範囲の終点になり得る（例えば、範囲５０〜８０は、５５〜８０や５０〜７などの終点を有する範囲を含む）。

[1042] 図１を参照して、より高い電位を有する電極１２から一般的には遠位のより低い電位の表面１１に流出する電流を考慮されたい。図１に示すように、電極１２は、より高い電位を有し、表面１１は、より低電位の表面（表面１１は、もう１つの電極、電極パッチ、またはより低い電位を有するその他の任意の適当な表面であってもよい）である。電流は、電極１２から、介在する組織の空間または領域１９を通して表面１１に流れる。電極１２は、例えばリング型であり、図１の左側には、概略的に、内側表面１５および外側表面１４を有するものとしても示してある。使用時には、内側電極表面１５に電圧が印加されて、内側電極表面１５が、設置電位または低電位表面１１より高い電位になる。この内側電極表面１５の電圧が、電極１２を通り、その後組織領域１９を通る電流を生成および／または駆動する。電極材料によって形成される環状領域１７内では、電極材料は、導電率σ_iを有し、この領域内の電界は、Ｅ_iで表される。電極外側表面１４のすぐ外側の組織領域１９では、導電率はσ_sであり、電界はＥ_sである。初期近似として、それぞれの領域の電流密度は一定であり、したがって、外側表面１４に近接する電極１２内の電流密度（ｊ_i＝σ_iＥ_i）は、電極のすぐ外側の組織領域内の電流密度（ｊ_s＝σ_sＥ_s）と等しい。したがって、電極１２のすぐ外側の（すなわち組織領域１９内の）電界の大きさは、次の数式で与えられる。

[1043] 図２は、一実施形態によるリング型電極２０を示す概略図である。電極２０は、２種類の異なる材料を含む、かつ／または２種類の異なる材料で構築される。すなわち、左の（または第１の）電極部分２１（導電率σ₁を有する）の第１の材料と、右の（または第２の）電極部分２２の第２の材料（導電率σ₂を有する）である。電極の断面は環状断面であり、第１の電極部分２１は、交差部２３の斜視断面図で示すように、第２の電極部分２２と接合される。換言すれば、第１の電極部分２１と第２の電極部分２２とは、非同質電極２０を形成する別個の部分である。第１の電極部分２１と第２の電極部分２２の間の交差部２３（または結合部）は、滑らかで、かつ／または連続的である。換言すれば、第１の電極部分２１と第２の電極部分２２とは、リング電極２０の外径が一定になり、リング電極２０の外側表面が実質的に連続的であり、かつ／または第１の電極部分２１と第２の電極部分２２の間の環状領域に実質的に不連続性がないように、結合されている。このようにして、電圧が電極２０に印加されたときに、交差部２３のすぐ左側および交差部２３のすぐ右側の環状断面を通る総（長手方向）電流は、ほぼ等しくなる。断面積は、交差部２３の両側で等しいので、両側の電流密度（第１の近似では断面内で均一）も等しい。したがって、第１の電極部分２２内の電流密度は、第２の電極部分２３内の電流密度と等しい（ｊ₁＝σ₁Ｅ₁＝ｊ₂＝σ₂Ｅ₂）。電界について解くために変形すると、以下のようになる。

ここで、Ｅ₁およびＥ₂は、それぞれ、第１の電極部分２２および第２の電極部分２３の電界の大きさである。したがって、この複数材料（または複合）電極は、使用する異なる材料の性質（例えば導電率）に基づいて異なる大きさを有する複数の電界を生成することができる。

[1044] 図３Ａは、絶縁体で構築されたカテーテルシャフト３１に結合され、かつ／または対合する、一実施形態による環状電極３２を示す図である。電極３２は、外側表面３５、端部表面３６、および外側表面３５と端部表面３６との間の縁部３３によって画定される環状領域３８を有する。端部表面３６は、任意の適当な手段によってカテーテルシャフト３１に結合される。縁部３３は、図３Ａに示すように、値ｒの関連する曲率半径を有する丸みを帯びたプロフィルを有する。したがって、端部表面３６および／または縁部３３は、電極３２の端部境界を形成する。図示のように、縁部３３（曲率半径ｒを有する）は、電極の円周３４の全体にわたって延び、総円周長Ｌを有する。図に示すように、縁部３３の直前の（または縁部３３に近接した）電極３２の環状領域３８内の電流および／または電流密度（矢印ｊ₁で示す）は、矢印ｊ_sで示すように、湾曲縁部３３および端部表面３６から流出する。この領域内の総電流は、電流密度に、電流の流れと直交する面積を掛けた値である。縁部３３の直前の（すなわち環状領域３８内の）総電流を、縁部から流出する総電流と等しいとみなすと、次の数式が得られる。
σ_sＥ_s（ｆｒＬ）＝σ₁Ｅ₁Ａ_c （３）
ここで、ｆは、幾何学的因子（円の４分の１の縁部ではπ／４に等しい）であり、σ₁およびＥ₁は、電極３２の内側のすぐの部分の導電率および電界の大きさを表し、σ_sおよびＥ_sは、縁部のすぐ外側における導電率および電界の大きさを表し、Ａ_cは、電極の（環状）断面積である。数式（３）を変形すると、電極３２の境界および／または縁部３３ならびに端部表面３６のすぐ外側の電界Ｅ_sについての以下の式が得られる。

電界Ｅ₁は、電極３２の環状領域３８の内側のすぐの部分の長手方向電界である。数式（４）は、電界Ｅ_s（電極のすぐ外側）が、縁部の曲率半径に反比例し、縁部の長さ（または円周Ｌ）に反比例し、電極の内側のすぐの部分の電界Ｅ₁、および内側導電率と外側導電率の比

に比例することを示している。

[1045] 数式（４）から、所与の内部電界Ｅ₁について、電極の縁部３３および／または端部表面３６を形成する材料が比較的小さな導電率σ₁（例えば、電極の他の部分と比べて）の値を有する導体であり、それにより比

が低下するときには、外部電界Ｅ_sを低減することができることが明らかである。しかし、所与の印加電圧で、他の因子が同じである場合には、単純により導電率の低い材料を電極全体に使用すると、それに応じて内部電界Ｅ₁が大きくなり、外部電界Ｅ_sは同じになる。したがって、本明細書に記載するいくつかの実施形態では、電極は、電極の縁部および／または境界の付近で外部電界Ｅ_sの低下をもたらすことができる、複数の異なる部分を含むことができる。

[1046] 例えば、図３Ｂは、複数の異なる材料で構築された電極２３２を含む医療デバイス２３０の一部分を示す断面図である。図示のデバイス２３０は対称であるので、この断面は、このデバイスの長手方向軸Ａ_Lより上の部分のみを示している。詳細には、電極２３２は、シャフト２３１に結合され、電気リード２４５を介して電圧源（図示せず）に電気的に結合される。電気リード２４５は、絶縁破壊せずに高電圧パルス（例えば最大で５００ＶＤＣ）に耐えることができるように高絶縁耐力材料（適当な厚さを有するTeflonなど）を含む絶縁リードなど、任意の適当なリードとすることができる。リード２４５は、第１の電極部分２４１（後述）に結合されるものとして示してあるが、他の実施形態では、このリードは、電極２３２の任意の部分に結合することができる。

[1047] シャフト２３１は、電極２３２を目標組織の近傍に、かつ／または目標組織と接触して位置決めするのに適した、任意の適当なシャフト、カテーテルおよび／または送達デバイスとすることができる。このようにして、本明細書で説明するように、医療デバイス２３０を使用して、電気インパルス治療を施与して不可逆電気穿孔を発生させて、心不整脈など任意の状態を処置することができる。

[1048] 図３Ｂに示すように、電極２３２は、第１の電極部分２４１と、電極２３２の各端部に配置された１対の第２の電極部分２４２とを有する、リング電極である。換言すれば、第１の電極部分２４１は、２つの第２の電極部分２４２の間に配置された中央部分である。第１の電極部分２４１は、第２の電極部分２４２とは別個および／または非同質であり、界面２４３で第２の電極部分２４２に結合される。界面２４３は先細になっているものとして示してあるが、他の実施形態では、第１の電極部分２４１と第２の電極部分２４２との間の界面は、電極２３２および／またはシャフト２３１の長手方向軸Ｌ_Aに対して実質的に直交していてもよい。換言すれば、界面２４３における第１の電極部分２４１の外径は、長手方向軸Ｌ_Aに沿った方向に変化するものとして示してあるが、他の実施形態では、界面２４３における外径は、一定であってもよいし、かつ／または不連続に変化していてもよい（すなわち段階的に変化して界面２４３を形成してもよい）。

[1049] 第１の電極部分２４１および第２の電極部分２４２は、協働して、電極２３２に（例えばリード２４５を介して）電圧が印加されたときに電界Ｅ_sが生成される外側表面２３５を形成する。この電界は、図３Ｂでは、外側表面２３５から延びる曲線として示してある。図３Ｂに示すように、外側表面２３５は、連続的であり、滑らかであり、かつ／または電極２３２の実質的に一定の外径を規定する。したがって、第１の電極部分２４１と第２の電極部分２４２とが、本明細書で述べるように、異なる材料性質を有する別個の、かつ／または分離した部分であるにもかかわらず、外側表面２３５は連続的である。ただし、他の実施形態では、第１の電極部分２４１によって形成される外側表面の部分が、第２の電極部分２４２によって形成される外側表面の部分より凹んでいてもよい。さらに他の実施形態では、第２の電極部分２４２によって形成される外側表面の部分が、第１の電極部分２４１によって形成される外側表面の部分より凹んでいてもよい。

[1050] 第２の電極部分２４２は、それぞれシャフト２３１に結合されている各端部表面２３６の少なくとも一部分を形成する。第２の電極部分２４２も、丸みを帯びた縁部２３５を含む。換言すれば、第２の電極部分２４２は、それぞれ、実質的に円筒形の外側表面２３５と端部表面２３６との間の移行領域を含む。したがって、第２の電極部分２４２は、電極２３２の端部境界を規定する。上述のように、これらの境界の領域で生成される電界の大きさは、その幾何学的形状（すなわち、曲率半径、および端部表面２３６と外側表面２３５の間の角度など）の影響を受ける。したがって、電極２３２に電圧が印加されたとき、ピーク電界強度（図３ＢにはＥ_PEAKとして示す）の領域は、一般に、境界または縁部に発生する。

[1051] 第１の電極部分２４１は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される、かつ／またはその第１の材料を含む。第２の電極部分２４２は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する第２の材料で構築される、かつ／またはその第２の材料を含む。特に、第２の導電率は、第１の導電率未満である。このようにして、数式（４）に従って、端部表面２３６および／または縁部２３５に近接する領域における外部電界Ｅ_PEAKの大きさを、一定の導電率を有する電極で得られる大きさと比較して低減することができる。さらに、第１の電極２４１の方が高い導電率を有するので、外部電界Ｅ_PEAKの大きさと円筒形外側表面２３５に近接する領域の外部電界Ｅ_sの大きさの比は、約２未満である。他の実施形態では、縁部２３５の幾何学的形状、および／または第１の電極部分２４１と第２の電極部分２４２の間の熱伝導率の比は、Ｅ_PEAKとＥ_sの比が約１．８、１．５、または１．２５未満となるようにすることができる。このようにして、デバイス２３０は、周囲の組織を比較的無傷かつ不変のまま残しながら、目標組織位置で組織アブレーションを発生させることができる。特に、デバイス２３０は、ピーク電界値を所定のしきい値未満に維持しながら、当該領域中で不可逆電気穿孔を駆動するのに十分に大きな局所電界を組織領域中で生成することができる。

[1052] 図４は、高導電率領域４５と、２つの低導電率領域４４および４６とを含む、リング型（環状断面を有する）電極４２を示す図である。領域４５は、導電率σ₂を有する材料で構築される、かつ／またはその材料を含み、導電率σ₁（σ₁＜σ₂）を有する比較的低導電率の材料で構築される、かつ／またはその材料を含む領域４４および４６と両側で接している。領域４４および４６は、縁部曲率半径ｒ（図４では、縁部の湾曲は示していない）および縁部（円周）長Ｌを有する縁部を有する。図４に参照符４７および４９で示すように、領域４４および４６は同一の長さｌ₁を有し、領域４５は、参照符４８で示すように長さｌ₂を有する（ｌ₂＞ｌ₁）。領域４５の外側表面から周囲の組織に流出する正味の電流は、Ｉ₂で表され、領域４４および４６のそれぞれの外側表面から流出する正味の電流は、Ｉ₁で表される。いくつかの実施形態では、電極４２は、電流の大部分が、縁部領域４４および４６ではなく中央領域４５から流出するように構成することができる。近似として、Ｉが電極４２から流出する総電流であるとすると、外側表面のこれらの異なる部分から流れる電流は、次の数式で表すことができる。

および

断面積Ａ_cおよび横方向（すなわち電極の長手方向軸に直交する）電流密度ｊ₁、⊥を用いてＩ₁＝ｊ1、⊥Ａｃと表すと、数式（６）（「縁部」電流を表す）は、横方向電界Ｅ1、⊥によって次のように表すこともできる。

ここで、電極４２は、σ₂ｌ₂＞＞２σ₁ｌ₁となるように構成される。

[1053] 図４の領域４４および４６中の長手方向電界は、横方向電界と近似的に比例する（幾何学的形状を伴う因子以外）ので、長手方向電界は、次の数式で表される。

[1054] この結果を用いると、領域４４および４６の電極の縁部のすぐ外側の外部電界は、数式（４）から、次のように表すことができる。

ここで、Ｌは、縁部の長さまたは円周であり、ｒは、縁部の半径である。

[1055] 図４に示すタイプの複合または「複数材料」電極４２についての上述の結果を、単一材料で構築された電極（導電率σ₂および全長ｌ_totを有する）についての結果と比較すると、電極縁部付近の外部電界Ｅ’_sは、（上記と同様の解析から）次のように表すことができる。

[1056] 数式（９）を数式（１０）で割ると、複合（または複数材料）電極（例えば電極４２）の縁部付近の電界強度と単一材料（または同質）電極の縁部付近の電界強度の比が、以下のように得られる。

[1057] したがって、複合電極の外部縁部電界は、σ₂ｌ₂＞＞σ₁ｌ_totとなるように電極（例えば電極４２、または本明細書に記載する電極のいずれか）を構成することにより、単一材料電極と比較して優位に低減することができる。これにより、

となり、また、数式（７）に関連して、数式（７）の直後に述べた不等式も満たすことになる。いくつかの実施形態では、電極４２（または本明細書に記載する電極のいずれか）は、

となるように構成することができる。他の実施形態では、電極４２（または本明細書に記載する電極のいずれか）は、

となるように構成することができる。

[1058] 図５は、一様かつ／または平滑な側方（または外側）表面を有する、全長ｌの複合電極５２の一実施形態を示す図である。電極５２は、参照符５８で示すように長さ３ｌ／４を有する中央部分５５を有する。中央部分５５は、導電率σ₂を有する材料で構築される。電極５２は、それぞれ参照符５７および５９で示すように長さｌ／８を有する、端部部分５４および５６を含む。端部部分５４および５６は、導電率σ₁を有する材料で構築される。これらの異なる電極領域５５および５４を構成する材料は、比

が少なくとも３になるような導電率の比を有することができる。いくつかの実施形態では、導電率の比は、少なくとも約３、少なくとも約４、または少なくとも約５である。いくつかの実施形態では、比

は、少なくとも約４、少なくとも約５、または少なくとも約６である。

[1059] 中央部分５５と端部部分５４および５６（ならびに本明細書で図示して説明する任意の他の電極部分）を構成する電極材料は、任意の適当な生体適合性材料とすることができる。例示のみを目的として、高導電率電極領域および低導電率電極領域の生体適合性材料の例としては、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、および任意のその他の適当な組合せが挙げられる。他の実施形態では、電極５２および本明細書に記載する任意のその他の電極は、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタン、銀の代わりに金を含むことができ、またそれらの任意のその他の適当な代替材料および／または組合せを含むことができる。

[1060] 本明細書に図示して説明する任意の電極の異なる材料同士は、任意の適当な様式で接合することができる。例えば、図６は、円筒形環状電極６１の形態の、一実施形態による複合電極を示す図である。電極６１は、第２の導電率を有する第２の材料を覆うようにメッキまたは堆積された第１の導電率を有する第１の材料で構築された中央部分６５を含む。図示のように、第２の材料は、中央部分６５に、断面積が拡大して端部部分６４および６６を形成する薄い層または基板６８を形成する。その他の構築方法を利用することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、電極は、総電極長に等しい長さを有する第２の材料の単一の薄いリングを用意して、その外側表面に、異なる材料の３つのリングを取り付けることによって、構築することもできる。３つのリングは、それぞれ、第２の材料を含むもの、第１の材料を含むもの、および第２の材料を含むもの、とすることができる。これらの「外側リング」は、融着、アニール、メッキ、溶接、クリンピングまたはラミネーションなど様々な方法を用いて、全ての界面において良好な電気的接触を保証するように基板（例えば基板６８）に結合することができる。換言すれば、電極６１および本明細書に記載する任意の電極の異なる電極部分同士の間の界面は、不連続性および／または絶縁層などがないようにすることができる。ここで述べる構築方法は、例示のみを目的としたものに過ぎず、当業者なら、本明細書に記載する電極を構築するその他の様々な方法を考案することができる。

[1061] いくつかの実施形態では、中央部分６５の第１の材料の層の厚さは、少なくとも、おおよそ中央部分の第２の材料の基板６８の厚さ以上にすることができる。いくつかの実施形態では、中央部分６５の長さは、端部部分６４および６６のいずれかの長さの少なくとも２倍とする。さらに、いくつかの実施形態では、第１の材料の導電率は、第２の材料の導電率の少なくとも４倍とする。これらの電極材料は、生体適合性であるように選択され、本明細書に記載するように、任意の適当な材料を含み得る。例示のみを目的として、高導電率電極領域および低導電率電極領域の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の任意の適当な組合せおよび代替材料が含まれる。

[1062] 図７は、一実施形態による複合（または複数部分）電極７２を示す図である。電極７２は、３つのセグメント７４、７５および７６を含み、中央部分７５は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される円筒形環状電極の形態の剛性電極部分を含む（分かりやすいように、この環状構造は図７には示していない）。中央部分７５は、２つの端部部分７４および７６と接し、２つの端部部分７４と７６の間に配置され、かつ／または２つの端部部分７４および７６によって取り囲まれている。端部部分７４および７６は、第２の導電率を有する第２の材料で構築された、屈曲することができる巻線、コイル、および／またはばねの形態をしている。いくつかの実施形態では、各可撓性電極部分７４および７６の端部７８および７９は、丸められている。図示のように、各可撓性電極部分の内側端部７９は、局所スポット溶接、レーザ溶接、またはその他の適当な方法によって、剛性電極部分７５に取り付けられる。いくつかの実施形態では、可撓性電極部分７４および７６の外側端部７８は、図７では覆い７７として概略的に示す高分子薄壁管内に配置することによって、カテーテルの外側部分にさらされないように被覆および／または保護することができる。いくつかの実施形態では、中央部分７５の軸方向長さは、端部部分７４および７６のいずれかの軸方向長さの少なくとも２倍であり、第１の材料の導電率は、第２の材料の導電率の少なくとも４倍である。いくつかの実施形態では、これらの電極材料は、本明細書に記載する材料のいずれかを用いて、生体適合性になるように選択される。例示のみを目的として、高導電率電極セグメントまたは部分および低導電率電極セグメントまたは部分の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の任意の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。

[1063] 図８は、全体が可撓性の電極の形態の、一実施形態による複合（または複数部分）電極８２を示す図である。電極８２は、３つのセグメント８４、８５および８６を含み、中央部分８５は、屈曲することができるコイルおよび／またはばねの形態をしている可撓性電極部分である。中央部分８５は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される（図８では太線で示してある）。中央部分８５は、２つの端部部分８４および８６と接し、２つの端部部分８４と８６の間に配置され、かつ／または２つの端部部分８４および８６によって取り囲まれている。２つの端部部分８４および８６は、第２の導電率を有する第２の材料で構築された、屈曲することができるコイルおよび／またはばねの形態をしている（図８では、第２の材料は細線で示してある）。いくつかの実施形態では、各可撓性電極部分８４および８６の端部８８は、丸められている。各可撓性電極の内側端部８９は、局所スポット溶接、レーザ溶接、またはその他の適当な方法によって、中央電極８５のそれぞれの外側端部に、滑らかに、かつ／または連続的に取り付けられる。いくつかの実施形態では、可撓性電極の外側端部８８は、さらに、図８では８７で概略的に示す高分子薄壁管内に配置することによって、カテーテルの外側部分にさらされないように被覆および／または保護することができる。いくつかの実施形態では、中央電極部分８５の軸方向長さは、端部部分８４および８６のいずれかの長さの少なくとも２倍であり、第１の材料の導電率は、第２の材料の導電率の少なくとも４倍である。いくつかの実施形態では、これらの電極材料は、本明細書に記載する材料のいずれかを用いて、生体適合性になるように選択される。例示のみを目的として、高導電率電極セグメントまたは部分および低導電率電極セグメントまたは部分の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の任意の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。

[1064] 電極２３０は、一定直径の外側表面を有するものとして図示し、上述したが、他の実施形態では、電極は、複数の材料を互いに接合して構築することによって、凹んだ部分を有する表面を生じることもできる。例えば、図９は、一実施形態による複合（または複数材料）環状電極９０の一部分を示す図である。電極９０は、第１の電気導体とは別個の、かつ／または分離した、第２の環状電気導体９１に対合する、かつ／または結合された、第１の環状電気導体９２を含む。換言すれば、第１の導体（または電極部分）９２は、第２の導体（または電極部分）９１とは異なる、かつ／または非同質である。第１の電極部分９２は、図９に示すように、値ｒの関連する曲率半径を有する丸みを帯びたプロフィルを有するように想定されている縁部９３を有する。縁部９３（この曲率半径を有する）は、第１の電極部分９２の円周９４の全体にわたって延び、全長Ｌ（円周長）を有する。したがって、端部表面および／または縁部９３は、第１の電極部分９２の端部境界を形成している。図９に示すように、縁部９３の直前の（または縁部９３に近接する）電極９０の環状領域９８内の電流密度（矢印ｊ₁で示す）は、矢印ｊ_sで示すように、湾曲縁部９３から流出する。いくつかの実施形態では、環状領域９８は、電極半径ｒ₀（外側円筒形表面の半径）と比較して薄い。例えば、環状領域９８の（径方向の）厚さを、厚さｔとして示し、環状領域９８の環状の断面積がおよそｔＬとなるようにする。総（環状）断面積Ａ_cの一部として、これは、ｔＡ_c／ｒ_iと表すことができる。ここで、ｒ_iは、電極の内径である。第１の近似として、この電極の縁部９３の直前の（または縁部９３の近傍の）環状領域９８内の総電流は、次のように、縁部９３から流出する総電流と等しいと見なすことができる。

ここで、ｆは、幾何学的因子（円の４分の１の縁部ではπ／４に等しい）であり、σ₁およびＥ₁は、電極の内側のすぐの部分の導電率および電界の大きさを表し、σ_sおよびＥ_sは、縁部のすぐ外側における導電率および電界の大きさを表す。数式（１２）を変形すると、外部電界の大きさについての次の式が得られる。

ここで、比ｔ／ｒは、通常は１程度となる。断面積Ａ_cがおおよそ一定に保たれ、縁部長Ｌが変化する場合には、数式（１３）は、大きな縁部長Ｌまたは縁部移行部分を複合電極に組み込むことによって、外部電界Ｅ_sを低減することができることを示している。

[1065] したがって、いくつかの実施形態では、電極９０および／または第１の電極部分９２（または本明細書に記載のその他の電極のいずれか）は、例えば、波状縁部や複数の縁部などを含むことができる。いくつかの実施形態では、図９に示すように相対的に凹んだ、または相対的に隆起したプロフィルを有する部分である電極部分９１および９２は、異なる導電率を有することができる。したがって、電極部分９１は、第１の導電率を有する第１の材料で構築され、電極部分９２は、第２の導電率を有する第２の材料で構築される。外部電界Ｅｓをさらに低減するために、いくつかの実施形態では、隆起したプロフィルを有する（かつ第２の導電率を有する）電極部分９２は、第１の導電率より小さい導電率を有することができる。換言すれば、いくつかの実施形態では、相対的に導電性が高い方の材料が凹んでいる。いくつかの実施形態では、第１の材料の導電率は、第２の材料の導電率の少なくとも３倍である。例示のみを目的として、高導電率電極材料または部分および低導電率電極材料または部分の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の任意の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。

[1066] 電極９０は、リング電極として（すなわち円筒形の外側表面を形成するものとして）示してあるが、他の実施形態では、複数材料かつ／または複合電極は、任意の適当な形状にすることができる。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｃは、一実施形態による複合電極１００を３通りの視点から概略的に示す図である。電極１００は、導電性の性質が異なる２種類の材料で構築された比較的薄い平板な電極の形態をしている。部分１０１は、部分１０３で取り囲まれている。さらに、部分１０３は、電極１００の縁部および／または境界を形成している。部分１０１の導電率は、部分１０３の導電率より高く、これら２つの材料は、本明細書で述べるように電気的に接触するように接合される。部分１０１は、電極の縁部より引っ込んでいる、かつ／または凹んでおり、この面の主面に沿って、部分１０３の材料の境界を形成している。部分１０３は、電極の局所的な表面湾曲が最大になる箇所で（すなわち縁部に沿って）主に露出している。部分１０１の材料は、表面の湾曲が最小となる箇所で（すなわちこの面で）主に露出している。図示のように、部分１０１と１０３とは、共通の境界線を共有している。より低い導電率を有する縁部部分１０３に対して、より導電率の高い領域１０１は、凹んだ部分の形態をしている。例示のみを目的として、高導電率電極部分および低導電率電極部分の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の任意の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。この一般的なタイプの複合電極構造は、電極に極めて近い空間領域においてピーク電界の低減をもたらすことができる。電極１００は、実質的に平板な電極として示しているが、他の実施形態では、可撓性にすることもでき、円筒形部材（例えばシャフト）に巻き付ける、かつ／または結合して、実質的に円筒形の電極を形成することもできる。

[1067] 図１１は、材料の異なる複数のセグメントを有する、一実施形態による複合電極１１０を示す図である。電極１１０は、第１の導電率を有する第１の材料で構築される中央部分１１３を含む。中央部分１１３は、第２の導電率を有する第２の材料で構築される端部部分１１２および１１４とその両側で接する、かつ／または端部部分１１２と１１４の間に配置される。この実施形態では、中央部分１１３は、端部部分１１２および１１４より若干隆起した（大きな直径を有する）プロフィル（または外側表面）を有する。このようにして、電極１１０は、例えば上述の電極９０と同様にすることができる。

[1068] 電極付近の電界分布を、導電性の食塩水媒質中でその電極と外部表面（図示せず）との間に印加される電位差を用いて計算する計算シミュレーションを、電極１１０について行った。図１１の網掛けは、その結果のグラフ表示であり、１１６および１１７で示される領域は、第１の材料から第２の材料への移行部分における電界強度を表している。本明細書で述べるように、電極１１０に電圧が印加されると、ピーク電界強度の領域は、一般に境界に発生する。したがって、図１１に示す複数材料電極についてのシミュレーション結果を単一材料電極で得られた結果と比較することにより、生成される電界の空間的変動の違いを解析することができる。

[1069] 具体的には、図１２は、電極１１０、および図１１の複合電極と同じ内径と図１１の端部部分１１２と同じ外径とを有する（すなわち同じ幾何学的構造を有する）環状断面を有する単一材料電極について、ピーク「縁部」電界強度とピーク「表面」電界強度を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。図示のように、電極１１０のピーク「縁部」電界強度（すなわち材料の移行部または縁部において発生する電界強度）は、８５００ボルト／ｃｍの範囲であった（参照符１２５で示すバー参照）。複合電極１１０の表面または側面（例えば中央部分１１３）における最大電界強度は、約５８００ボルト／ｃｍであった（参照符１２６で示すバー参照）。したがって、中央部分１１３におけるピーク電界と縁部におけるピーク電界との間の比は、１．４６程度である。これに対して、全体として同様の寸法を有する、第１の材料で構成された単一材料電極の縁部におけるピーク電界強度値は、１１４００ボルト／ｃｍであった（参照符１２２で示すバー参照）。この単一材料電極の表面または側面における最大電界強度は、７０００ボルト／ｃｍであった（参照符１２３で示すバー参照）。したがって、縁部におけるピーク電界強度と中央部１１３におけるピーク電界強度との間の比は、１．６３程度である。この比が大きいということは、電界強度の空間的変動性が大きいということを示し、これは、特定の状況では望ましくない可能性がある。図示のように、複合または複数材料電極の構造では、（単一材料電極と比較して）ピーク電界が（約１１４００ボルト／ｃｍから８５００ボルト／ｃｍに）約２５％低下した。同様に、第１の材料の表面または側面における最大電界強度は、単一材料電極では、およそ８５００ボルト／ｃｍであり、複合電極構造では、およそ５８００ボルト／ｃｍであった。

[1070] なお、本明細書に開示する実施形態およびその変形形態のいずれかにおける１つまたは複数の複合（または複数材料）電極は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、「Ｃａｔｈｅｔｅｒｓ、 Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ、 ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ Ｔｉｓｓｕｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」と題する国際特許公開第ＷＯ／２０１４／０２５３９４号に記載されるデバイスなど、任意の適当な医療デバイスに組み込むことができることに留意されたい。例えば、図１３は、カテーテルなどの可撓性医療デバイスの遠位部分１３２を示す図であり、遠位部分に沿って軸方向に間隔を空けて配置された複合電極１３３、１３４および１３５を示している。３つの電極を示しているが、本明細書に図示して説明する様々な実施形態の任意数の複合電極をこの医療デバイス上で利用することができることに留意されたい。実際に、多数の電極が、本明細書に開示する実施形態およびそれらの変形形態の様々な組合せを含み、例えば、制限無しに、それらの電極の一部を剛性複合電極とし、他の一部を可撓性複合電極とするようにすることもできる。さらに、本明細書に開示するように、様々な材料を、複合電極構造で利用することができる。電気リード（図示せず）が、内部で電極１３３、１３４および１３５に接続している。これらのリードは、高絶縁耐力材料（適当な厚さのテフロンなど）で適当に絶縁されて、絶縁破壊せずに高電圧パルスに耐えることができる。

[1071] 図１４Ａ〜図１４Ｃは、多数の別個の部分として分散配置された導電性の性質が異なる２種類の材料で構築された比較的薄い平板電極の形態をした、複合電極の実施形態を３通りの視点から概略的に示す図である。部分１４２は、一連の部分１４１の「アイランド」を取り囲み、部分１４２の一部は、電極の縁部および／または境界を形成している。２つの部分１４１および１４２は、それぞれ、導電率の異なる別個の材料で構成される。（薄い網掛けの）部分１４１の導電率は、（濃い網掛けの）部分１４２の導電率より高く、これら２種類の材料は、電気的に接触するように接合される。部分１４１は、電極の縁部より引っ込んでいる、かつ／または凹んでおり、この面の主面に沿って、部分１４２の材料との多数の境界を形成している。部分１４２は、電極の局所的な表面湾曲が最大になる箇所（縁部）で主に露出している。部分１４１の材料は、表面の湾曲が最小となる箇所（この面）で主に露出している。図示のように、部分１４１と１４２とは、多数の共通の境界線を共有している。より低い導電率を有する縁部部分１４２に対して、より導電率の高い領域１４１は、凹んだ部分の形態をしている。例示のみを目的として、高導電率電極部分および低導電率電極部分の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、およびその他の任意の適当な組合せまたは代替材料が含まれる。低導電率および高導電率を有する少なくとも２種類の別個の材料の間に大きな境界長を有するこの一般的なタイプの複合電極構造は、電極に極めて近い空間領域においてピーク電界の低減をもたらすことができる。

[1072] 図１５Ａおよび図１５Ｂは、それぞれ、導電率の異なる多数の領域または部分を含む電極リング（または「リング電極」）の形態をした複合電極構造を示す正面図および側面図である。部分１５１は、１組の「アイランド」領域１５３をその中に包含する電極の縁部および／または境界を形成している。第１の導電率を有する第１の材料の部分１５１（薄い網掛け）は、図示のようにリングの形態で電極の縁部に配置され、第２の導電率を有する第２の材料のリング状部分１５３（濃い網掛け）と交互になっている。部分１５３は、部分１５１より若干凹んでいる（すなわち、これらのリングは、若干小さい直径を有する）。部分１５３を構成する第２の材料は、部分１５１を構成する第１の材料より高い導電率を有するように選択される。実質的に、この構造では、部分１５１と１５３の間の正味の境界長または総境界長が大きくなることは明らかである。前述のように、これにより、電極付近の電界強度を低減させ、閃光アークの可能性を最小限に抑えることができる。例示のみを目的として、高導電率電極部分および低導電率電極部分の生体適合性材料の選択肢の例としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、およびその他の任意の適当な組合せまたは代替材料が含まれる。当業者なら精通しているように、様々な構築方法を利用することができる。例えば、総電極長に等しい長さを有する第２の材料の単一の薄いリングを用意し、そのリングを覆うように、融着、アニール、メッキ、溶接、クリンピングまたはラミネーションなど様々な方法を使用して、全ての界面で良好な電気的接触を保証するように第２の材料、第１の材料、第２の材料といった交互パターンを構成する複数のリングを取り付けることもできる。ここで述べる構築方法は、単に例示のみを目的としたものである。他の実施形態では、本明細書に記載する電極を構築する任意の適当な方法を利用することができる。

[1073] なお、例えば、高導電率の複数の領域が、複合電極のより湾曲の小さい部分に若干凹んで配置され、より湾曲の大きな部分に比較的隆起して配置された低導電率の複数の領域の間に点在するようなパターン形成表面の形態など、様々な代替の実施形態を構築することができることに留意されたい。このようなパターンは、縞、点、曲線形状、フラクタルパターンなどを、構築に好都合なように、また所与の適用分野で最適なように、制限なく含むことができる。

[1074] 図１６は、先端電極の形態をした複合電極１６１を示す図である。図示のように、電極１６１は、カテーテルまたはシャフトの遠位先端に位置する。詳細には、カテーテルシャフト１６２の遠位先端は、キャップ部分１６３およびリング部分１６４を含む先端電極１６１を含む。部分１６３と１６４とは、本明細書に記載するように、滑らかに、かつ連続的に接合される。リング部分１６４は、第１の導電率σ₁を有する第１の材料で構築され、キャップ部分１６３は、第２の導電率σ₂を有する第２の材料で構築される。図示のように、キャップ部分１６３は、その直径がデバイスの長手方向に沿って変化する断面プロフィルを有する。このようにして、キャップ部分１６３は、丸い、かつ／または球形の端部部分を形成する。リング部分１６４は、実質的に円筒形の部分である。いくつかの実施形態では、リング部分１６４の半径は、その幅１６５の少なくとも２倍である。

[1075] いくつかの実施形態では、第２の材料の導電率は、第１の材料の導電率の少なくとも４倍である。他の実施形態では、これらの電極材料は、生体適合性であるように選択され、本明細書に記載するように、任意の適当な材料を含み得る。例えば、高導電率電極部分および低導電率電極部分の生体適合性材料の選択肢としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。

[1076] 第１の材料と第２の材料の滑らかな接合は、融着、アニール、メッキ、溶接、クリンピングまたはラミネーションなど様々な方法を使用して、全ての界面で良好な電気的接触を保証するように実施することができる。ここで述べる構築方法は、例示のみを目的としたものであり、当業者なら、本明細書に記載する電極を作成するその他の様々な適当な方法を考案することができる。ここで述べる複合先端電極は、例えば、心室性頻拍（ＶＴ）の治療のためのアブレーション治療の施与など、様々な臨床応用の処置で使用することができるフォーカルアブレーションカテーテルの一部とすることができる。このような実施形態では、先端電極（例えば電極１６１）は、単極式で使用され、電流の戻り経路のための接地電極は、患者の身体の外側に配置された表面パッチ電極とすることができ、あるいは１つまたは複数の別の医療デバイスの１つまたは複数の電極とすることもできる。

[1077] 図１７は、先端電極の形態の、一実施形態による複合電極１７１を示す図である。図示のように、電極１７１は、カテーテル１７２の遠位先端に取り付けられ、キャップ部分１７３およびリング部分１７４を含む。部分１７３と１７４とは、滑らかに、かつ連続的に接合される。部分１７４は、第２の導電率を有する第２の材料を覆うようにメッキまたは堆積された、第１の導電率を有する第１の材料で構成され、キャップ部分１７３も第２の材料で構成されており、第２の材料は、キャップ部分１７３より近位側に延びる薄い円筒形層またはリング状基板部分１７５も形成している。リング部分１７４は、メッキなどの方法（例えばスパッタリング堆積プロセスなど）で、基板部分１７５の上に堆積される。その他の構築方法も、当業者なら精通しているように利用することができる。図示のように、キャップ部分は、その直径がデバイスの長手方向に沿って変化する断面プロフィルを有する。好ましい実施形態では、第１の材料１７４の層の厚さは、少なくとも、第２の材料の基板１７５の厚さ以上とすることができる。好ましい実施形態では、リング部分１７４の外半径は、その幅の少なくとも２倍であり、第２の材料の導電率は、第１の材料の導電率の少なくとも４倍である。好ましい実施形態では、これらの電極材料は、生体適合性であるように選択され、当業者なら、様々な材料の選択を行うことができる。例を提供することのみを目的として、高導電率電極部分および低導電率電極部分の生体適合性材料の選択肢としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。

[1078] 図１８は、先端電極の形態をした、一実施形態による複合電極１８１を示す図である。この実施形態では、電極１８１は、高電圧ＤＣパルスまたは電気的エネルギーを用いた組織アブレーションによる心不整脈の治療のための、場合によっては手持ち型デバイスであることもある外科手術器具の遠位先端に位置する。図示のように、外科手術器具の遠位部分１８２は、キャップ部分１８３およびリング部分１８４を含む丸形先端電極１８１を含む。外科手術器具の遠位部分１８２は、図示するような先細りを有してもよい。部分１８３と１８４とは、本明細書に記載するように、滑らかに、かつ連続的に接合される。リング部分１８４は、第１の導電率σ₁を有する第１の材料で構成され、部分１８３は、第２の導電率σ₂を有する第２の材料で構成される。図示のように、キャップ部分は、その直径がデバイスの長手方向に沿って変化する断面プロフィルを有する。好ましい実施形態では、リング部分１８４の半径は、その幅１８５の少なくとも２倍であり、第２の材料の導電率は、第１の材料の導電率の少なくとも４倍である。好ましい実施形態では、これらの電極材料は、生体適合性であるように選択され、当業者なら、様々な材料の選択を行うことができる。例を提供することのみを目的として、高導電率電極部分および低導電率電極部分の生体適合性材料の選択肢としては、それぞれ、銀とパラジウム

、銀とステンレス鋼

、銀と白金

、白金とチタン

、白金とステンレス鋼

、およびそれらの任意の適当な組合せが挙げられる。その他の例としては、白金の代わりに白金／イリジウム合金またはチタンという選択肢、銀の代わりに金という選択肢、ならびにその他の適当な代替材料および／または組合せが含まれる。第１の材料と第２の材料の滑らかな接合は、融着、アニール、メッキ、溶接、クリンピングまたはラミネーションなど様々な方法を使用して、全ての界面で良好な電気的接触を保証するように実施することができる。ここで述べる構築方法は、例示のみを目的としたものである。他の実施形態では、電極を構築する任意の適当な方法を利用することができる。ここで述べる複合先端電極は、例えば、心室性頻拍（ＶＴ）の治療のためのアブレーション治療の施与など、様々な臨床応用の処置で使用することができるフォーカルアブレーションデリバリを行う外科手術器具の一部を構成することができ、その場合には、先端電極は、単極式で使用され、電流の戻り経路のための接地電極は、患者の身体の外側に配置された表面パッチ電極とすることができ、あるいは１つまたは複数の別の医療デバイスの１つまたは複数の電極とすることもできる。

[1079] 図１９は、一実施形態による、医療デバイスを使用する方法２００を示す流れ図である。図示のように、この方法２００は、２０１で、電極の外側表面が目標組織に接して配置されるように、カテーテルを人体に挿入することを含む。電極は、第１の電極部分および第２の電極部分を含む。第１の電極部分と第２の電極部分とが協働して、外側表面を形成している。第２の電極部分は、外側表面の縁部部分を含む。この電極は、本明細書に図示して説明する任意の電極とすることができる。

[1080] ２０２で、電気リードを介して第１の電極部分および第２の電極部分に電圧を印加して、外側表面から電界を発生させる。第１の電極部分および第２の電極部分は、外側表面の中央部分におけるピーク電界強度の外側表面の縁部部分におけるピーク電界強度に対する比が約１．８未満になるように構成される。他の実施形態では、外側表面の中央部分におけるピーク電界強度の外側表面の縁部部分におけるピーク電界強度に対する比は、約１．７未満である。他の実施形態では、外側表面の中央部分におけるピーク電界強度の外側表面の縁部部分におけるピーク電界強度に対する比は、約１．５未満である。

[1081] いくつかの実施形態では、参照によりその全体を本明細書に組み込む、「Ｃａｔｈｅｔｅｒｓ、 Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ、 ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ Ｔｉｓｓｕｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／０２５３９４号に記載されるものなど任意の適当な手順と共に本明細書に記載する任意の電極を使用して、電気インパルス治療を施与して、不可逆電気穿孔を発生させることができる。このような方法およびシステムでは、電気穿孔のためのＤＣ電圧は、カテーテルに結合された１つまたは複数の電極に印加することができる。いくつかの実施形態では、カテーテルの電極セットの全てが同時に活動化されるが、他の実施形態では、これらの電極セットを、順番に活動化して、電圧パルスを印加することができる。ＤＣ電圧は、不可逆電気穿孔を引き起こすのに十分に短いパルスで電極に印加することができる。電極に印加されるＤＣ電圧は、切除対象の組織中で適当なしきい値電界が効果的に得られるように、０．５ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とすることができ、より好ましくは、１ｋＶ〜４ｋＶの範囲とすることができる。ＤＣ電圧パルスは、１つまたは複数の対応する活動化された電極セットのアノード電極とカソードで極の間を流れる電流を生じさせ、この電流は、介在する組織を通ってアノードから流れ、カソード電極に戻る。

[1082] 各不可逆電気穿孔用方形電圧パルスの持続時間は、約１ナノ秒〜約１０ミリ秒の範囲内とすることができる。他の実施形態では、この範囲は、１０マイクロ秒〜約１ミリ秒の間、および／または約５０マイクロ秒〜約３００マイクロ秒の範囲とすることができる。パルス列中の連続したパルス間の時間間隔は、約１０マイクロ秒〜約１ミリ秒の範囲、約５０マイクロ秒〜約３００マイクロ秒の範囲、またはその他の任意の適当な範囲とすることができる。１つのパルス列で印加されるパルスの数（個々のパルス間の遅延は上述の範囲内に収まる）は、約１〜約１００の範囲とすることができ、いくつかの実施形態では、１〜１０の範囲内とすることもできる。いくつかの実施形態では、パルス列は、一実施形態では、好ましくは手持ち型のジョイスティック式デバイスに取り付けられた、ユーザによって制御されるスイッチまたはボタンによって駆動することができるが、代替の実施形態では、このデバイスは、コンピュータのマウスまたはその他のインタフェース、あるいはフットペダルとすることもできる。実際に、当業者なら、本明細書に記載する実施形態の範囲を逸脱することなく、適用分野で好都合なように、様々なこのようなトリガ方式を実施することができる。１つの動作様式では、このような制御ボタンが押されるたびにパルス列を生成することができ、他の動作様式では、ユーザによって制御されるスイッチまたはボタンをユーザが使用している限り繰り返しパルス列を生成することもできる。

[1083] 本明細書に記載する実施形態およびデバイスは、１種類または複数種類の生体適合性材料で形成または構築することができる。適当な生体適合性材料の例としては、金属、ガラス、セラミック、または高分子が挙げられる。適当な金属の例としては、ステンレス鋼、金、チタン、白金、銀、パラジウム、銅、ニッケル、および／またはそれらの合金が含まれる。高分子材料は、生分解性であっても、非生分解性であってもよい。適当な生分解性高分子の例としては、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリラクチドコグリコリド（PLGA）、ポリ酸無水物、ポリオルトエステル、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン、ポリエステルアミド、ポリ酪酸、ポリ吉草酸、ポリウレタン、ならびに／またはそれらの混合物および共重合体が含まれる。非生分解性高分子の例としては、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレート、エチレンビニルアセテートの高分子、およびその他のアシル置換セルロースアセテート、非生分解性ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリビニルイミダゾール、クロロスルホン酸ポリオレフィン、ポリエチレンオキシド、ならびに／またはそれらの混合物および共重合体が含まれる。

[1084] 本明細書に記載する第１の電極部分または第２の電極部分はいずれも、任意の適当な範囲の導電率を有する任意の適当な材料で構築することができる。例えば、本明細書に記載する電極部分はいずれも、銀、パラジウム、ステンレス鋼、チタン、白金、ニッケル、およびそれらの任意の合金で構築することができる。

[1085] 本明細書に記載する電極は、任意の適当な手順を用いて構築することができる。いくつかの実施形態では、選択した導電率を有する電極材料を、別の基板材料の上に、適当な厚さの層として、メッキ、コーティングおよび／またはその他の方法で塗布することができる。他の実施形態では、アニール、はんだ付け、溶接、クリンピングおよびまたはラミネーションを用いて複数の電極同士を結合して、全ての界面で良好な電気的接触を保証することができる。

[1086] 本明細書に記載する任意の実施形態は、任意の適当なデバイス、カテーテルおよび／またはシステムと共に使用することができる。これらは、参照によりその全体を本明細書に組み込む、「Ｃａｔｈｅｔｅｒｓ、 Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ、 ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ Ｔｉｓｓｕｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／０２５３９４号に記載されるもののいずれかを含み得る。したがって、本発明の電極設計は、それらの電極が利用される装置に応じて、様々な手順および／または用途に適合させることができる。

[1087] 様々な実施形態を、特定の特徴および／または構成要素の組合せを有するものとして説明したが、上述の任意の実施形態の任意の特徴および／または構成要素の組合せを有するその他の実施形態も可能である。上述の方法および／または概略図では、特定の事象および／または流れのパターンが特定の順序で発生するように示しているが、特定の事象および／または流れのパターンの順序は、修正することもできる。さらに、特定の事象は、可能であれば並列プロセスで同時に実行してもよいし、順番に実行してもよい。これらの実施形態について具体的に図示および説明したが、形態および細部に様々な変更を加えることができることは理解されるであろう。

[1088] 例えば、上述の電極は、不可逆電気穿孔を発生させるために使用されるものとして図示および説明しているが、他の実施形態では、本明細書に記載する電極およびデバイスは、任意の適当な手順で使用することができる。

[1089] 本明細書では、電極は、特定の形状（例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示すリング電極、または図１０Ａ〜図１０Ｃに示す実質的に平板な電極）を有するものとして説明したが、他の実施形態では、本明細書に図示して説明した任意の電極は、任意の適当な形状および／またはサイズを有することができる。

[1090] 様々な実施形態を、特定の特徴および／または構成要素の組合せを有するものとして説明したが、上述の任意の実施形態の任意の特徴および／または構成要素の組合せを有するその他の実施形態も可能である。

[1091] 例えば、電極２３０（図３Ｂ）に関連して図示および説明した電気リードおよび接続は、本明細書で図示および説明した電極のいずれでも使用することができる。別の例として、電極５２（図５）に関連して図示および説明した幾何学的性質は、本明細書で図示および説明した電極のいずれでも使用することができる。さらに別の例として、電極２３０（図３Ｂ）に関連して図示および説明した電極部分同士の間の先細接合部は、本明細書で図示および説明した電極のいずれでも使用することができる。

Claims (13)

1. 使用中に目標組織に接して配置されるように構成された電極を含む装置であって、前記電極が、
   第１の電極部分と、
   第２の電極部分とを含み、前記第１の電極部分と前記第２の電極部分とが協働して外側表面を形成し、前記第２の電極部分が、前記外側表面の縁部部分を含み、
   前記第１の電極部分および前記第２の電極部分が、前記第１の電極部分および前記第２の電極部分に電圧が印加されときに、前記第１の電極部分および前記第２の電極部分が前記外側表面の前記縁部部分にピーク電界強度を有する電界を生成し、かつ、前記外側表面の前記縁部部分において生成された前記電界の大きさの前記外側表面の中央部分において生成された前記電界の大きさに対する比が約１．８未満になるように構成される、装置。
2. 前記第１の電極部分が、第１の導電率を有する第１の材料で構築され、前記第２の電極部分が、第２の材料で構築され、前記第２の材料が、前記第１の導電率未満の第２の導電率を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の導電率の前記第２の導電率に対する比が、少なくとも３である、請求項２に記載の装置。
4. 前記電極が、リング電極であり、
   前記外側表面が、一定の外径を有する円筒形表面である、請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の電極部分が、前記外側表面の縁部を含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記第２の電極部分が、前記第１の電極部分を取り囲み、前記外側表面の境界を形成している、請求項１に記載の装置。
7. 前記電極が、カテーテルシャフトに結合されるように構成されたリング電極であり、
   前記外側表面が、前記リング電極の円筒形表面であり、
   前記第２の電極部分が、前記リング電極の端部表面の少なくとも一部分を形成し、前記端部表面が、前記カテーテルシャフトに結合されるように構成される、請求項１に記載の装置。
8. 前記電極が、リング電極であり、
   前記外側表面が、円筒形表面がその周りに画定される中心線に沿った全長を有する前記リング電極の円筒形表面であり、
   前記第１の電極部分が、前記全長の少なくとも０．７５倍の長さを有する前記外側表面の一部分を形成する、請求項１に記載の装置。
9. 前記電極が、リング電極であり、
   前記外側表面が、前記リング電極の円筒形表面であり、
   前記第２の電極部分が、前記リング電極の第１の端部表面の少なくとも一部分を形成し、
   前記電極が、前記円筒形表面の一部分および前記リング電極の第２の端部表面の少なくとも一部分を形成する第３の電極部分を含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記第１の材料が、白金または銀のうちのいずれか一方であり、前記第２の材料が、ステンレス鋼である、請求項１に記載の装置。
11. 前記外側表面の第１の部分が、前記電極の前記第１の部分によって形成され、
    前記外側表面の第２の部分が、前記電極の前記第２の部分によって形成され、前記外側表面の前記第１の部分が、前記外側表面の前記第２の部分より凹んでいる、請求項１に記載の装置。
12. 前記第１の電極部分または前記第２の電極部分の少なくとも一方が、可撓性コイルを含む、請求項１に記載の装置。
13. 前記外側表面の前記縁部部分において生成された前記電界の大きさの前記外側表面の前記中央部分において生成された前記電界の大きさに対する比が約１．５未満である、請求項１に記載の装置。