CN105708449A - 远场不敏感心内导管电极 - Google Patents

Abstract

使用导管来实施心导管插入，所述导管具有设置于所述导管的远侧部分上的电极组件。所述电极组件包括感测电极和至少一个接地保护电极，所述感测电极连接到远程接收器，所述至少一个接地保护电极与所述感测电极间隔开间隙。所述感测电极由所述至少一个接地保护电极支架在至少两侧上。在所述接收器中从所述感测电极接收信号。

Description

远场不敏感心内导管电极

相关申请的交叉引用

本申请主张2014年12月18日提交的美国临时申请第62/093,773号的权利，所述申请以引用方式并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及心脏生理学。更具体讲，本发明涉及对心脏中的电传播的评价。

2.背景技术

诸如心房纤颤等心律失常为发病和死亡的重要原因。共同转让的美国专利第5,546,951号和美国专利第6,690,963号(这两个专利均授予BenHaim)以及PCT申请WO96/05768公开了用于感测随心脏内的精确位置而变化的心脏组织的电性能(例如，局部激活时间)的方法，所述专利均以引用方式并入本文。使用一个或多个导管来获取数据，所述一个或多个导管在其推进到心脏中的远侧末端中具有电传感器和位置传感器。基于这些数据形成心脏的电活动的标测图的方法在共同转让的美国专利第6,226,542号和美国专利第6,301,496号(这两个专利均授予Reisfeld)中有所公开，所述专利以引用方式并入本文。如这些专利中所指示，通常最初在心脏的内表面上的约10个至约20个点上测量位置和电活动。这些数据点然后通常是足够的以产生心脏表面的初步重构或标测图。初步标测图常常与在其它点处获取的数据进行组合，以便产生心脏的电活动的更全面的标测图。实际上，在临床环境下，积累100个或更多个位点处的数据以产生心室电活动的详细、全面标测图并不少见。所产生的详细标测图然后可用作决定治疗行动过程(例如，组织消融)的基础，以改变心脏的电活动的传播并恢复正常心律。

包含位置传感器的导管可用于确定心脏表面上的点的轨线。这些轨线可用于推断例如组织的收缩性等运动特性。如在授予BenHaim并全文以引用方式并入本文的美国专利第5,738,096号中所公开的，标测图示出当在心脏中足够数量的点处采样轨线信息时，可以构造出此类运动特性。

心脏中某个点处的电活动通常通过推进多电极导管来测量，以在心室中的多个点处同时测量电活动。从时变电势导出的记录被称为电描记图，所述时变电势由一个或多个电极测量。电描记图可通过单极性引线或双极性引线测量，并且可用于(例如)确定在某点处的电传播的开始，其被称为局部激活时间。

心室中的传感器可检测远场电活动，即，远离传感器发起的周围电活动，所述远场电活动可扭曲或模糊局部电活动(即，在传感器位置处或附近发起的信号)。以引用方式并入本文的Govari等人的共同转让的美国专利申请公布第2014/0005664号公开了将因与电极接触的组织而引起的心内电极信号中的局部分量与对信号的远场影响区分开，并且解释了可响应于区分开的局部分量而控制应用于组织的治疗过程。

Thakur等人的美国专利申请公布第2014/0187991号提出了一种用于通过使用设置于心室中或附近的多个电极来感测内在生理活动的激活信号从而标测心室的方法。所述方法包括隔离所述激活信号中的R波事件，基于所述R波事件产生代表远场激活信号分量的远场激活模板，并且对来自所述激活信号的所述远场激活模板进行滤波，以识别所述激活信号中的近场激活信号分量。

从心内导管接收电描记图信号因不期望的远场信号分量与近场电信号混合而复杂化。在此环境下，近场信号指示局部激活，即，信号通过局部区域的传播由电极感测到。局部激活的检测被广泛用作心脏的局部状态的电生理指示器。远场电信号不包含关于局部心脏激活的有用信息而且只是干扰测量。

发明内容

远场信号的负面影响随着测量心内电极与心内膜之间的距离而增加。尽管使用双极电极构型会减轻影响，但在许多种电生理研究中，测量单极局部激活电势仍很重要。

根据本发明的公开实施例，在心脏导管的测量电极周围放置保护电极。

根据本发明的实施例提供了一种设备，所述设备包括导管，电极组件设置于所述导管的远侧部分上。所述电极组件包括感测电极和至少一个接地保护电极，所述感测电极连接到远程接收器，所述至少一个接地保护电极与所述感测电极间隔开间隙。所述感测电极由所述至少一个接地保护电极支架在至少两侧上。

根据所述设备的另一个方面，所述感测电极具有宽度尺寸，且所述间隙为所述宽度尺寸的一半。

根据所述设备的另一个方面，所述感测电极和所述至少一个接地保护电极为环绕所述导管的所述远侧部分的圆周的环形电极。

根据所述设备的另一个方面，所述感测电极和所述至少一个接地保护电极升高超出所述导管的外表面。

根据所述设备的一个方面，所述感测电极和所述至少一个接地保护电极具有相应宽度尺寸，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极超出所述导管的外表面的升高小于所述相应宽度尺寸。

根据所述设备的一个方面，所述感测电极和所述至少一个接地保护电极与所述导管的所述外表面齐平。

根据所述设备的另一个方面，所述至少一个接地保护电极为围绕所述感测电极的单个电极。

根据本发明的实施例还提供了一种方法，所述方法通过将导管插入活体受检者的心脏来实施，所述导管具有设置于所述导管的远侧部分上的电极组件。所述电极组件包括感测电极和至少一个接地保护电极，所述感测电极连接到远程接收器，所述至少一个接地保护电极与所述感测电极间隔开间隙。所述感测电极由所述至少一个接地保护电极支架在至少两侧上。所述方法还通过在所述接收器中从所述感测电极接收信号来实施。

附图说明

为了更好地理解本发明，以举例的方式提供本发明的详细说明，应结-合以下附图来阅读详细说明，附图中相同的元件用相同的附图标号来表示，并且其中：

图1为根据本发明的实施例的用于检测活体受检者的心脏中的电活动的系统的立体说明图；

图2为根据本发明的实施例的心脏导管的轴上的电极组件的示意图；

图3为根据本发明的实施例的穿过心脏导管的远侧部分的纵向轴线的示意性截面图；

图4为根据本发明的实施例的心脏导管的远侧部分的电极构造的示意性侧视图；

图5为根据本发明的替代实施例的心脏导管的远侧部分上的电极构造的示意性平面图；和

图6至图17为示出随着保护电极的高度从0.2mm变为10mm而对心内电描记图的远场分量产生的影响的仿真实例。

具体实施方式

为了全面理解本发明的各种原理，在以下说明中阐述了许多具体细节。然而，对于所属领域的技术人员来讲将显而易见的是，并非所有这些细节都是实施本发明所必需的。在这种情况下，未详细示出熟知的电路、控制逻辑、以及用于常规算法和过程的计算机程序指令的细节，以免不必要地使一般概念变得模糊不清。

系统综述

现在转到附图，首先参见图1，该图为用于在活体受检者心脏12上评估电活动并且执行消融手术的系统10的立体说明图，系统10是根据本发明的公开实施例构造和操作的。该系统包括导管14，由操作者16将导管14经由皮肤穿过患者的血管系统插入心脏12的心室或血管结构中。操作者16，通常为医师，使导管的远侧末端18例如在消融目标部位处与心壁接触。电激活标测图可根据在美国专利第6,226,542号和第6,301,496号中和在共同转让的美国专利第6,892,091号中有所公开的方法来制备，所述专利的公开内容以引用方式并入本文。一种包括系统10的元件的商品可以商品名3系统购自BiosenseWebster，Inc.，3333DiamondCanyonRoad，DiamondBar，CA91765。该系统可由所属领域的技术人员进行修改以体现本文所述的本发明的原理。

例如通过评价电激活标测图而被确定为不正常的区域可通过施加热能(例如，通过使射频电流穿过导管中的导线到达远侧末端18处的一个或多个电极，所述一个或多个电极将射频能量施加到心肌)来消融。能量在组织中被吸收，从而将组织加热到组织永久性地失去其电兴奋性的点(通常为约50℃)。此手术成功后，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。本发明的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14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进行操纵、定位和取向。为了协助操作者16，导管14的远侧部分包含向位于控制台24中的处理器22提供信号的位置传感器(未示出)。处理器22可履行如下所述的若干处理功能。

可经由通至控制台24的电缆34通过位于远侧末端18处或附近的一个或多个消融电极32将消融能量和电信号传送至心脏12并从心脏12传送消融能量和电信号。可通过电缆34和电极32将起搏信号和其它控制信号从控制台24传送至心脏12。同样连接至控制台24的感测电极33设置于消融电极32之间，并且具有至电缆34的连接部。

导线连接部35将控制台24与体表电极30和用于测量导管14的位置和取向坐标的定位子系统的其它部件链接在一起。处理器22或另一个处理器(未示出)可以是定位子系统的元件。电极32和体表电极30可如授予Govari等人的美国专利第7,536,218号中所教导用于测量消融位点处的组织阻抗，所述专利以引用方式并入本文。温度传感器(未示出)，通常为热电偶或热敏电阻器，可安装在电极32中的每个上或附近。

控制台24通常包含一个或多个消融功率产生器25。导管14可适于利用任何已知的消融技术将消融能量传导到心脏，例如，射频能量、超声能量和激光产生的光能。共同转让的美国专利第6,814,733号、第6,997,924号和第7,156,816号中公开了此类方法，这些专利以引用方式并入本文。

在一个实施例中，所述定位子系统包括磁定位跟踪构造，所述磁定位跟踪构造通过下述方式来确定导管14的位置和取向：使用场产生线圈28在预定工作体积中产生磁场并在所述导管处感测这些场。在以引用方式并入本文的美国专利第7,756,576号以及上述美国专利第7,536,218号中描述定位子系统。

如上所述，导管14联接到控制台24，这使得操作者16能够观察并调控导管14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。处理器被联接以驱动监视器29。所述信号处理电路通常接收、放大、滤波并数字化来自导管14的信号，包括由例如电传感器、温度传感器和接触力传感器等传感器、以及远侧位于导管14中的多个位置感测电极(未示出)产生的信号。控制台24和定位系统接收并使用数字化信号，以计算导管14的位置和取向并分析来自电极的电信号。

为了产生电解剖标测图，处理器22通常包括电解剖标测图产生器、图像对准程序、图像或数据分析程序和被配置成在监视器29上呈现图形信息的图形用户界面。

通常，系统10包括其它元件，但为了简洁起见未在图中示出这些元件。例如，系统10可包括心电图(ECG)监视器，其被联接以接收来自一个或多个体表电极的信号，从而为控制台24提供ECG同步信号。如上所述，系统10通常还包括基准定位传感器，其位于附接到受检者身体外部的外部施加基准贴片上，或者位于插入到心脏12内并相对于心脏12保持在固定位置的内置导管上。提供了用于使液体循环穿过导管14以冷却消融部位的常规泵和管路。系统10可接收来自外部成像模态(例如MRI单元等)的图像数据并且包括图像处理器，该图像处理器可结合在处理器22中或由处理器22调用以用于产成并显示图像。

现在参见图2，图2为根据本发明的实施例的心脏导管39的轴上的电极组件37的示意图。电极组件37包括由保护电极43支架在至少两侧上的单极性感测电极41。对远场干扰的保护作用由在保护电极43之间延伸并成拱形横跨感测电极41的弓形区45表示。近场电势由感测电极41在位于感测电极41正上方且在区45内的区47中检测到。保护电极43接地。感测电极41连接到读取由感测电极41测量的电势的接收电路系统。

现在参见图3，图3为根据本发明的实施例的穿过心脏导管49的远侧部分的纵向轴线的示意性截面图。图3例示感测电极51和保护电极53的外形。实际上，感测电极51和保护电极53不需要升高超过所述导管的表面，而是可与所述表面齐平。在其中所述电极升高超出所述表面的实施例中，所述升高应相对小于所述电极的宽度。感测电极51和保护电极53的高度通常小于0.3mm。这些电极的高度和厚度并不重要。

现在参见图4，图4为根据本发明的实施例的心脏导管57的远侧部分上的电极构造的示意性侧视图。用于电生理标测心脏传导的单极性环形电极59位于两个接地保护电极61之间，所述接地保护电极同样为环形电极。如上文在对图2的说明中所解释，当将导管插入心脏中并实施标测时，保护电极61减弱环形电极59处的远场信号，即，在与环形电极59相隔2mm或更远的距离处发起的信号。保护电极61不影响近场信号，即，在与环形电极59相隔小于2mm的距离处发起的信号。环形电极59与保护电极61之间的最佳间距随着环形电极59与目标组织之间的所期望距离范围而变化。所述间隔被设定成使得从比所期望距离范围更远的源发起的信号被视为远场信号且因保护电极61而减弱。一般来讲，调整所述间隙和电极尺寸使得所述间隔为环形电极59的半宽度为合适的。

替代实施例。

现在参见图5，图5为根据本发明的实施例的心脏导管65的远侧部分上的电极构造63的示意性平面图。板电极67连接到接收电路系统。电极67用于获得电描记图，例如用于标测目的。电极67由连接到大地的保护电极69环绕，如图2所示。电极67与保护电极69间隔开其宽度通常为1至2mm的间隙71。心脏导管65可包括电极构造63的任意数目个示例。

实例。

图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16和图17为示出随着保护电极的高度从0.2mm变为10mm而对心内电描记图的远场分量产生的影响的仿真实例。在这些仿真中，板73为电场的源。将感测电极77与保护电极79分隔开的间隙75的示例发生在0.5mm和1mm处。电场强由附图右边的标尺上的键指示。图案的变化例示保护电极79的屏蔽效应。板73的场强具有1的最大强度。接地的保护电极79经历最小场强。

在图式中，特别是其中板73靠近感测电极77的图6中，板73充当近场源，且感测电极77经历相对高的场强。感测电极77暴露至的场强在图7至图12的实例中随着板73与感测电极77之间的距离81减小而渐进地变小。感测电极77与保护电极79之间的间隙75最佳为电极半宽度，即，感测电极77的宽度的一半。更大的间隙往往会降低屏蔽效应，而更小的间隙则减弱感测电极77的信号。

图式右边的值标尺表示电场的相对强度。图式例示保护电极的屏蔽效应。场的源为图式的上部中的板73。其电势为最高的且在相对值标尺中等于1。当上部板73靠近感测电极77时，上部板73充当近场源且感测电极77经历高场值，即，感测电极77接收到板73的满场强。随着板73与感测电极77之间的距离81增大，由板73产生的场越来越多地仿真远场源的特性。由接收电极接收的电压减小且感测电极77处的电极场强相应地减小。感测电极77、保护电极79和间隙75的尺寸均影响感测电极77经历的场强。

在仿真实例使用如下构型：板接收电极(板半径＝1mm)、保护环形电极(环＝1.4-2.5mm，环宽度＝0.3mm)。保护环形电极接地。

所属领域的技术人员将会认识到，本发明并不限于上文中具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及不在现有技术范围内的其变型和修改，所属领域的技术人员在阅读上述说明时应当想到这些变型和修改。

Claims (16)

1.一种设备，包括：

导管，所述导管具有细长的远侧部分；

电极组件，所述电极组件设置于所述远侧部分上并且包括：

感测电极，所述感测电极连接到接收器；和

至少一个接地保护电极，所述至少一个接地保护电极与所述感测电极间隔开间隙，所述感测电极由所述至少一个接地保护电极支架在至少两侧上。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测电极具有宽度尺寸，并且所述间隙为所述宽度尺寸的一半。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述导管的所述远侧部分具有圆周，并且其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极为环绕所述导管的所述圆周的环形电极。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述导管具有外表面，并且所述感测电极和所述至少一个接地保护电极升高超出所述外表面。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极具有相应宽度尺寸，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极的升高小于所述相应宽度尺寸。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述导管具有外表面，并且所述感测电极和所述至少一个接地保护电极与所述外表面齐平。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极具有相应宽度尺寸，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极的升高小于所述相应宽度尺寸。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个接地保护电极为围绕所述感测电极的单个电极。

9.一种方法，包括以下步骤：

将导管插入活体受检者的心脏，所述导管具有细长的远侧部分，电极组件设置于所述远侧部分上，所述电极组件包括单极性感测电极和至少一个接地保护电极，所述单极性感测电极连接到接收器，所述至少一个接地保护电极与所述感测电极间隔开间隙，所述感测电极由所述至少一个接地保护电极支架在至少两侧上；和

在所述接收器中从所述感测电极接收信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述感测电极具有宽度尺寸，并且所述间隙为所述宽度尺寸的一半。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述导管的所述远侧部分具有圆周，且其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极为环绕所述导管的所述圆周的环形电极。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述导管具有外表面，并且所述感测电极和所述至少一个接地保护电极升高超出所述外表面。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极具有相应宽度尺寸，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极的升高小于所述相应宽度尺寸。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述导管具有外表面，并且所述感测电极和所述至少一个接地保护电极与所述外表面齐平。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极具有相应宽度尺寸，其中所述感测电极和所述至少一个接地保护电极的升高小于所述相应宽度尺寸。

16.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少一个接地保护电极为围绕所述感测电极的单个电极。