DE69434065T2

DE69434065T2 - Elektrophysiologische signal-abnahme zur flächenhaften darstellung, zur stimulation und zur ablation

Info

Publication number: DE69434065T2
Application number: DE69434065T
Authority: DE
Inventors: Bruce N Goldreyer
Original assignee: Goldreyer Bruce N Rancho Palos Verdes
Current assignee: Goldreyer Bruce N Rancho Palos Verdes
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1994-01-05
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH08505547A; WO1994015528A1; US5450846A; US5385146A; JP3544661B2; CA2153047A1; EP0681449A4; EP0681449A1; DE69434065D1; EP0681449B1; CA2153047C

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Elektrophysiologie und insbesondere einen Katheter für die räumliche Kartierung der elektrophysiologischen Aktivität im Myokard eines menschlichen Herzens.
Zuvor lag der Schwerpunkt der Elektrophysiologie auf der Identifizierung der Mechanismen von Herzrhythmusstörungen und der Bewertung der Wirkung von Medikamenten und anderen Therapien auf die beobachteten Rhythmusstörungen. Derzeitige Studien im Bereich Elektrophysiologie zeigen Fortschritte durch die Identifizierung bestimmter Bereiche abnormen Myokards als Quelle von Rhythmusstörungen und durch das selektive Entfernen oder anderweitige Deaktivieren abnormen Myokards. Eine Obliteration erfolgte im Allgemeinen durch eine örtlich begrenzte Ablation, im Allgemeinen unter Verwendung von Kurzwellen-Radiofrequenz-Diathermie-Verfahren, wobei andere Energiequellen, wie beispielsweise Laserenergie, Ultraschall und/oder die Cyropräzipitation ebenfalls verwendet werden können.
Die Behandlung von Herzrhythmusstörungen ist so zunehmend von der Möglichkeit abhängig geworden, den genauen anatomischen Bereich oder den Ursprung des abnormen Rhythmus im Myokard zu identifizieren. Das übliche Verfahren zum Lokalisieren des abnormen Myokards besteht im Anbringen eines Katheters in der Herzkammer, welcher eine Standardauswahl von Ring- und Spitzenelektroden trägt. Der direkte Kontakt der Spitzenelektrode wird verwendet, um ein intrakardiales Elektrogramm in ähnlicher Weise durchzuführen, wie es seit vielen Jahren beim Schrittmacher-Erfassen üblich ist. Siehe Imran, „Endokardiales Kartierungs- und Ablationssystem und Kathetersonde", US-Patent 5,156,151 (1992).
Es wird auf die Lehren nach dem Stand der Technik bezüglich des Kartierens lokaler, kardialer Signale und des Erfassens des durch den Stimulationsimpuls zu stimulierenden oder des ablatierten Gewebes verwiesen. Das kanadische Patent 1,192,263 von Goldreyer, „Verfahren und Sonde zum Erfassen intrakardialer Signale"; ist ein Patent des Anmelders von 1985, welches ein Verfahren und eine Sonde zum Erfassen von Signalen im Herzen zum Zwecke der Anfertigung von EKGs betrifft und sich nicht spezifisch auf Kartierung oder Ablation bezieht. Das kanadische Patent '263 von Goldreyer lehrt ein Verfahren zum Erfassen der Herzaktivität gemäß einem Depolarisierungsvektor im Herzen zum Erfassen lokaler kardialer Signale an orthogonalen Elektroden. Es geht dabei auch um das Vorsehen eines ventrikulären Schrittsteuerungssignals nach dem Überprüfen des Vorhandenseins bestimmter, diskriminierend erfasster, lokaler kardialer Signale an anderer Stelle im Herzen, primär im Atrium. Der Schritt des Erfassens beinhaltet nicht ausdrücklich das Erfassen des präzisen, stimulierten Bereichs; Goldreyer lehrt insbesondere, dass ein solches Erfassen Bereiche betreffen soll, welche räumlich von dem stimulierten Bereich entfernt sind. Die Möglichkeit des simultanen Erfassens örtlich begrenzter Herzaktivität, insbesondere desjenigen Gewebes, an dem ein Stimulierungsimpuls über denselben Katheter angewendet wird, oder des Erfassens elektrischer Gewebeaktivität, während gleichzeitig ablative Energie durch die Katheterspitze in dem erfassten Bereich angewendet wird, wird von dem kanadischen Patent '263 von Goldreyer nicht implizit oder explizit angesprochen oder in irgendeiner Weise angeregt.
Ein Grund für die mangelnde Anregung solcher simultaner Schritte des Erfassens und Schrittsteuerns oder Ablatierens in dem kanadischen Patent '263 von Goldreyer besteht darin, dass die bei den lokalen, kardialen Signalen empfangene Signalstärke nur von Gewebe in der Nähe der orthogonalen Elektroden abgeleitet ist. Der erfasste Bereich ist klein, und das von dem erfassten Bereich erzeugte elektrische Signal ist entsprechend schwach. Man ging davon aus, dass die sehr starke Schrittsteuerungs- oder Ablationssignalenergie das schwach erfasste lokale kardiale Signal bei jedem Typ von Erfassungskreislauf, welcher in der Lage wäre, beides zu erfassen, vollständig verdrängen würde.
Bei herkömmlichen Kathetern, wie beispielsweise bei Kathetern mit Ringelektroden, wird während des Zeitraums, in dem das Schrittsteuerungs- oder Ablationssignal auftritt, die mit den Erfassungselektroden gekoppelte Elektronik abgeschaltet oder das von ihnen empfangene Signal einfach nicht wahrgenommen. Werden die Erfassungselektroden während der Schrittsteuerungs- oder Ablationsphase von dem Erfassungsverstärker nicht elektrisch getrennt, ist der Erfassungsverstärker gesättigt und benötigt eine deutliche Erholungszeit bevor er erneut Signale der von dem lokalen Myokard erzeugten Stärke erfassen kann. Daraus resultiert, dass Signale während dieser Erholungsphase einfach nicht erfasst werden.
Die Situation ähnelt im Prinzip Radioübertragungen, bei denen Empfänger und Sender in einem Sende-/Empfangsgerät dieselbe Antenne teilen. Wenn der Sender übermittelt, ist das Empfängerteil des Sende-/Empfangsgeräts von der Antenne getrennt, so dass es von dem starken Übertragungssignal nicht verdrängt oder gesättigt wird. Erst wenn das Übertragungssignal aus ist, verbindet ein elektronischer Schalter den Radioempfänger erneut mit der Antenne, so dass die deutlich schwächeren empfangenen Signale gehört werden können.
Auch wenn das kanadische Patent '263 von Goldreyer so verstanden wird, als würde es das Erfassen von Signalen während des Schrittsteuerns oder Ablatierens an anderer Stelle im Herzen anregen, wird darauf hingewiesen, dass das kanadische Patent '263 von Goldreyer tatsächlich ein Erfassen im Atrium oder zumindest in deutlicher Entfernung zur Stimulierungsspitze beschreibt. Keine der Figuren in dem kanadischen Patent '263 von Goldreyer zeigt die orthogonalen Erfassungselektroden in der Nähe der Schrittsteuerungsspitze, d. h. innerhalb weniger Millimeter zur Schrittsteuerungsspitze. Es wird darauf hingewiesen, dass Blut für elektromagnetische Radiofrequenzwellen ein extrem verlustbehaftetes Medium ist. Es ist im Wesentlichen wie Seewasser, von dem bekannt ist, dass es für Radioemissionen in hohem Maße undurchlässig ist. Aus diesem Grund ist es beispielsweise unmöglich, U-Boote mittels Radar zu entdecken, und aus diesem Grund können U-Boote nicht über Radioübertragungen mit anderen Stationen kommunizieren, es sei denn eine Antenne befindet sich an der Oberfläche.
Selbst wenn man das kanadische Patent '263 von Goldreyer so auslegt, dass simultanes Erfassen und Impulsgeben angeregt wird, wobei es sich um eine Position handelt, die der Anmelder zurückweist, ist es daher in keiner Weise ersichtlich, dass ein simultanes Erfassen erzielt werden könnte, wenn die orthogonalen Elektroden sehr nahe an der Schrittsteuerungs- oder Ablationsspitze liegen. In dem kanadischen Patent'263 von Goldreyer sind die Erfassungselektroden ausreichend weit von der Stimulierungsspitze entfernt, so dass der im Blut zwischen der Spitze und den Elektroden auftretende Verlust groß genug ist, so dass eine wesentliche Abschwächung des Schrittsteuerungsimpulses an den relativ weit entfernten Elektroden zu erwarten ist. Dies lässt die Frage unbeantwortet, ob die orthogonalen Elektroden weiterhin lokale Myokardsignale erfassen könnten, wenn sie in der Nähe der Stimulierungs- oder Ablationsspitze lägen. Basierend auf dem kanadischen Patent '263 von Goldreyer ließe sich das Ergebnis eines solchen Experimentes nicht vorhersagen.
Jackman et al., „New Catheter Technique for Recording Left Free-Wall Accessory Atrioventricular Pathway Activation Identification of Pathway Fiber Orientation", Circulation, Teil 1, Ausgabe 78, Nummer 3, September 1988 beschreibt eine Anwendung eines orthogonalen Fühlers im Sinus coronarius an der Außenseite des Herzens. Orthogonale Fühler A, B und C sind in 1 gezeigt und weisen große Trennungen von 10 Millimetern auf. Wie in der rechten Spalte auf Seite 599 beschrieben, wurde der Katheter in den Sinus coronarius vorgeschoben und in möglichst anteriorer Position in der großen Herzvene positioniert. Elektrogramme der Elektroden wurden untersucht, um herauszufinden, welche Elektroden mit dem Myokard konfrontiert waren. Man fand heraus, dass manche Elektroden, d. h. die Halbringe, dem Herzgewebe am nächsten waren.
Das von Jackman beschriebene Erfassen erfolgte ausschließlich im Sinus coronarius und der großen Herzvene. Der Katheter wurde nie im Herzen platziert und es scheint nicht, als ob Jackmann einen Nutzen der orthogonalen Sonden im Katheter im Herzen gesehen hätte.
Ferner scheint es nicht so, als hätte Jackman eine Schrittsteuerung oder Ablation durchgeführt, während er gleichzeitig versuchte, lokale Myokardsignale mit den orthogonalen Elektroden zu erfassen. Der bei Jackman gezeigte Katheter umfasste in der Tat keine Spitzenelektrode, welche eine Schrittsteuerung oder Anwendung ablativer Energie ermöglicht hätte. Zweck der Jackman-Studie war es, zu versuchen die Kent-Bündel sowie akzessorische Bahnen an der Außenseite des Herzens zu lokalisieren und zu verfolgen und nicht, unterscheidend schlecht funktionierendes Myokardgewebe im Herzen genau zu erfassen und aufzuzeigen. Die Fähigkeit, elektrische Aktivität an der Außenseite der Herzwand zu erfassen, ist ein Verfahren nach dem Stand der Technik, welches weder die Kartierung des Myokards noch die selektive Ablation tief in den inneren Herzgeweben umfasst, in Erwägung zieht oder angeregt. Auch lehrt dieses Verfahren nicht das örtlich begrenzte Erfassen während der Anwendung ablativer Energie.
Jackman beschreibt die orthogonal in Abstand zueinander angeordneten Elektroden, beschreibt jedoch nicht explizit eine Differenzialverstärkung der Signale von den Elektrodenpaaren bzw. ein lokales Erfassen der Herzsignale.
Darüber hinaus sind die orthogonalen Elektroden tatsächlich gespaltene Ringe und keine Punktelektroden oder Mikroelektroden. Jackman überwacht kein Differenzialsignal zwischen den Ringelektrodenhälften, sondern untersucht "die das Myokard konfrontierende Elektrode", nämlich diejenige Elektrode oder den Teil des gespaltenen Ringes, der dem Myokard gegenüber liegt. Es gibt bei Jackman keinen Hinweis, Vorschlag oder Lehrsatz, der nahe legt, dass in geringem Abstand zueinander angeordnete, bipolare, differentiell verstärkte Elektroden für das Mapping lokaler Myokardsignale im Herzen oder gleichzeitig für das Erfassen während der Schrittsteuerung oder Ablation verwendet werden können.
Das US-Patent 4,660,571 (1987), „Perkutane Ableitung mit radial anpassbarer Elektrode "von Hess et al. beschreibt eine Ableitung, welche für die endokardialen Funktionen der Kartierung, der Ablation und/oder Schrittsteuerung vorgesehen ist. Längliche Elektroden am distalen Ende des Katheters werden radial nach außen bewegt, um eine Vielzahl von radial regulierbaren Kontaktelektroden zum Zweck der Kartierung vorzusehen. Eine Elektrode ist an der Spitze ebenfalls für die Ablation und Schrittsteuerung vorgesehen. Hess zeigt in den 3 und 4 eine herkömmliche Feder- oder Spinnenanordnung von Kontaktelektroden, welche auswärts angeordnet sind, um einen physikalischen Kontakt mit der Herzwand zu erzielen. Einerseits ist die Position dieser Elektroden schwer zu kontrollieren, auf der anderen Seite neigen sie dazu, in minimalem, vorbestimmtem Abstand zueinander angeordnet zu sein, bestimmt durch die radiale Spreizung der flexiblen Finger 32 am Ende des in 1 gezeigten Katheters in der nicht entfalteten Anordnung und in der entfalteten Anordnung in den 3 und 4.
Hess beschreibt insbesondere beginnend in Spalte 6, Zeile 15–60, eine Kartierung oder eine Positionierung der Elektrode im Herzen durch die Verwendung der Kontaktelektroden und hiernach die Ablation des endokardialen Bereichs, in dem der Herd der Anomalie gefunden wurde. Es gibt bei Hess keinen Vorschlag, Lehrsatz, Hinweis oder Anspruch darauf, dass es möglich ist, den lokalen Myokardbereich, welcher Gegenstand der Ablation ist, weiterhin zu erfassen. Stattdessen beschreibt Hess ein Verfahren mit zwei Schritten, bei dem der Herd der Anomalie gefunden und nach der Lokalisierung ablatiert wurde. Hess verwendet keine orthogonalen Elektroden und beschreibt oder behandelt auch nicht das Problem, wie die Sättigung seiner Erfassungselektronik während der starken Radiofrequenzablation vermieden werden kann. Dies war ein Problem, welches Hess gar nicht behandelte, da er für die Ablation keine Radiofrequenzenergie verwendete, sondern er verwendete als Ablationselement eine Laserenergiequelle durch eine optische Faser. Der Vorschlag in Spalte 7, Zeilen 1–14, dass auch eine Erfassung und eine Schrittsteuerung durchgeführt werden könnten, wird nicht als gleichzeitig beschrieben, behandelt nicht das Problem der Sättigung des Erfassungsverstärkers und beschreibt nicht die Differenzialverstärkung der Elektrodensignale. Hess Vorschlag der Kontrolle der Rhythmusstörungen durch Schrittsteuerung des Ventrikels beinhaltet nur die Verwendung der Spitzenelektrode 37 und der Ringelektrode 47 als bipolares Elektrodenpaar und erwähnt nicht, wie die Schrittsteuerungselektroden gleichzeitig mit anderen Erfassungselektroden und in enger Nachbarschaft zueinander verwendet werden können, so dass das örtliche Myokard, welches stimuliert wird, gleichzeitig erfasst werden kann. Es gibt bei Hess keinen Hinweis darauf, dass dies überhaupt durchgeführt werden kann. Man ging zur Zeit von Hess in der Tat davon aus, dass dies nicht möglich war, und es konnte erst auf der Basis der Beschreibung des Anmelders gezeigt werden, dass es möglich ist.
Eines der anerkannten Probleme beim Schrittmachen nach dem Stand der Technik war die Möglichkeit, die Aktivität in der Herzkammer zu überwachen, während gleichzeitig ein starker, ventrikulärer Stimulierungsimpuls durch die Katheterspitze abgegeben wurde. Eine Lösung nach dem Stand der Technik ist in dem US-Patent 4,365,639 (1982) von Goldreyer, „Katheter, Herzschrittmacher und Verfahren der Schrittsteuerung", gezeigt, wobei an dem Katheter im Atrium positionierte, orthogonale Erfassungselektroden in der Lage waren, die Herzaktivität zu erfassen, ohne durch den durch die Katheterspitze gelieferten, starken, ventrikulären Stimulierungsimpuls überlagert oder gesättigt zu werden. Mit anderen Worten könnten Signale im Herzen, die aus anderen Richtungen als derjenigen der Spitze des Katheters stammen, aufgrund der orthogonalen Platzierung der Erfassungselektroden in dem Katheterkörper bezüglich der Stimulierungsspitze und der Differenzialsignalverarbeitung von den orthogonalen Elektroden vorzugsweise kurz nach dem starken Schrittsteuerungs- und Reaktionsventrikulärimpuls ohne Sättigung des Erfassungsschaltkreises erfasst werden. Jedoch ging man auch bei diesem Stand der Technik von der Notwendigkeit aus, die Erfassungselektroden in einem, verglichen mit der vorliegenden Erfindung großen Abstand, nämlich 10 bis 16 cm, zu der Schrittsteuerungsspitze anzuordnen. Siehe Spalte 4, Zeilen 41–42. Es war nicht bekannt und wurde nicht darauf hingewiesen, dass das stimulierte Gewebe gleichzeitig erfasst werden könnte. Erfasst wurde Gewebe in großem Abstand zu dem Stimulierungsbereich, 10–16 cm entfernt, welches nicht auf die Schrittsteuerungsspitze reagierte, sondern auf die Herzübertragungswelle.
In der Elektrophysiologie am Körper gibt es eine Entwicklung von einer Zeit, in der der Zweck die Bewertung der Mechanismen oder Rhythmusstörungen und die Bewertung der medikamentösen Therapie war, hin zu einer Zeit, in der die Lokalisierung von Bereichen abnormen Myokards eingeschlossen ist, um diese zu entfernen oder auszuschalten. In dieser Hinsicht ist die Kartierung des genauen Ursprungs des abnormen Rhythmus von großer Bedeutung. Nach dem Stand der Technik werden Standardringelektroden an dem Katheter platziert und der Katheter wird in den Herzkammern bewegt, um den Gewebepunkt zu finden, welcher zuerst depolarisiert und den Herd der Rhythmusstörung darstellt. Solche Sonden waren von gewissem Nutzen, um räumlich Punkte im Myokard zu identifizieren, welche eine besondere elektrophysiologische Aktivität aufweisen; von dieser Standardelektrodenanordnung abgeleitete Signale weisen jedoch starke Einflüsse aus dem Fernbereich auf und es fehlt eine präzise Lokalisierung zum Zweck einer akkuraten Kartierung.
In der klinischen Elektrophysiologie haben jüngste Studien darauf hingewiesen, dass die Lokalisierung des Bereichs, von dem abnorme Rhythmen stammen, durch Stimulierung des kartierten Bereichs und Demonstrieren, dass die Flächenaktivierung mit der während der spontanen Arrhythmie beobachteten identisch ist, bestätigt werden können. Durch die derzeit durchgeführte Verwendung von Standardringelektroden können intrakardiale Elektrogramme nicht gleichzeitig während dieser Schrittsteuerungssequenzen von dem Stimulierungsbereich aufgezeichnet werden. Dies kann durch die Erfindung erzielt werden.
WO90/00878 offenbart eine Vorrichtung zum Aufzeichnen monophasischer Potenziale, wobei eine erste Erfassungselektrode an der Spitze der Kathetersonde positioniert wird und eine zweite orthogonale Erfassungselektrode proximal der Spitze angeordnet ist. Die Sonde umfasst auch Schrittsteuerungselektroden, und das monophasische Aktionspotenzial (MAP) wird durch die Erfassungselektroden von Herzzellen erfasst, gegen die die Spitze der Sonde gedrückt wird.
Erforderlich ist eine Vorrichtung für die zuverlässige Kartierung diskreter elektrophysiologischer Aktivität im Herzen ohne die Notwendigkeit, die Herzwände zu berühren und bei der das Erfassen des örtlich begrenzten Myokards gleichzeitig mit Schrittsteuerungs- oder Ablationsverfahren von dem genauen, stimulierten Gewebe erfolgen kann.
Betroffen ist ein Katheter für die räumliche Kartierung der elektrophysiologischen Aktivität im Myokard eines menschlichen Herzens, umfassend: einen Katheterkörper zum Anordnen im Herzen; wenigstens ein Paar orthogonaler Elektroden, angeordnet an einem Abschnitt des Katheterkörpers in dem Herzen zum Empfangen von elektrokardialen Signalen nur von einem örtlich begrenzten Bereich innerhalb von 1 bis 3 mm an einem vorbestimmten Punkt im Myokard; Schaltkreismittel zum Differenzieren der von den orthogonalen Elektroden empfangenen kardialen Signale zum Erzeugen eines elektrographischen Signals, welches für die örtlich begrenzte kardiale Aktivität nur innerhalb von ungefähr 1 bis 3 mm an dem vorbestimmten Punkt indikativ ist; und eine an dem Katheterkörper angeordnete Elektrode, wobei die Elektrode entweder für das Anwenden ablativer Energie zum Beseitigen von Myokard in Berührung mit der Elektrode oder zum Liefern eines stimulierenden Impulses zur Schrittsteuerung des Herzens angeordnet und angepasst ist, wobei die Elektrode zum Anwenden ablativer Energie oder zum Liefern eines Stimulierungsimpulses an einem distalen Spitzenabschnitt des Katheterkörpers angeordnet ist und das orthogonale Elektrodenpaar in Längsrichtung in Abstand zueinander proximal der distalen Spitze angeordnet ist, wodurch die orthogonalen Elektroden in der Lage sind, die elektrokardialen Signale zu empfangen, ohne das Myokard notwendigerweise zu berühren.
Das orthogonale Elektrodenpaar ist 1 bis 3 mm proximal der ablativen oder stimulierenden Elektrode angeordnet.
Jegliche Ausführungsform, welche in Widerspruch zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 steht, ist nicht Teil der Erfindung.
Für die ausschließlich beispielhaften, beiliegenden Zeichnungen gilt:
1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Katheters, bei welchem ein einziger Satz orthogonaler Elektroden verwendet wird.
2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Katheters, bei welchem mehrere Sätze orthogonaler Elektroden verwendet werden.
3 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, welches gewebespezifische, intrakardiale Kartierung eines abnormen Herzrhythmus von einem spezifischen Herzbereich zeigt.
4 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, welches gewebespezifische Kartierung eines langsamen Bahnpotenzials an einem spezifischen Herzbereich zeigt.
5 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, das ein spezifisches Erfassen eines Gewebes zeigt, welches durch Schrittsteuerung an der rechten ventrikulären Ausflussbahn stimuliert wird.
6 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, das ein spezifisches Erfassen eines Gewebes zeigt, welches gleichzeitig durch Schrittsteuerung stimuliert wird und wobei das stimulierte Gewebe Gegenstand einer örtlich begrenzten Fragmentierung der elektrischen Aktivierung und daher einer ventrikulären Tachykardie ist.
7 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, das ein spezifisches Erfassen eines Gewebes zeigt, welches gleichzeitig durch ein RF-Signal ablatiert wird, wobei das Verfahren der Exstirpation im Zeitablauf eines spezifischen Gewebebereichs gezeigt wird.
8 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, das ein spezifisches Erfassen eines Gewebes zeigt, welches gleichzeitig durch ein RF-Signal ablatiert wird, wobei separate Elektrogramme eines spezifischen Gewebebereichs gezeigt werden, während das Gewebe ablatiert wird.
9 ist ein erfindungsgemäß erzeugtes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, das ein spezifisches Erfassen eines Gewebes zeigt, während der Katheter von der ventrikulären zu der atrialen Seite des rechten Herzrings bewegt wird.
Die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsformen werden nun durch die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine akkurate Kartierung der elektrophysiologischen Aktivierung im menschlichen Herzen wird für bestimmte Bereiche im Myokard durch die Verwendung eines Katheters erreicht, welcher wenigstens ein Paar an dem Katheter angebrachte orthogonale Sensoren umfasst. Orthogonale Sensoren, welche zwei oder mehr Elektroden umfassen, die im Allgemeinen umfangmäßig am Katheter an einem gegebenen Punkt in Längsrichtung entlang dem Katheter angebracht sind, empfangen Signale, welche in einem Differenzialverstärker differenziert werden, um ein Signal zu erzeugen, welches nur für die örtlich begrenzte Biopotenzial-Aktivität des Herzens an einem vorbestimmten Punkt am Myokard indikativ ist. Die orthogonalen Sensoren sind nahe der stimulierenden Spitze des Katheters angeordnet, um das Erfassen der örtlich begrenzten Herzaktivität zu erlauben, welche während des Schrittsteuerungsverfahrens oder während der Anwendung von Radiofrequenzenergie während der Ablation benachbart zu oder in Berührung mit der stimulierenden Spitze ist. Das Erfassen der örtlich begrenzten Herzaktivität erfolgt entweder gleichzeitig mit der Schrittsteuerung oder gleichzeitig mit der Ablation, sodass detaillierte und genaue Elektrokardiogramme des stimulierten oder ablatierten Gewebes aufgezeichnet werden können. Eine Vielzahl solcher orthogonaler Sensoren, welche in Längsrichtung entlang dem Körper des Katheters mit Abständen von jeweils 1–5 mm angeordnet sind, ermöglicht die gleichzeitige Kartierung örtlich begrenzter Herzaktivierung an einer entsprechenden Vielzahl von Punkten an der Herzwand, auch wenn ein physikalischer Kontakt zwischen den Erfassungselektroden und der Herzwand nicht auftritt oder nicht auftreten kann. Diese Kartierung einer Aktivierungssequenz von einer Vielzahl solcher orthogonaler Elektroden ermöglicht die Steuerung der Verbreitung der zu bestimmenden elektrischen Aktivität.
1 ist eine schematische Darstellung eines Katheters 10, welcher eine Vielzahl von orthogonalen Erfassungselektroden 12 umfasst. Die Erfassungselektroden 12 sind an dem Katheter 10 hinter einer Stimulierungsspitze 14 angeordnet. In der Ausführungsform von 1 weist die Spitze 14 eine Länge 16 von ungefähr 2–4 Millimetern auf. Jede Struktur einer Stimulierungsspitze 14, welche jetzt bekannt oder später konstruiert und für die Ablation, die Schrittsteuerung oder andere Anwendungen geeignet ist, bei denen Energie oder Signale zum Myokard übertragen werden, kann verwendet werden und ist ausdrücklich in dem Rahmen der Erfindung inbegriffen.
Elektroden 12 sind in oder an dem Katheterkörper 20 in einer Entfernung 18 von ungefähr 1 bis 3 Millimetern hinter oder über der hintersten Kante 22 der Spitze 14 positioniert. Die Spitze 14 und die Elektroden 12 sind in dem Katheter 10 mit Drähten gekoppelt und führen schließlich zum Schaltkreis 24. Details und Natur des Schaltkreises 24 sind für die Erfindung im Großen und Ganzen unwesentlich und werden daher mit Ausnahme der Feststellung, dass die Spitze 14 von einem Schaltkreis 26 angetrieben wird, um einen Stimulierungs- oder Ablationsimpuls zu erzeugen, und dass die Erfassungselektroden 12 paarweise mit einem oder mehreren Differenzialverstärkern 28 gekoppelt sind, um ein Differenzsignal zwischen ausgewählten Elektroden zu erzeugen, nicht weiter beschrieben. Das Differenzsignal ist als ein Input für den Impulsgeber 26 oder einen Monitor 30 vorgesehen, um eine Zeitspur des Differenzialsignals über zwei oder mehrere der Erfassungselektroden 12 zu erzeugen. Das Differenzsignal kann einer weiteren Signalverarbeitung in einem nicht ausdrücklich dargestellten, üblichen Schaltkreis unterliegen, wie beispielsweise der Signalkonditionierung oder der logischen Verarbeitung zum Entwickeln des Signals, welches schließlich am Monitor 30 dargestellt oder in einem Impulsgeber 26 verwendet wird.
Bei der vereinfachten Ausführungsform in 1 sind nur zwei orthogonale Erfassungselektroden 12 gezeigt, obgleich ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass jede beliebige Anzahl in dem Körper 20 des Katheters 10 angeordnet sein kann. Beispielsweise können drei solcher Elektroden 12 in gleichem Abstand um den Umfang des Körpers 20 des Katheters 10 herum angeordnet sein, um zwei bis drei Differenzialsignale für das kardiale Mapping vorzusehen.
Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass der Monitor 30 einen Computer umfassen kann, welcher zahlreiche Signale von der Vielzahl der Differenzialverstärker verarbeitet, um verschiedene Durchschnittswerte der Differenzialsignale oder andere übliche statistische Daten zu bilden, welche für die lokalen elektrischen Signale von dem Myokardgewebe in der Nähe der Erfassungselektroden 12 indikativ sind.
Obgleich die in 1 gezeigten Erfassungselektroden 12 an einem einzelnen, umfangmäßigen, zylindrischen Band an Körper 20 angeordnet dargestellt sind, wird ferner ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Elektroden gestaffelt angeordnet sein können, das heißt eine Elektrode ist weiter von dem Rand 22 entfernt platziert als eine andere, um eine unterschiedliche Elektrodenanordnung im Raum vorzusehen, jedoch auch um für die Anordnung größerer Erfassungselektroden einen größeren physikalischen Raum an der Elektrode 20 vorzusehen. Eine Ringelektrode 13 kann auch vorgesehen sein und als Teil einer bipolaren Schrittsteuerungsanordnung verwendet werden.
In dieser Hinsicht ist es zweitrangig für die Erfindung, ob die Elektroden 12 von einer Berührung mit dem Blut isoliert sind, ob sie mit Gelenkflächen versehen sind, um die für den Blutkontakt zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern, ohne die Gesamtgeometrie der Erfassungselektrode zu vergrößern, oder auf andere Weise verschiedene elektrische Verbesserungen für die Kopplung mit dem Schaltkreislauf 24 oder für eine elektrophysiologische Kopplung integrieren, wobei die Erfindung die Verwendung jeden Typs von heute bekannten oder später entwickelten orthogonalen Sensoren einschließt, welche bezüglich der Stimulierungsspitze 14 nah genug positioniert sind, um ein orthogonales Elektrogramm der Myokardaktivität in der Nachbarschaft der Spitze 14 zu liefern. Dies ist eindeutig vorteilhaft, wenn der Katheter 10 für eine lokale Exstirpation oder Ablation verwendet wird. Eine zuverlässige Identifizierung der abnormen Myokardstelle muss in der Nachbarschaft der Vorrichtung erfolgen, welche verwendet wird, um das abnorme Gewebe abzutragen oder in anderer Weise zu entfernen. In diesem Sinne wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Stimulierungsspitze 14 durch jede beliebige Anzahl anderer, verschiedenartiger Typen von Vorrichtungen für die Exstirpation oder Ablation ersetzt werden kann, um das Entfernen oder Abtragen des abnormen Myokards durchzuführen.
2 ist eine vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Erfassungskatheter 32 mit einer Vielzahl von Sätzen orthogonaler Elektroden 34–46 verwendet wird. In der dargestellten Ausführungsform in 2 ist jeder Satz derart dargestellt, dass er wenigstens zwei Elektroden umfasst, und sieben solcher Sätze sind entlang der Länge in Längsrichtung des Katheters 32 gezeigt, wobei sowohl die Anzahl der Elektroden jedes Satzes als auch die Anzahl der Sätze an dem Katheter 32 je nach Anwendung variiert werden kann.
Jeder Elektrodensatz 34–46 ist von dem benachbarten Elektrodensatz 34–46 durch eine Entfernung 48 von ungefähr 3 bis 5 Millimetern getrennt. Der Katheter 32 ist ein steuerbarer Herzkatheter, welcher für eine Aktivierungskartierung im Herzen verwendet werden kann. Der Katheter 32 ist gegen die Atriums- oder Ventrikelwände oder wenigstens in nächster Nähe platziert, um die Richtung der elektrischen Aktivierung zu überwachen. Ein direkter Kontakt mit dem Myokardgewebe ist nicht notwendig. Signale von den Elektrodensätzen 34–46 können jeweils einzeln mit dem separaten Draht gekoppelt sein oder auf einem Bus für die Eingabe in eine entsprechenden Vielzahl von Differenzialverstärkern 50 gebündelt sein. Die Ausgabe der Verstärker 50 gelangt dann nach einer geeigneten Signalbearbeitung zu dem digitalen Bus 52 und dem Computer 54, um eine oszillographische oder graphische Karte der Aktivierungsspannung durch eine übliche Ausgabevorrichtung 56, wie beispielsweise ein Oszilloskop oder einen Plotter, zu erhalten. Wiederum ist die Elektronik, welche in Kombination mit dem Katheter der Ausführungsform in 2 verwendet werden kann, in hohem Maße bedeutungslos und wird hier nur aus Gründen der Vollständigkeit erwähnt.
Man hat herausgefunden, dass durch die Verwendung eines Katheters mit vier Paaren orthogonaler Elektroden im Abstand von 5 Millimetern in einer Anordnung, welche derjenigen in 2 ähnelt, Unterschiede von 16 Millisekunden im rechten Atrium des menschlichen Herzens leicht zwischen Sätzen von orthogonalen Erfassungselektroden, welche nur zwei Zentimeter voneinander entfernt sind und entlang der lateralen Atrialwand positioniert sind, aufgezeichnet werden können. Daher ist ein Katheter des dargestellten Typs besonders nützlich für die Verwendung in der klinischen Elektrophysiologie zum Lokalisieren eines Bereichs im Herzen, von dem der abnorme Rhythmus ausgeht. Der Katheter 32 wird verwendet, um das Herz zu kartieren und denjenigen Bereich im Herzen zu identifizieren, in dem die endokardiale Oberflächenaktivierung im Herzen mit einer spontanen Rhythmusstörung eines vorbestimmten Typs oder eines tatsächlich beim Patienten während der Rhythmusstörung sowohl von den Katheterelektroden als auch vom EKG mit normalem Hautkontakt gemessenen Typs fast identisch ist. Eine solche Kartierung und ein Angleichen an das Modell des Herzens eines Patienten in drei Dimensionen kann mit Hilfe des Computers 54 automatisiert werden, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform in 2 beschrieben wird.
Der Katheter 32 ist mit einer Stimulierungsspitze 58 versehen, so dass das Herz während des Kartierungsverfahrens stimuliert werden kann, um Herzfunktionen oder Rhythmusstörungen zu überprüfen, während die Aktivierungssequenz des Nahfeldherzpotenzials gleichzeitig von jedem der Vielzahl von Sätzen orthogonaler Elektroden 34–46 erfasst wird. Ein gleichzeitiges Erfassen während der Schrittsteuerung oder der Stimulierung kann mit üblichen Spitzen- oder Ringelektroden, welche eine wesentliche Signalaufnahme des Stimulierungsimpulses aufweisen, nicht erfolgen. Die gleichzeitige Aufnahme örtlich begrenzter Elektrogramme kann bei der vorliegenden Erfindung entweder mit einem einzelnen Satz der in 1 gezeigten orthogonalen Elektroden 12 oder mit einer Anordnung solcher Sätze erfolgen, wie in der Ausführungsform in 2 gezeigt.
Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass die erfindungsgemäße intrakardiale Erfassung so diskret ist, dass bei Stimulierung während der relativen Refraktärperiode des Gewebes immer noch ein örtlich begrenztes nahes Potenzial des Gewebes, welches vor der Aktivierung erzeugt wird, entdeckt wird, wie auf einem Oberflächen-EKG (5 und 6) zu sehen ist. Wird der Impuls zu einem früheren Zeitpunkt während der Refraktärperiode des Gewebes gegeben, wie in 6 gezeigt, zeigt das von Sonden der Erfindung erfasste orthogonale Elektrogramm eine Herzreaktion, welche immer stärker fragmentiert wird, mit einer verzögerten Darstellung der geringeren Erregungsgeschwindigkeit in dem stimulierten, örtlich begrenzten Muskel. Daher ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Erfassungssonden beim Pacemapping zum Auffinden der Bereiche im Herzen mit abnormem Herzrhythmus besonders vorteilhaft, da die zuverlässige Identifizierung solcher abnormen Bereiche darauf basiert, dass jene Bereiche langsamer Erregung identifiziert werden, die für einen Reentry verantwortlich sind. Durch die Verwendung orthogonaler Elektroden unmittelbar hinter einer Stimulierungsspitze können die identifizierten Bereiche langsamer Erregung leicht von Bereichen normaler Aktivierung unterschieden werden. Diese Identifikation kann dann in nachfolgenden Schritten lokaler Exstirpation oder Ablation genutzt werden.
Die Verwendung örtlich begrenzter Radiofrequenz-Diathermie zu Zwecken der kardialen Ablation wird zunehmend am abnormen Herzmuskel verwendet, welcher für abnorme Herzrhythmen verantwortlich ist. Übliche Katheteranordnungen können die Myokardaktivität des ablatierten Bereichs während des Ablationszeitraums nicht erfassen. Sind die orthogonalen Elektroden erfindungsgemäß in einem Abstand von 1–3 mm proximal der Ablationsspitze angeordnet, kann Energie auf das lokale Myokardgewebe angewendet werden und können kardiale Aufzeichnungen des lokalen Myokardgewebes erfolgen, wenn dies der Ablation unterworfen ist. Dies ermöglicht direkte Beobachtungen örtlich begrenzter Signale und ermöglicht dem Arzt, die Wirksamkeit des Ablationsverfahrens bei der Zerstörung des abnormen Gewebes zu beurteilen.
Durch die Erfindung wurde gezeigt, dass die Erfassung durch die Elektrodenanordnung an dem Katheter so diskret ist, dass die Stimulierung während der relativen Refraktärperiode des benachbarten Gewebes örtlich begrenzte, nahe Potenziale zeigt, welche auch vor der Aktivierung auftreten, wie an der Oberfläche zu sehen ist. Wenn Impulse immer früher während der Refraktärperiode des Gewebes auftreten, wird das orthogonale Elektrogramm immer stärker fragmentiert und verzögert, was die langsame Ausbreitung der Erregung im örtlich begrenzten Muskel zeigt. Dieses Ergebnis ist wichtig, da das Pacemapping zum Auffinden des Bereichs des abnormen Herzrhythmus darauf beruht, den Bereich der langsamen Erregung zu finden, welcher verantwortlich für den Reentry ist. Durch die Verwendung orthogonaler Elektroden unmittelbar hinter der Stimulierungsspitze können die Bereiche langsamer Erregung zum Zwecke lokaler Exstirpation oder Ablation leicht von Bereichen normaler Aktivierung unterschieden werden.
Der offenbarte Katheter und seine Anwendungsmethode sind durch die in den 3–9 dargestellten Elektrokardiogramme des Menschen graphisch dargestellt. 3 zeigt ein konkretes menschliches Elektrokardiogramm, bei dem die oberen fünf Linien die Zeitspur eines üblichen Oberflächenelektrokardiogramms zeigen. Die Spur 64 stammt von einem Katheter ähnlich dem in 1 beschriebenen, wobei die orthogonalen Elektroden unmittelbar hinter der Stimulierungsspitze in der rechten ventrikulären Ausflussbahn platziert sind. Die Spuren 62 sind die Signale, welche an drei separaten Elektrodenorten erfasst werden, die in Längsrichtung entlang der Länge des Katheters, angeordnet sind, ähnlich dem in 2 beschriebenen, ähnlich dem in 2 beschriebenen, dessen Spitze im rechts-ventrikulären Apex platziert ist. Die Spuren 66–70 befinden sich im rechts-ventrikulären Apex (RVA) in 5 mm Entfernung. Die Spuren 72 und 74 stammen von einem Katheter wie in 1, welcher während einer Episode eines anhaltenden abnormen Herzrhythmus, ventrikulärer Tachykardie, im linken Ventrikel platziert worden ist. Die Spur 72 ist ein standardmäßiges bipolares Elektrogramm, welches zwischen der Spitze und dem Ring des Kartierungskatheters aufgezeichnet worden ist. Die Spur 74 ist das orthogonale Elektrogramm, welches von einem 1 mm hinter der distalen Stimulierungsspitze angeordneten Paar orthogonaler Elektroden stammt. Die Spitze des Katheters im linken Ventrikel ist in der Nähe des unteren, mittleren interventrikulären Septums positioniert.
Jede der orthogonalen Elektroden am Katheter, welche verwendet werden, um die Spuren 66–70 in 3 zu erzeugen, befanden sich in gleichem Abstand zueinander entlang der Länge des Katheters, von der Spitze aus beginnend, in ungefähr 5 Millimetern Entfernung. Dieser Katheter war in dem rechten ventrikulären Apex positioniert und zusammen mit den beiden anderen orthogonalen Kathetern im rechten ventrikulären Ausflusstrakt und linken Ventrikel positioniert, um das Timing lokaler endokardialer Aktivierung und somit die Richtung der Ausbreitung der elektrischen Aktivität während dieses abnormen Herzrhythmus zu bestimmen. Physikalischer Kontakt zwischen den orthogonalen Elektroden und den Herzwänden ist nicht erforderlich, damit die Katheter beim Reflektieren der örtlich begrenzten endokardialen Aktivierung funktionieren. Wie in 3 zu sehen ist, erfolgt die RVOT-Aktivierung im Vergleich zu den RVA-Aufzeichnungen sehr spät. Darüber hinaus erfolgt die Aktivierung im RVA von der am weitesten distalen zu der am weitesten proximalen orthogonalen Elektrode.
Die durch den in dem linken Ventrikel positionierten Katheter erhaltene Überwachung ist sehr aufschlussreich. Beispielsweise zeigt das mit dem Bezugszeichen 76 in 3 bezeichnete Muster eine unregelmäßige und fragmentierte lokale kardiale Aktivität, welche im Vergleich zu allen anderen Bereichen des Myokards, von denen Signale aufgezeichnet werden, extrem früh auftritt. Diese fragmentierte Aktivität ist aus der Standard-Spitze-zu-Ring-Aufzeichnungsanordnung (Spur 72) kaum wahrnehmbar. Aufgrund ihrer einmaligen Erfassungseigenschaften zeigen orthogonale Elektroden diese fragmentierte Aktivität, welche anzeigt, dass dieser Bereich für die anhaltende Rhythmusstörung verantwortlich ist. Die lokale Aktivität, welche einen Bereich früher, langsamer Leitung widerspiegelt, ist für diese ventrikuläre Tachykardie verantwortlich und taucht nur in der spezifischen Position auf, welche der Elektrodenaufnahmespur 74 entspricht, und erscheint nicht in den an anderen intrakardialen Bereichen erfolgten Elektrodenaufnahmen.
So illustrieren die in 3 dargestellten Elektrogramme drastisch und graphisch die räumliche Spezifizität der Methodik und Struktur der Katheter, um eine genaue Identifikation derjenigen internen Herzbereiche zu ermöglichen, von denen Rhythmusstörungen ausgehen.
4 ist ein konkretes menschliches Elektrokardiogramm eines anderen Patienten, welches unter Verwendung des oben beschriebenen und in 1 gezeigten Katheters erhalten wurde. Wieder ist ein übliches Oberflächenelektrokardiogramm durch die Spuren 60 gezeigt, wobei die Spuren 76–86 von verschiedenen intrakardialen Elektroden herrühren. Die Spuren 82 und 84 stammen von dem in 1 gezeigten Katheter, welcher in einer inferioren und posterioren Position entlang dem Annulus fibrosus der Trikuspidalklappe im rechten Herzen angeordnet ist. Das Muster 88 der Spur 84 zeigt ein langsames Leitungspotenzial mit sehr starker Amplitude, welches von orthogonalen Elektroden aufgezeichnet ist und in der gleichzeitig aufgezeichneten, von dem Spitze-Ring-Bipol desselben Katheters abgeleiteten Spur 82 nicht zu sehen ist. Der Bereich, von welchem während eines normalen Sinusrhythmus auftretende langsame Leitungspotenziale aufgezeichnet werden, ist genau der für einen AV-Knoten-Reentry verwendete Bereich, welcher für eine paroxysmale supraventrikuläre Tachykardie verantwortlich ist. Das Muster 88 wird aufgrund seines Timings und der Diskretheitseigenschaften, verstärkt durch orthogonale Aufzeichnungen unmittelbar hinter der Stimulierungsspitze, als langsames Leitungspotenzial betrachtet. Wurde ablative RF-Energie über die Stimulierungsspitze auf diesen Bereich angewendet, so wurde die langsame Leitung ablatiert und die Rhythmusstörungen des Patienten wurden geheilt.
4 ist daher eine drastische Darstellung der räumlichen Spezifizität der Methodik der Erfindung. Die für die Spur 84 verantwortliche Elektrode überwacht speziell benachbartes Herzgewebe, in welchem das langsame Leitungsmuster 88 identifiziert werden kann, und doch erscheint dasselbe Muster nicht an den für die Spur 82 verantwortlichen Elektroden.
5 ist ein konkretes menschliches Elektrokardiogramm eines Patienten, in welchem die vier oberen Spuren wiederum ein herkömmliches Oberflächenelektrokardiogramm 60 darstellen. Die Spur 90 ist das orthogonale Elektrogramm, abgeleitet von Elektroden unmittelbar proximal der Stimulierung des Katheters in der 1-Anordnung, welcher im rechten ventrikulären Ausflusstrakt (RVOT) platziert ist. Die Spur 92 ist diejenige Spur, welche einem Marker für den durch die Spitze des Katheters gelieferten Schrittsteuerungsimpuls entspricht. Der wellenförmig dargestellte Stimulierungsimpuls 100 erzeugt eine nie zuvor beobachtete, örtlich begrenzte Reaktion, angezeigt durch die Wellenform 102. Die Wellenform 102 erscheint vor der verbreiteten Reaktion des Herzgewebes, welche später im Myokard an den Oberflächenableitungen 94 als Muster 104 und in den anderen Oberflächenelektrokardiogrammen 60 als Muster 106 zu sehen ist. Daher ist 5 eine grafische Darstellung davon, wie der erfindungsgemäße Katheter und die Methodik seiner Anwendung eine extrem örtlich begrenzte Reaktion zeigen können, welche die Aktivierung des tatsächlich stimulierten Gewebes reflektiert bevor eine verbreitete Antwort dieses Gewebes zu sehen ist.
6 ist ein konkretes menschliches Elektrokardiogramm eines anderen Patienten, bei welchem eine Schrittsteuerung durchgeführt wird, und zeigt ein in Spur 60 widergespiegeltes Oberflächenelektrokardiogramm und einen in Spur 108 gezeigten Stimulierungsimpuls. Die verbleibenden Spuren 110–120 sind Signale von verschiedenen intrakardialen Elektroden. Die Spuren 110–114 sind von dem rechten Atrialanhang aufgezeichnet. Die Spur 116 ist ein von dem orthogonalen Elektrodenpaar, welches im rechten ventrikulären Apex des Herzens und unmittelbar proximal der für die ventrikuläre Schrittsteuerung verwendeten Stimulierungsspitze positioniert ist, aufgenommenes Signal. Was zum ersten Mal zu sehen ist, ist eine räumlich spezifisch angeordnete, örtlich begrenzte, elektrophysiologische Aktivität, welche für den Typ langsamer, fragmentierter Myokardaktivierung indikativ ist, die für Herzrhythmusstörungen, wie beispielsweise die ventrikuläre Tachykardie, verantwortlich ist. Es ist zu sehen, dass die Schrittsteuerungsspitzen 120 in immer kürzeren Zeitabständen an die Katheterspitze geliefert werden. Der erfasste und stimulierte Bereich im Herzen ist auf der Spur 116 gezeigt, ungefähr 1 Millimeter entfernt von der Katheterspitze. Die Spur 116 zeigt eine Reihe von verfrühten Schlägen in Reaktion auf Schrittsteuerungsstimuli, welche erfolgen, wenn das stimulierte Gewebe zunehmend refraktär ist. Zum ersten Mal zu sehen sind die Muster 122, welche im erfassten Bereich vor der Ausbreitung des stimulierten Schlages auftreten. Während das örtliche Gewebe zunehmend stimulationsrefraktär wird, zeigen die örtlichen, von dem stimulierten Gewebe aufgezeichneten Nahfeldelektrogramme zunehmend chaotische und fragmentierte Reaktionen, wie durch eine zunehmende Verlängerung der Dauer des Musters 122 gezeigt. Daher ist 6 eine deutliche Darstellung der Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, lokale, reaktive, elektrophysiologische Aktivität in spezifischen Herzbereichen klar zu identifizieren, wenn das Herz gleichzeitig von diesem präzisen Bereich aus stimuliert wird.
7 ist ein konkretes menschliches Elektrokardiogramm, welches wiederum ein normales Oberflächenelektrogramm 60 aufweist. Seine durch Standardmittel aufgezeichneten Bündelelektrogramme zeigen die Spuren 124 und 126. Orthogonale Elektrodensignale sind in den Spuren 128–134 und 138 und mit einem RF-Ablationssignal in Spur 136 gezeigt. Die Elektroden, welche die deutliche Herzspur in Spur 138 erzeugen, sind ungefähr 1 Millimeter von der Ablationsspitze eines Katheters entfernt, welcher dem in 1 gezeigten ähnlich ist. 7 zeigt, dass die Erfindung in der Lage ist, örtlich begrenzte Herzaktivität klar zu skizzieren, während eine Ablation gleichzeitig nicht nur im Herzen erfolgt, sondern an dem Gewebe, welches zu diesem Zeitpunkt ablativer Energie unterworfen ist. 7 zeigt die während einer Episode ventrikulärer Tachykardie erfolgte RF-Ablation, wobei die Zerstörung örtlich begrenzten Gewebes zu einer Heilung der Rhythmusstörungen führt. Die Elektrode, von der die Spur 138 stammt, erfasst das ablatierte Gewebe und zeigt die Fragmentierung der Elektrokardiogrammmuster 140. Die reguläre Ausbreitungswellenform der ventrikulären Tachykardie ist in dem Muster 142 gezeigt. Da das für diesen Ventrikel verantwortliche Myokard durch RF-Energie zerstört wird, zeigt die Wellenform 140 die progressive Fragmentierung und die Leitungsverzögerung, welche für Gewebeablation indikativ ist. Beträgt die Leitungsverzögerung fast 350 ms, endet die Rhythmusstörung und ist nicht mehr induzierbar.
Das abnorme Gewebe, welches Ursprung der ventrikulären Tachykardie ist, wird vor der Anwendung von RF-Energie nicht nur genau räumlich identifiziert, sondern zusätzlich wird während der Ablation der Umfang der Veränderung der Leitung und die Wirksamkeit der ablativen Energie gleichzeitig überwacht. Darüber hinaus kann, wenn aus irgendeinem Grund die Ablation unwirksam ist, das Verfahren zum Entfernen der elektrophysiologischen Abweichung frühzeitig beendet werden, bevor eine unnötige Exstirpation von Herzgewebe erfolgt. Vor der vorliegenden Anwendung der beschriebenen Technologie wurden die in 7 beschriebenen Phänomene niemals an einem menschlichen Herz aufgezeichnet.
8 ist ein konkretes menschliches Elektrokardiogramm, welches während einer Ablation aus Gründen einer paroxysmalen supraventrikulären Reentry-Tachykardie erhalten wurde. Ähnlich wie in 7, in der die elektrophysiologische Aktivität des Herzens von der Elektrode, welche die Spur 150 erzeugt, empfangen wird, sind orthogonale Elektroden in 1 mm Entfernung proximal der Spitzenelektroden angeordnet. Die Spur 150 ist ein Elektrogramm, welches von dem Bereich langsamer Leitung abgeleitet ist, welcher von dem ablatierten Gewebe aufgezeichnet wird. Die Aufzeichnung zeigt wiederum klar die Fähigkeit, diskrete Elektrogramme für jeden Herzbereich zu zeigen, während die Hochintensitäts-, Radiofrequenz-RF-Ablationsenergie gleichzeitig zu der Ablationsstelle geliefert wird.
9 ist ein weiteres, während eines Ablationsverfahrens (das RF-Ablationssignal ist aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt) aufgenommenes, konkretes menschliches Elektrokardiogramm, welches ebenfalls die raumspezifischen Eigenschaften der Erfindung zeigt. Hier erzeugt eine orthogonale Elektrode unmittelbar proximal der Elektrodenspitze eine Spur 156. Während der Aufzeichnung bewegte sich der Katheter versehentlich von der ventrikulären Seite des Klappenrings zwischen dem Atrium und dem Ventrikel zu der Atrialseite. An der Spur 156 kann gezeigt werden, dass das Muster an der linken Seite der 9 von großen ventrikulären Spitzen 162 und den kleineren Atrialimpulsen 164 dominiert ist. Wenn sich die für die Spur 156 verantwortliche Elektrode durch den Klappenring zu der Atrialseite bewegt, verändert sich das Muster nach und nach, so dass die großen ventrikulären Signale 162 kleiner werden und die Atrialsignale 164 deutlicher werden, und schließlich über diejenigen des rechten Ventrikels hinausgehen.
Diese Art der Mustererkennung würde beispielsweise sehr wichtig, wenn elektrophysiologische Verfahren bezüglich des Gewebes in der Nachbarschaft der Herzklappe, wie beispielsweise eine Ablation, erfolgen. Die in 9 dargestellte Bewegung beträgt vermutlich weniger als 5 Millimeter und ist mit fluoroskopischen Standardmitteln nicht erkennbar. Diese Art der Katheterbewegung erfolgt unter normalen Umständen in einem schlagenden Herzen mit einem darin an beliebiger Stelle angeordneten Katheter vermutlich häufig, und insbesondere in der Nachbarschaft einer sich öffnenden und schließenden Klappe. Es ist jedoch während der RF-Ablation wichtig zu wissen, ob sich die Katheterspitze auf der ventrikulären oder atrialen Seite dieses Klappenrings befindet. Nur die vorliegende Methodik ermöglicht ein derart unterscheidendes Signal, dass es während der RF-Ablation erkannt werden könnte.
Von Fachleuten können viele Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Es wird daher darauf hingewiesen, dass die dargestellte Ausführungsform nur beispielhaft ist und nicht als Einschränkung der von den nachfolgenden Ansprüchen definierten Erfindung gesehen werden darf.

Claims

Katheter (10) für die räumliche Kartierung der elektrophysiologischen Aktivität im Myokard eines menschlichen Herzens, umfassend: einen Katheterkörper (20) zum Anordnen im Herzen; wenigstens ein Paar orthogonaler Elektroden (12), angeordnet an einem Abschnitt des Katheterkörpers (20) in dem Herzen zum Empfangen von elektrokardialen Signalen nur von einem örtlich begrenzten Bereich innerhalb von 1 bis 3 mm an einem vorbestimmten Punkt im Myokard; Schaltkreismittel (24) zum Differenzieren der von den orthogonalen Elektroden (12) empfangenen kardialen Signale zum Erzeugen eines elektrographischen Signals, welches für die örtlich begrenzte kardiale Aktivität nur innerhalb von ungefähr 1 bis 3 mm an dem vorbestimmten Punkt indikativ ist; und eine an dem Katheterkörper (20) angeordnete Elektrode (14), wobei die Elektrode entweder für das Anwenden ablativer Energie zum Beseitigen von Myokard in Berührung mit der Elektrode (14) oder zum Liefern eines stimulierenden Impulses zur Schrittsteuerung des Herzens angeordnet und angepasst ist, wobei die Elektrode (14) zum Anwenden ablativer Energie oder zum Liefern eines stimulierenden Impulses an einem distalen Spitzenabschnitt des Katheterkörpers (20) angeordnet ist und das Paar orthogonaler Elektroden (12) in Längsrichtung in Abstand zueinander proximal der distalen Spitze angeordnet ist, wodurch die orthogonalen Elektroden (12) in der Lage sind, die elektrokardialen Signale zu empfangen, ohne das Myokard notwendigerweise zu berühren, wobei das Paar orthogonaler Elektroden (12) 1 bis 3 mm proximal der ablativen oder stimulierenden Elektrode (14) angeordnet ist.
Katheter nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der Paare von orthogonalen Elektroden (12) an dem Katheterkörper (20) im Herzen mit Abständen von 1–5 mm zueinander angeordnet ist.
Katheter nach einem der Ansprüche 1–2, wobei wenigstens zwei der orthogonalen Elektroden (12) an dem Katheterkörper (20) in zueinander in Längsrichtung versetzten Positionen angeordnet sind.
Katheter nach einem der Ansprüche 1–2, wobei wenigstens zwei der orthogonalen Elektroden (12) an dem Katheterkörper (20) in derselben umfangmäßigen Ebene durch den Katheterkörper (20) angeordnet sind.