ES2252390T3 - Aparato para medir una pluralidad de señales electricas del cuerpo de un paciente. - Google Patents
Aparato para medir una pluralidad de señales electricas del cuerpo de un paciente.Info
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Abstract
Un aparato (18) para medir una pluralidad de señales eléctricas desde una agrupación (23) de electrodos, comprendiendo dicho aparato: un primer amplificador (amp(1)) para medir un voltaje, con relación a un voltaje de referencia o a tierra, en un primer electrodo (e1) de dicha agrupación (23); y una cascada de amplificadores diferenciales (amp(2) a amp(m)), midiendo cada uno de dichos amplificadores diferenciales de dicha cascada una diferencia de voltaje entre dos electrodos (em-1, em) sucesivos en dicha agrupación (23); en el que el voltaje, Vn, en el electrodo n está dado por la expresión, en la que a1 es el voltaje en dicho primer electrodo (e1), cuando se mide por dicho primer amplificador (amp(1)), y cada uno de dichos ai es un voltaje diferencial entre el electrodo i y el electrodo (i-1) de dicha agrupación (23), cuando se mide por dichos amplificadores diferenciales (amp(2) a amp(m)); comprendiendo dicho aparato además un procesador informático (36) para computarizar dichos voltajes(Vm) en dichos electrodos (e1 a em).
Description
Aparato para medir una pluralidad de señales
eléctricas del cuerpo de un paciente.
Esta invención está dirigida a un aparato para
medir una pluralidad de señales eléctricas a partir de una
agrupación de electrodos situada, preferiblemente, en el cuerpo de
un paciente, y es adecuado especialmente para medir una pluralidad
de señales eléctricas débiles que emanan del corazón de un paciente
usando electrodos de no contacto intracardíacos.
Las arritmias cardíacas, de las que la más común
es la taquicardia ventricular (VT), son una causa principal de
muerte. En la mayoría de los pacientes, la VT se origina a partir de
una lesión de 1 mm a 2 mm situada cerca de la superficie interior de
la cavidad cardíaca. Uno de los tratamientos para la VT comprende la
exploración de las trayectorias eléctricas del corazón para
localizar la lesión seguida de la ablación del sitio activo.
Los documentos
US-A-5.546.951 y WO 96/05768
describen procedimientos para detectar una propiedad eléctrica del
tejido cardíaco, por ejemplo, el tiempo de activación local, como
una función de la posición precisa dentro del corazón. Los datos se
adquieren con uno o más catéteres que tienen sensores eléctricos y
de localización en sus puntas distales, que son introducidas en el
corazón. Las señales eléctricas se adquieren generalmente con un
electrodo situado en la punta distal del catéter después de
determinar que la punta hace contacto estable y firme con el
endocardio. En los documentos EP-A-0
974 936 y EP-A-1 070 480 se
describen procedimientos de creación de un mapa de la actividad
eléctrica del corazón, basándose en estos datos. Como se indica en
estas solicitudes, la posición y actividad eléctrica se miden,
preferiblemente, en el inicio entre alrededor de 10 y alrededor de
20 puntos en la superficie interior del corazón. Estos puntos de
datos son entonces generalmente suficientes para generar una
reconstrucción o mapa preliminar de la superficie cardíaca con una
calidad satisfactoria. El mapa preliminar se combina a menudo con
datos tomados en puntos adicionales, a fin de generar un mapa más
exhaustivo de la actividad eléctrica del corazón. En ajustes
clínicos, no es infrecuente acumular datos de 100 o más sitios para
generar un mapa detallado y exhaustivo de la actividad eléctrica de
la cavidad cardíaca. El mapa detallado generado puede servir
entonces como el fundamento para decidir en un ciclo terapéutico de
acción, por ejemplo, en una ablación de tejido, para alterar la
propagación de la actividad eléctrica del corazón y recuperar el
ritmo normal del mismo.
Los catéteres que contienen sensores de posición
se pueden usar para determinar la trayectoria de puntos de la
superficie cardíaca. Estas trayectorias se pueden usar para inferir
características de movimiento, tales como la contractilidad del
tejido. Como se describe en el documento
US-A-5.738.096, los mapas que
representan tales características de movimiento se pueden construir
cuando se hace un muestreo de la información de la trayectoria en un
número suficiente de puntos del corazón.
Un inconveniente de generar un mapa de una
cavidad cardíaca usando un catéter que contiene solamente un
electrodo simple, de punta distal, es el largo periodo de tiempo
requerido para acumular datos sobre una base de punto a punto con el
requisito del número de puntos requerido para un mapa detallado de
la cavidad en su conjunto. En consecuencia, se han desarrollado
catéteres de electrodo múltiple para medir simultáneamente la
actividad eléctrica en múltiples puntos de la cavidad cardíaca. Los
datos de actividad eléctrica cardíaca se han adquirido con
catéteres de múltiples electrodos que usan procedimientos de
contacto, así como de no contacto.
El documento
US-A-5.487.391, dirigido a sistemas
y procedimientos para derivar y mostrar en una pantalla las
velocidades de propagación de sucesos eléctricos en el corazón, es
ilustrativo de procedimientos de contacto encontrados en la técnica.
En el sistema descrito en la patente 5.487.391, la sonda eléctrica
es una estructura tridimensional que tiene la forma de una cesta. En
la realización ilustrada en la patente 5.487.391, la cesta está
compuesta por 8 nervios, cada uno de los cuales porta ocho
electrodos, para un total de 64 electrodos en la sonda. La
estructura de cesta está diseñada de manera que, cuando se
despliega, sus electrodos se mantienen en contacto íntimo contra la
superficie endocárdica. Un problema con los catéteres descritos en
la patente 5.487.391 es que son difíciles y caros de producir. El
gran número de electrodos en tales catéteres es también muy exigente
en el subsistema de grabación y procesamiento de datos. Hay
complejidades adicionales asociadas con el despliegue y la retirada
de estos catéteres, y un peligro creciente de coagulación de la
sangre.
El documento
US-A-5.848.972 de Triedman et
al. describe un procedimiento para exploración de la actividad
endocárdica que usa un catéter de múltiples electrodos. En el
procedimiento de la patente 5.848.972, un catéter de múltiples
electrodos, preferiblemente, un catéter de cesta de
Webster-Jenkins™ de 50 electrodos de la firma
Cordis-Webster de Baldwin Park, CA, en Estados
Unidos de América, se introduce en una cavidad cardíaca. Se obtienen
fluorogramas anteroposteriores (AP) y laterales para establecer la
posición y la orientación de cada uno de los electrodos. Los
electrogramas se graban a partir de cada uno de los electrodos en
contacto con la superficie cardíaca con respecto a una referencia
temporal, tal como el principio de la onda P en ritmo sinuoso a
partir de un ECG superficial del cuerpo. De manera interesante,
Triedman et al. diferencian entre esos electrodos que graban
actividad eléctrica y aquellos que no lo hacen, debido a la ausencia
de una gran proximidad a la pared endocárdica. Después de que se
graban los electrogramas iniciales, se vuelve a situar el catéter, y
se graban una vez más los fluorogramas y los electrogramas. Se
reconstruye entonces un mapa eléctrico a partir de la información
anterior.
El documento
US-A-4.649.924 de Taccardi describe
un procedimiento para la detección de campos de potencial eléctrico
intracardíacos. La patente 4.649.924 es ilustrativa de los
procedimientos de no contacto que se han propuesto para adquirir una
gran cantidad de información eléctrica cardíaca simultáneamente. En
el procedimiento de la patente 4.649.924, un catéter que tiene una
porción extrema distal está provisto de una serie de electrodos
sensores distribuidos sobre su superficie. Los electrodos están
conectados a conductores eléctricos aislados para su conexión a
medios de detección y procesamiento de señales. El tamaño y forma de
la porción extrema distal del catéter son tales que los electrodos
están separados sustancialmente de la pared de la cavidad cardíaca.
Los electrodos están distribuidos, preferiblemente, en una serie de
circunferencias que se encuentran en planos separados unos de otros
y perpendiculares al eje mayor de la porción extrema del catéter. Al
menos dos electrodos adicionales están dispuestos adyacentes a los
extremos del eje mayor de la porción extrema. La patente 4.649.924
describe una única realización ilustrativa en la que el catéter
comprende ocho electrodos espaciados equiangularmente en cada una de
las cuatro circunferencias. Así, en esa realización ilustrativa, el
catéter comprende 34 electrodos (32 electrodos circunferenciales y
dos extremos). Se dice que el procedimiento de la patente 4.649.924
detecta los campos de potencial intracardíaco solamente en un único
latido cardíaco.
El documento WO 99/06112 de Rudy describe un
sistema y un procedimiento de exploración cardíaco
electrofisiológico, basándose en un catéter de no contacto, no
expandido, de múltiples electrodos. Se obtienen electrogramas con
catéteres que tienen desde 42 a 122 electrodos. Además del problema
descrito anteriormente de la complejidad de catéteres de múltiples
electrodos, el procedimiento de Rudy requiere conocimiento anterior
de la geometría relativa de la sonda y del endocardio, que se debe
obtener a través de una modalidad de formación de imágenes
independientes, tal como una ecocardiografía transesofágica. En el
procedimiento de Rudy, después de la formación de imágenes
independientes, se usan electrodos de no contacto para medir
potenciales de superficie cardíaca y para construir mapas de la
misma.
El documento
US-A-5.297.549 de Beatty et
al. describe un procedimiento y un aparato para generar un mapa
de la distribución del potencial eléctrico de una cavidad cardíaca.
En el procedimiento de Beatty, un montaje intracardíaco de catéter
de exploración de múltiples electrodos se inserta en el corazón. El
montaje de catéter de exploración incluye una agrupación de
múltiples electrodos con un electrodo de referencia integral o,
preferiblemente, un catéter de referencia compañero. En uso, los
electrodos se despliegan en forma de una agrupación sustancialmente
esférica. La agrupación de electrodos está referenciada
espacialmente a un punto en la superficie endocárdica mediante el
electrodo de referencia o mediante el catéter de referencia, que se
pone en contacto con la superficie endocárdica. Se dice que el
catéter de agrupación de electrodos preferido porta al menos 24
sitios de electrodos individuales.
El documento
US-A-5.311.866 de Kagan et
al. describe un montaje de catéter de exploración de corazón que
incluye una agrupación de electrodos que define varios sitios de
electrodo. El montaje de catéter de exploración comprende también
una luz para aceptar un catéter de referencia que tiene un montaje
de electrodos de punta distal que se puede usar para sondear la
pared del corazón. En la construcción preferida, el catéter de
exploración comprende un trenzado de hilos conductores aislados, que
tienen, preferiblemente, de 24 a 64 hilos en el trenzado, cada uno
de los cuales se usa para formar sitios de electrodo. Se dice que el
catéter se puede situar fácilmente en un corazón para adquirir
información de actividad eléctrica a partir de un primer conjunto de
sitios de electrodo de no contacto y/o un segundo conjunto de sitios
de electrodo de contacto.
Los documentos
US-A-5.385.146 y
US-A-5.450.846 de Goldreyer
describen un catéter que se dice que es útil para generar un mapa de
la actividad electrofisiológica dentro del corazón. El cuerpo del
catéter tiene una punta distal que está adaptada a entregar un pulso
estimulante para marcar el ritmo al corazón o un electrodo ablativo
para realizar una ablación del tejido que está en contacto con la
punta. El catéter comprende además al menos un par de electrodos
ortogonales. Los electrodos ortogonales están acoplados de manera a
modo de pareja a amplificadores diferenciales para generar señales
de diferencia que se dice que van a ser indicativas de la actividad
eléctrica cardíaca local adyacente a los electrodos ortogonales.
El documento
US-A-5.662.108 de Budd et al.
describe un procedimiento para medir datos electrofisiológicos en la
cavidad cardíaca. El procedimiento implica, en parte, situar un
conjunto de electrodos activos y pasivos dentro del corazón, que
suministra corriente a los electrodos activos para generar un campo
eléctrico en la cavidad cardíaca, y medir el campo eléctrico
resultante en los sitios de electrodo pasivo. En una de las
realizaciones descritas, los electrodos pasivos están contenidos en
una agrupación situada en un globo inflable o en un catéter con
globo. En las realizaciones preferidas, se dice que la agrupación
tiene de 60 a 64 electrodos.
El documento
EP-A-1 125 549 describe un aparato y
un procedimiento nuevos para generar rápidamente un mapa eléctrico
de una cavidad cardíaca. En una realización, el aparato y el
procedimiento de la solicitud 1 125 549 utilizan un catéter que
incluye un electrodo de contacto situado en la punta distal del
catéter y una agrupación de electrodos de no contacto, que
comprenden, preferiblemente, desde alrededor de 12 hasta alrededor
de 32 electrodos, situados proximales desde la punta distal del
catéter. El catéter incluye además al menos uno, y preferiblemente
dos, sensores de localización. El catéter se usa para generar
rápidamente un mapa eléctrico del corazón dentro de al menos un
ciclo cardíaco e incluye, preferiblemente, la ablación cardíaca y la
validación posterior a la ablación.
El documento
US-A-4.911.174 describe un
procedimiento para identificar la transición desde la aurícula hasta
el ventrículo. El procedimiento emplea un catéter intracardíaco con
múltiples electrodos sobre él. Se miden los voltajes entre pares de
electrodos adyacentes y las formas de onda resultantes se comparan
con la del par de electrodos más distales para la relación de fase y
morfología. Una diferencia pronunciada indica la transición.
Los procedimientos de múltiples electrodos para
adquirir señales eléctricas cardíacas ofrecen el potencial para
reducir el tiempo requerido a fin de generar un mapa eléctrico,
especialmente con relación a las mediciones de contacto de un único
punto. Un problema con los procedimientos de no contacto, sin
embargo, es la debilidad de la señal eléctrica comparada con las
mediciones de contacto, en particular, cuando los electrodos se han
retirado adicionalmente del endocardio. Frecuentemente, la magnitud
de una señal de no contacto sólo es ligeramente mayor que el nivel
de ruido. Así, es difícil, a menudo, discriminar con precisión el
potencial eléctrico en electrodos adyacentes, y esto tiene
implicaciones negativas en la precisión del mapa cardíaco producido
a partir de tales mediciones. Así, existe una necesidad de
mediciones más precisas de señales eléctricas débiles, en
particular, del tipo y de la magnitud encontradas en mediciones
intracardíacas de no contacto.
Un aspecto de la invención está dirigido a un
aparato para medir una pluralidad de señales eléctricas a partir de
una agrupación de electrodos. El aparato de la invención comprende
un primer amplificador para medir un voltaje, con relación a un
voltaje de referencia o a tierra, en un primer electrodo de la
agrupación. El aparato comprende además una cascada de
amplificadores diferenciales, cada uno de los cuales mide una
diferencia de voltaje entre dos electrodos sucesivos en dicha
agrupación. El voltaje V_{n} en el electrodo n viene
dado por la expresión:
V_{n} = a_{1}
+ \sum\limits^{n}_{i=2}
a_{i},
en donde a_{1} es el
voltaje en el primer electrodo, como es medido por el primer
amplificador, y cada a_{i} es un voltaje diferencial entre
el electrodo i y el electrodo (i - 1) de la
agrupación, como es medido por los amplificadores diferenciales. El
aparato comprende además un procesador de cálculo para computarizar
los voltajes en los
electrodos.
Otro aspecto de la invención está dirigido a un
aparato para medir señales eléctricas que emanan del cuerpo de un
paciente. El aparato comprende un catéter sobre el que está situada
dicha agrupación de electrodos.
En algunas realizaciones, la agrupación de
electrodos de catéter comprende al menos un electrodo de contacto y
una pluralidad de electrodos de no contacto. En tales realizaciones,
el primer amplificador se usa, preferiblemente, para medir la señal
en el electrodo de contacto.
En algunas realizaciones, el catéter usado en el
aparato de la invención comprende además al menos un sensor de
posición. En algunas realizaciones, el catéter comprende un primer
sensor de posición próximo a la punta distal del catéter y un
segundo sensor de posición proximal a la agrupación de electrodos.
El al menos un sensor de posición se selecciona, preferiblemente, a
partir de sensores acústicos, sensores magnéticos, sensores
electromagnéticos o combinaciones de los mismos. Al menos uno de los
sensores de posición es, preferiblemente, un sensor de posición
electromagnético.
La presente invención se entenderá más
completamente a partir de la siguiente descripción detallada de sus
realizaciones preferidas, considerada junto con los dibujos, en los
que:
la figura 1 es un dibujo esquemático de elementos
seleccionados de un sistema electrofisiológico cardíaco que
comprende el aparato de la invención;
la figura 2 muestra elementos adicionales del
sistema electrofisiológico cardíaco de la figura 1;
la figura 3A muestra una realización de un
extremo distal de un catéter que está incluido en algunas
realizaciones del aparato de la invención;
la figura 3B muestra otra vista del catéter de la
figura 3A;
la figura 3C muestra el catéter de la figura 3A y
3B en corte transversal longitudinal;
la figura 4 muestra el extremo distal de otra
realización de un catéter que está incluido en algunas realizaciones
del aparato de la invención;
la figura 5 muestra un extremo distal de una
tercera realización de un catéter que está incluido en algunas
realizaciones del aparato de la invención; y
\newpage
la figura 6 muestra un circuito de procesamiento
de señales, cuyos componentes están incluidos en el aparato de la
invención.
En una realización, el aparato de la invención
está dirigido a medir una pluralidad de señales eléctricas a partir
de una agrupación de electrodos. En realizaciones preferidas, la
agrupación de electrodos está situada sobre un catéter y se usa para
medir señales eléctricas que emanan del cuerpo, y particularmente,
del corazón de un paciente.
Un sistema para medir la actividad eléctrica en
el corazón usando una agrupación de electrodos con base en catéter
se muestra en las figuras 1 y 2. El sistema, designado generalmente
por 18, como se muestra mejor en la figura 1, comprende un catéter
20 de exploración para diagnóstico y de entrega terapéutica para
inserción en el cuerpo humano, y preferiblemente, en una cavidad de
un corazón 29 humano (figura 2). El catéter 20 incluye un cuerpo 20a
de catéter que tiene un extremo distal 22. El extremo distal 22
incluye un electrodo 24 en la punta distal 26 para hacer contacto y
medir las propiedades eléctricas del tejido cardíaco. El electrodo
24 es útil también para enviar señales eléctricas al corazón con
propósitos de diagnóstico, por ejemplo, para exploración del ritmo
y/o con propósitos terapéuticos, por ejemplo, para realizar una
ablación del tejido cardíaco defectuoso. El extremo distal 22 del
catéter 20 incluye además electrodos de no contacto 25 para medir
señales eléctricas de campo lejano en la cavidad cardíaca. Los
electrodos de no contacto 25 están dispuestos linealmente paralelos
al eje 47 longitudinal (figura 3A) del extremo distal 22 de catéter.
El electrodo 24 de punta, junto con los electrodos de no contacto
25, comprenden una agrupación 23 de electrodos. El extremo distal
22 del catéter 20 incluye además al menos un sensor de localización
28 que genera señales usadas para determinar la posición y la
orientación del catéter dentro del cuerpo. El sensor de localización
28 es adyacente, preferiblemente, a la punta distal 26 del catéter
20. Existe, preferiblemente, una relación de posición y de
orientación fija entre el sensor de localización 28, la punta 26 y
el electrodo 24.
Preferiblemente, el catéter 20 incluye un mango
30, que tiene unos controles 32 para dirigir el extremo distal 22
del catéter 20 en una dirección deseada, tal como para desviar el
extremo distal 22, o para posicionarlo y/u orientarlo como se
desee.
El sistema 18, como se muestra en la figura 1,
comprende además una consola 34, que permite al usuario observar y
regular las funciones del catéter 20. Preferiblemente, la consola 34
incluye un ordenador 36 que funciona como un procesador de señales,
un teclado 38, unos circuitos 40 de procesamiento de señales, que
están típicamente dentro del ordenador 36, y una pantalla 42. Los
circuitos 40 de procesamiento de señales reciben, amplifican,
filtran y digitalizan típicamente señales desde el catéter 20, que
incluyen señales generadas por un sensor de localización 28, un
electrodo 24 de punta y unos electrodos de no contacto 25, después
de lo cual estas señales digitalizadas son usadas por el ordenador
36 para computarizar la posición y/o la orientación del catéter, así
como las características eléctricas de la cavidad cardíaca.
Alternativamente, se puede asociar circuitería apropiada con el
propio catéter 20, de manera que el ordenador 36 reciba señales que
ya están amplificadas, filtradas y/o digitalizadas.
El catéter 20 está acoplado al ordenador 36 a
través de un cable 21 de prolongación, que, en su extremo proximal,
comprende un conector 44 adaptado a ajustarse en un receptáculo 46
coincidente sobre la consola 34. El extremo distal del cable 21
comprende un receptáculo 33 que conecta con el mango 30 de catéter.
Preferiblemente, el receptáculo 33 está configurado para recibir
catéteres de un modelo específico e incluye, preferiblemente, una
identificación evidente de usuario del modelo específico. Una de las
ventajas de usar el cable 21 es la capacidad de conectar diferentes
modelos y tipos de catéteres, tales como aquellos catéteres que
tienen diferentes configuraciones de mango, a la misma consola 34.
Se pueden usar diferentes cables 21 para conectar una gran variedad
de catéteres a la consola 34. Otra ventaja de tener un cable 21
separado es el hecho de que el cable 21 no entra en contacto con los
pacientes. Es posible, por lo tanto, reutilizar el cable 21 sin
esterilización.
El cable 21 contiene además uno o más
transformadores de aislamiento (no mostrados en las figuras), que
aíslan eléctricamente el catéter 20 de la consola 34. Los
transformadores de aislamiento están contenidos, preferiblemente, en
el receptáculo 33. Alternativamente, los transformadores de
aislamiento pueden estar contenidos en la electrónica del sistema
asociado.
Los componentes adicionales usados en el sistema
18 con el catéter 20 de la presente invención están ilustrados
esquemáticamente en la figura 2. Un médico 100 inserta el catéter 20
a través de una incisión en el sistema vascular, es decir, usando un
abordaje intravascular, en una cavidad cardíaca 29 de un paciente
110, de manera que el sensor de localización 28 y la agrupación 23
de electrodos, que comprenden el electrodo 24 de punta distal y los
electrodos de no contacto 25, estén dentro de la cavidad. De acuerdo
con un sensor de localización ilustrativo descrito en los documentos
WO 96/05768 y US-A-5.391.199, el
sensor 28 genera señales en respuesta a campos magnéticos aplicados
externamente generados por bobinas 27 generadoras de campo
electromagnético que están situadas cerca del paciente 110, tal como
fijadas a la mesa 31 de quirófano. La magnitud de las señales
generadas por el sensor 28 depende de la posición y orientación del
sensor en el campo magnético aplicado. Las bobinas 27 generadoras de
campo están conectadas a través del cable 41 a circuitos excitadores
43. Los circuitos 43 están conectados al ordenador 36 (figura 1),
que controla el funcionamiento de las bovinas generadoras.
Alternativamente, el sistema de la invención puede emplear bobinas
generadoras de campo en el catéter y sensores externos al
paciente.
\newpage
Mientras el catéter usado en algunas
realizaciones del aparato de la invención se describe en esta
memoria con referencia a sensores electromagnéticos, cualquier otro
sensor de localización que proporcione información de posición
tridimensional y, opcionalmente, información de orientación, se
puede usar en la puesta en práctica de la invención. Unos sensores
ilustrativos que también son útiles incluyen a sensores acústicos y
sensores magnéticos.
Preferiblemente, las mediciones mediante el
sensor de localización 28 están sincronizadas sustancialmente con el
ciclo cardíaco, de manera que los mapas resultantes de la actividad
eléctrica de la cavidad cardíaca describen la geometría de la
cavidad en un único punto en el ciclo cardíaco. Preferiblemente, los
mapas describen el corazón 29 en el punto de diástole final del
ciclo cardíaco. La sincronización de las localizaciones en un punto
del ciclo cardíaco elimina errores que pueden surgir, por otra
parte, al determinar posiciones del electrodo de contacto 24 y de
los electrodos de no contacto 25, debido al movimiento del corazón
29.
La figura 3A es una vista en planta del extremo
distal de una realización preferida de un catéter usado en el
aparato y en el procedimiento de la invención. La figura 3B describe
el catéter de la figura 3A girado 90º alrededor de su eje 47
longitudinal. La figura 3C describe el catéter de la figura 3B en
corte transversal longitudinal a lo largo de la línea
3C-3C. Como se muestra en la figura 3A, el catéter
comprende un electrodo 24 de punta y un electrodo 45 de anillo.
Juntos, estos dos electrodos funcionan como un electrodo de contacto
bipolar. Los electrodos de no contacto 25 están dispuestos en una
agrupación que tiene un extremo proximal 49 y un extremo distal 50.
El catéter comprende una pluralidad de electrodos de no contacto 25,
por ejemplo, dieciséis electrodos 25 de punto. Cada electrodo 25
tiene sección transversal circular y tiene un diámetro de 1 mm. Los
electrodos de no contacto 25 en la agrupación 23 están dispuestos en
cuatro columnas espaciadas circunferencialmente alrededor del
extremo distal 22 del catéter a incrementos de 90º. La posición de
los electrodos 25 en cada columna está desplazada longitudinalmente
con relación a la posición de los electrodos correspondientes en
columnas adyacentes. Esta disposición de electrodos de no contacto
25 en la agrupación 23 permite que los electrodos de no contacto 25
reciban simultáneamente señales eléctricas de campo lejano de todas
las paredes de la cavidad en la que se ha hecho avanzar el catéter
20. El catéter 20 comprende además dos sensores de localización 28 y
48, donde el sensor 28 está en la punta distal del catéter y el
sensor 48 está cerca del extremo proximal 49 de la agrupación 23.
Hay hilos conductores, no mostrados en la figura 3C, que conectan
cada uno de los sensores 28 y 48 y cada uno de los electrodos 24, 25
y 45 al mango 30, desde el que se transmiten señales a través del
cable 21 a los circuitos 40. No se muestra, igualmente, un mecanismo
de desviación, que permite la desviación del control 32 a través de
la punta del catéter sobre el mango 30 de catéter. El diseño
específico del mecanismo de desviación del catéter no es crítico
para la invención, y puede ser cualquiera de los diseños para
mecanismos de desviación de catéter conocidos en la técnica. Se
describen mecanismos de dirección/desviación de catéter, por
ejemplo, en los documentos
US-A-5.964.757;
US-A-5.897.529;
US-A-5.938.603;
EP-A-0 900 547;
EP-A-0 900 548 y WO 98/43530.
La figura 4 muestra una realización alternativa
de un extremo distal 22a de un catéter 20a útil en el aparato y en
el procedimiento de la invención. El catéter 20a consiste en un
electrodo 24 de punta y un electrodo 45 de anillo. Un total de
veinticuatro electrodos de no contacto 25a dispuestos en cuatro
columnas de seis electrodos cada una y espaciados
circunferencialmente a incrementos de 90º alrededor del extremo
distal 22a de catéter. En la realización mostrada en la figura 4,
los electrodos de no contacto 25a tienen forma rectangular, con
dimensiones de 1mm x 3 mm, y están espaciados dentro de una columna
a una distancia de 8 mm entre centros. El extremo distal 22a de
catéter de la figura 4 contiene, igualmente, dos sensores de
localización (no mostrados), uno en la punta 26 del catéter y el
otro en el extremo proximal de la agrupación 23a de electrodos.
Preferiblemente, la agrupación 23a de electrodos
comprende de aproximadamente doce a aproximadamente treinta y dos
electrodos de no contacto 25a. Más preferiblemente, la agrupación
23a comprende de aproximadamente dieciséis a aproximadamente
veinticuatro electrodos de no contacto 25a. En una realización
preferida, la agrupación 23a comprende menos de veinte electrodos de
no contacto 25a.
Como se muestra en las figuras 3A, 3B, 3C y 4,
los electrodos de no contacto 25 y 25a en las agrupaciones 23 y 23a
de electrodos son discontinuos alrededor de la circunferencia de los
extremos distales 22 y 22a de catéter, respectivamente. La figura 5
es una ilustración esquemática ilustrada, que muestra una porción
distal 22b de otro catéter 20b preferido, que es útil en el aparato
y en el procedimiento de la presente invención. El catéter 20b de la
figura 5 es sustancialmente similar en construcción y uso al catéter
20 y 20a, descrito con detalle anteriormente, excepto que en vez de
electrodos de 25 punto o placas 25a rectangulares, el catéter 20b
comprende una pluralidad de electrodos 25b de anillo. El electrodo
25b de anillo más próximo al electrodo 24 de punta se puede usar en
unión con el electrodo 24 de punta para medir potenciales bipolares
en la superficie cardíaca. En una realización ilustrativa, el
catéter tiene treinta y dos electrodos de anillo, separados
aproximadamente 0,5 mm.
Ya que los extremos distales 22 y 22a de catéter
mostrados en las figuras 3A, 3B, 3C, 4 y 5 tienen electrodos de
contacto de punta distal bipolares, se entenderá que los extremos
distales de catéter que contienen electrodos de punta distal
unipolar se considera también que son útiles para poner en práctica
el procedimiento y el aparato de la presente invención.
En uso, es deseable conocer la posición y la
orientación de cada uno de los electrodos de no contacto 25, 25a y
25b contenidos en la agrupación 23, 23a y 23b del catéter 20, 20a y
20b, respectivamente. A fin de conocer la posición y orientación de
cada uno de los electrodos, el catéter usado en el aparato de la
invención emplea, preferiblemente, dos o más sensores de
localización, tales como los sensores 28 y 48, como se muestra en la
figura 3C. Uno de estos sensores está colocado, preferiblemente, en
la punta distal 26 de catéter, mientras un segundo sensor está
colocado, preferiblemente, en el extremo proximal 49 de la
agrupación 23 de electrodos. Preferiblemente, al menos uno de estos
sensores de localización proporciona seis grados de información de
la posición y orientación, es decir, tres coordenadas de posición
(x, y, z) y tres coordenadas de orientación
(cabeceo, balanceo y guiñada). Unos sensores de localización 28 y 48
adecuados que proporcionan seis grados de información de la posición
se describen, por ejemplo, en el documento WO 96/05768.
Conociendo la posición y la orientación
tridimensionales de cada uno de los sensores y la geometría de los
electrodos 25 en el extremo distal 22 de catéter, se puede calcular
la posición y la orientación de cada uno de los electrodos 25, por
ejemplo, usando técnicas de ranuras.
Bajo circunstancias adecuadas, por ejemplo,
conociendo las características de rigidez del catéter, otra
información de las imágenes y el uso de agrupaciones de electrodos
de no contacto rígidos y cortos, puede ser posible usar un catéter
que tenga solamente un único sensor de posición en la puesta en
práctica del procedimiento de la invención. En tales casos, el
sensor está situado, preferiblemente, en la punta distal 26 de
catéter.
En catéteres que tienen múltiples sensores de
localización, no todos los sensores tienen que proporcionar seis
grados de información de la posición. Por ejemplo, como se muestra
en la figura 3C, el sensor 28 detecta y transmite, preferiblemente,
señales indicadoras de seis grados de información de la posición.
Aunque el sensor 48 puede ser un sensor de seis grados, se puede
usar también un sensor que proporcione menos de seis grados de
información de la posición. Por ejemplo, un sensor que detecte cinco
grados de información de la posición (tres coordenadas de posición,
el cabeceo y la guiñada) se describe en el documento
US-A-5.913.820. Se pueden usar tales
sensores cuando el segundo sensor se aproxima al extremo 49 próximo
de la agrupación 23 de electrodos. Alternativamente, se puede usar
una pluralidad de sensores de localización, proporcionando cada uno
menos de seis grados de información de la posición. Por ejemplo, se
pueden usar tres o más sensores de localización, proporcionando cada
uno tres grados de información de la posición, para definir la
situación de todos los puntos sobre el catéter.
El catéter usado en el aparato de la invención
tiene, preferiblemente, un diámetro entre aproximadamente 1,67 mm y
aproximadamente 3,67 mm. Más preferiblemente, el catéter de la
invención tiene un diámetro entre aproximadamente 2 mm y
aproximadamente 2,67 mm.
En sistemas convencionales de la técnica anterior
que miden potenciales eléctricos de múltiples electrodos, la señal
proveniente de cada electrodo es alimentada típicamente a un
amplificador individual e independiente, donde se mide el voltaje
instantáneo. Las señales de cada electrodo se miden típicamente
respecto a una referencia tal como el electrodo de la superficie
corporal de la pierna derecha o respecto al terminal central de
Wilson (WCT), que es una señal compuesta, basándose en las señales
de la superficie corporal del brazo derecho, del brazo izquierdo y
de la pierna izquierda. Alternativamente, la señal desde cada
electrodo se mide respecto a tierra. En cualquier caso, en el
supuesto de múltiples electrodos, cada señal se mide típicamente en
paralelo desde su propio amplificador respecto a una referencia
común o tierra. Este esquema funciona bien en el caso de electrodos
de contacto, donde la amplitud de la señal generada en cada
electrodo está lejos en exceso del umbral de ruido. En el caso de
electrodos de no contacto, particularmente cuando los electrodos
están espaciados estrechamente y están fuera de contacto con el
endocardio, la diferencia de lecturas de dos electrodos adyacentes
puede ser del mismo orden de magnitud que el nivel de ruido de la
instrumentación de medida. Por ejemplo, para electrodos que están
separados dos mm y que están situados entre alrededor de uno a
alrededor de dos centímetros del endocardio, la diferencia entre las
señales de cada uno de los electrodos puede ser sólo del orden de
aproximadamente 10 a aproximadamente 15 microvoltios, que es del
mismo orden de magnitud que el nivel de ruido de la instrumentación,
que es del orden de aproximadamente 20 a aproximadamente 40
microvoltios. El aparato de la invención permite la discriminación
precisa de estas señales.
Una porción de los circuitos 40 de procesamiento
de señal usados en el aparato de la invención para medir señales
desde una agrupación de electrodos se muestra en la figura 6. Como
se muestra en la figura 6, el aparato recoge señales de un catéter
20 de múltiples electrodos que contiene una agrupación de un total
de m electrodos. El aparato de la invención comprende un
total de m amplificadores, etiquetados de amp(1) a
amp(m) en la figura 6, en la que el número de amplificadores
corresponde al número de electrodos en la agrupación de electrodos.
Los amplificadores amp(2) a amp(m) comprenden una
cascada de amplificadores diferenciales, en la que cada amplificador
de la cascada mide un voltaje diferencial entre sus electrodos
correspondientes y el electrodo previo en la agrupación de
electrodos. Por ejemplo, el amplificador 3, amp(3), mide el
voltaje diferencial del electrodo 3 e_{3} y del electrodo 2
e_{2}.
Los electrodos de catéter están conectados a los
amplificadores mediante conductores que son internos al catéter, que
conecta cada uno de los electrodos a un terminal en el mango 30 de
catéter. Desde el mango, el circuito a los amplificadores se
completa mediante el cable 21 que conecta el terminal en el mango 30
de catéter con los circuitos 40 de procesamiento de señal.
La porción del extremo distal 22 del catéter 20
de la figura 6 contiene un electrodo de punta etiquetado e_{1} y
una pluralidad de electrodos de anillo etiquetados de e_{2} a
e_{m}. La señal desde el electrodo de punta e_{1} se mide
mediante el amplificador amp(1), o con relación a una de las
señales de referencia enumeradas arriba o con relación a tierra. La
salida del amp(1), a_{1}, es así una medida directa de
V_{1}, el potencial en el electrodo e_{1}.
a_{1} =
V_{1}
El amplificador diferencial amp(2), el
primer miembro de la cascada de amplificadores, mide la diferencia
de voltaje a_{2} entre el electrodo e_{2} y el electrodo
e_{1}.
a_{2} = V_{2}
-
V_{1}
Redisponiendo y sustituyendo para V_{1}, el
potencial V_{2} en el electrodo e_{2} está dado por la
expresión:
V_{2} = a_{1}
+
a_{2}
El amplificador diferencial
amp(m-1) es el penúltimo amplificador en la
cascada, y mide la señal de diferencia entre los electrodos
e_{m-1} y e_{m-2}. Finalmente,
el amplificador amp(m) mide la señal de diferencia entre los
electrodos e_{m} y e_{m-1}.
Por analogía con las ecuaciones anteriores para
el potencial en el electrodo e_{2}, se puede mostrar que el
potencial, V_{n}, de cualquier electrodo e_{n} de la agrupación
de electrodos se puede proporcionar por la expresión:
V_{n} = a_{1}
+
\sum\limits^{n}_{i=2}a_{i},
en donde a_{1} es el
potencial en el primer electrodo como se mide con el primer
amplificador, y cada uno de los a_{i} es un voltaje
diferencial entre el electrodo i y el electrodo (i -
1) de la agrupación, como se mide mediante los amplificadores
diferenciales
respectivos.
Como se ilustra además en la figura 6, los
circuitos 40 de procesamiento de señal incluyen además típicamente
filtros para filtrar las señales a las que han dedo salida cada uno
de los amplificadores. Típicamente, las señales están filtradas con
ambos filtros de paso alto (etiquetados de HPF(1) a
HPF(M)) y con filtros de paso bajo (etiquetados de
LPF(1) a LPF(M)). Las señales son entonces alimentadas
a un multiplexor (MUX) desde el cual son entonces digitalizadas
mediante un conversor A/D (A/D). Las señales de electrodo
digitalizadas son transmitidas entonces a otras porciones de los
circuitos de procesamiento de señal para procesamiento adicional.
Por ejemplo, las señales digitalizadas se envían a un procesador
informático (CP) para la computación de los potenciales de los
electrodos individuales en la agrupación.
Los beneficios que se espera que estén asociados
con el aparato de la invención incluyen una relación
señal-ruido mejorada para señales débiles,
especialmente desde electrodos de no contacto situados a distancia
de la superficie endocárdica. Los beneficios adicionales incluyen la
capacidad de recuperar los potenciales de electrodo únicos a partir
de las mediciones diferenciales, como se describe en esta
memoria.
Los documentos
EP-A-1 125 549 y
EP-A-1 166 714 describen
procedimientos de exploración de la actividad eléctrica del corazón.
Usando los procedimientos descritos en ellos, los potenciales
eléctricos detectados en los electrodos de no contacto 25 del
catéter 20 se pueden usar para computarizar los potenciales en la
superficie endocárdica. Estos potenciales endocárdicos se pueden
usar para reconstruir electrogramas endocárdicos locales, o para
determinar una característica eléctrica del tejido cardíaco, tal
como el voltaje de pico o el tiempo de activación local (LAT). El
LAT está determinado típicamente como una característica del
electrograma local, tal como el tiempo de despolarización máxima del
tejido. Usualmente, LAT hace también referencia en el tiempo con
relación a un caso de referencia, tal como una propiedad particular
del electrograma de la superficie corporal. La característica
eléctrica resultante del tejido cardíaco se puede trazar como una
función de la geometría cardíaca para generar un mapa de la
característica.
Usando los procedimientos descritos en los
documentos EP-A-0 974 936 y
EP-A-1 070 480, los datos sobre la
geometría cardíaca, recogidos desde los sensores de localización 28
y 48, y las características eléctricas del tejido cardíaco, como se
describen en esta memoria, se pueden usar para generar una
reconstrucción tridimensional de la actividad eléctrica de la
cavidad cardíaca. Estas reconstrucciones son muy útiles para
identificar trayectorias eléctricas aberrantes que son responsables
de condiciones potencialmente amenazadoras para la vida tales como
la taquicardia ventricular. Habiendo identificado una trayectoria
aberrante a partir de la reconstrucción, el catéter usado en el
procedimiento y aparato de la invención se puede usar además para
proporcionar un tratamiento al tejido, como, por ejemplo, una
ablación del tejido con energía suministrada al mismo a través del
electrodo de contacto 24.
Aunque se han mostrado y descrito en esta memoria
realizaciones preferidas de la presente invención, será obvio para
los expertos en la técnica que tales realizaciones se proporcionan
sólo a modo de ejemplo. Ahora, a los expertos en la técnica se les
ocurrirán numerosas variaciones, cambios y sustituciones sin salirse
de la invención. En consecuencia, se pretende que la invención sólo
esté limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. Un aparato (18) para medir una pluralidad de
señales eléctricas desde una agrupación (23) de electrodos,
comprendiendo dicho aparato:
un primer amplificador (amp(1)) para medir
un voltaje, con relación a un voltaje de referencia o a tierra, en
un primer electrodo (e_{1}) de dicha agrupación (23); y
una cascada de amplificadores diferenciales
(amp(2) a amp(m)), midiendo cada uno de dichos
amplificadores diferenciales de dicha cascada una diferencia de
voltaje entre dos electrodos (e_{m-1}, e_{m})
sucesivos en dicha agrupación (23);
en el que el voltaje, V_{n}, en el
electrodo n está dado por la expresión
V_{n} = a_{1}
+
\sum\limits^{n}_{i=2}a_{i},
en la que a_{1} es el
voltaje en dicho primer electrodo (e_{1}), cuando se mide por
dicho primer amplificador (amp(1)), y cada uno de dichos
a_{i} es un voltaje diferencial entre el electrodo i
y el electrodo (i-1) de dicha agrupación (23), cuando se mide
por dichos amplificadores diferenciales (amp(2) a
amp(m));
comprendiendo dicho aparato además un procesador
informático (36) para computarizar dichos voltajes (V_{m})
en dichos electrodos (e_{1} a e_{m}).
2. Aparato según la reivindicación 1, para medir
señales eléctricas que emanan de un cuerpo de un paciente (110), en
el que dicha agrupación (23) de electrodos está situada sobre un
catéter (20).
3. Aparato según la reivindicación 2, en el que
dicha agrupación (23) de electrodos comprende al menos un electrodo
de contacto (24; 45) y una pluralidad de electrodos de no contacto
(25).
4. Aparato según la reivindicación 3, en el que
dicho primer amplificador (amp(1)) se usa para medir la señal
en dicho electrodo de contacto (24; 45).
5. Aparato según la reivindicación 2, en el que
dicho catéter (20) comprende además al menos un sensor de posición
(28; 48).
6. Aparato según la reivindicación 5, en el que
dicho catéter (20) comprende un primer sensor de posición (28)
próximo a la punta distal (26) de catéter y un segundo sensor de
posición (48) próximo a la agrupación (23) de electrodos.
7. Aparato según la reivindicación 5, en el que
dicho al menos un sensor de posición (28; 48) se selecciona a partir
de sensores acústicos, sensores magnéticos, sensores
electromagnéticos o combinaciones de los mismos.
8. Aparato según la reivindicación 7, en el que
al menos uno de dicho al menos un sensor de posición (28; 48) es un
sensor de posición electromagnético.
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