JP2010115490A - ペース発生器からの感知回路の分離 - Google Patents

Abstract

【課題】心臓がペーシングされている間でさえも、ペーシングとインピーダンスに基づく位置感知回路との間の分離を維持するために使用することができる、単純で新規の種類の回路を提供する。
【解決手段】生体内の電気信号を感知するため、具体的には、インピーダンス測定を使用して、体内の物体の場所を追跡するためのシステムにおいて、分離回路は、心臓がペーシングされている間でさえも、ペーシングと、位置感知回路との間の分離を維持する。
【選択図】図１

Description

開示の内容

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年１１月１２日出願の米国特許仮出願第６１／１１３，７２９号公開の利益を請求するものであり、参照により本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、生体内で電気信号を感知することに関する。より具体的には、本発明は、インピーダンス測定を使用して、体内の物体を追跡しながら、生体内で電気信号を感知することに関する。

〔背景技術〕
（関連技術の記載）
広範な医療手技は、センサ、管、カテーテル、分注器具、及びインプラントなどの物体を、体内に配置することを含む。位置感知システムは、かかる物体を追跡するために開発されている。例えば、ヴィットカムフ（Wittkampf）の米国特許第５，９８３，１２６号（この開示は参照により本明細書に組み込まれる）では、電気インピーダンス方法を用いて、カテーテル位置を検出するシステムを説明する。ゴバリ（Govari）らの米国特許出願公開第２００６／０１７３２５１号、及びオサドシー（Osadchy）の同第２００７／００３８０７８号（参照により本明細書に組み込まれる）では、プローブ上の電極と、体表面の複数の場所との間で、体に電流を通過させることによって、プローブの位置を感知するためのインピーダンスに基づく方法を説明する。

上記のものなどのシステムを使用して、患者心臓内のカテーテルの位置を追跡することができる。医師は、例えば、電気生理学研究などの診断目的、及び心不整脈の処置などの治療目的で、カテーテルを用いる場合がある。かかる手技の過程において、医師は、カテーテル先端の、又はその近くの電極を介して、好適な電気信号を印加することによって、心臓をペーシングすることを望む場合がある。この目的のために、インピーダンスに基づく位置感知のために使用されるように、ペーシング発生器をカテーテル上の同一の電極に接続することが一般的である。

〔課題を解決するための手段〕
インピーダンスに基づく技術を使用した正確な位置測定に関しては、電流が、漏れることなく、カテーテル上の電極と体表面の電極との間を、他の電流シンクに流れることが望ましい。しかしながら、ペーシング発生器は通常、低入力インピーダンスを有し、したがって、ペーシング発生器がカテーテル電極に接続されている際、インピーダンスに基づく位置感知において使用される信号を短絡させる傾向がある。本発明の実施形態は、心臓がペーシングされている間でさえも、ペーシングとインピーダンスに基づく位置感知回路との間の分離を維持するために使用することができる、単純で新規の種類の回路を提供する。

本発明の一実施形態は、１つ以上の電極を上部に有するプローブを含み、被検体の心臓への挿入に適合された、医療装置を提供する。この装置は、電極に連結される位置感知回路と、電気ペーシング信号を生成して、心臓を電気的に作動させるためのペーシング発生器と、ペーシング発生器と電極と位置感知回路との間に挿入され、かつ既定の範囲内である電圧での比較的高い第１のインピーダンス、及び電圧が既定の範囲外である際の、第１のインピーダンスに対して低い第２のインピーダンスによって特徴付けられる、連結要素と、を含む。

この装置の一態様によると、連結要素は、並列に接続される反対の極性のダイオード対を含む。

この装置の追加的な態様によると、連結要素は、並列に接続される２つのバイポーラ接合トランジスタを含む。

この装置の更に別の態様によると、ペーシング発生器は、第１及び第２の出力リードを有し、連結要素は、この第１及び第２の出力リードにそれぞれ接続される第１及び第２のクロスダイオード対を含む。

既定の範囲は、−０．７〜＋０．７ボルトであり得る。

この装置は、ペーシング発生器の出力を電極のうちの選択されたものに向けるための、ペーシング発生器に連結されるルータを含んでもよく、位置感知回路及びペーシング発生器は、電極のうちの選択されたものに同時に電気的に接続される。

この装置は、電極に連結され、かつ連結要素を介してペーシング発生器に同時に連結される、心電図回路網を含んでもよい。

本発明の他の実施形態は、本発明を実施するための方法を提供する。

本発明をよりよく理解するために、一例として、発明を実施するための形態を参照されたく、これは、以下の図面と併せて読むものであり、同様の要素は、同様の番号を与えられている。
開示される本発明の実施形態に従う、異常な電気的活動の領域を検出し、被検生体の心臓で切除術を行うためのシステムの模式図。 開示される本発明の実施形態に従う、カテーテルに装着された電極と、図１に示されるシステムの他のコンポーネントとの間の電気接続を示す、回路図。 開示される本発明の実施形態に従う、図１に示されるシステムのコンポーネントとしてのインピーダンスに基づく位置測定システムを概略的に表す図。 本発明の代替の実施形態に従う、図２に示される配置における連結要素として使用するのに好適な回路の電気回路図。

以下の説明において、本発明の種々の原理の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細を記載する。しかしながら、これらの詳細全てが、必ずしも常に、本発明を実践する上で必要であるわけではないことが当業者には明らかであろう。この場合、一般概念を不必要に不明確にすることのないよう、公知の回路、制御論理、並びに従来のアルゴリズム及びプロセスに関するコンピュータプログラム命令の内容は、詳細には示されていない。

システムアーキテクチャ
以下、図面を見て、開示される本発明の実施形態に従う、異常な電気的活動の領域を検出し、被検生体の心臓１２での切除術を実施するためのシステム１０の模式図である、図１を最初に参照する。プローブ若しくはカテーテル１４は、システム１０のコンポーネントであり、操作者１６（通常は、医師）によって、患者の血管系を通って、心臓室若しくは心臓血管構造に経皮的に挿入される。操作者１６は、カテーテルの遠位端１８を、評価される標的部位で心臓壁と接触させる。次いで、上記の米国特許第６，２２６，５４２号及び同第６，３０１，４９６号、並びに同一出願人による米国特許第６，８９２，０９１号（この開示は参照により本明細書に組み込まれる）に開示される方法に従って、電気アクティベーションマップが作成される。

電気信号は、心臓１２から、カテーテル１４の遠位端１８若しくはその近くに位置する１つ以上の電極３２、及びワイヤ３４を通って、コンソール２４に伝達することができる。ペーシング信号及び他の制御信号領域は、コンソール２４から、ワイヤ３４及び電極３２を通って、心臓１２に伝達され得る。電極３２はまた、カテーテルを設置するためのインピーダンスに基づく位置決定システム２６のコンポーネントとしても機能する。追加のワイヤ接続２８は、コンソール２４を、体表面電極３０、及び位置決定システム２６の他のコンポーネントとつなげる。位置決定システム２６の更なる詳細を以下に示す。

更に、電気アクティベーションマップの評価により異常であると判断される領域は、熱エネルギーの印加、例えば、無線周波数電流を、カテーテル内のワイヤ３４を通して、電極３２に通過させる（無線周波数エネルギーを心筋に印加する）ことによって、切除することができる。このエネルギーは組織に吸収され、組織が永久にその電気興奮性を失うあるポイント（通常約５０℃）まで組織を加熱する。成功すると、この手技により、心臓組織に非導電病変が形成され、不整脈を生じる異常な電気経路を崩壊させる。本発明の原理は、異なる心臓室に、及び洞調律のマッピングに、並びに多くの異なる心不整脈が存在する場合に適用することができる。

カテーテル１４は通常、ハンドル２０を備え、このハンドル上には好適な操作子を有して、操作者１６が、切除のために所望に応じて、カテーテルの遠位端を操縦、位置決定、配向することを可能にする。位置決定プロセッサ２２は、カテーテル１４の場所及び配向座標を測定する、インピーダンスに基づく位置決定システム２６の要素である。

コンソール２４は、ペーシング発生器２５を含有し、ペーシング発生器２５の出力はワイヤ３４によって、カテーテル１４の外表面上の１つ以上の電極３２に接続される。電極３２は、少なくとも２つの目的を兼ねており、第１の電気信号を心臓１２から位置決定プロセッサ２２へ、第２の電気信号をペーシング発生器２５から心臓１２へ伝えるように、採用される。いくつかの実施形態において、操作者１６は、切除無線周波数エネルギーを含有する第３の電気信号を、コンソール２４に組み込むことができる切除電力発生器３６から電極３２に伝えることができる。かかる技術は、同一出願人による米国特許第６，８１４，７３３号に開示されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。

上に記載の通り、カテーテル１４は、コンソール２４に連結され、これは、操作者１６が、カテーテル１４の機能を観察及び調節することを可能にする。位置決定プロセッサ２２は、適切な信号処理回路網を有するコンピュータであることが好ましい。このプロセッサは、ディスプレイモニタ２９を駆動するように連結される。信号処理回路は通常、電極３２を介して伝達される信号を含む、カテーテル１４からの信号を、受信、増幅、フィルタ、及びデジタル化する。デジタル化された信号は、コンソール２４で受信及び分析されて、医学的関心の電気解剖学的情報を導出する。この分析から導出された情報は、心臓１２、又は肺静脈口などの関連構造の少なくとも一部の電気生理学的マップを生成するために使用される。このマップは、心臓の不整脈領域の検出などの診断目的のために、又は治療的切除を容易にするように採用することができる。

位置決定システム２６によって使用される他の信号は、カテーテル１４の位置及び配向を算出するために、コンソール２４から、ワイヤ３４及び電極３２を介して、伝送される。

通常、システム１０は、他の要素を含む。例えば、コンソール２４は、１つ以上の体表面電極から信号を受信するように連結された、心電図デバイス３８を含みことができ、ＥＣＧ同期信号をコンソール２４に提供するが、これは、ディスプレイモニタ２９又は個別のディスプレイ（図示せず）に表示することができる。システム１０はまた通常、被検体の身体の外部に取り付けられる、外部から印加された参照電極上、又は内部に設置された参照カテーテル（図示せず）上のいずれかに、参照位置センサを含み、これは、心臓１２に挿入され、心臓１２に対して固定位置に維持される。カテーテル１４の位置を、参照カテーテルの位置と比較することによって、カテーテル１４の座標は、心臓の動きに関係なく、心臓１２に対して正確に測定される。代替として、他のいかなる好適な方法も、心臓の動きを補うために使用され得る。

ここで、開示される本発明の実施形態に従う、連結アダプタ４０を介したカテーテル１４上の電極３２と、システム１０の他のコンポーネント（図１）との間の電気接続を示す回路図である、図２を参照する。図２は、ＥＣＧ増幅器４２を含み、これは、心電図デバイス３８（図１）のコンポーネントである。より具体的には、図２は、どのようにペーシング発生器２５、ＥＣＧ増幅器４２、及びインピーダンスに基づく位置感知回路網４４が、同時に電気的に電極３２に接続できるかを説明する。位置感知回路網４４は、図面内で、正確な現在位置（accurate current location）（ＡＣＬ）伝送器と称され、上記のオサドシー（Osadchy）による公開に記載されるものと同様に動作する。その出力は、位置決定プロセッサ２２（図１）につながる。

ここで、開示される本発明の実施形態に従う、システム１０のコンポーネント（図１）としてのインピーダンスに基づく位置測定システムの模式図である、図３を参照する。ペーシング発生器２５及び位置感知回路網４４は、図２を参照して上に説明する通り、カテーテル１４に接続される。接着性の皮膚パッチであってもよい複数の体表面電極３０は、被検体の体表面４６（例えば、皮膚）に連結される。体表面電極３０は、医療手技の部位付近の体表面４６上のいかなる好都合な場所にも配置することができる。通常、体表面電極３０の場所は、離間している。例えば、心臓での応用に関しては、体表面電極３０は通常、被検体の胸部周辺に配置される。通常、コンソール２４（図１）に配置される制御部４８は、電極３２の１つ以上と、体表面電極３０の１つ以上との間の電流を駆動する。体表面電極３０を介する電流は、それぞれの電流測定回路５０によって測定される。電流測定回路５０は通常、体表面のパッチに貼るように構成されるか、又は代替的に、コンソール２４（図１）内に位置することができる。

図２に戻り、ペーシング発生器２５は、クロスダイオード５４、５６を備える、連結要素５２を介して、カテーテル電極３２に接続される。この構成において、クロスダイオード５４、５６のそれぞれは、並列に連結され、かつ反対の極性を有するダイオード対を備える。ペーシング発生器２５は、低電圧信号（約−０．７〜＋０．７Ｖの範囲であり、この範囲外の電圧では低インピーダンス）の場合には開回路を生じる。表１は、順電圧の関数として、２つの汎用ダイオードであるＢＡＳ１６及びＢＡＶ９９のオーム単位のインピーダンスを表す。これらのダイオードの両方は、高速応答を有し、クロスダイオード５４、５６として好適である。

したがって、ペーシング発生器２５によって生成される比較的高電圧のペーシング信号は、クロスダイオード５４、５６によっては著しく妨げられない。しかしながら、位置感知回路網４４による出力である低電圧の位置感知信号は、ペーシング発生器２５へ著しく漏れることなく、ルータ５８及びアダプタ４０を介してカテーテル１４に直接向かう。カテーテル１４が複数の電極３２（図１）を有する実施形態において、ルータ５８は、ペーシング信号を、電極の選択された組に向ける。ペーシング発生器２５のルータに向けられた出力に関係なく、ペーシング発生器２５、ＥＣＧ増幅器４２及び位置感知回路網４４は、カテーテル１４の電極３２を介して同時に動作可能となることができる。

代替の実施形態
図２に示される実施形態は、位置感知回路をペーシング発生器から分離するために、ダイオード対を使用するが、例えば、トランジスタを含む回路といった、好適な非線形Ｖ−Ｉ（電圧−電流）依存性及び対称的な双方向の伝導性を有する他のタイプの連結要素を、本目的のために同様に使用してもよい。かかる連結要素は、低電圧での高インピーダンス、及び電圧がある閾値に到達した際のインピーダンスの降下によって一般的に特徴付けられるべきである。

本発明の代替の実施形態に従う、連結要素５２（図２）としての使用に好適な回路６０の例示的な電気回路図である、図４を参照する。回路６０は、バイポーラ接合トランジスタ対である、ＰＮＰ（正−負−正）トランジスタ６２及びＮＰＮ（負−正−負）トランジスタ６４並びに、２つのレジスタを備え、レジスタ６６は、数千オームの範囲の非臨界値を有する。レジスタ６８は、数千オームであるべきである。汎用トランジスタ２Ｎ２２２２及び２Ｎ２９０７が、この２つのトランジスタに好適である。

操作
システム１０を使用する図１を再び参照すると、カテーテル１４は、従来、位置感知回路網４４（図２）の電極からの位置信号を受信し、かつ位置決定プロセッサ２２の位置信号を分析する間ずっと、心臓１２に導入され、動作位置に誘導される。ペーシング発生器２５は、医療手技の要件に従い、継続的又は断続的に作動される。ルータ５８を好適に制御することによって、ペーシング発生器２５の信号は、電極３２の異なる組に選択的に向けることができる。位置感知回路網４４は、ペーシング発生器２５が作動状態であり、かつ位置感知回路網４４と共通の電極に接続されている間、継続して動作し、新たな信号を受信する。

最終的に、医療手技が成功した場合、あるいは別の方法で終了した場合、ペーシング発生器２５、及び所望により位置感知回路網４４（図２）は、無効になり、カテーテル１４が抜去される。

本発明は、上に具体的に図示及び説明されたものに限定されないことを、当業者は理解するであろう。むしろ、本発明の範囲には、上に説明された種々の特徴の組み合わせ及び副次的組み合わせの両方、並びに先行技術にないそれらの変更及び修正を含み、これらは、前述の説明を読むことによって当業者は思いつくであろう。

〔実施態様〕
（１） 被験者の心臓に挿入するための、１つ以上の電極を上部に有するプローブと、
前記電極に連結される位置感知回路と、
電気ペーシング信号を生成して、前記心臓を電気的に作動させるためのペーシング発生器と、
前記ペーシング発生器と前記電極と前記位置感知回路との間で連結され、かつ既定の範囲内である電圧での比較的高い第１のインピーダンス、及び前記電圧が前記既定の範囲外である際、前記第１のインピーダンスに対して低い第２のインピーダンスによって特徴付けられる、連結要素と、を備える、医療装置。
（２） 前記連結要素が、並列に接続される反対の極性の一対のダイオードを備える、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記連結要素が、並列に接続される２つのバイポーラ接合トランジスタを備える、実施態様１に記載の装置。
（４） 前記ペーシング発生器が、第１及び第２の出力リードを有し、前記連結要素が、前記第１及び第２の出力リードにそれぞれ接続される第１及び第２のクロスダイオード対を備える、実施態様１に記載の装置。
（５） 前記既定の範囲が、−０．７〜＋０．７ボルトである、実施態様１に記載の装置。
（６） 前記電極が、複数の電極を備え、
前記ペーシング発生器の出力を前記電極のうちの選択されたものに向けるために、前記ペーシング発生器に連結されるルータを更に備え、前記位置感知回路及び前記ペーシング発生器が、前記電極のうちの前記選択されたものに同時に電気的に接続される、実施態様１に記載の装置。
（７） 前記電極に接続され、かつ前記連結要素を介して前記ペーシング発生器に同時に接続される心電図回路を更に備える、実施態様１に記載の装置。
（８） 心臓カテーテル法であって、
上部に配置された１つ以上の電極を有するプローブを、被検生体の心臓に挿入する工程と、
前記電極を、位置感知回路及びペーシング発生器に接続する工程と、
前記ペーシング発生器と前記電極と前記位置感知回路との間で連結され、かつ既定の範囲内である電圧での比較的高い第１のインピーダンス、及び前記電圧が前記既定の範囲外である際、前記第１のインピーダンスに対して低い第２のインピーダンスによって特徴付けられる連結要素を使用して、前記ペーシング発生器を前記位置感知回路から分離する工程と、
前記ペーシング発生器を動作させて、ペーシング信号を前記電極に伝送し、前記心臓を電気的に作動させると同時に前記電極から前記位置感知回路の位置信号を受信する工程と、を含む、方法。
（９） 前記連結要素が、並列に接続される反対の極性の一対のダイオードを備える、実施態様８に記載の方法。
（１０） 前記連結要素が、並列に接続される２つのバイポーラ接合トランジスタを備える、実施態様８に記載の方法。
（１１） 前記ペーシング発生器が、第１及び第２の出力リードを有し、前記連結要素が、第１及び第２のクロスダイオード対を備え、前記第１及び第２のクロスダイオード対を、前記第１及び第２の出力リードにそれぞれ接続する工程を更に含む、実施態様８に記載の方法。
（１２） 前記既定の範囲が、−０．７〜＋０．７ボルトである、実施態様８に記載の方法。
（１３） 前記電極が、複数の電極を備え、前記位置感知回路及び前記ペーシング発生器を作動させ、かつ前記電極のうちの選択されたものに同時に電気的に接続しながら、前記ペーシング発生器の出力を、前記電極のうちの前記選択されたものに向ける工程を更に含む、実施態様８に記載の方法。

Claims (8)

1. 被験者の心臓に挿入するための、１つ以上の電極を上部に有するプローブと、
   前記電極に連結される位置感知回路と、
   電気ペーシング信号を生成して、前記心臓を電気的に作動させるためのペーシング発生器と、
   前記ペーシング発生器と前記電極と前記位置感知回路との間で連結され、かつ既定の範囲内である電圧での比較的高い第１のインピーダンス、及び前記電圧が前記既定の範囲外である際、前記第１のインピーダンスに対して低い第２のインピーダンスによって特徴付けられる、連結要素と、を備える、医療装置。
2. 前記連結要素が、並列に接続される反対の極性の一対のダイオードを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記連結要素が、並列に接続される２つのバイポーラ接合トランジスタを備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記ペーシング発生器が、第１及び第２の出力リードを有し、前記連結要素が、前記第１及び第２の出力リードにそれぞれ接続される第１及び第２のクロスダイオード対を備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記既定の範囲が、−０．７〜＋０．７ボルトである、請求項１に記載の装置。
6. 前記電極が、複数の電極を備え、
   前記ペーシング発生器の出力を前記電極のうちの選択されたものに向けるために、前記ペーシング発生器に連結されるルータを更に備え、前記位置感知回路及び前記ペーシング発生器が、前記電極のうちの前記選択されたものに同時に電気的に接続される、請求項１に記載の装置。
7. 前記電極に接続され、かつ前記連結要素を介して前記ペーシング発生器に同時に接続される心電図回路を更に備える、請求項１に記載の装置。
8. 心臓カテーテル法であって、
   上部に配置された１つ以上の電極を有するプローブを、被検生体の心臓に挿入する工程と、
   前記電極を、位置感知回路及びペーシング発生器に接続する工程と、
   前記ペーシング発生器と前記電極と前記位置感知回路との間で連結され、かつ既定の範囲内である電圧での比較的高い第１のインピーダンス、及び前記電圧が前記既定の範囲外である際、前記第１のインピーダンスに対して低い第２のインピーダンスによって特徴付けられる連結要素を使用して、前記ペーシング発生器を前記位置感知回路から分離する工程と、
   前記ペーシング発生器を動作させて、ペーシング信号を前記電極に伝送し、前記心臓を電気的に作動させると同時に前記電極から前記位置感知回路の位置信号を受信する工程と、を含む、方法。

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