JP2018527046A - 血管手術中に血管および/または病変コンプライアンスおよび/またはエラスタンスの変化を検知、測定、および/または把握する方法、装置、およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
Victor L.Schoenle、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州グリーンフィールド在住
Thomas B.Hoegh、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州イーダイナ在住
Bruce J.Persson、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ショアビュー在住
Kayla Eichers、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ミネアポリス在住
Matthew Tilstra、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ロジャーズ在住
Richard C.Mattison、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ジマーマン在住
Joseph P.Higgins、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ミネトンカ在住
Michael J.Grace、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ブルックリンパーク在住
Matthew Saterbak、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州ロビンズデール在住
Matthew D.Cambronne、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州マウンズビユー在住
Robert E.Kohler、アメリカ合衆国国民、ミネソタ州レイクエルモ在住
関係出願の相互参照
本願は2014年6月24日に出願された「生体管路および/または病変のコンプライアンス、対抗力、および生体管路の内径を局限的に測定する装置、システム、および方法」と題する出願第14/315,774号の一部継続出願であり、2014年7月18日に出願された「アテローム切除術の磁気キャリア波センサおよびRFエミッタおよびセンサ」と題する出願第60/026,288号、および2014年8月22日に出願された「積分血流予備量比により血管手術を遂行する装置、システム、および方法」と題する出願第62/040,598号、および2014年10月9日に出願された「統合血管内超音波病変および血管コンプライアンス測定により血管手術を遂行する装置、システム、および方法」と題する出願第62/061,883号、および2015年2月23日に出願された「磁気キャリア−コード法」と題する出願第62/119,635号の優先権を主張し、これら出願の全内容は参照により本願に援用される。
本発明は全般的に、血管内の病変を可視化すること、病変の組成を把握すること、血管の直径を測定すること、および/または血管手術中に血管および/または病変コンプライアンスおよび/またはエラスタンスの変化を検知、測定、および把握することに関する。
これまで、動脈やこれと同様の身体通路で、例えば生体管路で、組織の除去や修復に用いる様々な手法および装置が開発されてきた。かかる手法および装置のよくある目的は患者の動脈でアテローム性動脈硬化プラークを除去することである。アテローム性動脈硬化の特徴は患者の血管の内膜層(内皮下)に脂肪性沈着物(アテローム)がたまることである。比較的柔らかくコレステロールを多く含むアテローム様物質として最初に沈着したものが時間の経過にともない固くなり、石灰化したアテローム動脈硬化性プラークになることは多々ある。このようなアテロームは血流を制限するため、狭窄性病変や狭窄症としばしば呼ばれ、遮っている物質は狭窄物と呼ばれる。このような狭窄を処置せずに放置すると、狭心症、高血圧、心筋梗塞、脳卒中等の原因になり得る。
様々な実施形態において、本システムは、身体管路のコンプライアンスを検知、測定、および評価する方法、装置、およびシステムを対象とする。別の実施形態において、方法、装置、およびシステムは、身体管路の、および/または身体管路内の病変の、コンプライアンスを、検知、測定、判断、表示、および/または解釈する。いずれの実施形態においても、検知、測定、判断、表示、および/または解釈は、身体管路の中で手術が行われる前、最中、および/または後に遂行できる。代表的な管路は血管を含み、代表的な手術は、アテローム切除術、血管形成術、ステント留置、および/またはバイオバスキュラースカッフォールディング等の血管手術を含む。
本発明には様々な変更や代替形が可能であるが、本発明の具体的詳細を例として図に示し、ここで詳しく説明する。ただし、その目的が説明する特定の実施形態に本発明を制限することではないことを理解されたい。むしろ、目的は本発明の精神と範囲の中にあるあらゆる変更、同等のもの、および代替を包含することである。
図9に見られるように、回転軌道式アテローム切除装置の研磨ヘッドまたはクラウンの中に、または研磨ヘッドまたはクラウン上に、または研磨ヘッドまたはクラウンの近くに、1つ以上の磁石がある。あるいはクラウンは磁性材からなる。後ほど詳述するように、クラウンが回転または自転するとAC磁場が放射される。このAC磁場はキャリア信号である。回転する磁石の回転研磨ヘッドまたはクラウンの軸に対し、例えば縦軸に対し、垂直の平面に概ねあり、クラウン回転軸に対し概ね直角に配置されるAC磁場センサは、放射されるキャリア信号に対し最も敏感となる。
図12Cは、回転磁石とAC磁気センサが距離dで隔てられる場合の左側のキャリア信号|B’|のピークツーピークマグニチュード1202と、距離がΔd減少した場合の右側のキャリア信号の若干大きいマグニチュードとを示している。これらの数量のいずれか3つが既知なら、4つ目は
この関係を用いて、短期間にわたる回転クラウンの小さい動きΔdを推定する。
この関係の概念的延長は短期間にわたって制約された空間の中で自由に軌道を描いて進む、または移動する回転磁石に当てはまる。
センサを使えば、制約空間の寸法を、例えば動脈開口を、センサから回転磁石へ至る方向に限って、推定できる。制約空間の周りに2つ以上のセンサを配置することで、様々な観点から複数の開口サイズ推定を得ることができる。図14は、3つのAC磁気センサ「A」、「B」、および「C」を使って複数の別々の寸法推定を得る一例を示すものであり、腎臓形の制約空間または管路を示している。複数のセンサからの情報を別々に検討すると、制約空間の形が楕円タイプの形ではなく腎臓形であったと判断することは極めて困難となる。あるいは、通信システムと信号処理で一般的な復調法があり、この状況によく適している。
2つ以上のセンサを使えば、空間または管路の中で回転する磁石の動きを制約する空間または管路の形をセンサデータから推定することが可能である。
医師は軌道式アテローム切除術のときに、手術が進捗する過程で処置されている動脈壁の組成について十分な情報を得てはない。医師が手術中に動脈壁の組成や石灰化に関するリアルタイムのフィードバックを得ることが望まれる。
差し迫った行き詰まりを検出する一手段は、クラウンの回転位置をモータの回転位置と比較することである。これらの回転位置の差はクラウンへの荷重によるシャフトのトルクの関数であり、これを用いて差し迫った行き詰まりを指示できる。
回転磁石から所与センサ(y)までの距離をおよそ推定し、当該センサに対するΔyの定量的推定を得る必要がある。高い信号品質を維持するため、AC磁気センサは回転磁石に可能な限り近づけることが望ましい。これは皮膚表面上に置くか皮膚表面に合理的に可能な限り近づけることである。これは磁石・センサ間距離が患者によって異なり得ることを意味する。これは所与の患者で磁石・センサ間距離がセンサによって異なり得ることを意味する。上述したように複数のセンサを使用する場合は、アレーの中の隣接するセンサをy方向に僅かにオフセットできる。このような隣接する同じセンサ間の小さいオフセットを用いれば、アレーの中の1組の隣接するセンサから回転磁石までの距離dの推定を得ることができる。図20は身体の外にあるセンサアレーを示しており、隣接するセンサ間には既知のオフセットがある。
上述したキャリア波を使うコンセプトは別の実装に拡張できる。第一に、放射信号は身体外の1つ以上の供給源から到来し、信号はクラウンに配置されるかクラウンの近くに配置されるセンサで受け取ることができる。第二に、放射信号として磁場を使用する代わりに、これは、クラウンから、または上述した1つ以上のエミッタから、発せられるRF場であってよい。
クラウンに磁石が組み込まれる。既に述べたように、AC磁場センサは身体外、クラウン回転軸に対し概ね垂直の平面に、配置される。図21は、磁石が組み込まれた回転式アテローム切除装置の典型的研磨クラウンから得たデータと、3つのセンサによって監視された管路内での回転の一例である。クラウンの自転/回転のたびに、クラウンの位置推定は3回、各センサにつき1回ずつ、更新される。図21のデータポイントはクラウンの位置推定を表している。繋がれたデータポイント2102は、データの生成に使われたクラウンの直近7回動/自転/回転からの位置推定である。この例は、7回転運動で管路の、例えば血管の、周回を完了していないことを示している。周回のたびに動脈の寸法を推定できることも分かる。グラフの軸沿いの値は磁気センサからの原データであり、長さの単位に変換されてない。
クラウンの表面形態は、クラウンが1方向に回転するときに研削し、反対方向に回転するときに最低限の研削を行うよう設計される。こうすることで、クラウンを使って研削中に動脈コンプライアンスの変化を監視でき、あるいは反対方向に回転することで最低限の研削による動脈コンプライアンスを監視できる。
xはセンサから回転クラウンまでの距離であり、
Δxはセンサに対するクラウンの動きに相当するxの軽微な変化または変動であり、
Bは検知される磁気キャリア波のピークツーピーク信号強度であり、
ΔBはBの軽微な変化または変動である。
なぜクラウン変動が問題か。
ただし、クラウン速度は必ずしも十分に長い期間にわたって一定ではない。図22は、過度に使用された装置でクラウン変動がいかに激しくなり得るかを示している。垂直の線2202はモータホールセンサからのものであり、モータの速度が一定であることを確認する。線2204は誘導ピックアップコイルから得た信号である。線2204の各周期は回転式アテローム切除装置による自転中のクラウンの1回動を表している。線2204が広がっている期間から分かるように、クラウンは周期的に減速する。クラウンが減速するとピークツーピーク信号強度も減少する。クラウンの速度が回復するとピークツーピーク信号強度も増加する。したがって、クラウン速度の変動はキャリア波の信号強度を変調する。
クラウン変動は磁場センサの変化率にノイズを導入するが、磁場センサにはノイズを導入しない。
誘導コイルセンサからの信号の積分は、以下に述べるように、ソフトウェアでポイントごとに達成できる。
図23および24のグラフは、磁石(単数または複数)が組み込まれた回転クラウンが大(ID=4.02mm)および小(ID=2.78mm)管間で数秒毎に前後に動かされるベンチトップテスト(20150105R007)のキャリア波1602結果である。
図24のアンスケールド結果は、管腔直径を推定する最初の方法と積分信号の累積合計を使用している。累積合計はクラウンが回転しているときのクラウンの変動によるノイズを排除する。図24を参照すると、これは、クラウンの軌道を制約する管路の大・小直径部分間でクラウンが前後に動くときにより顕著である。
回転磁気クラウンはキャリア波を放射し(1周期/回転)、
クラウンがセンサに近づいたりセンサから遠ざかったりするとキャリア波のマグニチュードは変調し、
多数の周回にわたるキャリア波変調を用いて管腔直径を推定する。
回転のたびに最近の回転位置へのコードプロジェクションを計算する。(添付のPowerPoint参照)。コードプロジェクションは最近の、例えば過去20ms以内の、回転位置に基づいているため、粗大な動きが大きく影響する時間は十分にない。
回転のたびに最近の回転位置へのコードプロジェクションをセンサごとに計算する。
図25の図式データは2.25mm MCクラウンにより生きた豚の大腿動脈で取った動物検査データのものである。
下のグラフのx軸は秒単位の時間である。
比較的ノイズの多いトレース2502は図23で用いた最初の計算法である。
以下のデータはベンチトップテストからのものである。
図24のグラフのアンスケールド結果は、最初の計算法と累積合計信号を使用している。累積合計はクラウンが回転しているときのクラウンの変動によるノイズを排除する。これはクラウンが2つの直径の間で前後に動くときにより顕著である。
図26のグラフのアンスケールド結果はコード方式の計算法と累積合計信号を使用している。コード方式の方法は、心臓の動き/ねじれといった粗大な動きからクラウン軌道(動脈管腔サイズ)を分離する。
対向MCセンサ構成は心臓の粗大な動きによって導入されるアーチファクトを軽減することを目的とする。
図27に見られるように、センサから回転クラウンまでの距離x1およびx2は心臓の動きにともない若干変化し、管腔推定に小さい変動オフセットを生じさせる。
図28に示された図式結果の説明:
データは生きた豚に行われた動物検査のものである。
一番上のサブプロットは原信号マグニチュード2802である。
第3および第4のサブプロットのトレースは2および3コードをそれぞれ使用した各センサからのコード方式推定2806、2808である。
結論:対向構成管腔推定の第2のサブプロットトレース2804は、個別のセンサに基づく第3および第4のサブプロットトレース2806、2808に比べて顕著に挙動に優れ、期待通りの結果を出している。尚、血圧トレースと管腔サイズ推定を視覚的に揃えるため、垂直の破線が図に加えられている。
2.管路または典型的血管の管腔の断面形状。
5.回転式アテローム切除システムの典型的研磨素子の、例えばクラウンまたはバーの、振動と角偏向。回転研磨素子の振動運動は典型的血管および/または典型的血にある病変の組成の評価およびアセスメントに役立つ。
2.最初の磁気キャリア波法による信号積分、
3.1つのセンサを含み、No.2の積分ステップを含まない、コード法、
4.1つの磁気センサを含み、最初の磁気キャリア波法による信号積分を含む、コード法、
5.対向しない2つの磁気センサを含み、粗大な動きの影響を軽減し始める、コード法、
6.互いに対向する2つ以上の磁気センサを含むコード法、
7.3つ以上の磁気センサを含み、これらのセンサがいずれも対向しない、コード法、および
8.3つ以上の磁気センサを含み、3つ以上のセンサのうち少なくとも2つが対向する、コード法。
Claims (29)
- 身体管路内の関心領域に用いるべき最良の血管手術を評価する方法であって、
前記身体管路の中に検出装置を挿入することと、
前記検出装置により、前記身体管路内の前記関心領域について少なくとも1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得することと、
少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得することと、
前記少なくとも1セットの取得した検査コンプライアンスデータを前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータと比較することと、
前記関心領域の前記コンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断することと、
前記関心領域の前記判断したコンプライアンスおよび/またはエラスタンスに少なくとも基づき、前記関心領域に最適な前記血管手術を選択することとを含む、方法。 - 前記身体管路は血管であり、前記血管手術は、アテローム切除術、アブレーション、血管形成術、ステント留置、およびバイオバスキュラースカッフォールディングからなる群の少なくとも1つを含み、
前記関心領域を含む病変のタイプを判断し、
前記判断したコンプライアンスおよび/またはエラスタンスと前記病変タイプとに少なくとも基づき、前記関心領域に最適な前記血管手術を選択する、請求項1に記載の方法。 - 前記関心領域の前記判断したコンプライアンスおよび/またはエラスタンスに少なくとも基づき、前記選択した血管手術にとって最良の用具を選択することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記判断したコンプライアンスおよび/またはエラスタンスと前記病変タイプとに少なくとも基づき、前記選択した血管手術にとって最良の用具を選択することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータは、あらかじめ判断した正常値のライブラリ、および/または対象患者の同じ生体管路または類似する生体管路から得た実際のデータを含む、請求項1に記載の方法。
- 身体管路の中で手術が遂行される前後に前記身体管路内の関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを評価する方法であって、
前記身体管路の中に検出装置を挿入することと、
前記検出装置により、前記身体管路内の前記関心領域について第1の検査コンプライアンスデータセットおよび/またはエラスタンスデータセットを取得することと、
少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得することと、
前記関心領域で手術を遂行する前に前記関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断するため、前記第1の検査コンプライアンスデータセットおよび/またはエラスタンスデータセットを前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータと比較することと、
前記手術を遂行するため前記身体管路の中に手術用具を挿入することと、
前記用具により前記関心領域に対し前記手術の少なくとも1部分を遂行することと、
前記検出装置により、前記関心領域について第2の検査コンプライアンスデータセットおよび/またはエラスタンスデータセットを取得することと、
前記手術の前記少なくとも1部分を遂行した後に前記関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断するため、前記第2の検査コンプライアンスデータセットおよび/またはエラスタンスデータセットを前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータと比較することとを含む、方法。 - 前記身体管路は血管を含み、前記血管手術は、アテローム切除術、アブレーション、血管形成術、ステント留置、およびバイオバスキュラースカッフォールディングからなる群の少なくとも1つを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記検出装置は、圧力検知ガイドワイヤ;撮影用カテーテルまたはガイドワイヤ;少なくとも1つの膨張可能バルーン;回転ドライブシャフトであって、前記回転ドライブシャフト上の少なくとも1つの研磨素子と、前記少なくとも1つの研磨素子の中に、または前記少なくとも1つの研磨素子上に配置された少なくとも1つの磁石とを含む回転ドライブシャフト;および回転ドライブシャフトであって、前記回転ドライブシャフト上の少なくとも1つの研磨素子と、前記少なくとも1つの研磨素子の中に、または前記少なくとも1つの研磨素子上に配置された少なくとも1つの磁気センサとを含む回転ドライブシャフトからなる群の少なくとも1つを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータは、あらかじめ判断した正常値のライブラリ、および/または対象患者の同じ生体管路または類似する生体管路から得た実際のデータを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータは撮影データおよび/または機能データを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記撮影データは血管内超音波法(IVUS)または光コヒーレンストモグラフィ法(OCT)を用いて取得される、請求項10に記載の方法。
- 前記機能データは、血流予備量比(FFR)、バルーン対抗力、ならびに磁場生成および監視からなる群の少なくとも1つを用いて取得される、請求項10に記載の方法。
- 前記機能データは、流速、圧力、および流れ抵抗のうちの1つ以上の監視対象パラメータをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記監視対象パラメータ(単数または複数)の各々は前記血管手術の進捗にともない変化する波形を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記機能データは少なくともバルーン対抗力を用いて取得され、血管直径、血管コンプライアンス、および病変コンプライアンスの監視対象パラメータをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記機能データは少なくとも磁場生成および監視を用いて取得され、跳ね返り速度、血管寸法、病変寸法、血管形状、および病変形状の監視対象パラメータからなる群の少なくとも1つをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 身体管路内の関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断する方法であって、
血管手術を遂行するため前記身体管路の中に血管手術用具を挿入することと、
前記用具により前記関心領域に対し前記血管手術の少なくとも1部分を遂行することと、
前記身体管路の中に検出装置を挿入することと、
前記検出装置により、前記関心領域について1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得することと、
前記血管手術の前記少なくとも1部分を遂行した後に前記関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断するため、前記1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータと比較することとを含む、方法。 - 前記身体管路は血管を含み、前記血管手術は、アテローム切除術、アブレーション、ステント留置、およびバイオバスキュラースカッフォールディングからなる群の少なくとも1つを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記検出装置は、圧力検知ガイドワイヤ;撮影用カテーテルまたはガイドワイヤ;少なくとも1つの膨張可能バルーン;回転ドライブシャフトであって、前記回転ドライブシャフト上の少なくとも1つの研磨素子と、前記少なくとも1つの研磨素子の中に、または前記少なくとも1つの研磨素子上に配置された少なくとも1つの磁石とを含む回転ドライブシャフト;および回転ドライブシャフトであって、前記回転ドライブシャフト上の少なくとも1つの研磨素子と、前記少なくとも1つの研磨素子の中に、または前記少なくとも1つの研磨素子上に配置された少なくとも1つの磁気センサとを含む回転ドライブシャフトからなる群の少なくとも1つを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータは、あらかじめ判断した正常値のライブラリ、および/または対象患者の同じ生体管路または類似する生体管路から得た実際のデータを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータは撮影データおよび/または機能データを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記撮影データは血管内超音波法(IVUS)または光コヒーレンストモグラフィ法(OCT)を用いて取得される、請求項21に記載の方法。
- 前記機能データは、血流予備量比(FFR)、バルーン対抗力、ならびに磁場生成および監視からなる群の少なくとも1つを用いて取得される、請求項21に記載の方法。
- 前記機能データは、流速、圧力、および流れ抵抗のうちの1つ以上の監視対象パラメータをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記監視対象パラメータ(単数または複数)の各々は前記血管手術の進捗にともない変化する波形を含む、請求項21に記載の方法。
- 前記機能データは少なくともバルーン対抗力を用いて取得され、血管直径、血管コンプライアンス、および病変コンプライアンスの監視対象パラメータをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記機能データは少なくとも磁場生成および監視を用いて取得され、跳ね返り速度、血管寸法、病変寸法、血管形状、および病変形状の監視対象パラメータからなる群の少なくとも1つをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 血管手術中に身体管路内の関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断する方法であって、
前記血管手術を遂行するため、撮影または機能測定装置を含む血管手術用具を前記身体管路の中に挿入することと、
前記血管手術用具により、前記関心領域について1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得することと、
前記関心領域のコンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断するため、前記検査コンプライアンスデータを少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータと比較することと、
前記検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得し、且つ前記関心領域の前記コンプライアンスおよび/またはエラスタンスを判断する一方で、前記血管手術用具により前記関心領域に対し前記血管手術を遂行し、それによって前記血管手術の遂行中に前記判断したコンプライアンスおよび/またはエラスタンスの機能として前記血管手術の状況を評価することとを含む、方法。 - 生体管路の関心領域に対する血管手術の完全度を評価する方法であって、
血管手術用具により血管手術を遂行することと、
前記血管手術の遂行の前、最中、および/または後に検出装置により少なくとも1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを取得して、前記少なくとも1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータを少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータと比較することと、
前記少なくとも1セットの検査コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータと前記少なくとも1セットの基準コンプライアンスデータおよび/またはエラスタンスデータとの前記比較に基づき、前記血管手術の前記完全度を評価することとを含む、方法。
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