JP6827811B2 - 光学的組織評価を伴う高周波切除カテーテル - Google Patents
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Description
以下の参照は本発明の理解を助けるために有用な背景技術の情報を提供する。米国特許出願第2006/0122587号、欧州特許出願第2,062,545号、欧州特許出願第1,922,991;スペイン特許出願第2,415,555号、スペイン特許出願第2,396,391号:国際特許出願第2007/149603号;および米国特許出願第2007/0282403号。
図1は、一実施形態に係るカテーテル100を示している。カテーテル100は、近位部102、遠位部104、および近位部102と遠位部104との間に結合されているシース106を備えている。一実施形態において、シース106は、ナビゲーション目的のための1以上の放射線不透過性のマーカーを備えている。ある実施形態において、カテーテル100は、カテーテル100と処理装置108との間に通信用インターフェイス110を備えている。通信用インターフェイス110は、処理装置108とカテーテル100との間に1以上のワイヤを備えていてもよい。他の実施例において、通信用インターフェイス110は、ブルートゥース、WiFi、セルラー方式等の、無線通信を可能にするインターフェイス部品である。通信用インターフェイス110は、カテーテル100の近位部102内または遠位部104内のいずれかに位置する1以上の送受信素子と通信し得る。
本出願の様々な実施形態は、遠位部104を取り囲んでいる組織の光学的呼びかけ信号
のために、カテーテル100内に実装されたLCIシステムを備えている。図5は、一実施形態に係る、サンプル510をイメージングするための例示的なLCIシステム501を示している。例えば、サンプル510は、切除される心房壁の一部分であり得る。遅延ユニット512は、様々な光変調素子を備え得る。これらの変調素子は、光における望ましくない光学効果を阻止し、画像化されるサンプル510の1以上の深度を選択するために位相変調および/または周波変調を行い得る。“光”という用語の使用は、電磁スペクトルの任意の範囲を言及し得る。実施形態において、“光”という用語は、約1.3μmの波長における赤外線を指す。
カテーテル100は、カテーテル100の遠位部104と接触している組織へ高周波の交流を適用することによって切除を行うために用いられ得る。350〜500kHzの範囲の発振周波数が用いられ得る。他の周波数も同様に用いられ得るが、約1kHzを越える任意の周波数によっては、興奮性細胞の電気的刺激はめったに生じないことが理解されるべきである。遠位部104において電極306へRFエネルギーを与えている、調節可能電力の高周波電源を用いられ得る。組織への熱伝達を引き起こす物理的性質は、先端−組織界面の高い電気的インピーダンスに基づく。この組織−電極界面のインピーダンスは、切除周波において、戻り電極のインピーダンスよりも実質的に大きい。身体を通じて伝搬される所定の電流のため、より大きな電圧降下が所望の位置において熱を生成しているこの界面において生成され得る。この方法においては、心臓の切除治療の間、患者の背部において一般的に設置される、カテーテル先端から設地コンタクトまでの全ての組織容量の代わりに、カテーテル先端を囲んでいる少量の組織容量が切除される。RF電力および切除時間の調整によって、組織に送達される総エネルギーが、正確に制御され得る。極低温または光学的手法(例えばレーザー切除)に基づく他の切除技術も異なる病状の処置のために用いられ得る。
一実施形態によれば、収集した深度分解光学データはまた、切除されるサンプル内の放熱の熱的モデルを生成するためおよび/または向上させるために処理装置において用いられ得る。LCI信号において検出された速度および変化の程度は、組織への熱出力送達の優れた指標であり、以下の式1のように、例えば生体熱モデルに基づき定量され得る。
一実施形態によれば、LCIシステムから生成された深度分解光学データは、切除位置へのカテーテルのナビゲーションを促進するために用いられ得る。一実施例において、データ収集は、規定のまたは無作為な様式において、カテーテルの遠位部分において利用できるビューポート間を切り替えることによって生じ得る。別の実施形態において、該システムは、カテーテルの遠位部分における異なるビューポートからの信号を同時に監視し得る。実施形態によれば、カテーテルが心室を通じてナビゲートされている間、処理装置は、1以上の光ビューポートにおいて近接領域または組織との接触を監視するための光学データを用いるように構成され得る。LCIスキャンの振幅における有意な変化が、血液、生理食塩溶液および切除される組織(心房壁の異なる層のような)の間で、観察され得る。さらに、処理装置は、所定のビューポートから画像化されたサンプルが、血液、生理食塩水または組織であるか否かを性質決定するように構成され得る。深度分解光学データから計算され得る有効吸収係数および有効散乱係数は、血液、生理食塩水および組織の間で異なり得る。例えば、1.3μmの波長において、当該係数は、心臓内壁において約8〜10mm−1、血液において約15〜20mm−1であり、当該係数は、生理食塩溶液においては無視できるものと見做され得る。心房壁の心臓内表面は、反射ピークおよびそれに続く偏光信号における回転をもたらし得る。この特有の信号は、カテーテルの遠位部分における任意の所定のビューポートから心房壁までの組織接触および距離を評価するために用いられ得る。同じビューポートについて経時的に取得されるスキャンは、ある期間にわたって比較され得る。一実施形態において、この情報は、カテーテルの遠位部分と任意の読み取られる組織との間の距離を決定することによって、カテーテルのナビゲートを補助するために用いられ得る。
一実施形態において、処理装置は、深度分解光学データから得られる情報が3D空間位置およびカテーテル先端の配向を決定するために用いられる、追加モードを提供する。カテーテルは、LCIデータが収集される間、サンプルの一部分を掃引し、3Dモデリングのための空間的に分解されたデータを提供し得る。処理装置は、アクティブな光ビューポートから得た1以上のLCIスキャンに関連する深度分解光学データを蓄積するように構成され、カテーテルの空間的な位置に係るデータは、1以上の光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography(OCT))画像または3D再構成中にアレンジされる。一実施形態において、処理装置は、カテーテルの様々な側方掃引速度と一致するように、LCIシステムの走査速度および光マルチプレクサの機能を適合させる。OCT画像は、純粋に構造の画像であり得る、または、組織の屈折性(例えば複屈折)に関する情報を包含し得る。これらの画像は、処置の終わりまたは処置中において、病変特性、連続性および経壁性の確保において有用であり得る。
これまでに記載し種々の画像処理法および他の実施形態は、1以上の公知のコンピュータシステム(例えば図13に示されているコンピュータシステム1300など)を用いて、実行され得る。一実施形態において、コンピュータシステム1300は、図1に示されている処理装置108の一例であり得る。
本発明は、以下の発明を含む。
[発明1]
以下を備えている、カテーテル:
遠位部分であって、
1以上の電極であって、該1以上の電極に接触しているサンプルの一部分にRFエネルギーを与えて該サンプルの部分を切除するように構成されている、1以上の電極と、
上記カテーテルの上記遠位部分から離れている照射放射線の1以上のビームを伝送し、上記サンプルから反射または散乱した散乱放射線の1以上のビームを受信するように構成されている複数の光学素子と、を備えている遠位部分;
近位部分であって、
放射ビーム源を生成するように構成されている光源と、
上記散乱放射線の1以上のビームと関連している深度分解光学データ(depth-resolved optical data)を生成するように構成されている検出器と、を備えている近位部分;
上記放射ビーム源から上記照射放射線の1以上のビームを生成するように構成されているマルチプレクサ;および
上記近位部分と上記遠位部分との間に結合されているシース。
[発明2]
上記マルチプレクサは、上記カテーテルの上記遠位部分内に位置している、発明1に記載のカテーテル。
[発明3]
上記マルチプレクサは、光集積回路上に備えられている、発明2に記載のカテーテル。
[発明4]
上記光集積回路は、可撓性の基板を備えている、発明3に記載のカテーテル。
[発明5]
上記マルチプレクサは、上記カテーテルの上記近位部分内に位置している、発明1に記載のカテーテル。
[発明6]
上記遠位部分は、該遠位部分の外表面の周囲に配置されている複数の開口部をさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明7]
上記複数の光学素子は、上記複数の開口部における対応している開口部を通じて上記照射放射線の1以上のビームのそれぞれを伝送するように構成されている、発明6に記載のカテーテル。
[発明8]
対応している開口部のそれぞれが、レンズを備えている、発明7に記載のカテーテル。
[発明9]
上記複数の開口部のうちの1以上の開口部に結合されている、1以上の洗浄流路をさらに備えている、発明6に記載のカテーテル。
[発明10]
処理ユニットであって、
上記深度分解光学データを受信し、
上記深度分解光学データに基づいて上記サンプルの画像を生成するように構成されてい
る処理ユニットをさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明11]
上記深度分解光学データは、上記サンプルの複屈折と関連しているデータを含んでおり、上記サンプルの画像は、上記RFエネルギーによって切除されたサンプルの上記部分と関連している第一の複屈折と、上記サンプルの少なくとも1つの他の非切除部分と関連している第二の複屈折との間の相違に基づいて生成される、発明10に記載のカテーテル。
[発明12]
上記深度分解光学データに少なくとも基づいて、上記サンプルの熱特性のモデルを更新するように構成されている処理ユニットをさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明13]
遠隔地に設置された処理ユニットへ、上記光学データを伝送するように構成されている送信機をさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明14]
上記遠位部分が力覚センサをさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明15]
上記遠位部分が温度センサをさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明16]
上記遠位部分がインピーダンスセンサをさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明17]
上記1以上の放射ビームの偏光軸と、上記サンプルの関連偏光軸との間の角度の不整合を修正するように構成されている補正モジュールをさらに備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明18]
上記遠位部分および上記シースは使い捨てである、発明1に記載のカテーテル。
[発明19]
上記近位部分は、RFエネルギーの適用を制御するように構成されているボタンまたはスイッチを備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明20]
上記近位部分は、上記1以上の放射ビームが上記遠位部分から伝送されるときに制御するように構成されているボタンまたはスイッチを備えている、発明1に記載のカテーテル。
[発明21]
以下を包含している、方法:
カテーテルの遠位部分において配置されている対応する開口部を介して、照射放射線の1以上のビームを伝送すること;
上記カテーテルの上記遠位部分付近のサンプルから反射または散乱した放射線の1以上のビームを受信すること;
処理装置を用いて、上記散乱または反射した放射線の1以上の受信されたビームに基づいて上記サンプルの深度分解光学データを生成すること;
上記深度分解光学データに基づいて上記サンプルが組織かどうか決定すること;および
上記サンプルが組織であると決定されたときに、上記深度分解光学データに少なくとも基づいて、上記カテーテルの上記遠位部分と、上記サンプルとの間の距離を決定すること。
[発明22]
上記サンプルが血液であるかどうかを決定することをさらに包含している、発明21に記載の方法。
[発明23]
上記サンプルが生理食塩水であるかどうかを決定することをさらに包含している、発明21に記載の方法。
[発明24]
所定の方向に上記カテーテルを掃引すること、および上記カテーテルの掃引の間、上記散乱または反射した放射線の1以上の受信されたビームに基づき、上記サンプル表面の1以上の光干渉断層撮影画像(optical coherence tomography images)を生成することをさらに包含している、発明21に記載の方法。
[発明25]
以下を包含している、方法:
カテーテルの遠位部分における1以上の電極から、RFエネルギーを用いてサンプルの一部分を切除すること;
上記カテーテルの上記遠位部分において配置されている対応する開口部を介して、照射放射線の1以上のビームを伝送すること;
上記サンプルの少なくとも上記部分から散乱または反射した放射線の1以上のビームを受信すること;
散乱または反射した放射線の1以上の受信されたビームに基づき、深度分解光学データを生成すること;および
少なくとも上記深度分解光学データに基づき、上記サンプルの少なくとも上記部分における熱分布のモデルを示すこと。
[発明26]
上記深度分解光学データに基づき、上記サンプルの上記部分についての切除の程度を決定することをさらに包含している、発明25に記載の方法。
[発明27]
上記RFエネルギーが生成されている間、上記熱特性のモデルが、上記サンプルの上記一部分の温度が所定の閾値より高く上昇していることを示しているときに、上記カテーテルのユーザへ警告信号を伝送することをさらに包含している、発明25に記載の方法。
[発明28]
上記RFエネルギーが生成されている間、上記熱特性のモデルが、上記サンプルの別の部分の温度が所定の閾値より高く上昇していることを示しているときに、上記カテーテルのユーザへ警告信号を伝送すること
をさらに包含している、発明25に記載の方法。
[発明29]
上記生成された深度分解光学データを使用して、上記サンプルの上記一部分の上記切除がいつ完了するかを決定すること;および
上記サンプルの上記部分の上記切除が完了したとき、上記カテーテルのユーザへ信号を伝送すること、
をさらに包含している、発明25に記載の方法。
[発明30]
上記深度分解光学データを生成することは、上記サンプルの複屈折に基づいてデータを生成することを包含している、発明25に記載の方法。
[発明31]
以下を備えている、カテーテル:
遠位部分であって、
1以上の電極であって、該1以上の電極に接触しているサンプルの一部分にRFエネルギーを与えて該サンプルの部分を切除するように構成されている、1以上の電極と、
上記カテーテルの上記遠位部分から離れている照射放射線の1以上のビームを伝送し、上記サンプルから反射または散乱した散乱放射線の1以上のビームを受信するように構成されている複数の光学素子と、を備えている遠位部分と;
近位部分であって、
放射ビーム源を生成するように構成されている光源と、
上記散乱放射線の1以上のビームと関連している深度分解光学データを生成するように構成されている検出器と、を備えている近位部分と;
シースであって、
上記近位部分と上記遠位部分との間に結合されているシースと、
処理装置であって、
少なくとも上記深度分解光学データに基づき、上記サンプルの熱特性のモデルを更新するように構成されている処理装置と、を備えているカテーテル。
[発明32]
放射ビーム源から照射放射線の上記1以上のビームを生成するように構成されているマルチプレクサをさらに包含している、発明31に記載のカテーテル。
[発明33]
上記遠位部分は、該遠位部分の外表面の周りに配置されている複数の開口部をさらに含んでいる、発明31に記載のカテーテル。
[発明34]
上記複数の光学素子は、上記複数の開口部における対応している開口部を通じて照射放射線の上記1以上のビームのそれぞれを伝送するように構成されている、発明33に記載のカテーテル。
[発明35]
上記処理装置は、
上記深度分解光学データを受信し、
上記深度分解光学データに基づいて上記サンプルの画像を生成するようにさらに構成されている、発明31に記載のカテーテル。
[発明36]
上記深度分解光学データは、上記サンプルの複屈折と関連しているデータを含んでおり、上記サンプルの画像は、上記RFエネルギーによって切除された上記サンプルの上記部分と関連している第一の複屈折と、上記サンプルの少なくとも1つの他の非切除部分と関連している第二の複屈折との間の相違に基づいて生成される、発明35に記載のカテーテル。
Claims (18)
- 以下を備えている、カテーテル:
遠位部分であって、
1以上の電極であって、該1以上の電極に接触しているサンプルの一部分にRFエネルギーを与えて該サンプルの部分を切除するように構成されている、1以上の電極と、
複数のビューポートと、
光集積回路上に規定されている複数の導波路であって、該複数の導波路のそれぞれの導波路が、上記複数のビューポートの対応するビューポートを通じて、照射放射線を伝送すること、または上記サンプルから反射もしくは散乱した照射放射線を受信することのうちの少なくとも1つを行うように構成されている複数の導波路と、を備えている遠位部分;
近位部分であって、
放射ビーム源を生成するように構成されている光源と、
上記サンプルから反射または散乱した照射放射線と関連している深度分解光学データを生成するように構成されている検出器と、を備えている近位部分;
上記放射ビーム源から上記照射放射線を生成するように構成されているマルチプレクサ;および
上記近位部分と上記遠位部分との間に結合されているシース。 - 上記マルチプレクサは、上記カテーテルの上記遠位部分内に位置している、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記マルチプレクサは、光集積回路上に備えられている、請求項2に記載のカテーテル。
- 上記光集積回路は、可撓性の基板を備えている、請求項3に記載のカテーテル。
- 上記マルチプレクサは、上記カテーテルの上記近位部分内に位置している、請求項1に記載のカテーテル。
- 対応している上記ビューポートのそれぞれが、レンズを備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記遠位部分における1以上の開口部に結合されている、1以上の洗浄流路をさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 処理ユニットであって、
上記深度分解光学データを受信し、
上記深度分解光学データに基づいて上記サンプルの画像を生成するように構成されている処理ユニットをさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。 - 上記深度分解光学データは、上記サンプルの複屈折と関連しているデータを含んでおり、上記サンプルの画像は、上記RFエネルギーによって切除されたサンプルの上記部分と関連している第一の複屈折と、上記サンプルの少なくとも1つの他の非切除部分と関連している第二の複屈折との間の相違に基づいて生成される、請求項8に記載のカテーテル。
- 上記深度分解光学データに少なくとも基づいて、上記サンプルの熱特性のモデルを更新するように構成されている処理ユニットをさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 遠隔地に設置された処理ユニットへ、上記光学データを伝送するように構成されている送信機をさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記遠位部分が力覚センサをさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記遠位部分が温度センサをさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記遠位部分がインピーダンスセンサをさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記照射放射線の偏光軸と、上記サンプルの関連偏光軸との間の角度の不整合を修正するように構成されている補正モジュールをさらに備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記遠位部分および上記シースは使い捨てである、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記近位部分は、RFエネルギーの適用を制御するように構成されているボタンまたはスイッチを備えている、請求項1に記載のカテーテル。
- 上記近位部分は、上記照射放射線が上記遠位部分から伝送されるときに制御するように構成されているボタンまたはスイッチを備えている、請求項1に記載のカテーテル。
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