JPH08505294A - アブレーション中に心臓内の信号を監視するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 除去カテーテルが、低インピーダンス結合部を介して除去電源へ結合される遠方端部にある除去電極を有する。除去電極は、除去処置中、心臓内信号そしてさらに好ましくは組織インピーダンスを監視するため、検出電極としても機能し、高インピーダンス結合部を介して電極監視機器へ結合される。実質的にナイキストのサンプリングレートよりも上のあるレートで交互する複数の繰返されるそして重複しない除去期間および休止期間中、種々の信号路を選択的に隔絶し、減衰しあるいは接続するためにタイミング要素が複数のスイッチを作動させる。高周波エネルギーが除去期間中、除去場所に供給される。局所心臓内信号が休止期間中に測定される。

Description

【発明の詳細な説明】 アブレーション中に心臓内の信号を 監視するための装置および方法 発明の背景 本発明は組織のアブレーションあるいは組織除去を実行する際に使用するため のカテーテルの形式である電気外科装置および計測操作に関するものである。 病気や医療障害を取り扱うため外科処置中に器官組織の除去が実行される。不 整脈を招く一定の心臓異常を取り扱うために高い周波数で一定の心臓組織の除去 が実行される。 心臓は、身体全体への血液のポンプ供給を行うため協働する別々の４つの室を 具備する筋肉質の器官である。効率のよい態様で循環系に血液を通ずるため、心 臓筋肉は、協調のとれた順序で順序正しく収縮および弛緩しなければならない。 心臓筋肉の律動収縮を招くインパルスの発生のためそしてこれらのインパルスを 迅速に心臓に伝達するため心臓はある特別なシステムを含む。適正な順序におい て、心房は心室に先立って約６分の１秒間収縮する。これは、肺を通じてのそし て身体の他の領域への血液のポンプ供給を行うため心室が収縮する前の余分の心 室充填を可能ならしめる。 心臓の基本タイミングインパルスは洞房結節（ＳＡ結節）内で発生される。Ｓ Ａ結節は、交感および副交感神経系により修正される固有のリズムを有する。Ｓ Ａ結節により開始されたインパルスは心房を通じて心房−心室間結節（ＡＶ結節 ）へそれからプルキンエ線維を通じて心室の心内膜面へと広がる。 心臓の律動的な伝達系は病気により中断されやすい。心臓の組織に生ずる損傷 は、ＳＡ結節において発生された電気インパルスを正しく伝達するための心臓伝 達経路の不能を招き、不整脈または不規則な鼓動を招く。心臓不整脈が心電図を 通じて検出されることが多い。 心臓不整脈のいくつの形式のものが薬物治療を通じて制御できる。ところが、 不整脈の他の形式のものが薬物治療に応答を示さない。さらに、薬物治療は一般 的には問題を解決せずそして問題の制御の連続する水準の維持のため周期的に変 化されねばならない。 薬物治療に代わるものが、不整脈の原因である心臓伝達経路の一部の手術によ る除去である。開胸手術に関連付けられる多くの危険性はこれをより望ましくな い処置選択肢にする。ところで、最近、不整脈の原因である伝達組織の近傍にお ける位置決めのため心臓の内部で特別なカテーテルを脈管内に挿入することが可 能となっている。不整脈の原因である組織病変の除去または破壊のためカテーテ ルはエネルギー（たとえば高周波エネルギー）を供給するようになされている。 これは、多くの不整 脈原因の除去のため比較的安全かつ効果的な技術であることが分かった。種々の 除去カテーテルおよびそれらの使用のための技術が米国特許第4,641,649号、4,7 85,815号、4,869,248号および4,896,671号に叙述されている。 心臓組織除去カテーテルが組織病変へエネルギーを供給するようなされている カテーテル遠方端部に位置付けられる少くとも一つの除去電極を有するのが普通 である。 他の電極がカテーテルに近接配置されそして心臓内の信号を検出するのに使用 される。カテーテル内部に配置された導体を通してのそして除去電極への発電源 からの電気エネルギー（たとえば高周波（ＲＦ）または直流（ＤＣ）エネルギー ）の適用により除去が行われ得る。 除去処置中、除去電極は除去場所すなわち欠陥組織場所近傍に位置付けられる 。除去電極の正確な位置付けおよび除去場所の「調査」のための方法はよく知ら れておりそして一般的には、除去チップ部材を包含してもよい多重電極型の「調 査カテーテル」を病変近傍に位置付けそしてカテーテル位置を放射線写真によっ て目に見えるようにしそして同時に心臓組織を電気的に監視することを含む。除 去電極が正確に位置付けられると、一般的には高周波エネルギーの形式にあるエ ネルギーが除去電極により除去場所へ供給される。 除去処置の目標は任意の健康な心臓組織に損傷を与え ることなく欠陥組織を正確に破壊することである。健康な組織の不注意による損 傷を回避するために、除去処置中、心臓内信号およびインピーダンスの両方を除 去場所で監視することが望ましい。除去電極からいくぶん離してカテーテルに接 近して配置された一つまたはそれ以上の検出電極により通常監視が行われる。こ うして、従来の除去システムにおいては、監視は除去場所のすぐ近くで行われな い。この空間的な不一致は、ある健康な組織を損傷し得るかまたは欠陥組織のあ るものを除去し損なう不正確に制御される除去処置を生ずる。 かくして、心臓組織除去処置において使用するのに適当であり、除去場所のす ぐ近くで局部的なインピーダンスおよび局部的な心臓内信号を測定する除去カテ ーテルシステムを開発することが好都合であろう。さらに、これらの測定を除去 と同時に行うシステムを開発することが好都合であろう。 発明の要約 高周波エネルギー供給を使用する心臓組織除去処置で使用するのに適当なカテ ーテルを提供することが本発明の目的である。別の目的が、除去場所におけるそ して除去操作中におけるインピーダンスおよび心臓内信号の正確な局部的な監視 を行う除去カテーテルを提供することである。かかるカテーテルを使用するため の方法を提供することもまた本発明の目的である。他の目的は以下の発明の詳細 な説明を読むことにより明らかとなろう。 本発明は、除去カテーテルの遠方端部に配置される除去電極を有しそして心臓 組織近傍に除去電極を位置決めするよう設計される除去カテーテルを具備する。 除去電極は低インピーダンスの結合部を通じて遠方の除去電源へ接続される。除 去処置中、心臓内信号をそして好ましいことにはさらにインピーダンスをも監視 するため、除去電極は検出電極としても機能し、高インピーダンスの結合部を通 じて電極監視機器へ結合される。複数の類似の休止期間と重複しない態様で交互 に替わる複数の繰返しの除去期間をタイミング要素が画定する。高周波エネルギ ーが除去期間中、除去場所に供給されそして局所的な心臓内信号が休止期間中に 測定される。 一実施例において、除去期間中の除去電極の電源への接続のためそして休止期 間中の除去電極の結合部からの接続解除のため、第１のスイッチ要素が低インピ ーダンス結合部と除去電極との間に接続されそしてタイミング要素により制御さ れる。除去期間中の監視機器の電極からの隔絶のためそして休止期間中のそれら の結合のため、第２のスイッチ要素が電極監視機器と高インピーダンス結合部と の間に接続されそしてタイミング要素により制御される。 本発明の別の実施例において、測定される心臓内信号の品質の改善のため、ロ ーパスフィルタおよび増幅器が第２のスイッチ要素と電極監視機器との間に接続 される。この実施例において、増幅器と電極監視機器との間に 接続される第３のスイッチ要素が、第２のスイッチ要素と同期して切り替えられ る。 一好ましい実施例において、高周波電源は、高周波にて５０ボルトの方形波除 去パワー信号を提供する。低インピーダンス結合部は効率よくこの高周波パワー を除去電極へ伝達する。高インピーダンス結合部は、電源の高周波数で高インピ ーダンスを与えさらに低電圧心臓内信号の検出をも許容するタイプのものであり 、それにより低電圧の心臓内信号は正確に測定できる。 好ましい除去方法の実施において、除去処置中、心臓が１分あたり約１２０回 鼓動するよう人工的に心臓の調子を整えるために胸郭の外側に装着された電極が 賦活される。除去電極は除去場所近傍に位置付けられそして組織病変への高周波 エネルギーの供給が開始される。除去期間中、心臓が運動するときでも良好な電 極接触を保証するために、外側へばね荷重がかけられたチップ電極を有する偏向 可能なカテーテル先端部を有してもよい。 本発明はさらに、心臓が心臓サイクルのうちの望ましい部分にある間に除去の み生ずる別の方法をも企図するものである。本発明のこの様相によれば、除去パ ワー期間はＲ波検出と同期がとられるタイミングパルスにより間始される。この 賦活モードは、除去エネルギー供給前に心臓が本質的に静止していることを保証 し、健康な組織の不注意による除去という危険をできるだけ最小限なものにする 。 好ましい方法のさらに別の様相において、除去場所のインピーダンスが除去期 間中に測定される。よく知られているように、組織のインピーダンスは患者の脂 肪質組織分布または電極配置などのいくつかの要因により変化する。ところで、 除去が始まると、インピーダンス変化は、組織加熱、細胞物質の変質および加熱 組織からの水の喪失を反映し、周囲組織の除去の程度を反映する。不整脈信号の 連続監視と一緒にとられる受け取られる組織インピーダンス変化情報が、それゆ え、組織が正しく目標設定されているかどうかそして十分に取り扱われているか どうかを指示する。こうして、インピーダンスは、測定される心臓内信号ととも に除去処置が完了したときを認定するための情報を提供する。 本発明の好ましい方法および装置において、監視される心臓内信号に不整脈指 示がなくなるまで、短くそして接近して離間される複数の除去期間中に、除去エ ネルギーが除去場所に供給される。除去処置は通常約６秒以下で実行されそして かかる処置の後の不整脈信号の不在は通常、欠陥組織が破壊されたことを意味す る。ところが、除去電極の不適当な位置決めは、欠陥組織を破壊するのではなく 衝撃のみ与える組織への不十分なパワーレベル供給を招き得る。かかる衝撃は不 整脈信号を一時的に消失させ、欠陥組織内に損傷が発生されることを保証し、カ テーテルを取出す前に、不整脈信号の消失後約３０分待つことが好ましい。もし 不整脈信号が３０分以内に 戻って来なければ、損傷が発生されたという高い信頼レベルがあり、カテーテル は順次取り出される。もし不整脈信号が戻ってくれば、除去電極は再調整されそ して除去処置が繰り返される。 心臓内信号はそのほとんどが数百ヘルツ以下の成分を有する主として低周波信 号である。信号の最も高い周波数成分はヒズ(His)束内にありそして約５００へ ルツである。これら後者の信号は不整脈場所において検出可能な主要なものであ る。心臓内信号の正確の観察のため、最高周波数成分の周波数の少くとも２倍の ナイキストサンプリングの実現のため本発明者は毎秒少くとも１０００回これを サンプルする。 一つの好ましい方法において、除去期間および休止期間は毎秒５０００回交代 しそして心臓内信号は各休止期間中に１回サンプルされる。休止期間は約５０マ イクロ秒継続しそして除去期間は約１５０マイクロ秒継続する。１秒に５０００ 回という好ましいサンプリング周波数で除去電極をオンおよびオフにスイッチす ることにより、そしてナイキストレートよりも有意に速く活動期間と活動期間と の間で心臓内信号および組織インピーダンスのサンプリングを行うことにより、 本発明者は心臓に筋肉剌激を引き起こすのを回避する。本発明者は心臓組織に筋 肉収縮を引き起こすであろう約５００ヘルツというより低い周波数でのスイッチ ングを避ける。 図面の簡単な説明 本発明の上述の特徴は以下の例示の実施例の詳細な説明および図面から理解さ れよう。 図において、 図１は本発明による除去カテーテル装置の機能図である。 図２は本発明のスイッチタイミングを表わすタイミング図である。 図３は図１のタイミング回路の模式図である。 図４は本発明の別の実施例の模式的なブロック図である。 発明の詳細な説明 図１に示されるごとく、本発明の心臓組織除去装置１０は、低インピーダンス 結合部１６を介して高周波増幅器１４へ結合される特別なカテーテル（図示せず ）の遠方先端に通常配置される除去電極１２を具備する。低インピーダンス結合 部１６は、除去電極１２へ供給される電圧の一定水準を実現するよう選択される 比を持つ変成器であることが好ましい。高周波増幅器１４は高周波発振器１８に より駆動される。第１スイッチ２０が低インピーダンス結合部１６と除去電極１ ２との間に接続される。後述するごとく、スイッチ２０が変成器３６の二次巻線 ３７ａに現れる信号の適用により開かれる。 除去電極１２はさらに高インピーダンス結合部２４（たとえば一対のインダク タ２４ａおよび２４ｂ）を介して電極監視機器２２へ結合される。高インピーダ ンス結 合部２４は、発振器１８から発生する高周波エネルギが監視機器またはそのプリ アンプに達するのを電気的に阻止する。ローパスフィルタ２８を経て増幅器３０ へ接続する高インピーダンス結合部２４のリード部材を横断して第２スイッチ２ ６が提供される。第３のスイッチ３２が増幅器３０と電極監視機器２２との間に 接続される。 高周波電源の動作中、カテーテル先端を横切る組織のインピーダンスの瞬時的 な尺度を形成するため、電流検出ループ６２が瞬時電流を検出しそして処理回路 ６５がこれを除去電圧と比較しそして信号を処理する。インピーダンス検出は従 来回路により達成され、その詳細についてはこれ以上説明しない。 図２は３つのスイッチ２０、２６、３２のタイミングを図示する。概要を示す と、交互に現われかつ一部重複しない除去期間および休止期間（図２Ａ参照）中 に、タイミング回路３４（図３参照）が、（たとえば変成器３６により）３つの スイッチ２０、２６、３２へ結合される一組のオン／オフパルスを発生する。除 去期間中、第１スイッチ２０が閉じられ、高周波パワーを除去電極１２へ送る。 高インピーダンス結合部２４を分路し、除去電極に出現する大電流から結合増幅 器３０および電極監視機器２２を隔絶するため、一対の高周波阻止インダクタ２ ４ａおよび２４ｂの向こう側に配置される第２スイッチ２６もまた閉じられる。 休止期間中、第１スイッチ２０および第２スイッチ２６が開かれ、変成器１６ の低インピーダンス巻線および低インピーダンス分路２６を電極回路から除去す る。高周波消滅期間の後、図２Ｂのパルスにより図示される期間中、スイッチ２ ０および２６が開かれる。休止期間のなかの心電図サンプリングサブ期間中、第 ３スイッチが閉じられるように、第３スイッチ３２もまた第２スイッチ２６と同 期してスイッチされる。組織および回路内の浮遊電流が消滅した後だけ、ろ波さ れた心臓内信号を電極監視機器２２へ送るため、図２Ｂのパルスにより示される 期間中、第３スイッチは閉じられる。 図１に示されるごとく、休止期間、消滅期間およびサンプリング期間を決める ３つの連続ユニット５１、５２、５３のうちの第１のユニットを駆動する。ユニ ット５３が、各スイッチへ変成器結合される駆動増幅器５５へサンプリング期間 画定パルスを提供する。高周波除去エネルギーの一バーストの間パワーを提供す るため、例として５０マイクロ秒の持続時間を持つように示されている固定除去 期間を画定する第１のタイミングパルスがパワーＦＥＴ４０のゲートへ適用され る。除去期間中、スイッチ２０および２６は閉じられる。その後、休止期間中、 トランジスタ４０がターンオフし、そして短い高周波消滅期間の後、スイッチ２ ０および２６の開きおよびスイッチ３２の閉じを同時に行うため、２０マイクロ 秒のパルスが変成器結合部３６へ適用される。代替え例と して、組織および回路内の全ての浮遊電流が消滅しそして増幅器３０が安定化し た後に、心臓内信号の増幅されたサンプルを監視機器２２へ送るため、２０マイ クロ秒期間の後の部分期間中、スイッチ３２を閉じるため、追加のパルス（図２ Ｃ）が供給されてもよい。 この動作は、上述の基本タイミング期間を連続的に画定するため適当な抵抗と キャパシタとを有する数個の５５５タイミングチップを使用して上首尾に得られ た。 図４は本発明の別の模式的なブロック図である。この図において、構成要素は 、図１の対応する要素について使用されるのと同様の参照番号で識別される。パ ワーＦＥＴおよびスイッチ２０、２６、３２はそれぞれスイッチＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₄ 、Ｓ₃に対応し、タイミング期間回路５１、５２、５３はパワーワンショットマ ルチバイブレータ６１、６２、６３に対応する。この実施例において、スイッチ Ｓ₃は入力を第２段目の心電計増幅器へゲートし、全体の信号対雑音比を高める ことが分かる。上述のごとく、ワンショットマルチバイブレータ６１は基本休止 期間を画定し、ワンショットマルチバイブレータ６２は約１０マイクロ秒の高周 波消滅期間を画定し、そしてワンショットマルチバイブレータ６３はスイッチＳ₂ 、Ｓ₃、Ｓ₄のために実際のスイッチング制御を提供する。スイッチＳ₁はワンシ ョットマルチバイブレータ６１により直接的に制御される。電流検出要素および インピーダンス計算要素は理解の便宜のため省略されてい る。スイッチＳ₂およびＳ₄の間放に続く分離した心電図サンプリング期間の画定 のため、スイッチＳ₃は個別に制御されてもよいことが理解されよう。 現在好ましい実施例において、１０マイクロ秒の高周波消滅および２０マイク ロ秒の心臓内サンプリング期間が除去期間と除去期間との間の５０マイクロ秒の 休止期間のうちの連続サブ期間に画定される場合、タイミング回路は持続時間が １５０マイクロ秒の「高周波パワーオン」除去期間を画定する。除去および休止 期間は毎秒５０００回繰り返され、増幅器３０、スイッチ３２（またはＳ₃）お よび監視機器２２は、毎秒５０００個の心臓内信号サンプルに作用する同期増幅 器を形成する。心臓場所が除去処置を受けているときに、関心のある心臓信号の 監視および不整脈の目に見えるそして耳に聞こえるディスプレイの提供のため、 心臓内信号パターン検出およびディスプレイモジュールを具備するこの分野で知 られているタイプの特別なディジタル信号プロセッサを監視機器２２は具備する のが好ましい。こうして、除去場所での心臓筋肉刺激信号は除去処置中、連続的 に検出および表示され、電極配置の正確さならびに処置の程度あるいは妥当性の 即座の評価を可能にする。このようにして、隣接組織への偶発的損傷が少ないよ り洗練された外科的介入が実現される。 本発明を例示の一定の実施例との関係で叙述した。しかし、当業者であれば、 本発明の精神から逸脱すること なく請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の付加、削除および修正が可 能である。 以下の請求の範囲は、上記目的および明細書および添付図面から自明な目的な らびに当業者であれば想到するであろう本発明の技術思想の範囲内に包摂される 種々の修正を含む本発明の全ての包括的なそして一定の特徴を包摂せんと企図す るものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ａ６１Ｂ 5/0478 5/0492

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）除去電極と、除去電極を除去電源へ接続するための低インピーダンス結合部 と、検出電極を横切って形成される作用電位信号の受信およびこれを指示する出 力の発生ための電極監視機器とを具備する心臓不整脈または同様物の組織場所を 不活性化するための心臓組織除去のための改善された装置であって、 検出電極を電極監視機器へ接続するための高インピーダンス結合手段と、 低インピーダンス結合部と除去電極との間に接続される第１スイッチ手段と、 電極監視機器と高インピーダンス結合手段との間に接続される第２スイッチ手段 と、 複数の交互に現われるそして重複しない除去期間と休止期間中、前記複数のス イッチ手段の動作の同期をとるためのタイミング手段とを具備し、 前記除去電極は前記検出電極でもありそして前記タイミング手段は、休止期間 中、前記低インピーダンス結合部を除去電極から切り離すための動作と組織場所 での作用電位サンプルを電極監視機器へ送るための動作の同期をとる装置。 ２）前記第２スイッチ手段と前記電極監視機器との間に接続された信号処理手段 を含む請求項１の装置。 ３）複数のスイッチ手段が、心電図サンプリング期間の画定のため、高インピー ダンス結合手段と電極監視機器との間に接続される第３スイッチ手段を含み、当 該第３スイッチ手段がタイミング手段により第２スイッチ手段と同期して切り替 えられる請求項１の装置。 ４）第２スイッチ手段と第３スイッチ手段との間に結合されたローパスフィルタ を含む請求項３の装置。 ５）ローパスフィルタと第３スイッチ手段との間に結合された増幅器を含む請求 項４の装置。 ６）入力を分路しそして増幅器出力を別の時間期間内に送り、電極監視機器へ提 供される信号の品質を高めるために、第２スイッチ手段および第３スイッチ手段 はタイミング手段により作動される請求項５の装置。 ７）除去電源が方形波高周波信号を除去電極に与える請求項１の装置。 ８）方形波高周波信号が約５０ボルトの振幅を有する請求項７の装置。 ９）方形波高周波信号が１００ボルト以下の振幅を有する請求項７の装置。 １０）除去電極は、隣接組織との可撓接触のため、カテーテル先端に装着される 請求項１の装置。 １１）心臓の不整脈信号またはこれと同様物の組織場所の不活性化のための心臓 組織除去を実行する方法におい て、 複数の繰返しの除去期間中、除去エネルギーを組織場所に供給し、 複数の繰返しの休止期間中、組織場所での作用電位を監視する段階を具備し、 供給および監視段階は、心臓不整脈信号を忠実に表すため、ナイキストのサン プリングレートよりも実質的に高い繰返し割合の交互するそして重複しない期間 内にカテーテル先端電極の使用により実行される方法。 １２）除去エネルギーの供給は、カテーテル先端電極への低インピーダンス結合 部を通じての除去エネルギーの伝達により実行され、監視は、監視機器への高イ ンピーダンス結合部を通じての電極の接続により実行されさらに休止期間中の低 インピーダンス結合部の接続解除の段階を具備する請求項１１の方法。 １３）除去期間中、高インピーダンス結合部を横切って分路する段階を具備する 請求項１２の方法。 １４）休止期間が１秒間に少くとも１０００回生ずる請求項１１の方法。 １５）休止期間が１秒間に約５０００回生ずる請求項１１の方法。 １６）休止期間が１秒間に１００００回以下生ずる請求項１１の方法。 １７）それぞれの除去期間が約１５０マイクロ秒続く請求項１１の方法。 １８）それぞれの休止期間が前記除去期間よりも短い時間続く請求項１７の方法 。 １９）各除去期間中に組織場所のインピーダンスを測定することを含む請求項１ １の方法。 ２０）除去および監視中、毎分約１２０回の鼓動で心臓の調子を整えることを含 む請求項１１の方法。 ２１）心臓が除去期間中静止しているように、除去エネルギーの適用と監視され る心臓信号の一部との同期をとることを含む請求項１１の方法。