KR20210024427A - 확산 요소를 갖는 광섬유를 이용한 뇌 혈전 특성화 - Google Patents

확산 요소를 갖는 광섬유를 이용한 뇌 혈전 특성화 Download PDF

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Abstract

의료 시스템은 프로브, 전기광학 측정 유닛, 및 프로세서를 포함한다. 프로브는 뇌의 혈관 내로의 삽입을 위해 구성되고, 2개의 광섬유를 포함하고, 이들 각각은 그의 원위 단부에 광 확산기를 포함한다. 하나의 광섬유는 광신호를 혈관을 따르는 위치로 안내하도록 구성되고 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 광신호를 확산시키도록 구성된다. 다른 광섬유는 혈관을 따르는 다른 위치에서 뇌 혈전과 상호작용한 확산 광신호를 수집하도록 구성된다. 전기광학 측정 유닛은 광신호를 하나의 광섬유로 전송하도록 구성되고, 확산 광신호를 다른 광섬유로부터 수신하고 측정하도록 구성된다. 프로세서는 측정된 확산 광신호를 분석함으로써 뇌 혈전의 조성을 식별하도록 구성된다.

Description

확산 요소를 갖는 광섬유를 이용한 뇌 혈전 특성화{BRAIN CLOT CHARACTERIZATION USING OPTICAL FIBERS HAVING DIFFUSIVE ELEMENTS}
본 발명은 대체적으로 침습성 의료용 프로브(invasive medical probe)에 관한 것으로, 특히 뇌혈관 적용을 위한 카테터(catheter)에 관한 것이다.
다양한 유형의 의료용 프로브는 광학 요소를 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2008/0300493호는 혈관 내의 혈전을 검출하기 위한 디바이스 및 관련 방법을 기술한다. 광학 마이크로프로브는 전자기 스펙트럼의 근적외선 부분에 대응하는 전자기 방사선으로 혈관을 조명하도록 구성된다. 광학 마이크로프로브는 투과 분광법이 혈관 내의 성분들에 의해 생성되는 흡수 스펙트럼을 얻도록 구성되는 한 쌍의 광섬유 스트랜드(strand)들을 갖는다. 이에 대응하여, 광섬유 스트랜드들의 원위 단부들은 직경방향으로 반대인 구성으로 위치된다. 혈전은 검출가능한 고유의 스펙트럼을 생성하기 때문에, 혈전의 존재 또는 부재는 혈관 흡수 스펙트럼을 검사함으로써 결정된다. 특수 설계된 홀더가 광학 마이크로프로브를 혈관에 대해 안정적으로 위치시키도록 구성되고, 혈관의 길이를 따라서 정밀한 혈전 검출을 용이하게 하는 데 사용된다.
다른 예로서, 미국 특허 출원 공개 제2016/0022146호는 최소 침습 의료 시술에서 삽입가능한 이미징 디바이스 및 그의 사용 방법을 기술한다. 일부 실시예에서, 이미징 디바이스는, 예를 들어, 관심 대상의 수술 현장에서 수술 도구의 조작을 가능하게 하면서, 접근 포트 내로 통합되고, 그에 의해 접근 포트 부근의 내부 조직의 이미징을 허용한다. 다른 실시예에서, 이미징 디바이스는 접근 포트 내로 삽입가능한 이미징 슬리브 내로 통합된다. 이미징 방법은 초분광 이미징(hyperspectral imaging) 및 광 간섭 단층촬영(optical coherence tomography)과 같은 광학 이미징에 기초할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 방향성 균질화 조명 광을 제공하기 위해 광섬유 또는 도광체의 원위 단부에 광 확산기가 이용될 수 있다.
미국 특허 제8,029,766호는 내부 표면, 예컨대, 혈관의 내강을 시각화하는 데 유용한 프로브형 이미징 디바이스를 기술한다. 구체적으로, 프로브형 디바이스는 분자 영상제(molecular imaging agent)의 존재 또는 부재 하에서의 직접 조직 이미징에 특히 유용하다. 일 실시예에서, 적절한 주파수의 조명 광을 카테터로부터 혈관 벽으로 전달하기 위해 광 확산기가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로브, 전기광학 측정 유닛, 및 프로세서를 포함하는 의료 시스템이 제공된다. 프로브는 뇌의 혈관 내로의 삽입을 위해 구성되고, (a) 원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유, 및 (b) 원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 제1 위치와 상이한 혈관을 따르는 제2 위치에서, 뇌 혈전과 상호작용한 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함한다. 전기광학 측정 유닛은 광신호를 제1 광섬유로 전송하도록 구성되고, 확산 광신호를 제2 광섬유로부터 수신하고 측정하도록 구성된다. 프로세서는 측정된 확산 광신호를 분석함으로써 뇌 혈전의 조성을 식별하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서는 뇌 혈전의 조성에 부합하는 뇌 혈전 제거 방법을 선택하기 위한 추천을 출력하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서는 확산 광신호 내의 흡수 관련 컴포넌트와 산란 관련 컴포넌트 사이를 구별함으로써 측정된 확산 광신호를 분석하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제1 광 확산기의 제1 위치는 제2 광 확산기의 제2 위치보다 원위에 있다. 다른 실시예에서, 제1 광 확산기의 제1 위치는 제2 광 확산기의 제2 위치보다 근위에 있다.
일부 실시예에서, 프로브는 작동 채널을 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 프로브는 방사선불투과성 마커(radiopaque marker)를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 뇌의 혈관 내로 프로브를 삽입하는 단계를 포함하는 방법이 추가로 제공되는데, 프로브는 (a) 원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유, 및 (b) 원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 제1 위치와 상이한 혈관을 따르는 제2 위치에서, 뇌 혈전과 상호작용한 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함한다.
광신호는 제1 광섬유로 전송되고, 확산 광신호는 제2 광섬유로부터 수신되어 측정된다. 측정된 확산 광신호를 분석함으로써 뇌 혈전의 조성이 식별된다.
일부 실시예에서, 본 방법은 식별된 조성에 기초하여 혈전을 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 뇌의 혈관 내로의 삽입을 위한 의료용 프로브가 추가로 제공되는데, 프로브는 (a) 원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유, 및 (b) 원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 제1 위치와 상이한 혈관을 따르는 제2 위치에서, 뇌 혈전과 상호작용한 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함한다.
본 발명은 도면과 함께 취해진, 본 발명의 실시예의 하기 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른, 카테터 기반 혈전 조성 분석 및 제거 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 뇌 혈전 및 카테터의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 확산 광을 이용한 혈전 조성 분석, 및 후속하는 혈전 제거 방법의 선택을 위한 방법을 개략적으로 예시하는 흐름도이다.
개관
전형적으로 뇌의 대형 혈관 내의 폐색 혈전에 의해 유발되는 허혈성 뇌졸중(ischemic stroke)은 응급 의료 상황이다. 혈전 조성은, 예를 들어, 전형적으로 혈전을 비교적 고형(solid) 및 경질(hard)로 되게 하는 피브린의 우세함으로부터, 전형적으로 비교적 겔-유사(gel-like) 및 유연성(pliable) 혈전을 형성하는 적혈구의 우세함까지 달라질 수 있다. 혈전의 이러한 다양한 조성은 광학 및 기계적 특성들을 포함한 그의 특성들 중 몇몇에 영향을 준다. 혈전의 성공적인 제거는 특정 혈전 조성과 결합하기에 가장 적합한 기법을 선택하는 것에 좌우될 수 있다. 따라서, 혈전 조성을 그의 제거를 시도하기 전에 분석하는 것이 중요하다.
혈전 특성을 나타내는 뇌 혈전의 조성의 분석 및 식별을 위한 비확산형 광섬유 기반 시스템 및 방법이, 본 특허 출원의 양수인에게 양도되고 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "Brain Clot Characterization Using Optical Signal Analysis, and Corresponding Stent Selection"이고 2018년 8월 7일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/057,189호에 기술된다. 용어 "혈전의 조성"은 본 명세서에서 혈전의 다양한 화학적, 생물학적, 및/또는 물리적 특성 및/또는 혈전을 구성하는 요소를 지칭한다.
이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 광섬유를 둘러싸는 3D 영역 내에서 뇌 혈전의 조성의 측정 및 분석을 향상시키기 위한 광 확산 신호 기반 시스템 및 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 프로브는 광섬유(섬유 광학계(FO)로도 또한 지칭됨)와 같은 2개의 광 채널을 포함하고, 그들의 원위 단부에 각각의 광 확산 요소가 가공되거나 부가된다. 하나의 광섬유는 확산 광을 방출하고, 다른 광섬유는 확산 광이 혈전 조성과 상호작용한 후에 확산 광을 수집 및 안내한다.
2개의 확산기는 엇갈려 있는데, 즉 이들은 후술되는 바와 같이 서로 이웃하지 않는다. 엇갈려 있는 확산기들은 (a) 신호 분석 유닛이 혈전 조성의 흡수 특성과 산란 특성 사이를 구별하고, 그에 따라서 혈전 조성에 관한 더 많은 정보를 추가하는 것을 가능하게 할 수 있고, (b) 신호가 혈전의 벌크 조성(bulk composition)을 더 효과적으로 나타낼 수 있도록 FO 단부 둘레의 증가된 3D 영역으로부터 신호를 획득할 수 있다. 따라서, 엇갈려 있는 확산기들의 사용은 뇌 혈전의 조성의 분석 및 식별을 위한 광섬유 기반 시스템 및 방법의 감도(sensitivity) 및 특이성(specificity)을 증가시킬 수 있다.
2개의 광 채널, 예컨대, 2개의 광섬유를 언급함으로써, 개시된 설명은 2개 초과의 광섬유의 사용을; 즉, 모든 광섬유가 확산 요소를 포함하는, 제1 복수의 조명 광섬유 및 제2 복수의 수집 광섬유(개수가 조명 광섬유와 반드시 동일하지는 않음)를 사용하는 것을 커버한다는 것이 이해되어야 한다. 각각의 복수의 광섬유는 프로브의 원위 단부에 대해 다양한 엇갈린 구성으로 배열될 수 있다.
일부 실시예에서, 광신호는 더 원위에 있는 확산기 및 광섬유에 의해 방출되고, 더 근위에 있는 확산기 및 광섬유에 의해 수집된다. 대안적인 실시예에서, 광섬유들의 역할은 바뀔 수 있는데, 즉 광신호는 더 근위에 있는 확산기 및 광섬유에 의해 방출되고, 더 원위에 있는 확산기 및 광섬유에 의해 수집된다.
광섬유는 그의 근위 단부에서 전기광학 측정 유닛에 결합되며, 전기광학 측정 유닛은 혈전과 상호작용하는 확산 광신호, 및 광섬유들 중 하나의 광섬유의 출력을 수집하고 측정한다. 유닛은 측정된 신호를 디지털화하고, 디지털 신호를 분석하여 혈전의 조성을 식별하는 프로세서로 디지털 신호를 출력한다. 일부 실시예에서, 프로세서는 뇌 혈전의 식별된 조성에 부합하는 뇌 혈전 제거 기법을 선택하기 위한 추천을 출력하도록 추가로 구성된다.
일 실시예에서, 뇌의 혈관 내로의 삽입을 위한 프로브를 포함하는 의료 시스템이 제공되는데, 프로브는 (a) 원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유, 및 (b) 원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 제1 위치와 상이한 혈관을 따르는 제2 위치에서, 뇌 혈전과 상호작용한 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함한다. 의료 시스템은 (i) 광신호를 제1 광섬유로 전송하도록 구성되고, 확산 광신호를 제2 광섬유로부터 수신하고 측정하도록 구성되는 전기광학 측정 유닛; 및 (ii) 측정된 확산 광신호를 분석함으로써 뇌 혈전의 조성을 식별하도록 구성되는 프로세서를 추가로 포함한다.
전형적으로, 프로세서는 프로세서가 위에 개괄된 프로세서 관련 단계들 및 기능들 각각을 수행할 수 있게 하는 특정 알고리즘을 포함하는 소프트웨어로 프로그래밍된다.
개시된 프로브는, (i) 관주(irrigation)에 의해 혈전을 용해시키고/시키거나 이를 흡입 흡인에 의해 제거하도록 구성되는 관주/흡인 치료 유닛에 결합될 수 있고/있거나 (ii) 혈관 내로 삽입되어 혈전을 후퇴시키기 위해, 스텐트리버(stentriever)와 같은, 혈전 제거 디바이스를 전진시키는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 작동 채널을 추가로 포함한다.
부피 확산 광신호를 사용함으로써, 혈전 조성을 분석하기 위한 개시된 시스템 및 방법은 의사가 소정 유형의 혈전을 제거하도록 맞춰진 디바이스를 선택하게 함으로써 뇌 혈전의 제거를 위한 의료 응급 카테터삽입(catheterization) 시술의 임상 결과를 향상시킬 수 있다.
시스템 설명
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른, 카테터 기반 혈전 조성 분석 및 제거 시스템(20a, 20b)의 개략도이다.
일부 실시예에서, 카테터삽입 시술을 수행하기 전에, 환자(22)의 CT 영상이 획득된다. CT 영상은 프로세서(40)에 의한 후속 검색을 위해 메모리(42)에 저장된다. 프로세서는 예를 들어 디스플레이(56) 상에 혈전을 보여주는 뇌 섹션 영상(59)을 제시하기 위해 이러한 영상을 사용한다. 다른 실시예에서, 개시된 카테터삽입 시술 중에, 시스템들(20a, 20b)은 환자의 뇌 내측의 카테터(28)의 원위 단부의 위치를, 본 명세서에서 예로서 실시간 형광투시법 영상을 포함하는 것으로 가정한, 환자(32)의 뇌 영상의 기준 프레임에 정합시킨다. 카테터 원위 단부의 위치는 원위 단부에 끼워진 자기 센서의 공간 좌표를 추적하는 자기 추적 서브시스템(magnetic tracking sub-system)(23)을 사용하여 추적된다.
자기 위치 추적 서브시스템(23)을 사용하여, 의사(54)가 카테터(28)의 원위 단부를 혈관, 보통 동맥을 통해 혈전으로 전진시켜, 혈전의 유형의 진단을 가능하게 하고 선택적으로 혈전을 제거하기 위해 대응하는 치료 시술을 수행한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 작동 채널(71)이 카테터(28) 내에 포함되고, 이를 통해 혈전 제거 스텐트, 즉 스텐트리버와 같은 혈전 제거 디바이스가 삽입될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 관주/흡인 혈전 제거 시스템과 같은 시스템이 작동 채널(71)에 결합될 수 있다. 관주/흡인 혈전 제거 시스템은, 본 특허 출원의 양수인에게 양도되고 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "Catheter with Irrigator and/or Aspirator and with Fiberoptic brain-clot Analyzer"이고 2018년 11월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/192,156호에 기술된다.
도 1a에 도시된 시스템(20a)에서, 자기 추적 서브시스템(23)을 구성하는 위치 패드(24a)가 환자(32)의 목 주위에 놓인 칼라로서 구현된다. 위치 패드(24a)를 목 위에 둠으로써, 위치 패드(24a)는 자동으로 환자 머리 움직임을 보상하도록 구성된다. 위치 패드(24a)는, 환자(32)의 머리에 대해 제 위치에서 고정되고, 환자(32)의 머리가 위치되는 영역(30) 내로 교번하는 사인곡선형 자기장들을 전송하는 자기장 방사기(26a)들을 포함한다. 콘솔(console)(50)이 케이블(25)을 통해 방사기(26a)를 전기적으로 구동시킨다. 일 실시예에서, 머리 움직임의 추가 보상이 기준 센서(21)를 환자의 이마에 부착함으로써 제공된다. 콘솔(50)은 케이블(27)을 통해 기준 센서(21)로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 목 칼라 위치 패드를 포함하는 위치 추적 시스템이 전술된 미국 특허 출원 제16/057,189호에 기술되어 있다.
시스템(20a)을 작동시키는 의사(54)는 카테터(28)의 근위 단부에 연결되는 카테터 제어기 손잡이(29)를 보유한다. 제어기(29)는, 의사가, 예를 들어 환자(32)의 대퇴부에서 동맥에의 진입 지점(22)을 통해 카테터(28)를 뇌 내에서 전진 및 내비게이팅(navigating)하도록 허용한다. 전술되고 후술되는 바와 같이, 의사(54)는 카테터(28)의 원위 단부에 설치된 자기 위치 센서로부터의 위치 신호를 이용하여 카테터(28)의 원위 단부를 내비게이팅한다. 콘솔(50)은 핸들(29)을 통해 카테터(28)에 연결되는 케이블(19)을 통해 위치 신호를 수신한다.
방사기(26a)를 포함하는 시스템(20a)의 요소는 하나 이상의 메모리와 통신하는 처리 유닛을 포함하는 시스템 프로세서(40)에 의해 제어된다. 프로세서(40)는 전형적으로 키패드 및/또는 포인팅 디바이스, 예컨대 마우스 또는 트랙볼을 포함하는 작동 제어부(58)를 포함하는 콘솔(50) 내에 장착될 수 있다. 의사(54)는 시스템(20a)의 정합을 수행하는 동안 프로세서와 상호작용하기 위해 손잡이(29) 상의 작동 제어부를 사용한다. 정합 프로세스 중에, 뇌 섹션의 영상(59)이 디스플레이(56) 상에 제시된다. 전술된 정합 프로세스에 후속하여, 의사(54)는 카테터(28)의 원위 단부를 혈전이 동맥을 차단하고 있는 뇌 위치(60)로 전진시키기 위해 작동 제어부를 사용한다. 프로세서는 디스플레이(56) 상에 카테터 추적 절차의 결과를 제시한다.
프로세서(40)는 시스템(20a)을 작동시키기 위해 메모리(42)에 저장된 소프트웨어를 사용한다. 소프트웨어는, 예를 들어 네트워크를 통해, 프로세서(40)에 전자 형태로 다운로드될 수 있거나, 그것은, 대안적으로 또는 추가적으로, 자기, 광학, 또는 전자 메모리와 같은 비일시적 유형 매체(non-transitory tangible media)에 제공되고/되거나 저장될 수 있다. 특히, 프로세서(40)는 추가로 후술되는 바와 같이, 프로세서(40)가 개시된 단계를 수행하는 것을 가능하게 하는, 도 3에 포함된, 본 명세서에 개시된 바와 같은 전용 알고리즘을 실행한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 전기광학 측정 유닛(55)이 콘솔(50) 내에 포함된다. 전기광학 측정 유닛(55)은, 광섬유(64b)를 사용하여, 광섬유(64a)로부터 출력되는 확산 광신호를 수집하도록 구성되고, (집합적으로 광섬유(64)로서 또한 표시되는) 이들 둘 모두는 카테터(28) 내에 포함된다. 2개의 FO는 케이블(19) 내에서 콘솔(50)로 이어진다. 전기광학 측정 유닛(55)은 수집된 신호를 측정하고 측정된 신호를 프로세서(40)로 전달한다. 측정된 신호의 분석에 기초하여, 프로세서(40)는 아래에서 추가로 상술되는 바와 같이 혈전의 조성을 식별한다. 일부 실시예에서, 프로세서는 식별된 혈전 조성을 디스플레이(56) 상에 제시한다.
일부 실시예에서, 삽도(45)에 도시된 바와 같이, 전기광학 측정 유닛(55)은 백열등, LED 또는 레이저 다이오드와 같은 단색 또는 광대역 광원(도시되지 않음)을 포함할 수 있는 광 커플러(105)를 포함한다. 예를 들어, 그러한 광원은 단색의 적색 광으로 또는 백색 광으로 혈전을 조명할 수 있다. 혈전 조명을 위해, 커플러(105)는 광원을 광섬유(64a)의 근위 에지에 결합시킨다. 커플러(105)는 또한 광섬유(64b)의 광신호 출력(즉, 혈전과 상호작용하는 확산된 광)을 검출기(110)에 결합시키도록 추가로 구성된다. 검출기(110)는 결합된 출력 광신호를 전기 아날로그 신호로 변환한다. 아날로그-디지털 변환 회로(115)는 아날로그 신호를 디지털화하고, 커넥터(120)는 분석을 위해 디지털화된 신호를 프로세서(40)로 전달한다. 일 실시예에서, 커넥터(120)는 전기광학 측정 유닛(55)을 전기 공급기에 접속시키도록 추가로 구성된다.
도 1b에 도시된 시스템(20b)은 상이한 자기 위치 패드 설계, 즉 위치 패드(24b)를 갖는다. 도시된 바와 같이, 위치 패드(24b)는 침대에 고정되고, 조사기(irradiator)(26b)가 환자 머리받침(headrest)을 수평으로 둘러싼다. 이러한 예에서, 시스템(20b)에는 기준 센서(21)가 없고, 따라서 환자의 머리는 머리를 움직이지 않게 유지시키기 위해 고정되어야 한다. 대체적으로, 시스템(20b)의 다른 구성요소는 시스템(20a)의 구성요소와 동일하다. 위치 패드(24b)와 유사한 위치 패드를 사용하는 위치 추적 시스템이, 본 특허 출원의 양수인에게 양도되고 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "ENT Image Registration"인, 2017년 8월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/674,380호에 기술된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 시스템들(20a, 20b)은 오직 개념적 명확성을 위해 선택된다. 다른 시스템 요소, 예를 들어 혈전 유형을 결정하도록 설계되는 진단 기구를 제어하기 위한 손잡이(29) 상의 추가의 제어부가 포함될 수 있다. 시스템(20a, 20b)들에 의해 적용되는 기법과 유사한 기법을 사용하여 신체의 기관 내의 자기 위치 센서의 위치 및 배향을 추적하는 CARTO® 자기 추적 시스템이 미국 캘리포니아주 어바인 소재의 Biosense-Webster에 의해 제조된다.
확산 요소를 갖는 광섬유를 이용한 뇌 혈전 특성화
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 뇌 혈전(66) 및 카테터(28)의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 혈전(66)은 동맥(34) 내의 혈류를 차단하며, 이 경우, 일부 실시예에서, 의사(54)는 카테터(28)를 동맥(34) 내에서 원위방향으로 혈전(66)을 지난 위치로 내비게이팅 및 전진시킨다.
카테터(28)의 원위 단부(31)가, 원위 단부(31)를 혈전(66)으로 내비게이팅하는 것을 돕기 위해 뇌 내에서의 원위 단부(31)를 추적하기 위해 사용되는 자기 위치 센서(36)를 포함한다. 카테터(28)를 추적하고 혈전(66)과 결합하기(예컨대, 그를 관통하기 또는 횡단하기) 위한 시스템 및 방법이, 본 특허 출원의 양수인에게 양도되고 개시내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "POSITION SENSOR ON BRAIN-CLOT REMOVAL SHEATH AND LOCATION PAD COLLAR"이고 2018년 5월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/675,952호 및 발명의 명칭이 "POSITION SENSOR ON BRAIN-CLOT REMOVAL SHEATH AND LOCATION PAD COLLAR"이고 2019년 1월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/248,393호에 기술된다.
카테터(28)는 광신호를 안내하기 위해 광섬유(64a, 64b)를 포함한다. 일 실시예에서, (도 1a 및 도 1b에 도시된) 전기광학 측정 유닛(55)은 확산기(33a)를 통해 혈전(66)을 조명하기 위해 광섬유(64a)의 근위 에지와 결합하고, 확산기(33b) 및 광섬유(64b)를 통해, 생성된 진단 광신호를 수집하여 신호를 분석한다. 확산기(33a, 33b)는, 광섬유를 팁으로 테이퍼지게 하는 것, 광섬유를 표면 조면화하는 것, 및/또는 광섬유의 원위에 있는 방출/수신 에지에 확산기 요소를 결합시키는 것을 포함하여, 확산기 요소를 광섬유의 원위 부분에 결합시키는 것과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 다양한 방법에 의해 생성될 수 있다.
유닛(55)은 분석된 신호를 프로세서(40)로 추가로 전달한다. 프로세서는 혈전(66)의 조성을 식별하기 위해 전달된 측정된 신호를 분석한다. 광신호 분석을 사용한 뇌 혈전(66) 특성화를 위한 시스템 및 방법이 위에 인용된 미국 특허 출원 제16/057,189호에 기술된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 확산기들(33a, 33b)은 엇갈려 있는데, 즉 이들은 서로 나란하지 않고, 이는 시스템이, 후술되는 바와 같이, 혈전(66)의 흡수 특성과 산란 특성 사이를 구별하게 한다. 삽도(63)는 광파를 전송하거나 수신하기 위한 확산기(33a, 33b)와 같은 확산기의 각도의 함수로서 혈전(66)에 대한 결합 효율(65)을 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 결합 효율(65)은 넓고, 이는 광파의 입사의 모든 검출을 실제적으로 커버한다.
확산기의 엇갈림 및 추가는 신호 분석 유닛(55) 및 프로세서(40)가 하기 식 1에서
Figure pat00001
로 표현된 혈전 조성 흡수와 하기 식 1에서
Figure pat00002
로 표현된 조성 산란 특성 사이를 구별하는 것을 가능하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(40)는
Figure pat00003
및
Figure pat00004
에 대한 최상의 피팅으로 식 1의 해를 구함으로써 주어진 수신된 신호의 흡수 성분과 산란 성분 사이를 구별한다.
[식 1]
Figure pat00005
,
여기서,
Figure pat00006
는 광자 유량률(photon fluence rate)이고, S는 광원 기간(light source term)이고, c/n은 혈전 내에서의 광속이고,
Figure pat00007
는 확산기(33a)와 확산기(33b) 사이의 직접 선형 궤도를 취하는 광의 흡수 계수이고,
Figure pat00008
은 광자 확산 계수로서, 이때
Figure pat00009
는 산란 계수이고
Figure pat00010
은 확산기(33a)와 확산기(33b) 사이의 혈전(66) 내의 산란된 광자의 평균 자유 경로이다.
일부 경우에, 펄스형 광원
Figure pat00011
를 사용하는 것은 출력된 파장과 상이한 파장에서 신호를 생성하는 측정가능한 비탄성 광자 산란을 야기할 수 있고, 이는 개시된 광학 기법의 표시 굴절력(indicative power)을 추가로 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 카테터(28)는 채널 개구(72)를 갖는 작동 채널(71)을 포함한다. 혈전 조성 측정 및 분석이, 전술된 바와 같이, 전술된 수단이 식별된 혈전을 치료하기에 적합한 것으로 확인한 경우, 혈전의 용해 및/또는 흡인 제거를 위해 사용되는 치료 유닛에 채널(71)이 결합될 수 있다. 광학 측정 및 후속 분석이 달리, 예를 들어 혈전이 흡인하기에는 너무 치밀한(dense) 것으로 나타내는 경우, 스텐트리버(도시되지 않음)와 같은 상이한 기구가 작동 채널(71)을 통해 응고된 혈관(34) 내로 삽입될 수 있다.
최종적으로, 카테터(28)는 (예컨대, C-아암을 사용한) 형광투시 및/또는 CT와 같은 X-선 기반 이미징 방식을 사용하여 카테터의 원위 단부를 추적하기 위한 방사선불투과성 마커(75)를 포함한다.
도 2에 도시된 예시적인 예시는 순전히 개념적인 명료함을 위해 선택된다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 확산기들(33a, 33b)은 광섬유의 원위 에지에 대해 근위에 위치될 수 있고/있거나 상이하게 엇갈려 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 혈전 조성 분석, 및 후속하는 혈전 제거 방법의 선택을 위한 방법을 개략적으로 예시하는 흐름도이다. 프로세스는 내비게이팅 단계(80)에서, 의사(54)가 카테터(28)를 카테터 원위 단부로 혈전(66)을 횡단하도록 내비게이팅하는 것으로 시작한다. 다음으로, 의사(54)는 신호 획득 단계(82)에서, 혈전(66) 조성을 나타내는 확산 광신호를 측정하기 위해, 카테터(28) 내의 광 전송/수신 확산기들(33a, 33b)을 포함하는 광학 감지 시스템을 작동시킨다.
다음으로, 프로세서(40)는 혈전 분석 단계(84)에서, 혈전(66)의 조성(즉, 혈전의 유형)을 식별하기 위해 측정된 신호를 분석한다.
다음으로, 프로세서(40)가 의사(54)에게 디스플레이(56) 상에 제시할 수 있는 혈전(66)의 식별된 조성에 기초하여, 의사(54)는 제거 기법 선택 단계(86)에서, 환자(32)의 뇌로부터 혈전(66)을 제거하기 위한 적합한 혈전 제거 기법을 선택한다. 일부 실시예에서, 의사(54)는 혈전(66)을 용해 및/또는 흡인하도록, 또는 스텐트리버를 사용하여, 제거하도록 선택한다. 최종적으로, 의사(54)는, 혈전 제거 단계(88)에서, 선택된 뇌 혈전 제거 기법을 사용하여 혈전(66)을 제거한다.
도 3에 도시된 예시적인 흐름도는 전적으로 개념적 명료함을 위해 선택된다. 대안적인 실시예에서, 예를 들어 프로세서(40)로부터의 표시에 기초하여, 의사(54)는 작동 채널(71)을 통해 삽입되는 다른 혈전 제거 디바이스에 의해 혈전을 제거하도록 선택할 수 있다.
전술된 실시예가 예로서 인용되고 본 발명이 본 명세서에 구체적으로 전술되고 도시된 것으로 제한되지 않는 것이 인식될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 전술된 다양한 특징들의 조합 및 하위조합 둘 모두뿐만 아니라, 전술한 설명을 읽을 때 당업자에게 떠오를 그리고 종래 기술에서 개시되지 않은 그의 변형 및 수정을 포함한다. 본 특허 출원에 참고로 포함되는 문헌은, 임의의 용어가 이러한 포함되는 문헌에서 본 명세서에 명시적으로 또는 암시적으로 이루어진 정의와 상충되는 방식으로 정의되는 경우에, 본 명세서 내의 정의만이 고려되어야 한다는 점을 제외하고는, 본 출원의 필요불가결한 부분으로 고려되어야 한다.

Claims (15)

  1. 의료 시스템으로서,
    뇌의 혈관 내로의 삽입을 위한,
    원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 상기 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 상기 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 상기 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유; 및
    원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 상기 제1 위치와 상이한 상기 혈관을 따르는 제2 위치에서, 상기 뇌 혈전과 상호작용한 상기 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함하는 프로브(probe);
    상기 광신호를 상기 제1 광섬유로 전송하도록 구성되고, 상기 확산 광신호를 상기 제2 광섬유로부터 수신하고 측정하도록 구성되는 전기광학 측정 유닛; 및
    상기 측정된 확산 광신호를 분석함으로써 상기 뇌 혈전의 조성을 식별하도록 구성되는 프로세서를 포함하는, 의료 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 뇌 혈전의 조성에 부합하는 뇌 혈전 제거 방법을 선택하기 위한 추천을 출력하도록 추가로 구성되는, 의료 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 확산 광신호 내의 흡수 관련 컴포넌트와 산란 관련 컴포넌트 사이를 구별함으로써 상기 측정된 확산 광신호를 분석하도록 구성되는, 의료 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 확산기의 제1 위치는 상기 제2 광 확산기의 제2 위치보다 원위에 있는, 의료 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 확산기의 제1 위치는 상기 제2 광 확산기의 제2 위치보다 근위에 있는, 의료 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로브는 작동 채널을 추가로 포함하는, 의료 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프로브는 방사선불투과성 마커(radiopaque marker)를 추가로 포함하는, 의료 시스템.
  8. 의료 방법으로서,
    뇌의 혈관 내로
    원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 상기 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 상기 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 상기 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유; 및
    원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 상기 제1 위치와 상이한 상기 혈관을 따르는 제2 위치에서, 상기 뇌 혈전과 상호작용한 상기 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함하는 프로브를 삽입하는 단계;
    상기 광신호를 상기 제1 광섬유로 전송하고, 상기 확산 광신호를 상기 제2 광섬유로부터 수신하고 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 확산 광신호를 분석함으로써 상기 뇌 혈전의 조성을 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서에 의해, 상기 뇌 혈전의 조성에 부합하는 뇌 혈전 제거 방법을 선택하기 위한 추천을 출력하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 측정된 확산 광신호를 분석하는 것은 상기 확산 광신호 내의 흡수 관련 컴포넌트와 산란 관련 컴포넌트 사이를 구별하는 것을 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 광 확산기의 제1 위치는 상기 제2 광 확산기의 제2 위치보다 원위에 있는, 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 광 확산기의 제1 위치는 상기 제2 광 확산기의 제2 위치보다 근위에 있는, 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 식별된 조성에 기초하여 상기 혈전을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 프로브 상에 배치된 방사선불투과성 마커를 사용하여 상기 프로브를 추적하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 뇌의 혈관 내로의 삽입을 위한 의료용 프로브로서,
    원위 단부에 제1 광 확산기를 포함하고, 광신호를 상기 혈관을 따르는 제1 위치로 안내하도록 구성되고 상기 혈관 내의 뇌 혈전과 상호작용하기 위해 상기 광신호를 확산시키도록 구성되는 제1 광섬유; 및
    원위 단부에 제2 광 확산기를 포함하고, 상기 제1 위치와 상이한 상기 혈관을 따르는 제2 위치에서, 상기 뇌 혈전과 상호작용한 상기 확산 광신호를 수집하도록 구성되는 제2 광섬유를 포함하는, 의료용 프로브.
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