WO2016038237A1 - Catéter y método para la detección de actividad eléctrica en un órgano - Google Patents

Catéter y método para la detección de actividad eléctrica en un órgano Download PDF

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WO2016038237A1
WO2016038237A1 PCT/ES2015/070657 ES2015070657W WO2016038237A1 WO 2016038237 A1 WO2016038237 A1 WO 2016038237A1 ES 2015070657 W ES2015070657 W ES 2015070657W WO 2016038237 A1 WO2016038237 A1 WO 2016038237A1
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catheter
electrode
electrodes
organ
arms
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PCT/ES2015/070657
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Miguel Rodrigo Bort
Batiste Andreu Martinez Climent
Maria De La Salud Guillem Sanchez
Felipe Atienza Fernandez
Omer Berenfeld
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Universidad Politecnica De Valencia
Fundacion Para La Investigacion Biomedica Del Hospital Gregorio Marañon
University Of Michigan
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    • A61M25/0067Catheters; Hollow probes characterised by the distal end, e.g. tips

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of medicine, more specifically it relates to a catheter and a method for the detection of electrical activity in an organ of a patient, more specifically for the detection of cardiac electrical activity, by example in a patient suffering from cardiac fibrillation.
  • Cardiac fibrillation is a type of complex arrhythmia whose mechanisms of onset, maintenance and interruption are not fully known. Although fibrilatory processes have long been considered to be random phenomena without any coordinated pattern, recent studies have shown that in some cases there may be a hierarchical pattern that defines the fibrillatory process. Therefore, the electrical isolation of the dominant zone can be an effective treatment for this type of cardiac arrhythmias (see M. Rodrigo Bort et al., Causal relationship map: a new methodology for the identification of hierarchical fibrillatory patterns, XXIX Annual Congress of the Spanish Society of Biomedical Engineering).
  • a system for diagnosing arrhythmias and directing therapies by means of a catheter that allows measuring, classifying, analyzing and obtaining maps of electrophysiological spatial patterns within the body is disclosed.
  • the system can also guide an arrhythmia therapy and update maps as the treatment is performed.
  • the system can use a medical device that has a high density of sensors with a known spatial configuration to obtain electrophysiological data and positioning data.
  • the system can also use an electronic control system to calculate and provide the user with a variety of measurements, derived measurements, high definition maps, composite maps and general visual aids for their association with a geometric anatomical model shown on a device display.
  • the catheter comprises a plurality of arms that can each obtain electrical, mechanical and location data.
  • the catheter comprises an elongated catheter body having proximal and distal ends and at least one light extending longitudinally therethrough.
  • a mapping assembly having at least two arms, each having a proximal end attached to the distal end of the catheter body and a free distal end.
  • Each arm comprises at least one location sensor and at least one tip electrode and one annular electrode. In use, at least one electrode of each arm is placed in contact with cardiac tissue to map the electrical activity of the heart. Location sensors are used to determine the location of each point at which electrical activity is monitored.
  • mapping information obtained with such an electrode is not optimal since a large number of errors are introduced in the measurements, for example coming from the relative locations of the electrodes of the arms with respect to each other.
  • the present invention discloses a catheter and a method for the detection of electrical activity in an organ.
  • the present invention discloses a catheter for the detection of electrical activity in an organ comprising a proximal end with connection means to a signal processing system and a distal end intended to be introduced into the heart of a patient.
  • the catheter further comprises at least 3 arms extending from the distal end, each arm comprising at least one electrode.
  • the catheter comprises a central electrode at the distal end, point from which each of the catheter arms arise.
  • the catheter of the present invention the distance between the electrodes of each of the arms and the central electrode is known.
  • the central electrode is therefore used as a reference electrode for the measurements taken by the arm electrodes.
  • the catheter comprises at least three arms with electrodes, causal measures of electrical activity can be obtained in at least three directions whereby the accuracy is increased and substantially facilitates the mapping of electrical activity in the organ.
  • the present invention discloses a method for the detection of electrical activity in an organ.
  • the method comprises the steps of:
  • step f) move the catheter to a new location and repeat the method from step b) above, until a satisfactory complete recurrent map of the patient's organ is obtained.
  • the method of the invention therefore provides the user (i.e., the doctor who is going to perform, for example, a cardiac arrhythmia treatment by ablation) accurate and detailed information of the electrical activity in the organ, in the form of a causal map of activity, whereby the user can directly direct the catheter, for example, to the optimal area in which the arrhythmia treatment should be performed.
  • the user i.e., the doctor who is going to perform, for example, a cardiac arrhythmia treatment by ablation
  • accurate and detailed information of the electrical activity in the organ in the form of a causal map of activity
  • the recurring map presented to the user is updated as the catheter moves in the organ and therefore the accuracy of the information presented therein is completed and improved.
  • FIGS 1A, IB and 1C show three embodiments of the catheter according to the present invention.
  • FIGS 2A, 2B and 2C show three other embodiments of the catheter according to the present invention.
  • Figure 3 shows a flow chart of a method according to the preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a recurring map of an atrium obtained by the method according to the preferred embodiment of the present invention.
  • the catheter according to the present invention comprises a proximal end and a distal end.
  • the proximal end has connection means to a signal processing system.
  • connection means may be any means commonly known and used in the art, such as connection means to a computer or any computer signal processing system.
  • the treatment of the signals obtained is preferably carried out by a method according to the present invention, as will be described hereinafter.
  • the distal end of the catheter comprises at least 3 arms extending therefrom, each of which comprises at least one measuring electrode.
  • FIGs 1A to 1C three preferred embodiments of the distal end of the catheter of the present invention are shown, having 3, 4 and 5 arms (10) respectively.
  • each arm (10) has a Laplacian type electrode (12) at its end.
  • the catheter also comprises a central electrode (14) at its distal end, point from which each of the arms (10) of the catheter arise.
  • the electrodes (12) of the arms (10) are equidistant from the central electrode (14) as well as from the electrodes (12) of their arms (10). ) contiguous.
  • FIG. 2A to 2C Three other embodiments of the catheter of the present invention are shown in Figures 2A to 2C.
  • the embodiments of Figures 2A to 2C are similar to those of Figures 1A to 1C, respectively, with the difference of that the Laplacian type electrodes (12) of the arms are replaced by bipolar electrodes (16).
  • the central electrode (14) in Figures 2A to 2C is still of the Laplacian type, the person skilled in the art will understand that embodiments according to the present invention can also be devised in which said central electrode is replaced by a bipolar type.
  • Laplacian type electrodes in both the arms and the center of the distal end of the catheter is generally preferred, since they can more effectively eliminate the far-field component of the cardiac electrical signal recorded and therefore reduce the error produced in the measurement. This allows the correct analysis of the local activity of the location of the cardiac wall in which the electrodes of the catheter are found at any time without the influence of the electrical activity of other parts of the heart muscle.
  • the catheter further comprises a set of three turns located on each arm near its corresponding electrode.
  • the presence of this set of turns can facilitate the spatial location of the electrodes within the heart of a patient, as will be described hereinafter.
  • the method comprises the steps of:
  • step f) move the catheter to a new location and repeat the method from step b) above, until a satisfactory complete recurrent map of the patient's heart is obtained.
  • the method according to this preferred embodiment of the present invention can be applied, for example, to detect a zone of origin of fibrillation to be treated by ablation.
  • Step a) of introducing the catheter into the heart of a patient is similar to that performed with catheters known in the prior art and therefore need not be described further.
  • the method of the invention is an iterative method.
  • the catheter electrodes are located spatially, that is, the exact location of each of the electrodes within the patient's heart is determined. This stage can be done in several ways.
  • a method to obtain signals from Electrode positioning in the patient's heart consists of placing 3 electrical references on the patient, in the form of electrodes on the skin, and circulating an electric current between each of them and each of the signal obtaining electrodes of the catheter .
  • the three-dimensional coordinates of the electrodes with respect to the position of the references can be obtained. It is necessary that the signal that circulates through the electrode for the location does not overlap with the frequency spectrum of the signal of interest being measured, since in that case obtaining the intracardiac signal would not be correct.
  • Another way to obtain this information regarding the location of the catheter electrodes is to use a catheter that comprises, near each electrode of each arm, a set of three turns as mentioned hereinbefore. These turns allow to measure the intensity of the electromagnetic field created by other turns that are placed on the patient's back. These other, larger-sized turns are placed either attached to the patient's back or on the operating table and create a magnetic field that induces an electric current in the smaller turns placed next to each electrode of the catheter. The measurement of this induced electric current in the turns placed in the catheter allows to obtain its position with respect to the larger turns.
  • conditioning of the obtained location signal is preferably performed (by any of the methods mentioned above or another method known in the art), for which filters are included for example temporary that allow to eliminate electronic noise, as well as any other type of signal processing that increases the quality of the signal.
  • a set of three turns can be included in each arm, or a set of three turns can be included in only three of the catheter arms. Indeed, if the relative position of the electrodes in the catheter arms and the central electrode is constant, determining the location of the remaining electrodes of the catheter immediately determines the spatial location of three of its electrodes.
  • step c) causal information is obtained of the location where the catheter is located at that time.
  • the doctor places the distal end of the catheter with the registration points on a specific point on the cardiac surface (for example, of the atrium) and, after determining the location of the electrodes (stage b) mentioned above), It records the myocardial signal for a short period of time (for example, between 1 and 10 seconds). This signal is recorded and processed, obtaining in the first instance the causal information of that specific area of the atrium in which the distal end of the catheter is located.
  • This causal information preferably includes the dominant propagation direction, the index of organization of fibrillatory activity and others. parameters derived from these measures.
  • Stage c) consists of obtaining and processing causal information of the location in which the catheter is located at that time.
  • the signal is segmented in temporary windows on which the analysis will be performed.
  • the final result is the combination of the result obtained in each of these temporary windows.
  • segmentation is performed at intervals equal to the inverse of the dominant cardiac activation frequency. To do this, the dominant frequency of each of the recorded cardiac signals must be calculated, using, for example, the method known in the art as Welch's periogram.
  • the signals are chopped into overlapping segments with a time length equal to the inverse of the highest dominant frequency among all cardiac signals (the overlap interval is a factor that the user must enter based on the duration of the signal and the expected robustness).
  • the causal influence between each pair of signals in each time window is calculated, that is, between the cardiac signals of the center of the catheter and the cardiac signals of the electrodes of the catheter arms. This influence will be proportional to the value of the variance of the error produced in the prediction when applying an autoregressive model derived directly from Granger's definition of causality.
  • This autoregressive model includes parameters directly dependent on the distance between electrodes, so it is preferable to use a catheter in which the electrodes of each of the arms are always equidistant between yes and with respect to the central electrode.
  • the calculated values of causal influence between the cardiac signals obtained by the various electrodes will be used to obtain parameters of dominant propagation direction and organization index of fibrillatory activity.
  • step c2) is performed in which the causal information obtained up to that moment is presented visually to the user, that is, the propagation direction parameters and organization index calculated in the previous stage for this location in the atrium.
  • this stage is not mandatory for the correct operation of the method, and therefore in alternative embodiments of the invention the method passes directly from stage c) to stage d) described below in This document.
  • step c2) the position of the catheter within the atrium is used, displaying on the virtual map of the atrium the parameters mentioned in the form of a set of arrows indicating the direction, or a single arrow, together with the value of organization represented, for example, with a color map or directly with its value on the screen.
  • cardiac signal parameters can also be shown, not derived from the causal analysis but characteristic of the area of the atrium in which the catheter is located, such as for example the cardiac signal itself, the amplitude of the cardiac signals obtained, its dominant frequency, the degree of fractionation of said signals, the relative position of the catheter with respect to the atrium, etc.
  • step d the causal information obtained along with causal information is processed and summarized obtained in anterior locations of the catheter over the atrial wall.
  • a three-dimensional mesh model is used that details the morphology of the atrial wall, defined by its nodes or points in space. This model is obtained from the information of the spatial position of the catheter throughout the intervention. From the dominant propagation direction information obtained from the causal analysis for each catheter location, a dominant propagation direction value is obtained for each node of the atrial mesh.
  • a model based on a Markov chain is constructed, in which each spatial node of the atrial mesh equals a state of the Markov chain, and the probabilities associated with the changes of state are obtained from the spatial information of the model along with the dominant propagation directions calculated for each node.
  • the final distribution of probabilities between the different nodes for the stationary phase of the Markov chain is calculated, defining as initial probability a uniform distribution between the different nodes.
  • This final distribution of probabilities between nodes is called a recurring map, and presents a value for each node of the atrial surface mesh between 0 and 1.
  • step e the user is presented visually with a recurring map of all the causal information obtained so far, which summarizes the electrical activity of the heart together.
  • This map shows the virtual model of the atrium with the dominant propagation direction of each node shown with an arrow, as well as a color code on the same atrial surface can be used to show the values of the recurring map (see figure 4) .
  • step c2) described hereinbefore other information may also be added to the display, such as for example the registered heart signal, dominant frequency, etc.
  • step f) consists of moving the distal end of the catheter to a new location and then repeating the method from step b) above, until a satisfactory complete recurrent map of the patient's heart is obtained.
  • the user is shown a typical navigation screen of an electroanatomic recording system, in which the virtual atrium model is shown together with the relative position of the catheter.
  • the present method represents a great advance with respect to prior art methods, generally based on the dominant frequency and the fractionation of the cardiac signal as mentioned hereinbefore. .
  • the present method allows to obtain and present visually to the user the dominant propagation direction, that is, the propagation pattern existing during atrial fibrillation in an area of atrial wall, which is information is of great relevance in Arrhythmia treatment.
  • the knowledge of this information allows the doctor to guide the ablation catheter correctly and quickly to an optimal area of application, and thus avoids navigating the entire surface of the atrium to record the entire signal as it should be done with the prior art methods.
  • the method of the present invention allows a more intuitive analysis of the propagation pattern by the doctor, which can facilitate and reduce the duration of the intervention as well as require a level of training and knowledge of the physician in charge less than in prior art methods.
  • the method of the present invention summarizes the activity recorded on a single map (recurring map).
  • This recurring map is very easy and quick to understand by the doctor in charge, which facilitates the treatment and further reduces the intervention time.
  • This map shows in a single view both the propagation patterns detected on the atrial surface as well as energetically dominant areas, so that the atrial activity during fibrillation as well as the areas of interest for ablation can be easily observed.
  • the catheter and the method of the present invention described above find application, for example, in electrophysiology laboratories as a diagnostic and therapy tool in patients.
  • one of the possible applications of the catheter and the method of the present invention is the detection of cardiac regions causing the onset and / or maintenance of the arrhythmic process and therefore susceptible to be cauterized in order to end the arrhythmia.
  • the pathologies that can be detected and / or treated by the catheter and the method of the present invention are, for example, atrial fibrillation, atrial flutter, atrial and / or ventricular focal tachycardia, and ventricular tachycardia.
  • the electrodes in the catheter arms are equidistant from each other and with respect to the central electrode.
  • a catheter can be designed in which the electrodes of the arms are only equidistant from each other, are only equidistant from the central electrode or are not equidistant from any other electrode of the catheter.
  • said distance between the electrodes of each arm and the central electrode should be known.
  • catheters have been described comprising three, four and five arms with electrodes therein.
  • catheters with a larger number of arms can be designed without thereby departing from the scope of the present invention.
  • each of said arms may comprise more than one electrode therein.

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Abstract

La presente invención se refiere a un catéter y método para detectar actividad eléctrica en un órgano. El catéter comprende un extremo proximal con medios de conexión a un sistema de tratamiento de señales y un extremo distal para introducirse en un órgano de un paciente, extendiéndose al menos 3 brazos desde el extremo distal, comprendiendo cada brazo al menos un electrodo. El catéter comprende además un electrodo central en el extremo distal del catéter. El método comprende introducir un catéter de múltiples electrodos en un órgano de un paciente; obtener y acondicionar una señal de posicionamiento de los electrodos; obtener información causal de la ubicación actual; procesar y resumir la información causal obtenida junto con información causal de ubicaciones anteriores; presentar visualmente un mapa recurrente de toda la información causal obtenida entonces; desplazar el catéter a una nueva ubicación y repetir el método, hasta obtener un mapa recurrente completo.

Description

CATÉTER Y MÉTODO PARA LA DETECCIÓN DE ACTIVIDAD ELÉCTRICA
EN UN ÓRGANO
Campo de la invención
La presente invención se refiere de manera general al campo de la medicina, más concretamente se refiere a un catéter y un método para la detección de la actividad eléctrica en un órgano de un paciente, más específicamente para la detección de la actividad eléctrica cardiaca, por ejemplo en un paciente que padece fibrilación cardiaca.
Antecedentes de la invención
La fibrilación cardiaca es un tipo de arritmia compleja cuyos mecanismos de inicio, mantenimiento e interrupción no se conocen completamente. Aunque durante mucho tiempo se ha considerado que los procesos fibrilatorios eran fenómenos aleatorios sin ningún patrón coordinado, estudios recientes han demostrado que en algunos casos puede existir un patrón jerárquico que define el proceso fibrilatorio . Por tanto, el aislamiento eléctrico de la zona dominante puede ser un tratamiento eficaz para este tipo de arritmias cardiacas (véase M. Rodrigo Bort et al., Mapa de relación causal: una nueva metodología para la identificación de patrones fibrilatorios jerárquicos, XXIX Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica) .
En la técnica anterior se conocen métodos y sistemas para detectar la zona óptima en la que realizar el tratamiento de la arritmia. Estos métodos se basan generalmente en detectar y presentar a un usuario la frecuencia dominante y el fraccionamiento de la señal cardiaca. Sin embargo, estos métodos basados en la frecuencia dominante requieren que el usuario (el médico) desplace el catéter por toda la aurícula para registrar una señal en la totalidad de la misma, con el fin de detectar la ubicación óptima para el tratamiento por ablación. Esto requiere mucho tiempo lo cual, en un tratamiento invasivo, aumenta los riesgos para el paciente.
Además, estos sistemas requieren una formación altamente especializada por parte del médico que lleva a cabo el método, así como un alto nivel de conocimiento para poder interpretar los parámetros obtenidos.
Por ejemplo, en el documento W02012092016 se da a conocer un sistema para diagnosticar arritmias y dirigir terapias mediante catéter que permite medir, clasificar, analizar y obtener mapas de patrones electrofisiológicos espaciales dentro del cuerpo. El sistema puede guiar además una terapia contra la arritmia y actualizar mapas a medida que se realiza el tratamiento. El sistema puede usar un dispositivo médico que tiene una alta densidad de sensores con una configuración espacial conocida para obtener datos electrofisiológicos y datos de posicionamiento . Además, el sistema también puede usar un sistema de control electrónico para calcular y proporcionar al usuario una variedad de medidas, medidas derivadas, mapas de alta definición, mapas compuestos y ayudas visuales generales para su asociación con un modelo anatómico geométrico mostrado en un dispositivo de visualización.
Sin embargo, aunque el método dado a conocer en el documento WO2012092016 puede ayudar a dirigir el tratamiento de la arritmia mediante catéter a una ubicación óptima, sigue existiendo posibilidad de mejora con respecto a la precisión de los datos proporcionados al usuario.
Por tanto, sigue existiendo en la técnica la necesidad de un método alternativo de detección de la actividad eléctrica en un órgano del cuerpo humano (por ejemplo, actividad eléctrica cardiaca) que proporcione ayudas visuales y datos precisos a un usuario, por ejemplo un médico, que está realizando por ejemplo un tratamiento de arritmia mediante ablación con catéter.
En particular, en la técnica también se conocen varios tipos de catéteres para llevar a cabo tratamientos de arritmias cardiacas. Por ejemplo, el documento US6.961.602 da a conocer un catéter para mapear la actividad eléctrica en el corazón. El catéter comprende una pluralidad de brazos que pueden obtener, cada uno, datos eléctricos, mecánicos y de ubicación. El catéter comprende un cuerpo de catéter alargado que tiene extremos proximal y distal y al menos una luz que se extiende longitudinalmente a su través. En el extremo distal del cuerpo de catéter está montado un conjunto de mapeo que tiene al menos dos brazos, teniendo cada uno un extremo proximal unido al extremo distal del cuerpo de catéter y un extremo distal libre. Cada brazo comprende al menos un sensor de ubicación y al menos un electrodo de punta y un electrodo anular. En uso, al menos un electrodo de cada brazo se coloca en contacto con tejido cardiaco para mapear la actividad eléctrica del corazón. Se usan sensores de ubicación para determinar la ubicación de cada punto en el que se monitoriza la actividad eléctrica.
Sin embargo, la información de mapeo obtenida con un electrodo de este tipo no es óptima ya que se introduce una gran cantidad de errores en las mediciones, procedentes por ejemplo de las ubicaciones relativas de los electrodos de los brazos unos con respecto a otros.
Por tanto, sigue existiendo en la técnica la necesidad de un catéter alternativo para la detección de la actividad eléctrica en un órgano del cuerpo humano (por ejemplo, actividad eléctrica cardiaca) que reduzca los errores de detección producidos durante las mediciones de diversos parámetros de actividad cardiaca.
Sumario de la invención
Para solucionar los problemas de la técnica anterior, la presente invención da a conocer un catéter y un método para la detección de actividad eléctrica en un órgano.
Según un primer aspecto, la presente invención da a conocer un catéter para la detección de actividad eléctrica en un órgano que comprende un extremo proximal con medios de conexión a un sistema de tratamiento de señales y un extremo distal destinado a introducirse en el corazón de un paciente. El catéter comprende además al menos 3 brazos que se extienden desde el extremo distal, comprendiendo cada brazo al menos un electrodo. Además, el catéter comprende un electrodo central en el extremo distal, punto desde el cual surgen cada uno de los brazos del catéter.
Según el catéter de la presente invención, se conoce la distancia entre los electrodos de cada uno de los brazos y el electrodo central. El electrodo central se usa por tanto como electrodo de referencia para las medidas tomadas por los electrodos de los brazos. De este modo, gracias al catéter de la invención, es posible realizar mediciones causales en diversas direcciones, es decir, entre el electrodo central y cada uno de los electrodos de los brazos. Dado que el electrodo de referencia es el mismo para todas las mediciones, y se conoce la distancia entre el electrodo de referencia y los electrodos de los brazos, se reducen sustancialmente los errores introducidos por la medición. Además, dado que el catéter comprende al menos tres brazos con electrodos, pueden obtenerse medidas causales de la actividad eléctrica en al menos tres direcciones por lo que se aumenta la precisión y se facilita sustancialmente el mapeo de la actividad eléctrica en el órgano.
Según un segundo aspecto, la presente invención da a conocer un método para la detección de actividad eléctrica en un órgano. El método comprende las etapas de:
a) introducir un catéter de múltiples electrodos en un órgano de un paciente;
b) obtener y acondicionar una señal de posicionamiento de los electrodos del catéter en el interior del órgano;
c) obtener información causal de la ubicación en la que se encuentra el catéter;
d) procesar y resumir la información causal obtenida junto con información causal obtenida en ubicaciones anteriores del catéter;
e) presentar visualmente al usuario un mapa recurrente de toda la información causal obtenida hasta el momento, en el que se resume la actividad eléctrica del órgano de forma conjunta; y
f) desplazar el catéter a una nueva ubicación y repetir el método desde la etapa b) anterior, hasta que se obtiene un mapa recurrente completo satisfactorio del órgano del paciente.
El método de la invención proporciona por tanto al usuario (es decir, al médico que va a realizar, por ejemplo, un tratamiento de arritmia cardiaca mediante ablación) información precisa y detallada de la actividad eléctrica en el órgano, en forma de un mapa causal de actividad, mediante el cual el usuario puede dirigir directamente el catéter, por ejemplo, a la zona óptima en la que debe realizarse el tratamiento de la arritmia.
Dado que la información causal obtenida por el catéter se procesa y se resume junto con la información obtenida en otras ubicaciones anteriores en el órgano, el mapa recurrente presentado al usuario va actualizándose a medida que se desplaza el catéter en el órgano y por tanto se va completando y mejorando la precisión de la información presentada en el mismo.
Breve descripción de las figuras
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.
Las figuras 1A, IB y 1C muestran tres realizaciones del catéter según la presente invención.
Las figuras 2A, 2B y 2C muestran otras tres realizaciones del catéter según la presente invención.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un método según la realización preferida de la presente invención.
La figura 4 muestra un mapa recurrente de una aurícula obtenida mediante el método según la realización preferida de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
A continuación se proporciona una descripción detallada de realizaciones preferidas del catéter y el método de la presente invención, aplicados en concreto a la detección de la actividad eléctrica cardiaca con el fin de determinar la ubicación óptima de tratamiento, por ejemplo, de una arritmia cardiaca. El experto en la técnica entenderá no obstante que esta aplicación no es en absoluto limitativa de la presente invención, y que el catéter y el método dados a conocer en el presente documento pueden aplicarse a la detección de la actividad eléctrica en otros órganos del cuerpo de un paciente, ya sea el paciente un ser humano u otro animal .
Tal como se mencionó anteriormente, el catéter según la presente invención comprende un extremo proximal y un extremo distal. El extremo proximal presenta medios de conexión a un sistema de tratamiento de señales. Estos medios de conexión pueden ser cualquier medio habitualmente conocido y empleado en la técnica, tales como medios de conexión a un ordenador o cualquier sistema informático de tratamiento de señales. El tratamiento de las señales obtenidas se realiza preferiblemente mediante un método según la presente invención, tal como se describirá a continuación en el presente documento.
El extremo distal del catéter comprende al menos 3 brazos que se extienden desde el mismo, cada uno de los cuales comprende al menos un electrodo de medición. En las figuras 1A a 1C se muestran tres realizaciones preferidas del extremo distal del catéter de la presente invención, que presentan 3, 4 y 5 brazos (10) respectivamente. En este caso, como puede observare, cada brazo (10) presenta un electrodo de tipo laplaciano (12) en el extremo del mismo. El catéter también comprende un electrodo central (14) en su extremo distal, punto desde el cual surgen cada uno de los brazos (10) del catéter.
Según estas realizaciones preferidas, independientemente del número de brazos (10), los electrodos (12) de los brazos (10) son equidistantes con respecto al electrodo central (14) asi como con respecto a los electrodos (12) de sus brazos (10) contiguos.
En las figuras 2A a 2C se muestran otras tres realizaciones del catéter de la presente invención. Las realizaciones de las figuras 2A a 2C son similares a las de las figuras 1A a 1C, respectivamente, con la diferencia de que se sustituyen los electrodos de tipo laplaciano (12) de los brazos por electrodos bipolares (16). Aunque el electrodo central (14) en las figuras 2A a 2C sigue siendo de tipo laplaciano, el experto en la técnica entenderá que también podrán idearse realizaciones según la presente invención en las que se sustituya dicho electrodo central por uno de tipo bipolar.
Sin embargo, según la presente invención se prefiere en general el uso de electrodos de tipo laplaciano tanto en los brazos como en el centro del extremo distal del catéter, ya que pueden eliminar de manera más eficaz la componente de campo lejano de la señal eléctrica cardiaca registrada y por tanto reducen el error producido en la medición. De este modo se permite el correcto análisis de la actividad local de la ubicación de la pared cardiaca en la que se encuentran los electrodos del catéter en cada momento sin la influencia de la actividad eléctrica de otras partes del músculo cardiaco.
Según una realización adicional de la presente invención, no mostrada en las figuras, el catéter comprende además un conjunto de tres espiras situado en cada brazo cerca de su electrodo correspondiente. La presencia de este conjunto de espiras puede facilitar la localización espacial de los electrodos dentro del corazón de un paciente, tal como se describirá a continuación en el presente documento.
Haciendo referencia a la figura 3, se describe un método para la detección de actividad cardiaca eléctrica según una realización preferida de la presente invención. El método comprende las etapas de:
a) introducir un catéter de múltiples electrodos, por ejemplo un catéter según la presente invención, en el corazón de un paciente; b) obtener y acondicionar una señal de posicionamiento de los electrodos del catéter en el interior del corazón;
c) obtener información causal de la ubicación en la que se encuentra el catéter;
c2 ) presentar visualmente al usuario la información causal obtenida hasta ese momento d) procesar y resumir la información causal obtenida junto con información causal obtenida en ubicaciones anteriores del catéter;
e) presentar visualmente al usuario un mapa recurrente de toda la información causal obtenida hasta el momento, en el que se resume la actividad eléctrica del corazón de forma conjunta; y
f) desplazar el catéter a una nueva ubicación y repetir el método desde la etapa b) anterior, hasta que se obtiene un mapa recurrente completo satisfactorio del corazón del paciente.
El método según esta realización preferida de la presente invención puede aplicarse, por ejemplo, para detectar una zona de origen de fibrilación que debe tratarse mediante ablación.
La etapa a) de introducir el catéter en el corazón de un paciente es similar a la realizada con catéteres conocidos en la técnica anterior y por tanto no necesita describirse adicionalmente .
A partir de la etapa b) el método de la invención es un método iterativo. En la etapa b) se localizan espacialmente los electrodos del catéter, es decir, se determina la ubicación exacta de cada uno de los electrodos dentro del corazón del paciente. Esta etapa puede realizarse de varias maneras.
Por ejemplo, un método para obtener señales de posicionamiento de los electrodos en el corazón del paciente consiste en colocar 3 referencias eléctricas sobre el paciente, en forma de electrodos sobre la piel, y hacer circular una corriente eléctrica entre cada uno de ellos y cada uno de los electrodos de obtención de señal del catéter. De esta manera, midiendo la impedancia entre cada uno de los electrodos y cada una de las referencias pueden obtenerse las coordenadas tridimensionales de los electrodos con respecto a la posición de las referencias. Es necesario que la señal que circula por el electrodo para la localización no solape con el espectro en frecuencia de la señal de interés que está midiéndose, ya que en ese caso la obtención de señal intracardiaca no seria correcta.
Otra forma de obtener esta información en cuanto a la ubicación de los electrodos del catéter consiste en usar un catéter que comprende, cerca de cada electrodo de cada brazo, un conjunto de tres espiras tal como se mencionó anteriormente en el presente documento. Estas espiras permiten medir la intensidad del campo electromagnético creado por otras espiras que se colocan en la espalda del paciente. Estas otras espiras, de tamaño más grande, se colocan o bien pegadas a la espalda del paciente o bien sobre la mesa de operaciones y crean un campo magnético que induce una corriente eléctrica en las espiras más pequeñas colocadas junto a cada electrodo del catéter. La medición de esta corriente eléctrica inducida en las espiras colocadas en el catéter permite obtener su posición con respecto a las espiras más grandes.
Tal como comprenderá un experto en la técnica, se realiza preferiblemente un acondicionamiento de la señal de ubicación obtenida (mediante cualquiera de los métodos anteriormente mencionados u otro método conocido en la técnica), para lo que se incluyen por ejemplo filtros temporales que permiten eliminar ruido electrónico, asi como cualquier otro tipo de procesamiento de señal que incremente la calidad de la señal.
Una vez determinada asi la ubicación de cada uno de los electrodos de los brazos del catéter, y dado que se conoce la distancia entre cada electrodo de cada brazo y el electrodo central (preferiblemente, la distancia entre cada electrodo de los brazos y el electrodo central es constante) , queda completamente determinada la posición de todos los electrodos dentro del corazón del paciente.
En caso de usar un catéter de más de tres brazos, puede incluirse un conjunto de tres espiras en cada brazo, o puede incluirse un conjunto de tres espiras tan sólo en tres de los brazos del catéter. En efecto, si la posición relativa de los electrodos en los brazos del catéter y el electrodo central es constante, al determinar la ubicación espacial de tres de sus electrodos se deduce de manera inmediata la ubicación de los electrodos restantes del catéter .
En la etapa c) se obtiene información causal de la ubicación en la que se encuentra el catéter en ese momento. Para ello, el médico sitúa el extremo distal del catéter con los puntos de registro sobre un punto concreto en la superficie cardiaca (por ejemplo, de la aurícula) y, tras determinar la ubicación de los electrodos (etapa b) anteriormente mencionada) , se registra la señal miocárdica durante un breve periodo de tiempo (por ejemplo de entre 1 y 10 segundos) . Esta señal se registra y se procesa, obteniéndose en primera instancia la información causal de esa zona concreta de la aurícula en la que se encuentra el extremo distal del catéter. Esta información causal incluye preferiblemente la dirección de propagación dominante, el índice de organización de la actividad fibrilatoria y otros parámetros derivados de estas medidas.
La etapa c) consiste en obtener y procesar información causal de la ubicación en la que se encuentra el catéter en ese momento. Para la realización de dicha medida de la causalidad se segmenta la señal en ventanas temporales sobre las que se realizará el análisis. El resultado final es la combinación del resultado obtenido en cada una de estas ventanas temporales. Existen diversas maneras de segmentar la señal. Según una realización de la invención, la segmentación se realiza en intervalos iguales a la inversa de la frecuencia de activación cardiaca dominante. Para ello debe calcularse la frecuencia dominante de cada una de las señales cardiacas registradas, utilizando por ejemplo el método conocido en la técnica como periodograma de Welch. Una vez conocido este valor de frecuencia dominante, se trocean las señales en segmentos solapados con una longitud temporal igual a la inversa de la frecuencia dominante más alta entre todas las señales cardiacas (el intervalo de solapamiento es un factor que debe introducir el usuario en función de la duración de la señal y de la robustez esperada) . Una vez segmentada la señal, se procede a calcular la influencia causal entre cada par de señales en cada ventana temporal, es decir, entre las señales cardiacas del centro del catéter y las señales cardiacas de los electrodos de los brazos del catéter. Esta influencia será proporcional al valor de la varianza del error producido en la predicción al aplicar un modelo autorregresivo derivado directamente de la definición de causalidad de Granger. En este modelo autorregresivo se incluyen parámetros directamente dependientes de la distancia entre electrodos, por ello es preferible usar un catéter en el que los electrodos de cada uno de los brazos se encuentran siempre equidistantes entre si y con respecto al electrodo central. Los valores calculados de influencia causal entre las señales cardiacas obtenidas por los diversos electrodos se usarán para obtener parámetros de dirección de propagación dominante e índice de organización de la actividad fibrilatoria .
A continuación, según la realización preferida de la presente invención, se realiza la etapa c2 ) en la que se presenta visualmente al usuario la información causal obtenida hasta ese momento, es decir, los parámetros de dirección de propagación e índice de organización calculados en la etapa anterior para esta ubicación en la aurícula. Sin embargo, el experto en la técnica entenderá que esta etapa no es obligatoria para el correcto funcionamiento del método, y que por tanto en realizaciones alternativas de la invención el método pasa directamente de la etapa c) a la etapa d) descrita a continuación en el presente documento. Para realizar la etapa c2 ) , se usa la posición del catéter dentro de la aurícula, visualizando sobre un mapa virtual de la aurícula los parámetros mencionados en forma de conjunto de flechas que indican la dirección, o una única flecha, junto con el valor de organización representado, por ejemplo, con un mapa de colores o directamente con su valor en la pantalla. Adicionalmente, en esta etapa también pueden mostrarse otros parámetros de la señal cardiaca no derivados del análisis causal sino característicos a la zona de la aurícula en la que se encuentra el catéter, tales como por ejemplo la propia señal cardiaca, la amplitud de las señales cardiacas obtenidas, su frecuencia dominante, el grado de fraccionamiento de dichas señales, la posición relativa del catéter respecto a la aurícula, etc.
A continuación, en la etapa d) , se procesa y resume la información causal obtenida junto con información causal obtenida en ubicaciones anteriores del catéter sobre la pared auricular. Para ello, se usa un modelo tridimensional mallado que detalla la morfología de la pared auricular, definido por sus nodos o puntos en el espacio. Este modelo se obtiene a partir de la información de la posición espacial del catéter a lo largo de la intervención. A partir de la información de dirección de propagación dominante obtenida del análisis causal para cada localización del catéter, se obtiene un valor de dirección de propagación dominante para cada nodo del mallado auricular. Con esta información se construye un modelo basado en una cadena de Markov, en el que cada nodo espacial del mallado auricular equivale a un estado de la cadena de Markov, y las probabilidades asociadas a los cambios de estado se obtienen de la información espacial del modelo junto con las direcciones de propagación dominantes calculadas para cada nodo. A continuación, se calcula la distribución final de probabilidades entre los diferentes nodos para la fase estacionaria de la cadena de Markov, definiendo como probabilidad inicial una distribución uniforme entre los diferentes nodos. A esta distribución final de probabilidades entre nodos se le llama mapa recurrente, y presenta un valor para cada nodo del mallado de la superficie auricular de entre 0 y 1.
En la etapa e) , se presenta visualmente al usuario un mapa recurrente de toda la información causal obtenida hasta el momento, en el que se resume la actividad eléctrica del corazón de forma conjunta. En este mapa se visualiza el modelo virtual de la aurícula con la dirección de propagación dominante de cada nodo mostrada con una flecha, así como también puede usarse un código de colores sobre la misma superficie auricular para mostrar los valores del mapa recurrente (véase la figura 4) . Además, como en la etapa c2 ) descrita anteriormente en el presente documento, también puede añadirse a la visualización otra información, tal como por ejemplo la señal cardiaca registrada, frecuencia dominante, etc.
Por último, la etapa f) consiste en desplazar el extremo distal del catéter a una nueva ubicación y repetir a continuación el método desde la etapa b) anterior, hasta que se obtiene un mapa recurrente completo satisfactorio del corazón del paciente. Según la realización preferida del método de la presente invención, en esta etapa se le muestra al usuario una pantalla típica de navegación de un sistema de registro electroanatómico, en la que se muestra el modelo virtual de aurícula junto con la posición relativa del catéter.
Tal como puede apreciar el experto en la técnica, el presente método supone un gran avance con respecto a los métodos de la técnica anterior, basados generalmente en la frecuencia dominante y en el fraccionamiento de la señal cardiaca tal como se mencionó anteriormente en el presente documento. En efecto, por un lado el presente método permite obtener y presentar visualmente al usuario la dirección de propagación dominante, es decir, el patrón de propagación existente durante fibrilación auricular en una zona de pared auricular, lo cual es una información es de gran relevancia en el tratamiento de la arritmia. El conocimiento de esta información permite en efecto al médico guiar al catéter de ablación correcta y rápidamente hasta una zona óptima de aplicación, y permite por tanto evitar la navegación por la superficie completa de la aurícula para registrar señal de toda ella como debe hacerse con los métodos de la técnica anterior.
Por otro lado, el método de la presente invención permite un análisis más intuitivo del patrón de propagación por parte del médico, lo que puede facilitar y reducir la duración de la intervención asi como requiere un nivel de formación y conocimientos del médico encargado menos elevado que en métodos de la técnica anterior.
Además, tal como se comentó anteriormente, el método de la presente invención resume la actividad registrada en un único mapa (mapa recurrente) . Este mapa recurrente resulta muy fácil y rápido de comprender por parte del médico encargado, lo cual facilita el tratamiento y reduce adicionalmente el tiempo de intervención. Este mapa muestra en una única vista tanto los patrones de propagación detectados sobre la superficie auricular como zonas erárquicamente dominantes, por lo que se puede observar de manera sencilla la actividad auricular durante la fibrilación asi como las zonas de interés para la ablación.
El catéter y el método de la presente invención anteriormente descritos encuentran aplicación, por ejemplo, en los laboratorios de electrofisiologia como herramienta de diagnóstico y terapia en pacientes. Tal como se describió anteriormente, una de las posibles aplicaciones del catéter y el método de la presente invención (aunque también puede encontrar otras aplicaciones similares) es la detección de regiones cardiacas causantes del inicio y/o mantenimiento del proceso arrítmico y por tanto susceptibles de ser cauterizadas con el objetivo de terminar con la arritmia. Entre las patologías que pueden detectarse y/o tratarse mediante el catéter y el método de la presente invención se encuentran, por ejemplo, la fibrilación auricular, el flutter auricular, las taquicardias focales auriculares y/o ventriculares, y las taquicardias ventriculares.
Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a realizaciones preferidas de la misma, pueden aplicarse modificaciones y variaciones evidentes para el experto en la técnica sin por ello apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, aunque se han descrito un catéter y un método aplicados a la detección de la actividad eléctrica cardiaca para determinar, por ejemplo, una zona óptima de tratamiento de arritmia cardiaca, el experto en la técnica entiende que la presente invención también pueden aplicarse a la detección de la actividad eléctrica en otros órganos, tales como por ejemplo los músculos o los tejidos nerviosos.
Asimismo, según las realizaciones preferidas de la invención, se ha descrito que los electrodos en los brazos del catéter son equidistantes entre si y con respecto al electrodo central. Sin embargo, en realizaciones alternativas de la presente invención puede diseñarse un catéter en el que los electrodos de los brazos sólo sean equidistantes entre si, sólo sean equidistantes con respecto al electrodo central o no sean equidistantes con respecto a ningún otro electrodo del catéter. Sin embargo, en el caso en el que los electrodos de los brazos no son equidistantes con respecto al electrodo central, según la presente invención debe conocerse dicha distancia entre los electrodos de cada brazo y el electrodo central.
Por otro lado, se han descrito catéteres que comprenden tres, cuatro y cinco brazos con electrodos en los mismos. Sin embargo, el experto en la técnica entenderá que pueden diseñarse catéteres con un número mayor de brazos sin por ello apartarse del alcance de la presente invención. Asimismo, cada uno de dichos brazos puede comprender más de un electrodo en el mismo.

Claims

RE IVINDICACIONES
Catéter para la detección de actividad eléctrica en un órgano, que comprende un extremo proximal con medios de conexión a un sistema de tratamiento de señales y un extremo distal destinado a introducirse en un órgano de un paciente, comprendiendo el catéter además al menos 3 brazos (10) que se extienden desde el extremo distal, comprendiendo cada brazo (10) al menos un electrodo (12, 16), caracterizado por que comprende además un electrodo central (14) en el extremo distal del catéter, punto desde el cual surgen cada uno de los brazos (10) del catéter.
Catéter según la reivindicación anterior, caracterizado por que el electrodo central (14) es un electrodo de tipo laplaciano.
Catéter según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende entre 3 y 5 brazos (10), comprendiendo cada brazo (10) al menos un electrodo (12, 16).
Catéter según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los electrodos (12) en los brazos (10) del catéter son electrodos de tipo laplaciano .
Catéter según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los electrodos (12, 16) de cada brazo (10) del catéter son equidistantes con respecto al electrodo central (14).
Catéter según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los electrodos (12, 16) de cada brazo (10) del catéter son equidistantes con respecto a los electrodos (12, 16) de sus brazos (10) contiguos.
Catéter según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende además un conjunto de tres espiras situado en al menos tres brazos (10), cerca de su electrodo (12, 16) correspondiente .
Catéter según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que está destinado a la detección de actividad eléctrica cardiaca.
Método para la detección de actividad eléctrica en un órgano, que comprende las etapas de:
a) introducir un catéter de múltiples electrodos en un órgano de un paciente;
b) obtener y acondicionar una señal de posicionamiento de los electrodos del catéter en el interior del órgano ;
c) obtener información causal de la ubicación en la que se encuentra el catéter;
d) procesar y resumir la información causal obtenida junto con información causal obtenida en ubicaciones anteriores del catéter;
e) presentar visualmente al usuario un mapa recurrente de toda la información causal obtenida hasta el momento, en el que se resume la actividad eléctrica del órgano de forma conjunta; y
f) desplazar el catéter a una nueva ubicación y repetir el método desde la etapa b) anterior, hasta que se obtiene un mapa recurrente completo satisfactorio del órgano del paciente.
Método según la reivindicación 9, caracterizado por que comprende una etapa adicional c2 ) de presentar visualmente al usuario la información causal obtenida hasta ese momento.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado por que la información causal obtenida y presentada al usuario incluye la dirección de propagación eléctrica dominante.
12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a
11, caracterizado por que la información causal obtenida y presentada al usuario incluye el índice de organización de actividad fibrilatoria .
13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a
12, caracterizado por que el método se aplica para detectar una zona de origen de fibrilación que debe tratarse mediante ablación.
14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a
13, caracterizado por que la etapa b) de obtener y acondicionar una señal de posicionamiento de los electrodos comprende colocar tres electrodos de referencia sobre el paciente y hacer circular una corriente eléctrica entre cada uno de ellos y cada uno de los electrodos de los brazos del catéter, medir la impedancia entre cada uno de los electrodos de los brazos del catéter y cada electrodo de referencia y obtener las coordenadas tridimensionales de los electrodos de los brazos del catéter con respecto a la posición de los electrodos de referencia.
15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por que la etapa b) de obtener y acondicionar una señal de posicionamiento de los electrodos comprende colocar unas espiras grandes en la espalda del paciente, medir una corriente eléctrica inducida por las espiras grandes en conjuntos de tres espiras incluidos junto a cada electrodo del catéter y determinar la posición de los conjuntos de tres espiras con respecto a las espiras grandes.
16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado por que comprende usar un catéter según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, caracterizado por que el órgano cuya actividad eléctrica se detecta es el corazón.
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