(57)【要約】  体内管腔接合およびその他の管腔内構造の位置特定のための装置、システム、および方法を開示する。種々の実施形態により、医師は、体内管腔内の複数の位置における管腔内コンダクタンスおよび／または断面積を測定することによって、心臓アブレーション等の非外科的医療手技中に、管腔内構造および医療機器の位置を同定することができる。
2009542341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端および遠位端を有するカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は体内管腔への配置用であり、前記カテーテルは第１電極および第２電極を含み、前記第１および第２電極のそれぞれは、近位端および遠位端を有し、前記第１および第２電極の遠位端は前記カテーテルの近位端と遠位端との間に位置する、カテーテルと、
前記カテーテルの第１および第２電極に接続されるプロセッサであって、前記プロセッサは、コンダクタンスデータを収集して前記体内管腔のプロファイルを決定することができ、前記コンダクタンスデータは、前記第１および第２電極の遠位端が前記体内管腔内の流体に浸漬される際、前記体内管腔内の複数の位置において収集され、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される、プロセッサと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記体内管腔は、心房の少なくとも一部分を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記体内管腔は、肺動静脈接合をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記体内管腔は血管を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記体内管腔は胆道を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記体内管腔は食道を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記流体は血液を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサは、さらに、前記コンダクタンスデータを使用して、前記体内管腔内の複数の位置のそれぞれにおける前記体内管腔の断面積を計算することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記カテーテルは、前記カテーテルを通じて前記第１および第２電極の遠位端の位置に流体を通すための通路をさらに含み、前記通路を通過する流体が前記第１および第２電極の遠位端と接触するようにし、
前記体内管腔内の流体は、第１の伝導度を有する第１流体と、第２の伝導度を有する第２流体とを含み、
前記コンダクタンスデータは、前記第１および第２電極の遠位端が前記第１流体および前記第２流体のそれぞれに浸漬される際、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コンダクタンスデータは、前記第１および第２電極の遠位端が前記第１流体に浸漬される際、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される第１のコンダクタンス値と、前記第１および第２電極の遠位端が前記第２流体に浸漬される際、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される第２のコンダクタンス値とを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記体内管腔のプロファイルは、前記複数の位置のそれぞれから収集された前記第１および第２のコンダクタンス値、前記第１流体の第１の伝導度、および前記第２流体の第２の伝導度から決定される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記カテーテルは、第３電極および第４電極をさらに含み、前記第３および第４電極はそれぞれ近位端および遠位端を有し、前記第１および第３電極は励起電極を含み、前記第２および第４電極は検出電極を含み、
前記第３および第４電極の近位端は、前記プロセッサに接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１および第３電極の遠位端は、前記カテーテルの近位端と遠位端との間に位置し、前記第２および第４電極の遠位端は、前記第１および第３電極の遠位端の間に位置する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記カテーテルは、前記カテーテルの遠位端に位置付けられる少なくとも１つのアブレーション接点をさらに含み、前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記体内管腔内の標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記標的組織は、肺動静脈接合に位置する、または隣接する組織を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を少なくとも部分的に囲む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を実質的に囲む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は加熱要素を含み、前記少なくとも１つのアブレーション接点が前記標的組織に熱を伝達できるようにする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記カテーテルの実質的に円形の部分の周囲に周方向に位置付けられる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、冷凍アブレーションによって前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記標的組織に電流を送達することによって、前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
体に配置されるように構成された接地極をさらに含み、前記電流が前記標的組織から前記接地極に流れるようにする、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記接地極は、前記接地極を体に着脱可能に接続するための接着剤を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
標的組織を切除するためのシステムであって、
近位端および遠位端を有するカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は体内管腔への配置用であり、
２つの励起電極および少なくとも２つの検出電極であって、前記２つの励起電極および少なくとも２つの検出電極のそれぞれは、近位端および遠位端を有し、前記２つの励起電極および少なくとも２つの検出電極の遠位端は、前記カテーテルの近位端と遠位端との間に位置する、２つの励起電極および少なくとも２つの検出電極と、
前記カテーテルの遠位端に位置付けられる少なくとも１つのアブレーション接点であって、前記体内管腔内の標的組織を除去または破壊するように構成される、少なくとも１つのアブレーション接点と、
を含む、カテーテルと、
前記カテーテルの２つの励起電極および少なくとも２つの検出電極に接続されるプロセッサであって、前記プロセッサは、コンダクタンスデータを収集して前記体内管腔のプロファイルを決定することができ、前記コンダクタンスデータは、前記第１および第２電極の遠位端が前記体内管腔内の流体に浸漬される際、前記体内管腔内の複数の位置において収集され、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される、プロセッサと、
を含む、システム。
【請求項２５】
前記体内管腔は、心房の少なくとも一部分を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記体内管腔は、肺動静脈接合をさらに含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記体内管腔は血管を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記体内管腔は胆道を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記体内管腔は食道を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記流体は血液を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プロセッサは、さらに、前記コンダクタンスデータを使用して、前記体内管腔内の複数の位置のそれぞれにおける前記体内管腔の断面積を計算することができる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
前記カテーテルは、前記カテーテルを通じて前記第１および第２電極の遠位端の位置に流体を通すための通路をさらに含み、前記通路を通過する流体が、前記２つの励起電極の遠位端および前記少なくとも２つの検出電極の遠位端と接触するようにし、
前記体内管腔内の流体は、第１の伝導度を有する第１流体および第２の伝導度を有する第２流体を含み、
前記コンダクタンスデータは、前記第１および第２電極の遠位端が前記第１流体および前記第２流体のそれぞれに浸漬される際、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記コンダクタンスデータは、前記２つの励起電極の遠位端および前記少なくとも２つの検出電極の遠位端が前記第１流体に浸漬される際、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される第１のコンダクタンス値と、前記２つの励起電極の遠位端および前記少なくとも２つの検出電極の遠位端が前記第２流体に浸漬される際、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される第２のコンダクタンス値と、を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記体内管腔のプロファイルは、前記複数の位置のそれぞれから収集された前記第１および第２のコンダクタンス値、前記第１流体の第１の伝導度、および前記第２流体の第２の伝導度から決定される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記少なくとも２つの検出電極の遠位端は、前記２つの励起電極の遠位端の間に位置する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記標的組織は、肺動静脈接合に位置する、または隣接する組織を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を少なくとも部分的に囲む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を実質的に囲む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は加熱要素を含み、前記少なくとも１つのアブレーション接点が前記標的組織に熱を伝達できるようにする、請求項２４に記載のシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記カテーテルの実質的に円形の部分の周囲に周方向に位置付けられる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記カテーテルの実質的に円形の部分の周囲に周方向に位置付けられる複数のアブレーション接点を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、冷凍アブレーションによって前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項４３】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記標的組織に電流を送達することによって、前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項４４】
体に配置されるように構成された接地極をさらに含み、前記電流が前記標的組織から前記接地極に流れるようにする、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記接地極は、前記接地極を体に着脱可能に接続するための接着剤を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
近位端および遠位端を有するカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は体内管腔への配置用であり、前記カテーテルは少なくとも１つの励起電極および少なくとも１つの検出電極を含み、前記励起および検出電極のそれぞれは、近位端および遠位端を有し、前記励起および検出電極それぞれの遠位端は、前記カテーテルの近位端と遠位端との間に位置する、カテーテルと、
前記カテーテルの励起および検出電極のそれぞれに接続されるプロセッサであって、前記カテーテルが前記体内管腔を通過する際に、複数の位置のそれぞれにおいてコンダクタンスデータを収集し、前記コンダクタンスデータを使用して前記体内管腔のコンダクタンスプロファイルを決定することができる、プロセッサと、
を含む、システム。
【請求項４７】
前記プロセッサは、さらに、前記コンダクタンスデータを使用して、前記体内管腔内の複数の位置のそれぞれにおける前記体内管腔の断面積を計算することができる、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記カテーテルは、前記カテーテルの遠位端に位置付けられる少なくとも１つのアブレーション接点をさらに含み、前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記体内管腔内の標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
前記標的組織は、肺動静脈接合に位置する、または隣接する組織を含む、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を少なくとも部分的に囲む、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を実質的に囲む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は加熱要素を含み、前記少なくとも１つのアブレーション接点が前記標的組織に熱を伝達できるようにする、請求項４０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記カテーテルの実質的に円形の部分の周囲に周方向に位置付けられる、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５４】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、冷凍アブレーションによって前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５５】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、電流を前記標的組織に送達することによって、前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５６】
体に配置されるように構成された接地極をさらに含み、前記電流が前記標的組織から前記接地極に流れるようにする、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記接地極は、前記接地極を体に着脱可能に接続するための接着剤を含む、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
標的組織のアブレーションのためのシステムであって、
近位端および遠位端を有するカテーテルであって、前記カテーテルの遠位端は体内管腔への配置用であり、
少なくとも１つの励起電極および少なくとも１つの検出電極であって、前記少なくとも１つの励起電極のそれぞれおよび前記少なくとも１つの検出電極のそれぞれは、近位端および遠位端を有し、前記少なくとも１つの励起電極および前記少なくとも１つの検出電極の遠位端は、前記カテーテルの近位端と遠位端との間に位置する、少なくとも１つの励起電極および少なくとも１つの検出電極と、
前記カテーテルの遠位端に位置付けられる少なくとも１つのアブレーション接点であって、前記体内管腔内の標的組織を除去または破壊するように構成される、少なくとも１つのアブレーション接点と、
を含む、カテーテルと、
前記少なくとも１つの励起電極および少なくとも１つの検出電極に接続されるプロセッサであって、前記プロセッサは、コンダクタンスデータを収集して前記体内管腔のプロファイルを決定することができ、前記コンダクタンスデータは、前記少なくとも１つの励起電極および前記少なくとも１つの検出電極の遠位端が前記体内管腔内の流体に浸漬される際、前記体内管腔内の複数の位置において収集され、前記複数の位置のそれぞれにおいて測定される、プロセッサと、
を含む、システム。
【請求項５９】
前記プロセッサは、さらに、前記コンダクタンスデータを使用して、前記体内管腔内の複数の位置のそれぞれにおける断面積を計算することができる、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記標的組織は、肺動静脈接合に位置する、または隣接する組織を含む、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６１】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を少なくとも部分的に囲む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記標的組織は、前記肺動静脈接合を実質的に囲む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は加熱要素を含み、前記少なくとも１つのアブレーション接点が前記標的組織に熱を伝達できるようにする、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６４】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、前記カテーテルの実質的に円形の部分の周囲に周方向に位置付けられる、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６５】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、冷凍アブレーションによって前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６６】
前記少なくとも１つのアブレーション接点は、電流を前記標的組織に送達することによって、前記標的組織を除去または破壊するように構成される、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６７】
体に外部から配置されるように構成された接地極をさらに含み、前記電流が前記標的組織から前記接地極に流れるようにする、請求項６６に記載のシステム。
【請求項６８】
前記接地極は、前記接地極を体に着脱可能に接続するための接着剤を含む、請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記少なくとも１つの励起電極は、第１励起電極および第２励起電極を含み、
前記少なくとも１つの検出電極は、第１検出電極および第２検出電極を含む、
請求項５８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記第１および第２検出電極の遠位端は、前記カテーテル上で、第１励起電極の遠位端と第２励起電極の遠位端との間に位置付けられる、請求項６９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、（１）２００６年６月３０日出願の米国仮特許出願第６０／８１７，４２２号に対する優先権を主張し、（２）２００３年２月２１日出願の米国仮特許出願第６０／４４９，２６６号、２００３年８月７日出願の米国仮特許出願第６０／４９３，１４５号、および２００３年９月１１日出願の米国仮特許出願第６０／５０２，１３９号に対する優先権を主張する、２００４年２月１９日出願の米国特許出願第１０／７８２，１４９号に対する優先権を主張するとともにその一部継続出願であり、（３）２００４年２月１９日出願の米国特許出願番号第１０／７８２，１４９号に対する優先権を主張する、２００５年２月２３日出願の米国特許出願第１１／０６３，８３６号に対する優先権を主張するとともにその一部継続出願である。これらの出願のそれぞれの内容は、ここで参照することによりそれら全体が本開示に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
人間の心臓の心房細動（「ＡＦ」）は、一般的な不整脈であり、約２２０万〜約５１０万の米国人、および６９歳以上の高齢者人口の約５％に影響を及ぼすと推定される。理論的に、ＡＦの機序は、（１）１つ以上の急速に脱分極する病巣における、より高い自動能、および（２）１つ以上の回路を含む導電の再進入という２つの主要なプロセスを含む。急速な心房病巣は少なくとも１つの上肺静脈に位置する場合が多く、素因のある患者においてＡＦを発症し得る。さらに、「多重ウェーブレット仮説」は、導電再進入により生じるＡＦに対する可能な機序として提案されている。本仮説によると、常導電波面が崩壊することにより、心房に広がって心筋の異常収縮を引き起こす多数の自己永続「娘」ウェーブレットをもたらす。
【０００３】
ＡＦの外科的治療は、右心房および左心房内の導電に対する障壁を構築し、再進入波面を拡大するために使用できる心筋の量を制限する必要があり、それによって持続性ＡＦを阻害する。心筋に切開を形成することによって、導電を遮断する。肺静脈は、特定の急速に脱分極する病巣を含む場合が多いことが実証されているため、肺静脈を取り囲む切開は、ＡＦの予防を助け得る。同様に、肺静脈に近接する潜在的な催不整脈病巣、および最短難治期間を有する特定の心房領域を、戦略的に配置された切開によって、心房の残りの部分から分離することができる。そのような手術単独のリスクは通常１％未満であるが、胸骨正中切開を必要とすること、心肺バイパス術を使用すること、ならびに短期の体液貯留のリスクがあることから、本処置が理想的であるとは言えない。
【０００４】
手術の代替案として、カテーテルアブレーションは、心室性および上室性頻脈性不整脈の危険性が高い患者のための標準的治療として発展してきた。ＡＦを引き起こす病巣は、肺静脈内で発症する場合が多いという認識は、この領域を標的とする、または肺静脈を左心房から電気的に分離するアブレーション方法につながっている。他の催不整脈病巣の部位としては、上大静脈、右心房、左心房、および冠静脈が見出された。ＡＦの再発頻度は、病巣（上大静脈、右心房および左心房、ならびに冠静脈）のアブレーションにより、患者の６０％以上において削減された。しかし、局所アブレーション処置に続くＡＦ再発の危険性は、最初の１年間にわたって依然として３０％〜５０％であり、アブレーションによって１つ以上の肺静脈の分離を試みる場合はさらに高い。
【０００５】
大部分の状況において、心臓アブレーションカテーテルは、通常、上肢または首に位置する進入部位を通じて、血管（動脈または静脈）に挿入される。チューブは蛍光透視下で、血管を通じて心臓に到達するまでナビゲートされる。心臓内で、カテーテルの先端における電極が、心臓内の欠陥組織の位置を特定するデータを収集する（電気マッピング）。部位が同定されると、装置は高周波エネルギー（ＲＦアブレーション）または極度な低温（冷凍アブレーション）のいずれかを送達することより、組織の小部分を破壊する。この処置の主な目的は、部分的な肺静脈分離および周方向の肺静脈アブレーションである。周方向のアブレーション方法は、肺静脈入口電位の除去およびアブレーションラインの外側からペーシングする間に、病巣内の個別電気活動の欠如によって実証されるような、心房静脈性電気切断、または左心房の後壁をある程度含む、取り囲まれた領域内およびその周囲の電圧減少によって表されるような、著しい心房の電気解剖学的再形成のいずれかを生じる。肺静脈は、約８０％〜約９５％の症例において、ＡＦを引き起こす病巣を取り囲み、不整脈の維持において重要な役割を果たしていると考えられるため、エンドポイントは、肺静脈を左心房から電気的に分離することである。
【０００６】
ＡＦに対するカテーテルアブレーションの考えられる合併症は、全身性塞栓症、肺静脈狭窄、心膜液貯留、心タンポナーデ、および横隔神経麻痺を含む。これらの危険性の大部分は、不適切な領域のアブレーションに起因する。よって、心臓アブレーション中の適切なナビゲーションは、処置を行う電気生理学者にとって最大の課題の１つである。
流れる血液を通しての心内膜構造およびアブレーション損傷の可視化は、心臓アブレーション中の適切なナビゲーションの障害となっている。現在、医師は、超音波に基づく心臓内エコーを使用して、心臓アブレーションを行っている。カテーテルを大腿静脈から心臓に進めることによって、医師は、心臓を内側から観察することができる。この方法は、良好な生体構造の撮像を可能にし、医師は、アブレーション中に電極と組織との界面を見ることができる。しかし、この技術にもかかわらず、医師は、アブレーション処置後に、本処置が標的組織のみを破壊して永久損傷を形成したという完全な確信を持つことができない。
【０００７】
アブレーションの精度を判断するために使用される別の方法は、処置の前後に心臓内の電気信号を比較して、所定の催不整脈信号が除去されたかどうかを判断する。しかし、この方法は、アブレーションの結果として永久損傷が形成されたという十分な証拠を提供するとは限らない。
【０００８】
したがって、これらのアプローチは、アブレーションに関する最適な明確性および精度を提供するには不十分である。さらに、従来の技術は、直接可視化およびアブレーションの機能を１つのカテーテルに組み込まず、代わりに、複数のカテーテルを使用および調整する必要があるため、本質的に患者への危険性が高まる。
【０００９】
電気生理学者が、ＣＡＲＴＯTMと称されるＧＰＳに類似する技術を使用して、リアルタイム３次元電気解剖学的心臓マップを作成することができる新しい手技が出現している。作成されたマップは、次に、ＣＴまたはＭＲＩ画像と融合され、心腔の詳細な構造を提供する。リアルタイム心臓内心エコーも、蛍光透視と併用し、処置の安全性および有効性を強化する。Ｌｏｃａｌｉｓａ(R)心臓内ナビゲーションシステムと称される別のシステムによって、ユーザはマッピングおよびアブレーションカテーテルの位置を連続的に監視することができるため、肺静脈の分離処置を容易にし、患者および医療従事者に対する放射線暴露を削減できる。
【００１０】
これらの新しいシステムは著しい可能性を有するが、一般に、コストのために典型的な電気生理学研究室では利用することができない。したがって、事実上、任意のクリニックで使用するために適合できる位置特定およびアブレーションのための有効で使い易く、適度な価格の技術が必要とされる。
【発明の概要】
【００１１】
体内管腔接合の位置特定のための装置、システム、および方法の種々の実施形態を本明細書に開示する。開示される実施形態の少なくとも一部によって、医師は、体内管腔接合、例えば、肺動静脈接合またはその他の望ましい解剖学的構造を、従来技術を用いるよりも高い空間分解能で同定することができる。したがって、接合の視覚信号を提示する同一装置を使用して、後次のアブレーションを行うことができ、それによって接合および標的組織の適切な位置およびアブレーションに必要なツールを減少させることができる。
本明細書に開示される一部の実施形態は、体内管腔接合またはその他の管腔内構造を位置特定するためのシステムを含む。これらのシステムは、近位端および、体内管腔に配置するための遠位端を有するカテーテルを含む。カテーテルは、第１電極および第２電極を含み得る。また第１および第２電極のそれぞれは、近位端および遠位端を有し、第１および第２電極の遠位端は、カテーテルの近位端と遠位端との間に位置する。システムは、カテーテルの第１および第２電極に接続されたプロセッサをさらに含む。プロセッサは、コンダクタンスデータを収集して、体内管腔のプロファイルを判断することができる。コンダクタンスデータは、第１および第２電極の遠位端が体内管腔内の流体に浸漬される際、体内管腔内の複数の位置において収集され、複数の位置のそれぞれにおいて決定される。一部の実施形態において、プロセッサは、コンダクタンスデータを使用して、体内管腔内の複数の位置のそれぞれにおける体内管腔の断面積を計算することもできる。
【００１２】
そのようなシステムの特定の実施形態の場合、関連する体内管腔は、心房の少なくとも一部分、肺動静脈接合、血管、胆道、または食道を含む。実際に、多数の実施形態は、アクセスおよび位置特定に好適な任意のその他の体内管腔に関連して使用することができる。
【００１３】
体内管腔は、内部に少なくとも一部の流体を有してもよく、流体は、血液または既知の伝導度を有するＮａＣｌ溶液等の別の好適な流体を含み得る。カテーテルの特定実施形態は、カテーテルを通じて第１および第２電極の遠位端の位置に流体を通すための通路を有し、通路を通過する流体が、第１および第２電極の遠位端と接触するようにする。一部の実施形態の場合、コンダクタンスデータは、第１および第２電極の遠位端が、第１の伝導度を有する第１流体、次に第２の伝導度を有する第２流体に浸漬される際、管腔内の複数の位置のそれぞれにおいて決定される。コンダクタンスデータは、第１および第２電極の遠位端が第１流体に浸漬される際に、複数の位置のそれぞれにおいて測定される第１のコンダクタンス値と、第１および第２電極の遠位端が第２流体に浸漬される際に、複数の位置のそれぞれにおいて測定される第２のコンダクタンス値と、を含み得る。したがって、体内管腔のプロファイルは、複数の位置のそれぞれから収集された第１および第２のコンダクタンス値、第１流体の第１の伝導度、および第２流体の第２の伝導度から決定される。プロファイルは、断面積またはコンダクタンスの実値または相対値で構成することができる。
【００１４】
本明細書に開示される多数の実施形態は、少なくとも２つの励起電極および少なくとも２つの検出電極を含む、少なくとも４つの電極を備えるカテーテルを有する。電極のそれぞれは、近位端および遠位端を有し、ここで電極の近位端は、プロセッサに直接または間接的に接続することができる。少なくとも一部の実施形態において、励起電極の遠位端は、カテーテルの近位端と遠位端との間に位置し、検出電極の遠位端は、励起電極の遠位端の間に位置する。
【００１５】
開示される特定の実施形態は、カテーテルの遠位端に位置付けられた少なくとも１つのアブレーション接点を有し、医師は、カテーテルの交換を必要とすることなく、位置特定の直後にアブレーションを行うことができる。１つ以上のアブレーション接点は、例えば、組織を加熱すること、冷凍アブレーションを使用して組織を凍結すること、組織を機械的に破壊または除去することによって、または組織に電荷を送達することなどによって、体内管腔内の標的組織を除去または破壊するように構成される。アブレーションに電気を使用する実施形態に関して、接着接地パッドを患者の体の外側に取り付け、標的組織からの電荷を導電することができる。
【００１６】
標的組織は、肺動静脈接合に位置する、または隣接する組織を含み得る。そのような組織は、接合を少なくとも部分的に囲む場合と、接合を実質的に囲む場合とがある。アブレーションの適切な位置に関して、アブレーション接点は、カテーテルの実質的に円形の部分の周囲に周方向に位置付けることができる。一部の実施形態において、カテーテルは、１つ以上のアブレーション接点を含む。
【００１７】
本明細書に開示される特定実施形態は、体内管腔内の接合またはその他の構造を位置特定するための多数のステップを含み、それには、本明細書に開示されるシステムの実施形態を提供するステップと、カテーテルを体内管腔に導入するステップと、カテーテルを通じて体内管腔に電流フローを提供するステップと、体内管腔内の第１の位置において第１のコンダクタンス値を測定するステップと、体内管腔内の第２の位置にカテーテルを移動させるステップと、体内管腔内の第２の位置において第２のコンダクタンス値を測定するステップと、第１の位置の第１のコンダクタンス値および第２の位置の第２のコンダクタンス値に基づいて体内管腔のプロファイルを決定するステップと、を含む。そのような実施形態に由来する体内管腔のプロファイルは、相対コンダクタンスおよび／または相対断面積を含み得る。
【００１８】
他の実施形態の場合、管腔コンダクタンスまたは断面積の実値は、さらに第１の伝導度を有する既知量の第１の溶液を体内管腔に注入するステップと、第２の伝導度を有する第２の溶液を体内管腔に注入するステップであって、第２の溶液は第２の容量を有し、第２の伝導度は第１の伝導度に等しくないステップと、体内管腔内の第１の位置において第２のコンダクタンス値を測定するステップと、体内管腔内の第１の位置におけるコンダクタンスを計算するステップと、体内管腔内の第２の位置において第１のコンダクタンス値を測定するステップと、体内管腔内の第２の位置のにおけるコンダクタンスを計算するステップと、によって決定される。体内管腔のプロファイルの決定は、第１の位置のコンダクタンス、第２の位置のコンダクタンス、および第１および第２の溶液の伝導度に基づくことができる。さらに、一部の実施形態において、処置の両側面のために、同一のカテーテルを使用し、位置特定後に組織を切除する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】手術用手袋の内部を通じた移動の実験中の、位置特定のためのカテーテルシステムの実施形態の可視出力を示す。
【図２】心臓の内部を通じた移動の実験中の、位置特定のためのカテーテルシステムの実施形態の可視出力を示す。
【図３Ａ】体内管腔接合の位置特定のためのカテーテルの一実施形態を示す。
【図３Ｂ】体内管腔接合の位置特定のためのカテーテルの別の一実施形態を示す。
【図３Ｃ】体内管腔接合の位置特定およびアブレーションのためのカテーテルの一実施形態を示す。
【図４Ａ】位置特定のためのカテーテルの別の一実施形態を示す。
【図４Ｂ】ステント留置バルーンの正面に支持されるインピーダンス測定電極を有するバルーンカテーテルの一実施形態を示す。
【図４Ｃ】バルーン内および正面にインピーダンス測定電極を有するバルーンカテーテルの別の一実施形態を示す。
【図４Ｄ】バルーン内および正面に超音波変換器を有するカテーテルの一実施形態を示す。
【図４Ｅ】ワイヤおよびインピーダンス電極を備えるガイドカテーテルの一実施形態を示す。
【図４Ｆ】複数の検出電極を備えるカテーテルの一実施形態を示す。
【図５Ａ】プローブの材料に組み込まれたリードを示すセンサの位置の近位にあるカテーテルの一実施形態の断面を示す。
【図５Ｂ】個別の管腔に延在するリードを示すセンサの位置の近位にあるカテーテルの別の一実施形態の断面を示す。
【図６】コンダクタンスおよび／または断面積の測定のためのデータ処理装置および励起ユニットに接続されたインピーダンス測定電極を担持するカテーテルを示すシステムの一実施形態の概略である。
【図７Ａ】１．５％ＮａＣｌ溶液の注入前後に、血流内で測定される、検出された、ろ過電圧降下を示す。
【図７Ｂ】図７Ａに示される検出電圧の最大振幅エンベロープを示す。
【図８Ａ】０．５％ＮａＣｌ溶液の注入前後に、血流内で測定される、検出された、ろ過電圧降下を示す。
【図８Ｂ】図８Ａに示される検出電圧の最大振幅エンベロープを示す。
【図９】冠動脈の管腔のバルーン拡張を示す。
【図１０】冠動脈の管腔へのステントのバルーン拡張を示す。
【図１１Ａ】種々のサイズの血管に関して（６つの曲線に対し、血管半径は、それぞれ３．１、２．７、２．３、１．９、１．５および０．５５ｍｍ）、０．５％ＮａＣｌボーラスが治療部位に注入された際、半径０．５５ｍｍのコンダクタンスカテーテルによって記録される電圧を示す。
【図１１Ｂ】種々のサイズの血管に関して（６つの曲線に対し、血管半径は、それぞれ３．１、２．７、２．３、１．９、１．５および０．５５ｍｍ）、１．５％ＮａＣｌボーラスが治療部位に注入された際、半径０．５５ｍｍのコンダクタンスカテーテルによって記録される電圧を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
開示される実施形態に関する以下の発明を実施するための形態は、本質的に単なる例示であり、添付の請求項の範囲を限定するものでないことが当業者には理解されるであろう。
【００２１】
カテーテルまたはその他の装置の管腔挿入を含む種々の医療処置中に、体内管腔、例えば血管または心臓を通じて装置を適切にナビゲーションすることが、処置の成功に重要である。実際に、治療または診断のための標的組織が処置中に適切に位置特定されない限り、処置は無効となるか、さらに悪いことに、近傍の健康な組織を損傷する可能性がある。そのため、本明細書に開示される多数の実施形態により、医師は、体内管腔接合または管腔内のその他の解剖学的構造に関連して、体内管腔内のカテーテル、例えば、アブレーションカテーテルまたはその他の医療機器等を容易に位置特定することができる。これによって、標的組織が適切に位置特定され、転帰がさらに良好となる。
【００２２】
開示される実施形態の一部は、体内管腔内の電気コンダクタンスを測定し、相対コンダクタンス値のプロファイルを表示するが、他の実施形態は、コンダクタンスデータを使用して管腔の断面積を計算し、管腔の一部分に沿う相対断面積のプロファイルを表示する。これらのプロファイルによって、医師は、アブレーション等のさらなる治療のための標的組織を容易に位置特定することができる。一部の実施形態において、コンダクタンスカテーテルおよびアブレーションカテーテルは、１つの装置に統合され、カテーテルを交換する必要なく、位置特定の直後にアブレーションを行なうことができる。
【００２３】
開示される実施形態の多くは、管腔の断面積の絶対値を計算しないが、代わりに、管腔の一部分を通じて電気コンダクタンスを測定し、管腔のプロファイルを形成する。多くの場合、プロファイルは、管腔に沿って得られる相対コンダクタンスを含む。しかし、コンダクタンスは断面積に比例するため、本明細書で説明されるように、プロファイルは、管腔に沿って得られるコンダクタンスから決定された相対断面積を含み得る。
【００２４】
カテーテル法を行う間にプロファイルを監視することによって、医師は、管腔の解剖学的構造を可視化することができる。例えば、開示されるカテーテルの実施形態を、管腔を通じて押し進める、または引き戻すことにより、医師は、体内管腔内の接合またはその他の構造マーカの位置を特定することができる。そのような押し進め、または引き戻しは、相対的に、カテーテルの移動に伴う、管腔のコンダクタンスの変化、そして、ひいては、その断面積の変化を反映し、それによって、管腔構造の全長にわたる変化を表す。管腔構造におけるそのような変化に基づいて、医師は、管腔の種々の解剖学的マーカの位置、およびそれらのマーカに対するカテーテルの相対位置を決定することができる。例えば、比較的小さい肺静脈と、それより極めて大きい心房との間の接合の位置特定が、カテーテルが静脈を通じて心房に押し進められる際の管腔のコンダクタンス（よって断面積）の変化を評価することによって可能である。
【００２５】
特定の管腔接合または他の解剖学的構造が位置特定されると、医師は、その同定構造に位置する、またはその近傍の標的組織を、より良好に治療することができる。そのような治療は、例えば、アブレーション、局所薬物送達、血管形成、またはステント送達を含み得る。アブレーションの一般的な使用の１つは、上肺静脈において見られる場合が多い催不整脈性病巣を左心房から電気的に分離し、リスクを有する患者の心房細動を防ぐ。静脈を分離し、病巣からのさらなる催不整脈性導電を防ぐために、肺動静脈接合に位置する、または隣接する肺静脈を囲む心臓組織を切除する。アブレーションは、機械的方法、電気的方法、熱を使用する、または冷凍アブレーションを使用する等の多数の方法で行うことができる。標的組織を除去または破壊するための方法にかかわらず、肺静脈を囲む心臓組織の領域を切除する準備を行う医師は、アブレーション装置、多くの場合、アブレーション用に構成されたカテーテルを、肺動静脈接合を囲む標的組織に配向する必要がある。
【００２６】
本明細書に開示される体内管腔接合を位置特定するための種々の装置、システム、および方法により、医師は、肺動静脈接合を正確に位置特定するとともに、接合（よって標的組織）に対するアブレーションカテーテルの相対位置を確認することができる。実際に、開示される実施形態を使用する位置特定は、コラーゲンの収縮、よって肺静脈狭窄をもたらす肺静脈への望ましくないアブレーションを最小限にする。また肺静脈から遠く離れた心房のアブレーションも最小限にする。そこでは、アブレーションの周囲は非常に大きく、コンダクタンスの分離は不可能である。
【００２７】
実験は、開示される実施形態の、体内管腔内のカテーテルの位置に関する正確かつ信頼できるフィードバックを提供する能力を実証している。例えば、手術用手袋を生理食塩水で充填し、左心房（掌）および肺静脈（指）を模擬した。本明細書に記載される位置特定のために構成されたカテーテルを指の内側から掌に引き戻すことによって、肺静脈から心房への移行を模擬した。図１は、カテーテルを手袋の指から掌に引き戻し、次に指に押し進めた時のコンダクタンスプロファイル１０を示す。図に示すように、プロファイルは、掌のコンダクタンスが指のコンダクタンスよりもはるかに大きく、指から掌への移行または区分が明らかであることを示す。コンダクタンスおよび断面積は（以下に論じるように）比例するため、コンダクタンスプロファイル１０は、断面積プロファイル（図示せず）に比例し、指の小さい断面積と掌の大きい断面積とを区別する。
【００２８】
同様の引き戻し実験を心臓において実施した。肺静脈から出発し、本明細書に記載されるような位置特定のために構成されたカテーテルを、肺静脈から左心房および左心室に引き戻した。図２は、カテーテルを肺静脈における起点から約５ｃｍの距離を引き戻す時の体内管腔の各領域のコンダクタンスを反映するコンダクタンス追跡１２を示す。左心房、僧帽弁、および左心室のコンダクタンスと比較したその相対コンダクタンスを参照することにより、肺静脈を明確に同定することができる。実際に、心房断面積は肺静脈断面積よりもはるかに大きく、心房断面積は肺動静脈接合からの距離に伴って増加する。次に、カテーテルが僧帽弁に接近して越える時の断面積の減少を観察する。カテーテルが僧帽弁を通じて心室に進むにつれて、断面積が徐々に増加する。
【００２９】
図２に示されるようなコンダクタンスデータを用いて、医師は、本明細書に開示される位置特定およびアブレーションカテーテルを使用し、肺動静脈接合、次にアブレーションのための標的組織の位置を特定することができる。例えば、図２に示されるような種類のコンダクタンスデータを使用して、肺静脈の端部（すなわち、コンダクタンスが増加し始める部位）が同定されると、大部分の状況において、２ｍｍ〜３ｍｍの引き戻しによってアブレーションのための適切な領域が提供される。カテーテルの軸位置は、引き戻しの速度によって判定することができる。必要な引き戻しの正確な量は、患者およびその他の関連要因のサイズに基づいて、ケースバイケースで医師により決定されるべきである。
【００３０】
コンダクタンスまたはインピーダンスカテーテルは、多数の電極を使用して、体内管腔内のコンダクタンスを測定する。ここで図３Ａを参照すると、コンダクタンス測定値を使用して、体内管腔接合を位置特定するように構成されたコンダクタンスカテーテル４００が示される。カテーテル４００は、近位端４０５と、体内管腔に導入するために好適な遠位端４１０を有する。さらに、カテーテル４００は、一対の励起電極４１５および一対の検出電極４２０を含む。励起電極４１５および検出電極４２０のそれぞれは、処理システム（図示せず）に取り付けることができる近位端と、カテーテル４００上で、近位端４０５と遠位端４１０との間に位置する遠位端と、を有する。検出電極４２０の遠位端は、カテーテル４００上で、励起電極４１５の遠位端の間に位置する。励起電極４１５は、測定電荷を体内管腔に放出するように構成されるが、検出電極４２０は、体内管腔内の流体を通じて移動する電荷の量を検出する。以下に詳細に説明されるように、処理システムは、電荷の変化を計算し、管腔内の任意の所定位置において、管腔を通じたコンダクタンスを決定する。
【００３１】
図３Ａに示されるように、電極４１５および４２０は、カテーテル４００の遠位端４１０に位置する。しかし、電極の位置付けは、この遠位端部分に限定されず、コンダクタンス情報を医師に提供する際に役立ち得るカテーテル上の任意の位置であってもよい。さらに、複数の電極セット（図４Ｆを参照）を使用して、内部器官、血管、またはその他の体内管腔の内部解剖学的構造をマッピングするために使用される追加情報を提供することもできる。
【００３２】
本明細書に開示される多数の実施形態、例えば、図３Ａに示される実施形態は、少なくとも２つの検出電極および２つの励起電極を有する。しかし、図３Ｂに示される実施形態では、２つの電極のみが使用される。カテーテル４２５は、近位端４３０および遠位端４３５、ならびに第１電極４４０および第２電極４４５を有する。電極４４０および４４５のそれぞれは、近位端（図示せず）と、カテーテル４２５上で、近位端４３０と遠位端４３５との間に位置する遠位端と、を有する。カテーテル４２５は２つのみの電極を有するため、各電極は、励起機能および検出機能の両方を果たす必要がある。単一電極で電荷を送信および測定できるようにするには、回路に遅延を追加する必要がある。追加的に、双極カテーテルは測定時に固定されている必要があるため、医師は、カテーテルを望ましい位置に移動させ、停止させて測定値を取り、次に再度カテーテルを移動させることによって、プロファイルを取得する必要がある。対照的に、４極カテーテルは、体内管腔を通じてカテーテルを押引する時に、連続的なコンダクタンス測定値を取ることにより、双極カテーテルと比較してさらに詳細なプロファイルを得ることができる。
【００３３】
図３Ａおよび図３Ｂに示される実施形態は、主として位置特定のために使用されるが、開示される特定実施形態は、位置特定とアブレーションの機能を１つのカテーテルに統合することにより、アブレーションを開始する前に、医師がアブレーションのための標的組織を適切に同定できるようにすることによって、アブレーション処置の精度および安全性を改善する。例えば、図３Ｃに示されるカテーテル４５０は、体内管腔接合を位置特定するとともに、接合に位置する、または隣接する標的組織を切除するように構成されたコンダクタンスカテーテルである。カテーテル４５０は、標的組織を除去または破壊するためのアブレーション接点４６０、２つの励起電極４７０、および２つの検出電極４８０、ならびにカテーテル４５０を通じて流体を体内管腔に通すための通路４９０を有する。励起電極４７０および検出電極４８０のそれぞれは、プロセッサに接続するための近位端（図示せず）と、カテーテル４５０上に位置付けられる遠位端と、を有する。検出電極４８０の遠位端は、カテーテル４５０上で、励起電極４７０の遠位端の間に位置付けられる。
【００３４】
少なくとも一部の実施形態は、管腔内の体液（例えば、血液）の存在下で、管腔コンダクタンスを適切に測定することができるが、他の特定実施形態は、体内管腔に注入される流体を使用して、本明細書で説明されるように、管腔コンダクタンスおよび／または断面積を適切に計算することができる。したがって、一部の実施形態は、体内管腔に流体が注入されるチャネルを含む。図３Ｃに示される実施形態において、注入通路４９０は、そのような注入を可能にするように構成され、通路４９０から流れる流体が、少なくとも励起電極４７０および検出電極４８０の遠位端の位置に流れるようにする。したがって、通路４９０を通過して管腔に入る流体は、励起電極４７０および検出電極４８０の遠位端と接触する。
【００３５】
図３Ｃを再度参照すると、アブレーション接点４６０は、アブレーションのための標的組織に電流を送達する。電流は、標的組織と接触するアブレーション接点４６０を通過して標的組織に入り、体の外側に位置付けられる接地パッド電極５００に戻る。接地パッド電極５００は、人間の皮膚に接触しても安全な接着剤を含む、任意の許容し得る手段を使用して、適所に保持することができる。アブレーション接点４６０は、電流を使用して標的組織を破壊するが、他の種類の好適なアブレーション方法を使用してもよい。例えば、本明細書に開示される他の実施形態は、非常に高い熱、機械手段、または冷凍アブレーションを使用して、組織を切除することができる。
【００３６】
ここで図４Ａ−４Ｆを参照すると、カテーテルの幾つかの実施形態が示される。図４Ａに示される実施形態を参照して、カテーテルの遠位端１９に近接して配置される４つの電極２５、２６、２７、および２８を備えるインピーダンスカテーテル２２が示される。電極２５および２７は励起電極であり、電極２６および２８は検出電極であって、それにより、以下でさらに詳述されるように、カテーテルを前進させる間に、コンダクタンスの測定（よって、断面積の計算）が可能になる。
【００３７】
さらに、カテーテル２２は、励起電極２５の近位に位置する任意の注入通路３５、および体内管腔の内容物を吸入する、または流体を注入するための任意のポート３６を有する。通路３５またはポート３６を通じて注入する流体は、任意の生物学的に適合可能な流体であり得るが、本明細書に開示される一部の状況の場合、流体の伝導度は、血液の伝導度と異なるように選択される。
【００３８】
例えば、図４Ａに示される実施形態を含む種々の実施形態において、カテーテルは、挿入またはデータ記録中に、柔軟なカテーテルを曲がりにくくさせるガイドワイヤを挿入するためのチャネル３１を含む。追加的に、チャネル３１を使用して、種々の濃度（および種々の伝導度）の流体溶液を対象の体内管腔に注入することができる。追加チャネル３２をカテーテルに接続し、カテーテル上の１つ以上の電極に接続された電気ワイヤが、以下に詳述されるように、チャネル３２を通して、そして、インピーダンスモジュールプラグ等のアダプタインターフェース３３を通じて、データプロセッサシステム１００（図６を参照）等のデータプロセッサに配向されるようにする。
【００３９】
位置特定およびアブレーションに加えて、本明細書に開示される一部実施形態は、その他の機能性を提供する。図４Ｂ−４Ｆは、種々の機能性を有するコンダクタンスカテーテルの多数の実施形態を示す。例えば、幾つかのそのような実施形態は、インピーダンス電極（例えば、図４Ｂを参照）に加えて、血管形成バルーンを含む。そのようなカテーテルは、器官管腔断面積の正確な検出のための電極、および圧力勾配測定のためのポートを含み得る。よって、そのようなカテーテルを使用する際、現行の血管内超音波を使用する場合のように、処置中にカテーテルを交換する必要がない。少なくとも１つの実施形態において、カテーテルは、管腔の非狭窄領域の直接測定を提供することにより、植込みのために適切に定寸されたステントを選択することができる。
【００４０】
図４Ｂに示される実施形態を参照すると、４つのワイヤは、カテーテル２０（４Ｆｒ．カテーテル）の２つの管腔のうちの１つに通されている。カテーテル２０は、近位端および遠位端１９、ならびに遠位端１９またはその近傍に配置される励起電極２５、２７および検出電極２６、２８を有する。狭窄の治療に使用できる血管形成または狭窄バルーン３０が、これらの電極に近位する。バルーンと電極との間の距離は、短く、通常、０．５ｍｍ〜２ｃｍの範囲であるが、特定の適用または関与する治療に応じて、それよりも近くにあるか、または遠く離れていてもよい。バルーン３０内のカテーテル２０の一部分は、注入通路３５および圧力ポート３６を含む。
【００４１】
検出電極２６および２８は、１ｍｍの間隔を置いて配置されるが、励起電極２５および２７は、検出電極の一方から４ｍｍ〜５ｍｍの間隔を置いて配置される。励起および検出電極は、一般にリング電極としてカテーテルを囲むが、それらは点電極であるか、またはその他の好適な構成を有してもよい。これらの電極は、プラチナイリジウムまたは線維素沈着を回避するために表面が炭素被覆された材料等の任意の導電性材料で形成することができる。少なくとも１つの実施形態において、検出電極は、それらの間に０．５ｍｍ〜１ｍｍの間隔を空け、小カテーテル上では、励起電極に対して４ｍｍ〜７ｍｍの距離を置いて配置される。大カテーテル上では、大きい血管およびその他の大きい体内管腔内で使用する場合は、電極間の距離を大きくすることができる。治療のために選択されるカテーテルの寸法は、血管または他の体内管腔のサイズに依存し、好ましくは、有限要素解析の結果に一部基づいて決定される。
【００４２】
１つのアプローチにおいて、任意の所定の適用に使用されるカテーテルの寸法は、以下に説明される有限要素解析を使用する電位場の最適化に依存する。小器官の場合または小児患者において、カテーテルの直径は、０．３ｍｍと小さいものであり得る。大器官において、直径は、有限要素解析に基づく最適化の結果に応じて、著しく大きくなり得る。バルーンは、一般に拡張後の器官の好適な寸法に従って定寸される。バルーンは、機能に好適な材料、例えば、ポリエチレン、ラテックス、ポリエステルウレタン、またはその組み合わせ等で形成することができる。バルーンの厚みは、一般に約数ミクロン台となる。カテーテルは、一般にＰＶＣまたはポリエチレンで形成されるが、その他の材料も等しく良好に使用することができる。カテーテルの先端は、冠動脈または、例えば、胆道等のその他の体内管腔への挿入を容易にするように、直線、曲線、または角を成してもよい。
【００４３】
図４Ｂを再度参照すると、カテーテル２０は、コンダクタンスが測定される部位に近位の圧力勾配を測定するための、カテーテルにより担持される幾つかの小型圧力変換器（図示せず）または圧力ポートを含むことができる。圧力は、好ましくはバルーンの内側、およびコンダクタンス測定位置、その近位、および遠位、ならびにそれに近位および遠位する位置で測定され、それによって、狭窄部位における圧力記録の測定、および狭窄に沿う、または近傍の圧力差の測定が可能になる。一実施形態において、図４Ｂに示されるように、カテーテル２０は、圧力勾配の評価のためのコンダクタンス測定部位またはその近位に圧力ポート９０および圧力ポート９１を含む。図５Ａ、５Ｂ、および６を参照して以下に説明されるように、少なくとも１つの実施形態において、圧力ポートは、カテーテル２０内の、それぞれに対応する導管によって、データ処理システム１００（図６を参照）内の圧力センサに接続される。そのような圧力センサは、当該技術分野においてよく知られており、例えば、光ファイバシステム、小型ひずみゲージ、およびかん流低コンプライアンスマノメトリを含む。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態において、流体を充填したシラスティック圧力監視カテーテルが、圧力変換器に接続される。管腔圧力は、カテーテルの注入チャネルに連結された低コンプライアンス外部圧力変換器によって監視することができる。圧力変換器の較正は、流体静力学的カラムを用いて、０および１００ｍｍＨｇの圧力を印加することによって行った。
【００４５】
別の一実施形態において、図４Ｃに示されるように、カテーテル３９は、血管形成術またはステント展開中における、バルーン断面積の正確な測定のための、血管形成またはステント留置バルーン３０の内側に位置する、励起電極４０、４１および検出電極４２、４３の別のセットを含む。これらの電極は、電極２５、２６、２７、および２８に追加される。
【００４６】
種々の実施形態において、２つの電極システム（図４Ｄを参照）を使用して、コンダクタンスを測定することができる。その他の実施形態において、例えば、図４Ｆに示されるように、幾つかの位置におけるコンダクタンスは、一連の５つ以上の電極を使用して、同時に測定することができる。ここで、励起電極５１、５２を使用して電流を生成し、検出電極５３、５４、５５、５６、および５７を使用してそれらの各部位における電流を検出する。
【００４７】
別の一実施形態において、図４Ｄに示されるように、カテーテル２１は、１つ以上の撮像または記録装置、例えば、断面積および壁厚測定のための超音波変換器５０を有する。図に示されるように、変換器５０は、カテーテル２１の遠位端１９の近傍に位置する。
【００４８】
図４Ｅに示される実施形態を参照すると、電極２５、２６、２７、および２８は、ワイヤ１８、例えば、圧力ワイヤ上に構築され、ガイドカテーテル２３を通じて挿入される。ここで、ボーラスの注入を、ガイドカテーテルの管腔を通じて行なうことができる。アダプタインターフェース３３を使用して、（励起および検出電極の近位部分を含む）電気ワイヤを収容し、データ処理システム１００に誘導することができる。一方、サイドチャネル３４を使用し、種々の流体をカテーテル２３に注入する。さらに別の一実施形態（図示せず）において、カテーテルは、体内管腔内の流体フローを測定するためのセンサを含む。
【００４９】
ここで図９に示される実施形態を参照すると、血管形成バルーン３０は、狭窄の治療のために冠動脈１５０内で拡張した状態で示される。図４Ｃを参照して上述されるように、励起電極４０、４１および検出電極４２、４３のセットは、血管形成バルーン３０内に位置する。別の一実施形態において、図１０に示されるように、血管形成バルーン３０を使用して、血管１５０内でステント１６０を拡張する。
【００５０】
本明細書に記載される実施形態の多くは、システムの種々の部品の好適な接続を含む、システムの一部として使用することができる。図５Ａ、５Ｂ、および６を参照して以下に説明されるように、励起および検出電極は、電極をデータ処理システム１００に接続するためのカテーテル内の電気的導電リードに電気的に接続される。
【００５１】
図５Ａおよび５Ｂは、カテーテル、例えば、図４Ｂに示されるカテーテル２０の２つの実施形態２０Ａおよび２０Ｂの断面を示す。各実施形態は、バルーンを膨張および収縮させるための管腔６０と、吸引および注入のための管腔６１と、を有する。これらの管腔のサイズは異なり得る。電極リード７０Ａは、図５Ａに示される実施形態において、カテーテルの材料に組み込まれるが、電極リード７０Ｂは、図５Ｂに示されるカテーテル２０Ｂの本体内に形成された管腔７１を通り抜ける。
【００５２】
かん流マノメトリのための圧力導管は、圧力ポート９０、９１をデータ処理システム１００に含まれる変換器に接続する。図５Ａに示されるように、圧力導管９５Ａは、カテーテル２０Ａ内に形成することができる。別の一実施形態において、図５Ｂに示されるように、圧力導管９５Ｂは、カテーテル２０Ｂに形成されたトンネル９６内に個別の導管を構成する。小型圧力変換器がカテーテルにより担持される上述の実施形態では、これらの圧力導管を電導体で置換し得る。
【００５３】
図６を参照すると、少なくとも一部の実施形態において、カテーテル２０は、データ処理システム１００、バルーンの拡張のための手動または自動システム１０５、および流体の注入または血液またはその他の体液の吸引のためのシステム１０６に接続する。加熱ユニット１０７を用いて、注入するための流体を３７℃〜３９℃または体温まで加熱することができる。インピーダンス面積測定システムは、一般に定電流ユニット、増幅器、および信号調整器を含むが、異なる構成も可能である。圧力システムは、一般に増幅器および信号調整器を含む。システムは、体内管腔内の流体フローを記録するための信号調整機器を任意で含むことができる。
【００５４】
少なくとも１つの実施形態において、システムは事前に較正され、カテーテルは、パッケージで使用可能である。パッケージは、注入される流体を伴う滅菌シリンジも含み得る。シリンジは、機械に取り付けられ、機械により流体を加熱して対象の体内管腔内にカテーテルを配置した後、ユーザは、注入を開始するボタンを押し、その後望ましいパラメータの計算が行なわれる。断面積、並列コンダクタンス、および／または伸展性、張力等のその他の関連測定値は、一般に、ＰＣモジュール１６０における表示パネル上に現れる。次にユーザは、ステントの拡張または配置によって狭窄を除去することができる。
１つ以上の断面積を同時に測定する場合、システムは、断面積チャネル間にマルチプレクサユニットまたはスイッチを含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、各断面積測定または圧力測定は、個別の増幅器ユニットを通じて行う。
【００５５】
少なくとも１つの実施形態において、インピーダンスおよび圧力データはアナログ信号であり、アナログデジタル変換器１５０によって変換され、オンライン表示、オンライン解析、および保存のためにコンピュータ１６０に転送される。他の実施形態においては、すべてのデータ処理は、全体的にアナログベースで行われる。
【００５６】
処理システムは、コンダクタンスデータを解析するためのソフトウェアプログラムを含む。追加ソフトウェアは、本明細書に開示されるように、多種のデータに基づいて断面積を計算する。しかし、以下に詳述されるように、絶対断面積値を計算するには、特定の誤差を削減または除去する必要がある。ソフトウェアを使用して、管腔壁および周囲組織における電流のコンダクタンスによる断面積値の誤差を削減し、血管の長さに沿って（および任意で、圧力勾配とともに）断面積分布の２次元または３次元形状を表示することができる。ソフトウェアの一実施形態において、管腔内の流体および管腔壁ならびに周囲組織の伝導度等のパラメータを考慮し、有限要素アプローチまたは有限差分アプローチを使用して器官狭窄の断面積を得る。
【００５７】
別の実施形態において、より単純な回路が使用される。本明細書で説明されるように、絶対断面積値は、管腔内で流体の伝導度の異なる２つ以上の異なるＮａＣｌ溶液の注入に基づいて計算することができる。他の実施形態において、ソフトウェアは、管腔に流体を注入する等の介入中に信号を解析する、または電流増幅器からの電流の振幅または周波数を変更することにより、管腔断面積測定値の誤差を削減するためのコードを含む。特定のアプリケーション用に選択されたソフトウェアは、断面積の計算をごくわずかな誤差で即座に行う、または医療処置中に許容し得る時間内で行うことができる。
【００５８】
ここで図４Ａを参照すると、カテーテル２２は、以下の方程式により示されるように、検出電極２６、２８の間の電圧変化を検出することによって、体内管腔内のコンダクタンスを測定する。
【００５９】
【数１】
2009542341.tif 000003
【００６０】
したがって、電圧変化ΔＶは電流Ｉの大きさに検出電極Ｌの間の距離を掛け、管腔内の流体の伝導度Ｃで割り、断面積（ＣＳＡ）で割ったものに等しい。電流（Ｉ）、距離（Ｌ）、および伝導度（Ｃ）は、通常、位置特定処置中の較正定数と見なすことができるため、以下の方程式によって示されるように、電圧差と断面積との間には反比例関係が存在する。
【００６１】
【数２】
2009542341.tif 000004
【００６２】
つまり、管腔の断面積が減少するにつれて、カテーテル２２によって測定される電圧変化が増加する。前述のように、コンダクタンスおよび断面積は比例する。したがって、この方程式により、少なくとも１つの励起電極および１つの検出電極を使用して、管腔全体の電圧変化の測定から種々の管腔内解剖学的構造の相対コンダクタンスまたは断面積を決定することができる。
【００６３】
しかし、この測定は、管腔および周囲組織の壁における電流を損失のため、コンダクタンスまたは断面積の正確な値または絶対値を生じない。相対コンダクタンスまたは断面積に依存することは、管腔内構造の位置特定には十分であるが、他の目的の他の実施形態は、断面積の絶対値の正確な決定を必要とする場合がある。
【００６４】
例えば、器官狭窄の管腔断面積を許容し得る制限内で正確に測定することにより、正確かつ科学的に、ステントを定寸および配置することが可能になる。適切なステントの植込みは、急性閉合またはステント内再狭窄を生じ得る、ステントの過小または過剰展開および過小または過剰定寸を防ぐことによって、臨床転帰を改善する。本明細書に開示される少なくとも１つの実施形態において、血管形成またはステントバルーンは、カテーテルによってバルーンの正面に支持されるインピーダンス電極を含む。これらの電極は、バルーンを進める間に、血管の断面積の即時測定を可能にする。これは、非狭窄領域の直接測定を提供し、適切なステントサイズの選択を可能にする。１つのアプローチにおいて、器官および周囲組織の壁における電流の損失による誤差は、既知の伝導度を有する２つのＮａＣｌ溶液または他の溶液を注入することによって補正される。別の実施形態において、インピーダンス電極は、望ましい断面積にステントを展開するためにバルーンの中心に位置する。これらの実施形態および処置は、ステント留置の精度およびそのようなステント留置の転帰を大幅に改善し、全体コストを削減する。
【００６５】
その他の実施形態は、弁を通じたフロー状態に依存せずに、弁輪の断面積の直接かつ正確な測定を提供することによって、弁狭窄をより正確かつ科学的に診断する。したがって、そのような実施形態において、励起および検出電極は、カテーテル内に組み込まれ、心臓出力または圧力降下から独立して、弁面積を直接測定し、よって弁面積の測定誤差を最小限にする。さらに、圧力センサをインピーダンス電極の近位および遠位に装填し、同時圧力勾配記録を提供することができる。
【００６６】
他の実施形態は、消化管および尿路等の器官の断面積およびフローの評価を改善する。
開示される実施形態の少なくとも一部は、例えば、冠動脈、頸動脈、大腿動脈、腎臓および腸骨動脈、大動脈、消化管、尿道、および尿管における管腔器官のサイズ（断面積）の測定に関連する問題を克服する。さらに、少なくとも一部の実施形態は、例えば、浮腫または組織の急性損傷による、壁コンダクタンスの急激な変化を記録し、筋痙攣／収縮を検出するための方法も提供する。
【００６７】
図４Ｂに示されるカテーテル２０の動作は、以下のとおりである。電極２５、２６、２７、２８の場合、器官管腔および器官壁ならびに周囲組織を通る電流フローのコンダクタンスは並列である。すなわち、
【００６８】
【数３】
2009542341.tif 000005
【００６９】
式中、Ｇｐ（ｚ，ｔ）は、体液の外側の構造（器官壁および周囲組織）の有効コンダクタンスである。Ｃｂは、体液の特定電気伝導度であり、血液の場合は一般に、体温、ヘマトクリット、および血液細胞の配向と変形に依存する。Ｌは、検出電極間の距離である。この方程式は、コンダクタンスＧ（ｚ，ｔ）が断面積（ＣＳＡ（ｚ，ｔ））に比例することを示す。したがって、コンダクタンスが大きいほど、大きい断面積を反映し、逆もまた同様である。
【００７０】
電場が非均一である場合は、補正因子αを用いて、方程式［２ａ］を以下のように整理し、断面積（ＣＳＡ（ｚ，ｔ））を求めることができる。
【００７１】
【数４】
2009542341.tif 000006
【００７２】
式中、αは、電場が完全に均一である場合は１に等しい。並列コンダクタンスＧｐは、漏れ電流に起因するオフセットエラーである。電流のすべてが血液に限定されると、Ｇｐは０に等しく、よって、方程式［１ａ］によって得られる円柱モデルに対応する。１つのアプローチにおいて、略均一場を提供して、αが１に等しいと考えられるようにするため、有限要素解析を使用して、検出電極と励起電極との間の隔たりを、体内管腔の寸法に対して適切に設計する。シミュレーションは、（１）励起電極から実質的に等距離に検出電極を配置する、（２）検出電極と励起電極との間の距離を、体内管腔直径に実質的に相当するように維持することにより、均一場または略均一場が提供されることを示す。１つのアプローチにおいて、上述の（１）および／または（２）のステップを行うことにより均一場を取得し、前記の解析においてαが１に等しくなるようにする。
【００７３】
Ｇｐは、体内管腔の長軸に沿う任意の所定位置ｚ、および心臓周期の任意の所定時間ｔにおけいて定数である。よって、濃度（よって伝導度）の異なる２つのＮａＣｌ溶液を注入すると、２つの方程式を生じる。
【００７４】
【数５】
2009542341.tif 000007
【００７５】
これらを解いて、以下のように、ＣＳＡおよびＧｐを同時に求めることができる。
【００７６】
【数６】
2009542341.tif 000008
【００７７】
式中、下付きの「１」および下付きの「２」は、任意の２つの異なるＮａＣｌ濃度（および伝導度）の注入を示す。各注入ｋについて、Ｃｋは、電流の二乗平均平方根を電圧の二乗平均平方根で割った比として測定されるＧｋを生じる。Ｃｋは、一般に種々のＮａＣｌ濃度の生体外較正を通じて決定される。使用されるＮａＣｌの濃度は、一般に約０．４５％〜１．８％である。ＮａＣｌ溶液の容量は、一般に約５ｍｌであるが、溶液の量は、局所血管血液量またはその他の体内管腔流体の全体を一時的に移動させるために十分である必要がある。ＣＳＡ（ｔ）およびＧｐ（ｔ）の値は、拡張末期、収縮末期（すなわち、最小および最大値）、またはその平均で決定することができる。ＣＳＡの値は、心臓周期を通じて変化するが、Ｇｐ（ｔ）は大幅に変化しない。
【００７８】
体内管腔のＣＳＡおよびＧｐが上記の実施形態に従って判断されると、方程式［２ａ］を整理することにより、流体フローの存在下で、以下のように体液の特定電気伝導度を計算することができる。
【００７９】
【数７】
2009542341.tif 000009
【００８０】
このようにして、方程式［２ｂ］を使用し、体液の存在下で、ＣＳＡ（例えば、心臓周期を通じた一時的変化）を連続的に計算することができる。
１つのアプローチにおいて、押し引きすることにより、体内管腔の長さに沿って、その断面積（ＣＳＡ）を再構成する。溶液の長時間注入中（例えば、１０秒〜１５秒）、定速Ｕでカテーテルを引き戻す、または押し進めることができる。方程式［２ａ］は、以下のように表すことができる。
【００８１】
【数８】
2009542341.tif 000010
【００８２】
式中、軸位置ｚは、カテーテル速度Ｕおよび時間ｔの積であり、すなわち、ｚ＝Ｕ・ｔである。
下付きの「１」および下付きの「２」によってそれぞれ示される２つの注入の場合、異なる時点Ｔ１、Ｔ２等を考慮して、
【００８３】
【数９】
2009542341.tif 000011
【００８４】
および
【００８５】
【数１０】
2009542341.tif 000012
【００８６】
等のように方程式［８］を記すことができる。方程式［９ａ］、「９ｂ」および［１０ａ］、［１０ｂ］等の各セットを解いて、それぞれＣＳＡ１、Ｇｐ１およびＣＳＡ２、ＧＰ２を求めることができる。よって、種々の時間間隔、よって体内管腔に沿う異なる位置で断面積（ＣＳＡ）を測定し、管腔の長さを再構成することができる。少なくとも１つの実施形態において、体内管腔に沿う長手方向の位置の関数としての断面積および並列コンダクタンスに関するデータは、電子スプレッドシート、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｅｘｃｅｌファイルから作図ソフトウェア、例えばＡｕｔｏＣＡＤ(R)にエクスポートすることができる。ここでソフトウェアは座標を使用して、管腔の３次元描写をモニタに表示する。
【００８７】
例えば、１つのアプローチにおいて、引き戻し再構成を長時間注入中に行い、手でカテーテルを定速で引き戻した。カテーテルには、その長さに沿って印を付け、引き戻しが２ｍｍ／秒で行われるようにした。よって、１０秒の注入中に、カテーテルを約２ｃｍ引き戻した。データは、２秒間隔、すなわち、４ｍｍ毎に連続的に測定して解析した。したがって、断面積（ＣＳＡ）およびＧｐの６つの異なる測定値を取り、それらを使用して、２ｃｍ部分の長さに沿って、ＣＳＡおよびＧｐを再構成する。
【００８８】
１つのアプローチにおいて、空気または非導電性組織によって囲まれる体内管腔に対する、並列コンダクタンスから壁厚を決定する。そのような場合において、並列コンダクタンスは、以下に等しい。
【００８９】
【数１１】
2009542341.tif 000013
【００９０】
式中、ＣＳＡＷは管腔壁の断面積であり、Ｃｗは壁の電気伝導度である。この方程式を解いて、以下のようにＣＳＡｗを求めることができる。
【００９１】
【数１２】
2009542341.tif 000014
【００９２】
円柱体内管腔の場合、壁厚ｈは以下のように表すことができる。
【００９３】
【数１３】
2009542341.tif 000015
【００９４】
式中、Ｄは管腔の直径であり、円形ＣＳＡ（Ｄ＝［４ＣＳＡ／π］１／２）から決定することができる。
上記の実施形態に従って断面積（ＣＳＡ）、圧力、壁圧、およびフローデータを決定する場合、コンプライアンス（例えば、ΔＣＳＡ／ΔＡＰ）、張力（例えば、Ｐ＊ｒ、式中Ｐおよびｒは、円柱管腔の管腔内圧力および半径である）、応力（例えば、Ｐ＊ｒ／ｈ、式中ｈは円柱器官の壁厚である）、ひずみ（例えば、（Ｃ-Ｃｄ）／Ｃｄ、式中、Ｃは拡張期の内周であり、Ｃｄは外周である）、および壁せん断応力（例えば、４μＱ／ｒ３、式中、μ、Ｑ、およびｒは、完全に発達したフローの流体粘度、流速、および円柱管腔の半径である）を計算することができる。これらの量は、健康なシステムおよび罹患したシステムの機械的特性を評価する際に使用することができる。
【００９５】
体内管腔のコンダクタンスを位置特定または測定する（および断面積を決定する）ための少なくとも１つのアプローチにおいて、外部からアクセス可能な開口（例えば、胃腸への応用には、口、鼻、または肛門、あるいは気道への応用には口または鼻）から標的体内管腔にカテーテルを導入する。心臓血管への応用の場合、種々の方法、例えば、従来の血管形成に使用される方法で、カテーテルを管腔に挿入することができる。少なくとも１つの実施形態において、１８ゲージ針を大腿動脈に挿入した後、導入器を挿入する。次に、ガイドワイヤを導入器に挿入し、大腿動脈の管腔に進める。続いて、ワイヤを介して４または５Ｆｒ．コンダクタンスカテーテルを大腿動脈に挿入し、その後ワイヤを引き抜く。      
【００９６】
次に、Ｘ線（例えば、蛍光透視）を使用し、コンダクタンス電極を含むカテーテルの先端を対象の領域に進めることができる。別のアプローチにおいて、この方法は、小〜中サイズの血管（例えば、大腿動脈、冠動脈、頸動脈、腸骨動脈）上で使用される。
【００９７】
１つのアプローチにおいて、２つの未知数であるＣＳＡおよびＧｐを求めるには、異なる濃度（よって、異なる伝導度）を有する少なくとも２つのＮａＣｌの注入が必要である。しかし、本明細書に開示されるその他の実施形態において、コンダクタンスまたは断面積の相対値のみが必要である。そのため、２つの溶液を注入する必要はない。別のアプローチにおいて、３つの注入によって、ＣＳＡおよびＧｐ値の３つのセットが得られる（但し、必ずしも一次独立である必要はない）。一方、４つの注入によって、６つの値のセットが得られる。１つのアプローチにおいて、少なくとも２つの溶液（例えば、０．５％および１．５％ＮａＣｌ溶液）を標的血管またはその他の管腔に注入する。研究では、血液量を移動させるには５秒間隔で約１ｍｌ／秒の注入速度で十分であり、冠動脈において１０ｍｍＨｇ未満の局所圧力増加を生じることが示されている。この圧力変化は、注入速度に依存し、管腔流速に相当する必要がある。
【００９８】
方程式［５］および［６］の適用を含む少なくとも１つのアプローチにおいて、血管は、２つの注入の間、同一または非常に類似した状態下にある。よって、２つの注入に関する注入速度、ボーラス温度等の一部変数が類似する。一般に血管を恒常性状態に戻すため、２つの注入の間に、短い間隔を（１〜２分期間）置く。これは、図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、または８Ｂに示されるように、ベースラインコンダクタンスから決定することができる。並列コンダクタンスは、２つの注入の間、好ましくは同一であるか、または非常に類似している。デキストラン、アルブミン、または別の大分子量の分子をＮａＣｌ溶液に添加し、溶液の膠質浸透圧を維持して、血管壁を通じた流体またはイオン交換を削減または回避することができる。
【００９９】
１つのアプローチにおいて、電流の伝導度は温度依存であるため、ＮａＣｌ溶液を注入前に体温まで加熱する。別のアプローチにおいて、注入されたボーラスは室温であるが、伝導度は体温と線形相関するため、温度補正を行う。
【０１００】
１つのアプローチにおいて、大腿動脈または頸動脈のいずれかを通じて、フロー方向にシースを挿入する。下位下行前（「ＬＡＤ」）動脈にアクセスするには、上行大動脈を通じてシースを挿入する。一般に直径約５ｍｍ〜５．５ｍｍの頸動脈の場合、有限要素解析から決定された、以下でさらに論じるように、直径１．９ｍｍのカテーテルを使用することができる。一般に直径３．５ｍｍ〜４ｍｍの大腿動脈および冠動脈の場合は、直径約０．８ｍｍのカテーテルが適切となる。特定の治療に適したシースを通じて、カテーテルを大腿動脈、頸動脈、またはＬＡＤ動脈に挿入することができる。これら３つの血管すべての測定は、同様に行うことができる。
【０１０１】
一般に、大部分の動脈血管に適用できる１つのアプローチのプロトコルおよび結果をここで説明する。対象の特定血管に対し、シースを通じてコンダクタンスカテーテルを挿入した。電圧のベースライン読取値を連続的に記録した。０．５％および１．５％ＮａＣｌを含む２つの容器を温度浴に配置し、３７℃で維持した。５ｍｌ〜１０ｍｌの１．５％ＮａＣｌを５秒間隔で注入した。５秒の注入の間、検出電圧を１０秒間隔で連続的に記録した。数分後、同容量の１．５％ＮａＣｌ溶液を同様の速度で注入した。データを再度記録した。Ｍａｔｌａｂ(R)を使用して、ハイパスによるフィルタリング、かつ低カットオフ周波数（１２００Ｈｚ）を含むデータ解析をした。Ｍａｔｌａｂ(R)を使用してデータを表示し、それぞれの溶液が通過する間の電圧信号の平均を記録した。対応する電流も測定し、コンダクタンス（Ｇ＝Ｉ／Ｖ）を得た。既知の断面積の６つの異なるチューブを体温で用いて、各溶液の伝導度を較正した。方程式［１ａ］を使用するモデルをデータに適合し、伝導度Ｃを計算した。ＳＰＳＳ統計ソフトウェアを用いて、非線形回帰フィットを使用して解析を行った。２つの注入のそれぞれのＣおよびＧを考慮し、Ｅｘｃｅｌスプレッドシートファイルをフォーマットして、方程式［５］および［６］によりＣＳＡおよびＧｐをそれぞれ計算した。これらの測定を数回繰り返し、この手法の再現性を判定した。データの再現性は５％以内であった。同時にコンダクタンス測定と同時に、超音波を使用して血管の直径を測定した。超音波を用いて検出電極を可視化し、検出電極の中心において直径の測定を行った。コンダクタンスと超音波測定値との間の最大差異は、１０％以内であった。
【０１０２】
図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、および８Ｂは、左頸動脈における血流内の電圧測定値を示す。ここで、データの取得は、７５ＫＨｚのサンプリング周波数を有し、それぞれ２つのチャネル、すなわち注入された電流および検出電圧を用いた。注入された電流は５ＫＨｚの周波数を有し、ボーラス注入を通じて変化するインピーダンスによって、検出および振幅調整した電圧は、５ＫＨｚの速度でスペクトルを有する。
【０１０３】
図７Ａを参照すると、低カットオフ周波数（１２００Ｈｚ）と高域フィルタで処理された信号が示される。上および下部分２００、２０２は、図７Ｂに示される最大振幅エンベロープ検出電圧を示す。最初の７秒は、ベースライン、すなわち、血流中の電極に対応する。次の７秒は、超浸透圧ＮａＣｌ溶液（１．５％ＮａＣｌ）の注入に対応する。ここで見られるように、電圧は減少し、（注入される電流は一定であるため）コンダクタンスの増加を示唆する。ＮａＣｌ溶液が押し流されると、図７Ａおよび７Ｂに示されるように、ベースラインが回復される。図８Ａおよび８Ｂは、０．５％ＮａＣｌ溶液に対する同様のデータを示す。
【０１０４】
ベースラインと注入された溶液との間の差異は明白かつ系統的であるため、電圧信号は理想的である。さらに、血管直径の脈動は、０．５％および１．５％ＮａＣｌ注入（それぞれ図７Ａ、７Ｂならびに８Ａ、８Ｂ）において見ることができる。これにより、上記のように心臓周期を通じての断面積の変化を判断することができる。
【０１０５】
ＮａＣｌ溶液は、手動または機械的注入器を使用して注入し、対象の管腔部分における血液または体液の全体量を一時的に移しかえることができる。例えば、血管において、注入により生成された圧力は、血液を順行方向（血流方向）だけでなく、（血液を一時的に押し戻すことによって）逆行方向にも移動させる。通常、破綻し得るその他の臓器において、ＮａＣｌ溶液は、血管における場合のように血液を置換せず、単に臓器を開いて流体のフローを形成するにすぎない。１つのアプローチにおいて、第１の溶液を治療または測定部位に注入した後、センサは、第２の溶液を治療部位に注入する前に、コンダクタンスのベースラインを監視および確認する。
【０１０６】
好ましくは、上述の注入を少なくとも１回繰り返し、例えば、注入が血液を完全に移動させない場合、または血液との著しい混合がある場合のような、注入の投与に関連する誤差を削減する。標的管腔の近傍にある任意の（約９０度の分岐角を有する）分岐は、計算された断面積の過大評価をもたらし得ることが理解されるであろう。よって、一般にカテーテルをわずかに引き込むか、または押し進めて、測定を繰り返す必要がある。複数の検出電極を備える追加適用、または注入中の引き戻しあるいは押し進めによって、同様の目的を達成する。ここで、一連の検出電極を使用し、測定または治療部位における分岐あるいは分枝から生じる誤差を最小化または除去することができる。
【０１０７】
１つのアプローチにおいて、電極またはその他の撮像装置の偏心位置による誤差は、カテーテル上でバルーンを膨張させることによって削減することができる。測定中のバルーンの膨張は、電極またはその他の撮像装置を壁から離して血管の中心に配置する。インピーダンス電極の場合には、バルーンの膨張は、ボーラスの注入と同時に行うことができ、バルーンの膨張がボーラス注入の直前に行われるようにする。しかし、われわれの結果は、カテーテル偏心による誤差が小さいことを示す。
【０１０８】
方程式［５］によって予測される断面積（ＣＳＡ）は、カテーテルの外側の血管またはその他の管腔の領域に対応する（すなわち、血管の断面積からカテーテルの断面積を引いた差）。種々のチューブの既知のＣＳＡを用いて、方程式［１ａ］から較正することによりＮａＣｌ溶液の伝導度が決定される場合は、次に較正がカテーテルの寸法を説明し、計算された断面積は、総血管腔のそれに対応する。少なくとも１つの実施形態において、断面積測定システムの較正は、７．０６５ｍｍ２（直径３ｍｍ）〜１０１７ｍｍ２（直径３６ｍｍ）の範囲の既知の断面積の穴を有する堅いポリフェノンオキシドブロックにおいて１００ｍｍＨｇを印加することによって、３７℃で行われる。しかし、カテーテルから独立して、溶液の伝導度が伝導度メータから得られる場合は、次にカテーテルの断面積を、一般に方程式［５］から計算された断面積に追加し、血管の総断面積を得る。
【０１０９】
一般に、信号は非定常、非線形、および確率的である。非定常の確率的関数を処理するために、多数の方法、例えば、スペクトログラム、ウェーブレット解析、ウィグナ‐ヴィレ分布、展開スペクトル、モード解析、または内因性モデル関数（「ＩＭＦ」）方法等を使用することができる。平均値または最大振幅値を前述の信号解析によって系統的に決定し、方程式［５］で使用して断面積を計算する。
【０１１０】
心臓弁のコンダクタンスまたは断面積を決定する場合、一般に、心臓の全容量を置換させることは実行不可能である。よって血液の伝導度は、高張ＮａＣｌ溶液を肺動脈に注入することによって、一時的に変化する。測定された総コンダクタンスが、グラフ上で血液の伝導度に対してプロットされる場合、ゼロ伝導度における外挿コンダクタンスは、並列コンダクタンスに対応する。２つの内部電極が弁輪（２ｍｍ〜３ｍｍ）の平面に位置付けられるように保証するには、一実施形態において、２つの圧力センサ３６は、検出電極または検出電極のセット（例えば、図４Ａおよび４Ｆを参照）に対して直接近位および遠位（それぞれ１ｍｍ〜２ｍｍ上および下）に配置される。次に、圧力読取値は、望ましい測定部位（大動脈弁：大動脈‐心室内圧、僧帽弁：左心室‐心房内圧、三尖弁：右心房‐心室内圧、肺動脈弁：右心室‐肺内圧）に対する検出電極の相対位置を示す。弁輪は、主として低い電気伝導度を有するコラーゲンで構成されるため、一般に、弁輪部位における並列コンダクタンスは、小さいと予想される。別の応用において、心腔を通じて引き戻す、または押し進めることにより、形状および並列コンダクタンスの変化によって異なるコンダクタンスが示される。これは、通常の患者に対して確立することができ、次にそれを使用して弁狭窄を診断することができる。
【０１１１】
１つのアプローチにおいて、食道または尿道の場合、既知の伝導度を有する流体を飲み込んで食道に入れ、既知のコンダクタンスを有する流体を膀胱に注入して容積を空にすることによって、便利に行うことができる。別のアプローチにおいて、流体を飲み込む、または排尿した後に、流体のサンプルから流体伝導度の測定を行うことができる。後者の方法は、尿管に適用することができる。カテーテルを尿管まで進め、流体をプローブ上の近位ポートから注入できる（小腸にも適用可能である）、または尿の生成を高め、ボーラスの通過中に尿管内の遠位から、または膀胱からサンプルを採取することができる。 １つのアプローチにおいて、治療または測定部位におけるコンダクタンス、断面積、および／または圧力勾配の測定と同時に、バルーンを膨張させる、またはカテーテルからステントを解放することにより機械的刺激を導入し、それによって管腔の狭窄部分を通るフローを促進する。別のアプローチにおいて、治療部位におけるコンダクタンス、断面積、および／または圧力勾配の測定と同時に、狭窄の診断または治療のための１つ以上の医薬物質を治療部位に注入する。例えば、１つのアプローチにおいて、注入される物質は、平滑筋作動薬または拮抗薬であってもよい。さらに別のアプローチにおいて、治療部位におけるコンダクタンス、断面積、および／または圧力勾配の測定と同時に、膨張流体を治療部位に放出し、管腔または治療部位における任意の狭窄または狭窄を生じる物質を解放する。
ここでも、本明細書に記載される方法、システム、およびカテーテルは、任意の体内管腔または治療部位に適用できることに注目する。例えば、本明細書に記載される方法、システム、およびカテーテルは、心臓を含む心血管系、消化系、呼吸系、生殖系、および尿生殖器系を含む、中空体内システムのうちの任意の１つに適用することができる。
【０１１２】
有限要素解析：１つの好適なアプローチにおいて、有限要素解析（ＦＥＡ）を使用して、方程式［５］および［６］の有効性を検証する。モデル定義のための２つの主な考慮事項は形状および電気特性である。電気スカラ電位分布Ｖを決定する一般方程式は、以下のようにポワソン方程式によって提供される。
【０１１３】
【数１４】
2009542341.tif 000016
【０１１４】
式中、Ｃ、Ｉおよび∇は、それぞれ伝導度、駆動電流密度、およびデルタ演算子である。Ｆｅｍｌａｂまたは任意の標準有限要素パッケージを使用し、方程式［１３］を用いてノード電圧を計算することができる。Ｖが決定されると、Ｅ＝−∇Ｖから電場を得ることができる。
【０１１５】
ＦＥＡにより、異なる電極距離、駆動電極間の距離、壁厚、および壁伝導度に応じた磁場の性質およびその変化を決定することができる。血管腔内の総電流パーセント（％Ｉ）は、漏れおよび磁場の均一性の指標として使用することができる。よって、種々の幾何学的および電気的材料特性を変更して、最適な設計を得ることができ、すなわち、磁場の非均一性を最小限にする。さらに、２つのＮａＣｌ溶液を注入することによって実験手順をシミュレートし、方程式［５］の精度を検証した。最後に、血管腔内に電極およびカテーテルが存在する効果を評価した。電極に対する磁場の誘引、および抵抗カテーテル本体からの磁場の反発による測定コンダクタンスの変化を表す誤差項を定量化した。
【０１１６】
印加された電流の大きさ、電流駆動および検出電極の位置、ならびに血管壁および周囲組織を含むモデルにおける伝導度および幾何学的形状を考慮する、ポアソン方程式を解いてポテンシャル場を求めた。この解析は、円柱モデルに対して、（１）励起（電流駆動）電極から等距離に検出（電圧感知）電極を配置する、（２）励起電極間の距離は、検出電極間の距離よりもはるかに大きい、（３）検出電極と励起電極との間の距離は、血管直径に相当するか、または血管の直径は、駆動電極間の距離に比して小さい、という条件が最適であることを示唆する。これらの条件が満たされる場合、等電位輪郭はカテーテルの軸に垂直な直線に、より酷似し、壁において測定された電圧降下は、中心における電圧降下とほぼ同一となる。等電位輪郭の曲率は、電場の均一性に反比例するため、力線の曲率を最小限にするように設計を最適化することが可能である。結果として、１つのアプローチにおいて、上述の条件（１）−（３）の１つ以上を満たし、円柱モデルの精度を高める。
【０１１７】
理論的に、管腔壁を通じて周囲組織に電流が漏れることを考えると、完全な均一場を保証することは不可能である。円柱モデルによって規定されるように、等電位ラインが血管に沿って径方向に出るため、等電位ラインは一定でないことが分かった。図１１Ａおよび１１Ｂは、２つの異なるＮａＣｌ溶液（それぞれ０．５％および１．５％）に対する半径０．５５ｍｍのカテーテルの検出電圧を示す。起点は、カテーテルの中心に対応する。第１垂線２２０は、カテーテルの周囲に包まれる電極の内部を表し、第２垂線２２１は、溶液と接触する電極の外部である（電極の直径は、約０．２５ｍｍである）。６つの異なる曲線は、上から下まで、半径がそれぞれ３．１ｍｍ、２．７ｍｍ、２．３ｍｍ、１．９ｍｍ、１．５ｍｍ、および０．５５ｍｍの６つの異なる血管に対応する。検出電極において「丘」２２０、２２１が生じ、血管腔において比較的均一なプラトーが続いた後、周囲組織に指数関数的減衰することが分かる。電位差は、検出電極２２０、２２１において測定されるため、刺激が「丘」を生成し、その値は、方程式［５］において使用される血管内の同等ポテンシャルに対応する。したがって、各カテーテルサイズに対して、血管の寸法を変更し、方程式［５］が正確に満たされるようにした。結果として、分配モデルが集中方程式（方程式［５］および［６］）を満たすように、所定の血管直径に対して最適なカテーテルサイズを得た。このようにして、断面積測定の誤差が５％未満となるように、血管直径とカテーテル直径との関係を生成することができる。一実施形態において、特定サイズの血管における最適な使用のために、異なる直径のカテーテルを予め包装し、ラベルを付ける。例えば、４ｍｍ〜５ｍｍ、５ｍｍ〜７ｍｍ、または７ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の血管寸法に対して、最適な直径カテーテルは、それぞれ０．９ｍｍ〜１．４ｍｍ、１．４ｍｍ〜２ｍｍ、または２ｍｍ〜４．６ｍｍの範囲となることを解析は示している。医師は、対象の推定血管直径に基づいて、適切な直径カテーテルを選択することができる。この決定は、処置に先行して行い、管腔断面積の測定誤差を最小限にする。
【０１１８】
したがって、本明細書に開示される多数の実施形態は、コンダクタンスを測定し、そのような測定に固有の種々の誤差を訂正することによって、管腔断面積を正確に計算する。  しかし、開示された実施形態の少なくとも一部は、相対コンダクタンスおよび／または断面積を使用し、体内管腔接合およびその他の管腔内解剖学的構造の位置特定を提供する。正確な位置特定は、コンダクタンスまたは断面積の相対差異のみを必要するため、体内管腔内の種々の位置に対する絶対値の計算は、大部分の場合において省略することができる。
【０１１９】
体内管腔接合の位置特定のための装置、システム、および方法の種々の実施形態は、本明細書において極めて詳細に説明されているが、実施形態は、本明細書に記載される発明の非限定例として提供されるにすぎない。本明細書に記載される実施形態の多くの変型例および改変は、本開示に照らして、当業者には明らかとなるであろう。よって当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更および改変を行うことができること、また相当物をその要素に代替できることを理解するであろう。実際に、本開示は、本発明の範囲を網羅する、または限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求項、およびそれらの相当物により画定されるものとする。
【０１２０】
さらに、代表的な実施形態を説明する際に、本開示は、方法および／またはプロセスを特定順序のステップとして表している場合がある。しかし、方法またはプロセスが本明細書で説明される特定順序のステップに依存しない限り、方法またはプロセスは説明される特定順序のステップに限定されてはならない。当業者に理解されるように、その他の順序のステップが可能である場合がある。そのため、本明細書に開示される特定順序のステップは、請求項を限定するものと見なされてはならない。さらに、方法および／またはプロセスを対象とする請求項は、記載される順序のステップの実行に限定されてはならず、当業者であれば、配列を変更することができ、それでもなお本発明の精神および範囲内であることが容易に理解できる。
【０１２１】
したがって、本発明、および本説明ならびに添付の請求項は、本開示に基づいて当業者に明らかとなるすべての修正および変更を含み、包含するものとする。
【図３Ａ】
2009542341.tif 000017
【図３Ｂ】
2009542341.tif 000018
【図３Ｃ】
2009542341.tif 000019
【図４Ａ】
2009542341.tif 000020
【図４Ｂ】
2009542341.tif 000021
【図４Ｃ】
2009542341.tif 000022
【図４Ｄ】
2009542341.tif 000023
【図４Ｅ】
2009542341.tif 000024
【図４Ｆ】
2009542341.tif 000025
【図５Ａ】
2009542341.tif 000026
【図５Ｂ】
2009542341.tif 000027
【図９】
2009542341.tif 000028
【図１０】
2009542341.tif 000029
【図１】
2009542341.tif 000030
【図２】
2009542341.tif 000031
【図６】
2009542341.tif 000032
【図７Ａ】
2009542341.tif 000033
【図７Ｂ】
2009542341.tif 000034
【図８Ａ】
2009542341.tif 000035
【図８Ｂ】
2009542341.tif 000036
【図１１Ａ】
2009542341.tif 000037
【図１１Ｂ】
2009542341.tif 000038
【国際調査報告】
2009542341.tif 000039