(57)【要約】  焼灼を行う間に組織反射スペクトル特性のリアルタイムの光学測定を可能にするシステムおよび方法は、スチームポップを防止するために組織中のスチーム形成の指標として、反射された光強度における変化をモニターするために組織の放射および組織からの光の再捕捉を含む。システムは、焼灼を受ける組織から反射する光を集めるために適合させられたカテーテルと、集められた光の構成波長を特定して分離する検出部材と、集められた光に対する測定された光強度データを発生させるための定量化装置と、時間と関連して測定された光強度データを分析するプロセッサと、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある期間に亘る焼灼中において、組織中のスチームポップの形成をモニターする方法において、
前記焼灼中において、前記組織上に光を移送することと、
前記焼灼中において、前記組織における測定された反射率スペクトル強度（ＭＲＳＩ）対時間を観察することと、
を含み、
前記観察は、前記ＭＲＳＩが、初期に増加して、その後に、指定された期間内にかつ指定された速度で、減少するか否かに関して、なされる、方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
前記光は、近赤外線である、方法。
【請求項３】
請求項１の方法において、
前記ＭＲＳＩにおいて観察された減少が無いことに基づいて、スチームポケットの非形成を推論すること、
をさらに含む、方法。
【請求項４】
請求項１の方法において、
指定された速度で前記ＭＲＳＩにおいて観察された減少に基づいて、スチームポケットの形成を推論すること、
をさらに含む、方法。
【請求項５】
請求項１の方法において、
指定された期間内に前記ＭＳＲＩにおいて観察された、初期およびその後の減少に基づいて、スチームポケットの形成を推論すること、
をさらに含む、方法。
【請求項６】
ある期間に亘る焼灼中において、組織中のスチームポケットの形成をモニターする方法において、
前記期間中において、前記組織上に光を移送することと、
前記焼灼中において、前記組織における測定された反射率スペクトル強度対時間を観察することと、
を含み、
前記観察は、前記測定された反射率スペクトル強度におけるピーク前の時間の上昇速度、および、前記ピーク後の降下速度に関して、なされる、方法。
【請求項７】
請求項６の方法において、
前記観察は、前記ピーク後の前記測定された反射率スペクトル強度における平均の減少速度に関して、さらになされる、方法。
【請求項８】
ある期間に亘る組織の焼灼を制御する方法において、
前記期間に亘る前記焼灼中において、前記組織上に光を移送することと、
前記期間に亘る前記焼灼中において、前記組織における測定された反射率スペクトル強度対時間を観察することと、
平均スペクトル強度の経時的な変化における予め定められたパターンにＭＲＳＩが適合しない場合に、焼灼カテーテルに移送されるエネルギーを減少させることと、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８の方法において、
前記予め定められたパターンは、前記ＭＲＳＩ対時間における初期の増加を含む、方法。
【請求項１０】
請求項８の方法において、
前記期間は、前記期間の始まりから約６０〜１２０秒である、方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、焼灼カテーテルに関し、そして特に、スチームポップ（steam pops）を予測するための組織の光学モニターを有する焼灼カテーテルに関する。
【０００２】
〔背景〕
あるタイプの低侵襲的な医療手順では、身体内の治療部位の状態に関するリアルタイムの情報は利用できない。この情報の欠落は、カテーテルを使用するときに、臨床医がある手順を実行することを禁止する。このような手順の一例は、肝臓および前立腺中の腫瘍および病気の治療である。このような手順のさらに別の例は、心房細動を治療するために使用される外科的焼灼である。心臓中におけるこの状態は、不規則な心拍をもたらす心内膜の組織で、不整脈として知られている異常な電気的信号を発生させる。
【０００３】
不整脈の最も頻繁な原因は、心臓組織を通る電気の異常経路伝導(abnormal routing of electricity)である。一般に、ほとんどの不整脈は、この不規則な電気の発生の中心と疑われる部位を焼灼して、これにより、これらの中心部を不活性にさせることによって治療される。そして、治療の成功は、損傷（lesion）自体と同様に心臓内の切除の位置にもよる。例えば、心房細動を治療するとき、焼灼カテーテルは、この焼灼カテーテルを用いて心臓中に焼灼損傷部を作るために、右心房または左心房中に導入される。これらの損傷部は、異常な電流が心臓を通過するのを阻止する非導電性バリアを心房の領域間に作ることによって不規則な心拍を停止することを意図されている。
【０００４】
この損傷部は、局部的な領域での電気伝導（貫壁性(transmurality)）を阻止するように作られなければならないが、隣接する組織を焼灼しないように注意する必要がある。さらに、切除プロセスにより望ましくない組織の炭化(charring)、および局部的な凝固(localized coagulation)が発生したり、また血液および組織中の水分が気化して蒸気が噴出(steam pops)したりすることがある。スチームポップによってもたらされた損傷は、組織の除去および放出のため多くの問題を引き起こす場合があり、そして、これらの問題は、脳梗塞や死につながるおそれがある。多くの事象がスチームポップの発生を示しうるが、間近に迫ったスチームポップの高度な警告を提供するために利用可能な方法が全く存在していない。
【０００５】
したがって、リアルタイムでスチームポケットの形成をモニターでき、これにより、間近に迫ったスチームポップの早期警告を提供できるカテーテルに対するニーズが存在している。
【０００６】
〔発明の概要〕
本発明は、焼灼を実行している間に組織の反射のスペクトル特性のリアルタイムの光学測定を可能にするシステムおよび方法を対象としている。本発明は、スチームポップの防止のための組織中のスチーム形成の表示として、反射された光強度における変化をモニターするために組織で光を反射させて組織からの光を再捕捉することを含む。
【０００７】
本発明によれば、このシステムは、焼灼を受ける組織から反射される光を集めるように適合させられたカテーテルと、集められた光の構成波長を特定して分離する検出部材と、集められた光に対する測定された光強度データを発生させるための定量化装置と、時間と関連して測定された光強度データを分析するプロセッサと、を含む。
このシステムは、システムが組織中のスチームポケットの形成を推論したときに視覚のおよび／または音声の警告を提供するグラフ表示および／または音声出力（例えば、スピーカー）を含んでもよい。より詳細な実施形態では、システムのプロセッサは、このプロセッサが測定された光強度における初期の増加および特定の速度での減少を検出したときに、ポップしそうなスチームポケットの形成を推論し、そして、焼灼カテーテルへのＲＦエネルギーの移送を減少させるまたは中止するように適合される。このカテーテルは、組織からの光を集めるカテーテルであってもよいし、またはそうでなくてもよい。
【０００８】
本発明はまた、焼灼中のスチームポケットの形成をモニターするための方法であって、ここで、時間に対する測定された反射率スペクトル強度ＭＲＳＩが分析される方法をも対象にしている。この方法は、組織に光を移送することと、組織での焼灼のためのエネルギーを移送することと、組織の反射率のスペクトル強度を測定することと、を含み、ここで、観察は、ＭＲＳＩが指定された期間中において初期に増加して、その後に、ＭＲＳIにおいて特定の速度で減少したか否かに関して、なされる。ＭＲＳＩの減少が全くなければ、組織への焼灼エネルギーの移送は続く。しかしながら、指定された期間内にかつ指定された速度で、ＭＲＳＩの減少がある場合、この方法は、スチームポケットの形成を推論して、組織への焼灼エネルギーの移送を減少させるか、または中止する。
【０００９】
より詳細な実施形態では、この方法はまた、焼灼過程中においてスチームポップの発生の統計的確率をも決定する。この方法は、スチームポップ発生の指定された確率をこの方法が推論した場合に、スチームポップを避けるために、洗浄または注入などによって、組織の冷却を開始または増加することを含んでもよい。
【００１０】
本発明のカテーテルおよび方法は、熱焼灼の技術および洗浄に関連して光を使用するように設計されている。有利には、組織をモニターして評価するために使用される光は、全体的に、焼灼に通常使用される電磁放射の部分によって影響を受けない。その上、スチームポップをモニターして評価するために使用される波長領域もまた、血液を最小量の減衰で通過する。さらに、光を放出または受信する光ファイバーの使用は、あるかないかの測定可能な熱を周りの血液または組織に追加する全体的な温度中和処理である。
【００１１】
本発明のこれらのそして他の特徴および利点は、添付図面と併せて考慮されるときに、以下の詳細な説明を参照してより明りょうに理解されるだろう。
【００１２】
〔発明の詳細な説明〕
図１に関して、組織１０は、カテーテル１２によってＲＦ焼灼を受ける。カテーテル１２は、組織１０中に損傷部１６を生成する焼灼のために適合されたチップ部１４を有する。有利には、カテーテル１２は、特に組織中における水蒸気の形成に基づいて、損傷部１６中のスチームポケットの形成を示す傾向を有することができる情報を提供する光学モニターのためにも適合させられる。そのために、カテーテル先端部１４は、反射、散乱、または吸収可能な組織上に衝突する光を放出する。組織上に衝突する光路１８および組織によって反射される光路２０は、スチームポケットが形成されるときの光強度が変化する組織の内側および周囲の環境中で、散乱された放射の雲２２を全体的に形成する。光強度における変化は、測定された光強度における全体的な減少が通常続く、全体的な増加を含む。本発明に従って、時間の関数として測定された光強度カーブの選択された特性は、スチームポップの発生を予測するのに有用なデータを提供できる。このカーブは、損傷部に対するカテーテルの方位によって影響を受けないと思われる。照射および検出は、同一平面中で生じる必要はない。組織内における散乱は、両方の光路１８と２０に散乱雲２２を形成させ、従って、本発明は、組織と散乱雲との間に交差する照射素子および検出素子を機能的に提供する。
【００１３】
反射された光強度における全体的な増加は、図２に示されるように、組織により反射性を引き起こす損傷部の形成中における組織中の変化から起こる。しかしながら、スチームポップが起こりうる例において、焼灼による損傷部形成の初期段階において存在する平均反射光強度の全体的な増加には、反射光強度における減少が続きうる。この減少は、図３に示されているように、組織層内のスチームポケット２４中に集まる組織中の水の蒸発から起こる。スチームポケットは、蒸気と組織との間の屈折率差による、照射光のリダイレクション２１を引き起こす。したがって、組織表面への反射光２０の光量は、減少する。
【００１４】
このような光学モニターのために適合させられたカテーテルは、その全体の開示は本明細書中に参考として援用する、２００６年６月１３日に出願された、米国出願番号第１１／４５３，１８８号、および２００６年５月２日に出願された、同第１１／４１７，０９２号において記述されているが、光を組織に移送するために、そして、組織から反射する光を集めるために、複数のカテーテルが使用可能であることが当業者によって理解される。
【００１５】
図４は、図１に示されているカテーテルの遠位端でまたはその近くで集められたスチームポップ無しでの損傷部形成の間に、測定された秒単位の時間（横軸）に対する任意の単位（縦座標）における光（ＭＳＲＩ）の測定されたスペクトル反射強度のプロットである。図４の「ノン・ポップ」スペクトルは、時間＝０から約４０秒での安定点Aへの全体的に直線的であるスペクトル強度の初期の増加、そして、約３００秒への全体的に直線的な減少を示す。図５は、ポップするために最も明白でない損傷部のものである別の「非ポップス」スペクトルである。注目に値することは、焼灼の開始から終了へのスペクトル強度中の徐々にではあるが着実な漸近的な増加である。
【００１６】
対照的に、図６は、秒単位の時間（横軸）に対するナノワットでの光学パワー（縦座標）の、４つの選択された波長における代表的なＭＳＲＩのプロットである。この図は、すべての波長がポップの前に同一の上昇および下降特性を示すが、ピーク時の位置は各波長において異なっている、ということを示す。そこで、単一の波長が必要なもののすべてであるが、スチームポップ予測のための方法は、さらに後述するように、その波長に依存して変化する。図７は、ポップするために最も明白な損傷部のものである別の「ポップ」スペクトルである。注目に値することは、スペクトル強度において初期の増加から比較的急速な減少への遷移をマークする約１２秒での鋭いＭＳＲＩピークＢである。
【００１７】
本発明に従って、図８に示されている典型的なスペクトルは、以下のものを含む様々な特性の変数に分解できる；
【００１８】
（ａ）パーセンテージ降下（ピークからポップへ）、
【００１９】
（ｂ）；降下するための時間または降下時間（ピークからポップへ）、
【００２０】
（ｃ）；上昇時間（スタートからピークへ）、
【００２１】
（ｄ）；最大降下速度（スタートからピークへ）、
【００２２】
（ｅ）；降下の平均速度（ピークからポップへ）、
【００２３】
（ｆ）；開始からの上昇速度（スタートからピークへ）、
【００２４】
（ｇ）；平均上昇速度（スタートからピークへ）、
【００２５】
（ｈ）；降下の最終速度。
【００２６】
ＲＦ焼灼による損傷形成による組織変化は、これらの８つの変数、または、ＭＲＳＩおよび／または変化率の増加および減少といった、これらの組織変化に関連する変数の１つ以上によって、スペクトル的に特徴づけられることができる。そして、本発明によれば、これらの８つの変数、および／またはこれらに関連する変数のいくつかは、潜在的スチームポップの早めのしるしを提供するためにモニターされうる。
【００２７】
図９に示されているように、多変量解析の適用を介し、特に、主要な成分分析（ＰＣＡ）および潜在構造の投影（ＰＬＣ）方法を介して、これらの８つの変数（または、それらの関連変数）間の関係の同時の統計的考察を使用して、以下の３つの時系列属性：（ｂ）時間、（ｃ）上昇時間、および（ｅ）平均降下速度は、スチームポップ予測との最も高い相関関係と同一視されている。有利には、これらの３つの属性（および／または、それらの関連する属性）は、早期予測およびスチームポップの防止を容易に可能にするように、損傷形成中に起こる。
【００２８】
本発明によれば、光学スペクトル強度、特に、測定された光学スペクトル強度は、スチームポップの早期警告を提供するようにモニターできる属性およびデータを提供するのに優れている。
【００２９】
図１０を参照すると、損傷部をモニターする光学スペクトル強度のシステム４２６が、示されている。当業者によって理解されるように、カテーテル４１２は、損傷部４１０を形成するために、組織４０８への焼灼エネルギーを適用する。本発明によれば、カテーテルのチップ部４１４は、組織に衝突する光を放出して、組織によって反射された光を再捕捉する。カテーテル４１２は、焼灼のためおよび電磁的位置検知といった他の機能のために、カップリング４７７を介して患者インタフェースユニット（ＰＩＵ）（図示せず）と連絡する。流体は、ルアー（ｌｕｅｒ）ハブ４９０を通して組織部位にポンプ（図示せず）によって注入されうる。カテーテル４１２はまた、光学的処理システム４２６と連絡する。例示の実施形態では、光学的処理システム４２６は、カップリング４２７を通してカテーテル４１２のチップ部４１４に、ブロードバンド（白；多波長）光、および／または、レーザ光（単一波長）放射を供給する光源４２８を含んでいる。有利には、本発明は、組織にスチームポケットの深さで入り込む任意の波長で実行できる。単一波長の光、または、いくつかの波長の組み合わせの光が、使用できる。とりわけ、光源４２８は、レーザ、黒体放射体、ダイオード、または任意の他の好適な照射源であってもよい。
【００３０】
放射は、カップリング４２７によってカテーテル先端部に移動されうる。チップ部４１４からの光強度データを生み出す組織から反射した光は、カップリング４４３を通して検出部材４３０に送信される。検出部材は、例えば、集められた光を構成要素の波長に分散する波長選択要素４３１、および定量化装置４４０を含んでもよい。任意の波長選択要素４３１は、入射光４３４を受信するために、そして、定量化装置４４０中に送信される所望の成分４３６に受信した光を分けるために、当技術分野で知られているように、例えば、レンズ、鏡、および／またはプリズムなどの、光学部材４３２を含んでもよい。
【００３１】
定量化装置４４０は、コンピュータ４４２で処理して、グラフィカルにカテーテルのオペレータに表示できる電気的信号に測定された光強度を変換する。定量化装置４４０は、これらの光強度の同時検出と定量化のための電荷結合素子（ＣＣＤ）を含んでもよい。あるいはまた、光ダイオード、光マルチプレクサまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器を含む、多くの異なる光センサは、ＣＣＤコンバータに換えて、使用できる。情報は、情報を処理して、ＭＳＲＩを処理して、降下時間、上昇時間および平均降下時間（および／または、それらの関連変数）の３つのスペクトル特性のうち少なくとも２つを有する、上述した時系列スペクトルのグラフ表示を提供するコンピュータ４４２に、定量化装置４４０から送信される。代換的に、コンピュータは、スチームポップ発生の統計的確率を提供する自動化アルゴリズムにおける、これらのスペクトル特性のいくつかの組み合わせを使用できる。カテーテル１０での使用のための適当なシステムは、米国出願第１１／２８１１７９号および同第１１／２８１８５３号に記載されており、これらの全体の開示は本明細書に参考として組み込まれる。
【００３２】
そして、上述の８つの変数における、上昇時間（またはＭＲＳＩでの増加）、降下時間（またはＭＲＳＩでの減少）、および平均降下速度（線形／非線形性）の変数は、スチームポップの、防止できなくても、早期予測を容易に可能にするために、焼灼中に一度に発生する。
【００３３】
図１１は、ＭＲＳＩ対時間が分析される本発明の一実施形態による方法を詳細に示すフローチャートである。この方法は、図１に示すように、組織に光を移送すること（ブロック２００）と、組織での焼灼のためにエネルギーを移送して（ブロック２０２）損傷部を形成することと、組織から反射する光の強度を測定すること（ブロック２０４）と、を含む。ＭＲＳＩ対時間の初期の分析は、ＭＲＳＩが初期の増加に続いて減少するかまたはピークに達したかを決定する（決定ブロック２０６）。ＭＲＳＩがピークに達していない場合、組織への焼灼エネルギーの移送は継続する（ブロック２０２）。しかしながら、ＭＲＳＩがピークに達した場合、ピークが指定された期間以内に起こったかどうかを決定する次の分析が、実行される（決定ブロック２０８）。ＭＲＳＩが予定されたまたは指定された期間内にピークに達した場合、この方法は、間近に迫るスチームポップを推論して、焼灼を中止する（ブロック２１０）。ピークが、予め定められたまたは指定された期間の後に起こる場合、降下速度は、継続してモニターされる（決定ブロック２０９）。降下速度が指定された量を超えているなら、方法は、間近に迫ったスチームポップを推論して、焼灼を中止する（ブロック２１０）。降下速度が指定された量を超えていない場合、焼灼エネルギーの移送は継続する。図６と関連して示されるように、ＭＲＳＩピークの一時的な位置が各波長において異なっているため、指定された期間、および／または、決定ブロック２０８と決定ブロック２０９の指定された量は、本発明に使用される波長に依存して、変化する。
【００３４】
図１１の方法において、この方法は、この方法がまだスチームポップの形成を推論していないがこのような推論に近づいていると推論している場合には、組織の冷却を開始または増加すること（ブロック２１２）を含んでもよい。当業者によって理解されるように、組織の冷却は、洗浄、注入または熱交換を含むことができる。
【００３５】
血液を通したスペクトル窓は、吸収のいくつかのスポットが間にある状態で、約６００ｎｍと２０００ｎｍの間にある。好ましい範囲は、約６５０ｎｍと１３００ｎｍの間にあるが、異なる波長、特にモノクロ光源は、同じＭＳＲＩを生成しないかもしれず、すなわち、同じスチームポップに対して、強度ピーク、様々なスロープ、および低下は同じではない。単一の波長だけを使用するとき、本発明は、より良好な感度および特性で行うことができる。しかしながら、任意の単一の波長は、任意の他の単一の波長よりも明確に優れないかもしれない。より好ましい波長は、約９００ｎｍでありうる。
【００３６】
前述の説明は、ここで、本発明における好適な実施形態に関して提示された。当技術分野および本発明が関係する技術の当業者は、本発明の原理、趣旨、および範囲から有意に逸脱せずに、記述された構造体における変更および変化を実施できるということを理解するであろう。従って、上記の説明は、記述されそして添付図面において示された正確な構造のみに限られると読むべきものではなく、むしろ、十分で公正な範囲を有しているべき以下の請求項へのサポートとして整合させて読まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による焼灼および光学モニターを受ける組織を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による光学モニター中に発生したときの、偶発的な、散乱および反射光の概略図である
【図３】図３は、スチームポケットの形成の間に発生したときの、減少した反射光および増加した散乱光の概略図である。
【図４】図４は、生きているイヌ科動物の大腿筋においてスチームポップなしで損傷形成中に測定された、秒単位の時間（横軸）に対する任意の単位の測定された反射率スペクトル強度（ＭＳＲＩ）（縦座標）のプロットである。
【図５】図５は、生きているイヌ科の動物の大腿筋においてポップするために最も明らかでない損傷形成中に測定された、秒単位の時間（横軸）に対する任意の単位のＭＳＲＩ（縦座標）のプロットである。
【図６】図６は、生きているイヌ科の動物の大腿筋においてスチームポップを伴う焼灼中に、測定された秒単位の時間（横軸）に対するナノワットの光学パワー（縦座標）における、４つの異なる波長での代表的なＭＳＲＩのプロットである。
【図７】図７は、生きているイヌ科の動物の大腿筋においてポップするために最も明白な焼灼中に測定された秒単位の時間（横軸）に対する任意の単位のＭＳＲＩ（縦座標）のプロットである。
【図８】図８は、ＭＳＲＩの主要な記述的な成分に対応するラベルを有する典型的な焼灼期間として特徴付けできる間に測定された秒単位の時間（横軸）に対する任意の単位のＭＳＲＩ（縦座標）のプロットである。
【図９】図９は、スチームポップの最も予言的なものとして、立ち上がり時間、降下時間、および平均降下速度の時系列属性を示す多変量データ解析の結果を示す。
【図１０】図１０は、本発明のシステムの一実施形態の部材を示す概略図である。
【図１１】図１１は、時間に対するＭＲＳＩが分析される本発明の一実施形態による方法を示しているフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2010507463.tif 000014
2010507463.tif 000015
2010507463.tif 000016
2010507463.tif 000017