DE69532046T2

DE69532046T2 - Vorrichtung zur mehrdimensionalen darstellung und zur gewebeablation des herzens

Info

Publication number: DE69532046T2
Application number: DE69532046T
Authority: DE
Inventors: Jawahar M Desai
Original assignee: Desai Jawahar M Roseville
Current assignee: Catheffects Inc Roseville Calif Us
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2015-04-21
Also published as: EP0830091A1; AU697414B2; EP1419742A3; JPH11503644A; JP3712265B2; EP1419742A2; DE69532046D1; WO1996032897A1; AU2360695A; EP0830091B1; CA2225705A1; ATE252870T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf medizinische Vorrichtungen und speziell und auf ein System das Mehrfachelektroden-Katheter zur mehrdimensionalen Darstellung und Gewebeablation am Herzen verwendet.
Herzrhythmusstörungen sind allgemeinen bekannt als unregelmäßige Herzschläge oder Herzrasen. Zwei solche Herzrhythmus-Unregelmäßigkeiten sind das Wolff-Parkinson-White-Syndrom und atnoventrikuläre (AV) ablaufinvariante Knoten-Tachykardie. Diese Zustände werden verursacht durch einen fremden Strang von leitenden Fasern in dem Herzen, der einen unnormalen Kurzschluss-Verbindungsweg für elektrische Impulse, die normalerweise in dem Herzen geleitet werden liefert. Bei einem Typ des Wolff-Parkinson-White-Syndroms zum Beispiel verursacht der zusätzliche Verbindungsweg, dass elektrische Impulse, die normalerweise von der oberen zu der unteren Kammer des Herzens wandern zu der oberen Kammer zurückgespeist werden. Ein anderer üblicher Typ von Herzrhythmusstörungen ist ventrikuläre Tachykardie (VT), die eine Komplikation eines Herzanfalls oder eine Verminderung der Blutzufuhr in einem Gebiet des Herzmuskels darstellt und ist eine lebensbedrohliche Arrhythmie. Alle diese Typen von Rhythmusstörungen können üblicherweise auf einen oder mehrere pathologische "Ursprungsorte" oder Tachykardie-Brennpunkte in dem Herzen zurückgeführt werden.
Bei der Behandlung von Herzrhythmusstörungen sind nicht chirurgische Verfahren, wie eine Behandlung mit Medikamenten bevorzugt. Einige Herzrhythmusstörungen sind jedoch nicht mit Medikamenten behandelbar. Diese Patienten werden dann entweder durch eine chirurgische Resektion des Ursprungsortes oder durch einen automatischen implantierbaren Kardioverter-Defibrillator (AICD) behandelt. Beide Verfahren haben die Erkrankungsziffer und die Todesrate erniedrigt und sind extrem teuer. Auch AICD erfordert einen größeren chirurgischen Eingriff. Zusätzlich können einige Patienten mit fortgeschrittenem Alter oder fortgeschrittener Krankheit invasive Chirurgie nicht aushalten, um einen Tachykardie-Brennpunkt zu entfernen, der Rhythmusstörungen verursacht.
Techniken wurden entwickelt, um Tachykardie-Orte zu lokalisieren und ihre Kurzschluss-Funktion zu beheben. Der Ursprungsort der Tachykardie wird bestimmt durch eine Analyse eines Oberflächen-Elektrokardiogramms oder von intrakardialen Elektrogramm-Signalen im während Arrhythmie-Zuständen, die spontan auftreten können oder durch programmierte Schrittmachung induziert sein können. Wenn der Ursprungsort oder Brennpunkt einmal lokalisiert ist, werden die Herz-Zellgewebe um den Ort entweder chirurgisch oder mit elektrischer Energie abgetragen, so dass die unnormale Leitung unterbrochen wird.
Für eine mehrdimensionale Darstellung am Herzen werden üblicherweise mehrere Verfahren zur Aufnahme und Analyse eines Oberflächen-Elektrokardiogramms oder von intrakardialen Elektrogramm-Signalen im verwendet.
Ein Oberflächen-Elektrokardiogramm ist ein Instrument, bei dem die Elektrokardiogramme von mindestens 12 Oberflächenelektroden gesammelt werden, die an verschiedenen äußeren Körperteilen einer Untersuchungsperson angebracht sind. Die Gesamtheit der Elektrokardiogramme besitzt üblicherweise eine definierte Signatur, die mit der allgemein festgesetzten in Übereinstimmung gebracht werden kann, um sie mit einem Ursprungsort in einer gegebenen Lage des Herzens zu verknüpfen. Auf diese Weise ist es möglich die grobe Lage eines Tachykardie-Ortes in dem Herzen zu bestimmen.
Ein intrakardiales Elektrogramm erlaubt es, einen Tachykardie-Ort oder Brennpunkt genauer zu lokalisieren. Er wird erhalten durch Ermittlung elektrischer Signale in dem Herz durch Elektroden, die direkt daran angebracht sind.
Gallagher et al., " Techniques of Intraoperative Electrophysiologic Mapping ", The American Journal of Cardiology, Band 49, Januar 1982, Seite 221–240 legt offen und gibt einen Überblick über mehrere Verfahren von intraoperativer mehrdimensionaler Darstellung, bei denen das Herz durch Chirurgie freigelegt ist und Elektroden direkt an ihm angebracht sind. Bei einer Technik werden die Elektroden an einem Ende eines sich herumbewegenden Katheters auf einer Reihe von epikardialen und endokardialen Orten platziert, um Elektrogramme für eine mehrdimensionale Darstellung des frühesten Orts der Aktivierung mit Bezug auf Oberflächen-Elektrokardiogramme zu erhalten. Für eine endokardiale mehrdimensionale Darstellung kann auch eine Kardiotomie notwendig sein, um das Herz zu öffnen, um Zugang zu dem Endokard zu erhalten.
Gallagher et al., s. o. legt auch eine Technik für eine simultane mehrdimensionale Gesamtdarstellung der äußeren Oberfläche des Herzens offen (epikardiale mehrdimensionale Darstellung). Ein Netz von etwa 100 Elektroden in der Form eines Strumpfes wird auf dem Herz getragen, wodurch es ermöglich wird, dass viele Orte gleichzeitig aufgenommen werden können. Diese Technik ist speziell nützlich für die Fälle, bei denen die induzierte ventrikuläre Tachykardie instabil oder polymorph ist.
Eine mehrdimensionale Gesamtdarstellung durch eine große Anordnung von Elektroden wurde ferner in den folgenden beiden Joumalartikeln offengelegt: Louise Harris, M. D., et al., „Activation Sequence of Ventricular Tachycardia: Endocardial and Epicardial Mapping Studies in the Human Ventricle," Journal of American College of Cardiology (JACC), Band 10, November 1987, S. 1040–1047; Eugene Downar, et al., „Intraoperative Electical Ablation of Ventricular Arrhythmias: A „Closed Heart" Procedure," JACC, Band 10, Nr. 5, November 1987, S. 1048–1056. Zur mehrdimensionalen Darstellung der inneren Oberfläche des Herzens (endokardiale mehrdimensionale Darstellung) wird ein Netz von etwa 100 Elektroden in der Form eines aufblasbaren Ballons im Inneren des Herzens platziert nachdem man es aufgeschnitten hat. Unter bestimmten Umständen kann eine Variation "Geschlossenes Herz" möglich sein, ohne eine Notwendigkeit sowohl einer Ventrikulotomie als auch einer ventrikulären Resektion. Zum Beispiel mit dem Ziel eines kardiopulmonalen Bypasses wird eine entleerte Ballon-Elektrodenanordnung in die linke Ventrikelhöhlung durch die Mitralklappe eingeführt. Wenn er sich einmal in dem Ventrikel befindet, wird der Ballon aufgeblasen, damit die Elektroden darauf das Endokard kontaktieren.
Auch wenn die Strumpf- oder Ballonelektrodenanordnungen eine mehrdimensionale Gesamtdarstellung durch Aufnahme von Elektrogrammsignalen gleichzeitig über größeres Gebiet des Herzens erlauben, können sie nur nach einer chirurgischen Brustöffnung installiert werden.
Endokardiale mehrdimensionale Darstellung mit Katheter ist eine Technik zur mehrdimensionalen Darstellung von elektrischen Signalen im Inneren des Herzens ohne die Notwendigkeit für eine chirurgische Öffnung der Brust oder des Herzens. Sie ist eine Technik, die typischerweise eine perkutane Einführung eines Elektrodenkatheters in den Patienten einschließt. Der Elektrodenkatheter wird durch ein Blutgefäß wie Oberschenkelvene oder -aorta hindurchgeführt und von dort an einen endokardialen Ort wie den Vorhof oder das Ventrikel des Herzens. Eine Tachykardie wird induziert und eine kontinuierliche simultane Aufnahme wird mit einem Mehrkanal-Rekorder durchgeführt, während der Elektrodenkatheter an unterschiedliche endokardiale Positionen bewegt wird. Wenn ein Tachykardie-Brennpunkt wie bei intrakardialen Elektrogrammaufzeichnungen angezeigt lokalisiert wird, wird er durch ein Fluoroskop-Bild gekennzeichnet. Endokardiale mehrdimensionale Darstellung mit Katheter ist in den folgenden Artikeln offen gelegt:
M. E. Josephson und C. D. Gottlieb, et al., "Ventricular Tachycardias Associated with Coronary Artery Disease," Bd. 63, S. 571–580, CARDIAC ELECTROPHYSIOLOGY – from cell to bedside, D. P. Zipes et al., Editors, W. B. Saunders, Philadelphia, 1990.
M. E. Josephson et al., "Role of Catheter Mapping in the Preoperative Evaluation of Ventricular Tachycardia," The American Journal of Cardiology, Bd. 49, Januar 1982, S. 207– 220. Lineare mehrpolare Elektrodenkatheter werden bei einer präoperativen endokardialen mehrdimensionalen Darstellung verwendet.
F. Moraady et al., "Catheter Ablation of Ventricular Tachycardia With Intracardiac Shocks: Results in 33 Patients, " CIRCULATION, Bd. 75, Nr. 5, Mai 1987, S. 1037–1049.
Kadish et al., "Vector Mapping of Myocardial Activation", CIRCULATION, Bd. 74, Nr. 3, September 1986, S. 603–615.
U.S.- Patent Nr. 4,940,064 von Desai legt eine orthogonale Elektrodenkatheter-Anordnung (OECA) offen. Desai et al., "Orthogonal Electrode Catheter Array for Mapping of Endocardiac Focal Site of Ventricular Activation," PACE, Bd. 14, April 1991, S. 557–574. Der Journalartikel legt den Gebrauch einer orthogonalen Elektrodenkatheter-Anordnung zur Lokalisierung von Problemorten in einem Herzen offen.
Nach der Lokalisierung eines Tachykardie-Brennpunktes wird die Ablation von Herzarrhythmien typischerweise durch einen Standardelektrodenkatheter durchgeführt. Elektrische Energie in der Form von Gleichstrom oder Hochfrequenz wird verwendet, um eine Verletzung in den Hezzellgeweben in der Nachbarschaft (zum Beispiel darunter) des Standardelektrodenkatheters zu erzeugen. Durch eine Erzeugung von einer oder mehreren Verletzungen kann der Tachykardie-Brennpunkt in ein Gebiet mit nekrotischem Gewebe umgewandelt werden und damit jegliche Fehlfunktion entfernt werden.
Existierende Kathetertechniken zur mehrdimensionalen Darstellung stützen sich typischerweise auf eine Analyse von aufgezeichneten Elektrogrammen. Eine Lokalisierung des Ursprungsortes und eine Verfolgung der Aufenthaltsorte des Katheters ist bestenfalls kompliziert und zeitaufwendig und erweist sich oft als nicht erfolgreich.
Es ist somit wünschenswert, ein Kathetersystem zur mehrdimensionalen Darstellung und Ablation mit Präzision und hoher Geschwindigkeit zu besitzen, das in der Lage ist, eine verständliche Leitung auf Echtzeitbasis zu liefem.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein System zu liefern, das in der Lage ist effizient und genau einen Tachykardie-Ursprungsort zu lokalisieren und abzutragen.
Dies wird durch die Eigenschaften nach Anspruch 1 erreicht.
Dies wird erreicht durch ein System, das einen Mehrfach-Elektrodenkatheter einschließt, der selektiv mit einer Einheit zur mehrdimensionalen Darstellung, einer Ablationseinheit und einer Schrittmachereinheit verbunden werden kann. Das System schließt auch einen Computer zur Steuerung der verschiedenen funktionellen Komponenten ein. Bei einer Ausführung schließt das System zusätzlich eine physikalische Bildaufbereitungseinheit ein, die in der Lage ist verschiedene Ansichten eines physikalischen Bildes des Mehrfach- Elektrodenkatheters, der perkutan in das Herz einer Untersuchungsperson eingeführt wird zu liefern.
Elektrogrammsignale, die aus einem Tachykardie-Ursprungsort in dem Endokard herauskommen, sind durch die Elektrodenanordnung detektierbar. Ihre Ankunftszeiten werden verarbeitet, um verschiedene visuelle Karten zu erzeugen, um eine Echtzeit-Leitung zur Steuerung des Katheters zu dem Tachykardie-Ursprungsort zu liefern.
Bei einer bevorzugten Ausführung schließt die visuelle Karte einen Abdruck der Elektrodenanordnung auf einem endokardialen Ort ein. Die Ankunftszeit, die bei jeder Elektrode aufgezeichnet wird, wird in Verbindung damit angezeigt. Ein medizinischer Anwender kann deshalb den Katheter in der Richtung immer früherer Ankunftszeit steuern, bis der Tachykardie-Ursprungsort lokalisiert ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführung enthält die visuelle Karte auch Isochronen, die Linien gleicher Ankunftszeit darstellen. Diese Isochronenwerden konstruiert durch lineare Interpolation der Ankunftszeiten, die an der Elektrodenanordnung aufgezeichnet werden und decken das Gebiet ab, das durch die Elektrodenanordnung überspannt wird. Wenn die Elektrodenanordnung weit von dem Tachykardie-Ursprungsort entfernt ist, sind die Isochronen durch parallele Linien gekennzeichnet. Wenn die Elektrodenanordnung nahe bei oder über dem Tachykardie-Ursprungsort ist, sind die Isochronen durch elliptische Linien gekennzeichnet, die den Tachykardie-Ursprungsort einkreisen. Deshalb liefern die Isochronen eine zusätzliche visuelle Hilfe und Bestätigung zur Steuerung des Katheters zu dem Tachykardie-Ursprungsort.
Die visuelle Karte schließt auch eine geschätzte Lokalisierung des Tachykardie-Ursprungsorts im Verhältnis zu der Elektrodenanordnung ein. Dies liefert eine direkte visuelle Leitung für eine schnelle Steuerung des Katheters zu dem Tachykardie-Ursprungsort. Der Tachykardie-Ursprungsort liegt in der gewichteten Richtung von Elektroden mit den frühesten Ankunftszeiten. Der Abstand wird berechnet aus der Geschwindigkeit und der Laufzeit zwischen dem Ursprungsort und einer zentralen Elektrode. Die Geschwindigkeit wird geschätzt aus einer lokalen Geschwindigkeit, die aus den Abständen zwischen den Elektroden und den Ankunftszeitdifferenzen berechnet wird.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung schließt das System auch ein physikalisches Bildaufbereitungssystem ein, das in der Lage ist unterschiedlich dargestellte physikalische Ansichten des Katheters und des Herzens zu liefern. Diese physikalischen Ansichten werden in die verschiedenen visuellen Karten eingebunden, um eine mehr physikalische Darstellung zu liefern.
Bei einer Ausführung zeigen zwei visuelle Karten zwei Ansichten (zum Beispiel x, y-Achsen) eines physikalischen Bildes der Elektrodenanordnung in dem Herz mit einer relativen Position zu dem Tachykardie-Ursprungsort an.
Bei einer anderen Ausführung zeigt eine visuelle Karte eine dreidimensionale perspektivische Ansicht der Elektrodenanordnung in dem Herz mit einer relativen Positon zu dem Tachykardie-Ursprungsort an.
Bei noch einer anderen Ausführung markiert die visuelle Karte auch vorhergehende Orte oder Wege, die von der Elektrodenanordnung schon angesteuert wurden.
Mit der Hilfe der visuellen Karten kann die Elektrodenanordnung den Tachykardie-Ursprungsort schnell und genau lokalisieren. Das System leitet dann elektrische Energie von der Ablations-Leistungseinheit zu der Elektrodenanordnung, um eine Ablation zu bewirken.
Zusätzliche Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen ersichtlich, wobei die Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen werden sollte.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Mehrfachelektroden-Katheter-Bilddarstellungs- und Ablationssystems der Erfindung.
2A stellt das proximale Ende der orthogonalen Elektroden-Katheter-Anordnung (OECA) in ihrer völlig eingezogenen Position oder Form dar,
2B stellt die OECA in ihrer aufgefächerten Form dar;
2C zeigt die Abdrücke der Fünfelektroden-OECA-Elektroden;
3A stellt die fünf Elektroden der OECA dar, positioniert auf einem Paar von orthogonalen Achsen, von denen jede durch ein Paar von peripheren Elektroden und die zentrale Elektrode hindurchtritt;
3B zeigt eine Beispielmessung der OECA von einem endokardialen Ort;
3C stellt das lineare Interpolationsschema dar, das auf den Quadranten 1 des in 3B gezeigten Beispiels angewandt wird;
3D zeigt die von Konstruktion einer gesamten lokalen Isochronenkarte für die gesamte Gebietsabdeckung durch die OECA, wie in 3D gezeigt;
4 zeigt Beispielspuren eines Oberflächen-EKGs und intrakardialen Elektrogramms;
5 stellt schematisch das Ventrikel oder die andere Herzkammer, willkürlich geteilt in vier Segmente und die Isochronenkarte, die von unterschiedlichen Stellen erhalten wird dar;
6A stellt durch ein Beispiel die Konstruktion des Versatzvektors der Elektrodenanordnung zu dem geschätzten Ursprungsort dar;
6B ist eine Anzeige auf dem Videomonitor, welche die relativen Positionen der Elektrodenanordnung und des geschätzten Ursprungsortes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt;
7A ist eine synthetisierte Anzeige auf dem Videomonitor eines digitalisierten Bildes des Herzens und der Elektrodenanordnung darin, aufgenommen entlang einer ersten Achse durch das physikalische Bildaufbereitungssystem, das auch die relative Position des geschätzten Ursprungsortes in Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt;
7B ist eine Anzeige auf dem Videomonitor, die ein ähnliches Bild wie in 7A zeigt, aber entlang einer zweiten Achse durch das physikalischen Bildaufbereitungssystems aufgenommen ist;
8 ist eine Anzeige auf dem Videomonitor, welche die Bilder von 7A und 7B gleichzeitig in Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt;
9 ist eine Anzeige auf dem Videomonitor, die eine relative Position des geschätzten Ursprungsortes gegen ein perspektivisches Bild des Herzens und der Elektrodenanordnung zeigt, welche synthetisiert wird aus Bildern, aufgenommen entlang mehrerer Achsen durch das physikalische Bildaufbereitungssystem, in Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Mehrfachelektroden-Katheter-Bilddarstellungs- und Ablationssystems 10 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Das System 10 umfasst im Wesentlichen drei funktionale Einheiten nämlich eine Einheit zur mehrdimensionalen Darstellung 20, eine Ablationseinheit 30 und eine Schrittmachereinheit 40. Ein Computer 50 steuert den Betrieb einer jeden Einheit und ihr Zusammenwirken über eine Steuerungsschnittstelle 52. Der Computer empfängt Bedienereingaben von einer Eingabevorrichtung 54 wie einer Tastatur, einer Maus oder einem Steuerbrett. Die Ausgabe des Computers kann auf einem Videomonitor 56 oder anderen Ausgabevorrichtungen (nicht gezeigt) angezeigt werden.
Bei der bevorzugten Ausführung schließt das System 10 auch ein physikalisches Bildaufbereitungssystem 60 ein. Das physikalische Bildaufbereitungssystem 60 ist vorzugsweise ein zweiachsiges Fluoroskop oder ein Ultraschall-Bildaufbereitungssystem. Das physikalische Bildaufbereitungssystem 60 ist durch den Computer 50 über die Steuerungsschnittstelle 52 steuerbar. Bei einer Implementierung triggert der Computer das physikalische Bildaufbereitungssystem, um "Schnappschuss"-Bilder des Herzens 100 eines Patienten (Körper nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Bilddarstellung wird durch einen Detektor 62 entlang jeder Bildachse ermittelt. Es enthält üblicherweise sowohl einen Umriss des Herzens als auch eingeführte Katheter und Elektroden und wird durch einen physikalischen Bildaufbereitungsmonitor 64 angezeigt. Es können zwei Monitore verwendet werden, um die beiden Bilder anzuzeigen, die entlang jeder der beiden Achsen erhalten werden. Alternativ können die beiden Bilder nebeneinander auf dem gleichen Monitor angezeigt werden. Digitalisierte Bilddaten werden auch in den Computer 50 gegeben, zur Bearbeitung und Integration in Computergrafiken, die auf dem Videomonitor 56 angezeigt werden.
Ein Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 wird selektiv zu jeder der drei Funktionseinheiten 20, 30 und 40 über eine Katheter-Leitungsverbindung 72 zu einem Multiplexer 80 geführt. Hilfskatheter 90 oder Elektroden 92 sind auch mit dem Multiplexer 80 über eine oder mehrere zusätzliche Verbindungen wie 94, 96 verknüpfbar.
Während kardialer Verfahren wird der Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 typischerweise perkutan in das Herz 100 eingeführt. Der Katheter wird durch ein Blutgefäß (nicht gezeigt) wie Oberschenkelvene oder -aorta geführt und von da an einen endokardialen Ort wie der Vorhof oder das Ventrikel des Herzens. Ähnlich können Hilfskatheter 90 auch in das Herz eingeführt werden und/oder zusätzliche Oberflächenelektroden 92 an der Haut des Patienten angebracht werden.
Wenn das System 10 in einem mehrdimensionalen Darstellungsmodus arbeitet, arbeiten sowohl der Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 als auch optionale Hilfskatheter 90 als Detektoren von intraelektrokardialen Signalen. Die Oberflächenelektroden 92 dienen als Detektoren von Oberflächen-Elektrokardiogrammsignalen. Die analogen Signale, die von diesen Mehrfach-Elektrodenkathetern und Oberflächenelektroden erhalten werden, werden durch den Multiplexer 80 zu einem Mehrkanalverstärker 22 geführt. Die verstärkten Signale sind durch einen Elektrokardiogramm(EKG)-Monitor 24 darstellbar. Die analogen Signale werden auch über eine A/D-Schnittstelle 26 digitalisiert und in den Computer 50 zur Datenverarbeitung und grafischen Anzeige eingegeben. Weitere Details der Datenerfassung, Analyse und Anzeige bezüglich der intrakardialen mehrdimensionalen Darstellung werden später dargelegt.
Wenn das System 10 in einem Ablationsmodus arbeitet, wird der Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 durch die Ablationseinheit 30 erregt unter der Steuerung des Computers 50. Ein Bearbeiter gibt einen Befehl durch die Eingabevorrichtung 54 an den Computer 50. Der Computer steuert die Ablationseinheit 30 durch die Steuerungsschnittstelle 52. Dies initiiert eine programmierte Reihe von elektrischen Energiepulsen an das Endokard über den Katheter 70. Eine bevorzugte Implementierung des Ablationsverfahrens und der Vorrichtung ist in dem mitangemeldeten und allgemein zugeteilten U.S. Patent 5383917, eingereicht am 5. Juli 1991 durch Dessai et al. offengelegt.
Wenn das System 10 in einem Schrittmachermodus arbeitet wird der Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 durch die Schrittmachereinheit 40 erregt unter der Steuerung des Computers 50. Ein Bearbeiter gibt einen Befehl durch die Eingabevorrichtung 54, wobei der Computer 50 über die Steuerungsschnittstelle 52 und den Multiplexer 80 steuert und eine programmierte Reihe von elektrisch stimulierenden Pulsen an das Endokard über den Katheter 70 oder einen der Hilfskatheter 90 initiiert. Eine bevorzugte Implementierung des Schrittmacher -Modus ist in M. E. Josephson et al., 'VENTRICULAR ENDOCARDIAL PACING II. The Role of Pace Mapping to Localize Origin of Ventricular Tachycardia, " The American Journal of Cardiology, Bd. 50, November 1982 offengelegt.
Bei einer alternativen Ausführung wird die Ablationseinheit 30 nicht durch den Computer 50 gesteuert, sondern wird von Hand direkt unter Bearbeiterkontrolle bedient. Ähnlich kann die Schrittmachereinheit 40 auch von Hand unter Bearbeiterkontrolle bedient werden. Die Verbindungen der verschiedenen Komponenten des Systems 10 zu dem Katheter 70, den Hilfskathetern 90 oder den Oberflächenelektroden 92 können auch von Hand über den Multiplexer 80 geschaltet werden.
MEHRDIMENSIONALE DARSTELLUNG
Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vermögen, das einem medizinischen Anwender erlaubt einen sich herumbewegenden Katheter zu verwenden, um den Tachykardie-Ursprungsort in dem Endokard schnell und genau zu lokalisieren, ohne die Notwendigkeit einer Chirurgie des offenen Brustraums und des offenen Herzens. Dies wird erreicht durch die Verwendung des Mehrfach-Elektrodenkatheters 70 in Kombination mit Echtzeitdatenverarbeitung und interaktiver Anzeige durch das System 10.
Im Wesentlichen muss der Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 in der Lage sein, wenigstens eine zweidimensionale Anordnung von Elektroden gegen einen Ort des Endokards, der mehrdimensional dargestellt werden soll zu entwickeln. Die intrakardialen Signale, die durch jede der Elektroden ermittelt werden, liefern eine Datenabtastung der elektrischen Aktivität an der lokalen Stelle, die durch die Elektrodenanordnung überdeckt wird. Diese Daten werden durch den Computer verarbeitet, um eine Echtzeitanzeige einschließlich Ankunftszeiten von intrakardialen Signalen an jeder Elektrode und eine lokale Isochronenkarte des Probenortes zu erstellen. Durch Auftragen von Linien gleicher Ankunftszeit der intrakardialen Signale ist die lokale Isochronenkarte ein Hilfsweg, um anzuzeigen, wie nahe und wo die Elektrodenanordnung bezüglich des Urspnungsortes liegt. Auch berechnet der Computer bei jedem Probenort und zeigt in Echtzeit eine geschätzte Lage des Ursprungsortes relativ zu den Elektroden an, so dass ein medizinischer Anwender interaktiv und schnell die Elektroden zu dem Ursprungsort bewegen kann.
Ein geeigneter Mehrfach-Elektrodenkatheter zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist eine orthogonale Elektroden-Katheter-Anordnung (OECA) mit fünf Elektroden, die in dem U.S. Patent Nr. 4,940,064 von Desai offengelegt wurde.
2A stellt das proximate Ende der orthogonalen Elektroden-Katheter-Anordnung (OECA) 70, in ihrer völlig eingezogenen Position oder Form dar. Weil das Kathetermaterial eine "Einstellung" oder ein "Gedächtnis" besitzt wird sie normalerweise zu dieser eingezogenen Position zurückkehren. Die OECA umfasst einen Acht-French-Fünf-Pol-Elektrodenkatheter 70. Sie besitzt einen zentralen Sondenführer 102 mit vier peripheren oder umgebenden Elektroden 112, 113, 114 und 115. Eine fünfte Elektrode 111 ist zentral an der Spitze des Sondenführers 102 angebracht. Alle fünf Elektroden sind halbkugelförmig und besitzen individuelle Anschlüsse 116, die mit ihnen verbunden sind. Jede periphere Elektrode beträgt 2 mm im Durchmesser, während die zentrale Elektrode 2,7 mm im Durchmesser beträgt. Schlitze 120 sind nahe dort longitudinal eingeschnitten, wo die Elektroden angebracht sind.
2B stellt die OECA in ihrer aufgefächerten Form dar. Wenn das proximale Ende (nicht gezeigt) des Katheters gezogen wird, erlauben es die Schlitze 120 des Sondenführers, dass sich vier Seitenarme 122 von dem Sondenführer-Körper in einer orthogonalen Anordnung öffnen. Jeder der vier Arme 122 fährt eine periphere Elektrode radial von dem Sondenführer aus, so dass die vier peripheren Elektroden ein Kreuz mit der fünften Elektrode 111 in ihrem Zentrum bilden. Der Zwischenelektrodenabstand von der zentralen Elektrode zu jeder peripheren Elektrode beträgt 0,5 cm und der Abstand zwischen peripheren Elektroden beträgt 0,7 cm. Das Oberflächengebiet der Katheterspitze in einer offenen Position beträgt 0,8 cm².
2C zeigt die Abdrücke der Fünfelektroden-OEGA-Elektroden. Die vier peripheren Elektroden 112, 113, 114 und 115 oder (2)–(5) bilden eine kreuzförmige Anordnung. Die fünfte Elektrode 111 oder (1) ist in dem Zentrum des Kreuzes positioniert. Die orthogonale Elektrodenanordnung liefert daher fünf Probenpunkte über die Zone 130 bei einer Endokard-Stelle, überdeckt durch die Elektroden.
ISOCHRONENKARTEN
Wenn sich allgemein das Herz eines Patienten in einem Zustand der Tachykardie befindet, wird der Ursprungsort die Quelle einer endokardialen Aktivierung, die als eine Reihe von Aktivierungs-Wellenfronten von dort herausströmt. Elektroden wie die, welche durch den Katheter 70 in dem Endokard verteilt und näher an dem Ursprungsort angeordnet sind, werden diese Wellenfronten früher erfassen als die, welche werter weg sind. Die Oberflächenelektroden 92, die von dem Ursprungsort am weitesten entfernt sind, werden allgemein die spätesten Wellenfront-Ankunftszeiten aufzeichnen.
Wenn ein endokardialer Ort durch die OECA mehrdimensional dargestellt wird, wird eine einzige Messung einer Aktivierungs-Wellenfront Ankunftszeiten bei den fünf Elektroden in Echtzeit liefern. Eine lokale Isochronenkarte für den Probenort kann dann für diese Ankunftszeiten konstruiert werden und somit Linien gleicher Ankunftszeiten zeigen. Die Isochronen werden sogleich durch den Computer berechnet unter Verwendung eines linearen Interpolationsschemas, das im Folgenden dargestellt wird.
3A stellt die fünf Elektroden der OECA dar, positioniert auf einem Paar von orthogonalen Achsen. Jede orthogonale Achse tritt durch ein Paar von peripheren Elektroden und die zentrale Elektrode hindurch, nämlich 112–111–114 (oder (2)–(1)–(4)) und 113–111–115 (oder (3)–(1)–(5)). Um das lineare Interpolationsschema zu implementieren wird die Zone, die durch die 5 Elektroden überspannt wird, am besten in vier dreieckige Quadranten I bis IV unterteilt. Quadrant 1 wird durch Elektroden (1), (2) und (3) begrenzt. Quadrant 11 wird durch Elektroden (1), (3) und (4) begrenzt. Quadrant III wird durch Elektroden (1), (4) und (5) begrenzt. Quadrant IV wird durch Elektroden (1 ), (5) und (2) begrenzt. Die lokalen Isochronen werden dann für jeden Quadranten getrennt berechnet unter Verwendung linearer Interpolation entlang jeder Seite des Dreiecks.
3B zeigt eine Beispielmessung der OECA, die an einem endokardialen Ort aufgenommen wurde. Die fünf Elektroden [(1), (2), (3), (4), (5)] besitzen jeweils eine Ankunftszeit von [t(1), t(2), t(3), t(4), t(5)] = [–16, –6, –8, –20, –14] ms.
3C stellt das lineare Interpolationsschema dar, das auf den Quadranten 1 des in 3B gezeigten Beispiels angewandt wird. Quadrant 1 ist ein Dreieck definiert durch die Elektroden [(1), (2), (3)], die jeweils Ankunftszeiten von [t(1), t(2), t(3)] = [–16, –6, –8] ms besitzen. Nimmt man Schritte von einer Millisekunde, kann die Seite, die durch Elektroden (1) und (2) definiert wird in zehn gleiche Stufen von t = –6 bis –16 ms unterteilt werden. Ähnlich kann die Seite, die durch die Elektroden (2) und (3) definiert wird in zwei gleiche Stufen von t = –6 bis –8 ms unterteilt werden und die Seite, die durch Elektroden (1) und (3) definiert wird kann in acht gleiche Stufen von t = –8 bis –16 ms unterteilt werden. Somit kann leicht eine Isochrone für die Ankunftszeit von –10 Millisekunden gezeichnet werden durch Ziehen einer Linie von der –10 ms Koordinate entlang jeder Seite. Bei diesem Beispiel findet man die –10 ms Koordinate nur entlang der beiden Seiten, die durch die Elektroden (1) und (2) und die Elektroden (1) und (3) definiert werden.
3D zeigt die Konstruktion einer gesamten lokalen Isochronenkarte für das gesamte Gebiet, das durch die OECA übergedeckt wird. Die gesamte lokale Isochronenkarte wird durch Anwendung des linearen Interpolationsverfahrens auf alle Quadranten für alle erwünschten Ankunftszeiten erhalten.
Die Ankunftszeit der Aktivierungswellenfront an jeder Elektrode wird relativ zu einer Referenzzeit gemessen. Die Referenzzeit wird üblicherweise durch den frühesten Ausschlag in einem Oberflächen-Elektrokardiogramm geliefert, das während der Herzbehandlungsmethode aufgezeichnet wird.
4 zeigt typische Beispielspuren eines Oberflächen-EKGs und intrakardiale Elektrogramme. Die drei oberen Spuren sind drei Oberflächen-Elektrokardiogramme I, AVF und V1, die drei Ebenen (rechts nach links, oben-unten, vorne-hinten) darstellen. Diese sind kontinuierlich aufgezeichnet und der früheste Ausschlag auf irgendeinem dieser Elektrokardiogramme dient als ein Zeit-Referenzpunkt. Bei diesem Beispiel ist eine senkrechte gestrichelte Linie (Referenzzeit Null) von dem ersten Oberflächen-EKG, das zufällig Leitung I ist gezogen. Die nächsten fünf Spuren sind unipolare intrakardiale Elektrogramme, wie sie durch einen orthogonalen Elektrodenanordnungskatheter ermittelt werden. Man kann sehen, dass Elektrode Nr. 5 mit der frühesten Ankunftszeit von –36 ms sich näher an dem Ursprungsort befindet als die anderen.
Es wurde bestimmt, dass eine Ankunftszeit von –40 bis –45 ms anzeigt, dass die Detektionselektrode im Wesentlichen am Ursprungsort platziert ist. In diesem Fall ergibt die OECA eine lokale Isochronenkarte, die durch elliptische Linien, zentriert um die zentrale Elektrode gekennzeichnet ist. Andererseits wird, wenn die OECA beträchtlich weit von dem Ursprungsort entfernt ist ihre lokale Isochronenkarte durch parallele Linien gekennzeichnet Die charakteristische Ankunftszeit und die verbundene isochrone Signatur sind zur Lokalisierung des Ursprungsortes nützlich.
Die intrakardialen und Oberflächen-EKGs werden vorzugsweise digitalisiert unter Verwendung eines einfachen 8- oder 16-Kanal Signaldigitalisierers. Wenn das System 10 sich in dem mehrdimensionalen Darstellungsmodus befindet, werden die intrakardialen Elektrogramme und Oberflächen-EKGs, die von dem Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 und den Oberflächenefektroden 92 erhalten werden durch die A/D-Schnittstelle 26 digitalisiert. Die digitalisierten Wellenformen werden durch den Computer analysiert, um die Aktivierungswellenfront-Ankunftszeiten in Echtzeit herauszufinden.
Das Verfahren des Betriebs des erfundenen Systems in einem mehrdimensionalen Darstellungsmodus wird nun durch ein Beispiel wie folgt beschrieben. Der Mehrfach-Elektrodenkatheter 70 wird als erstes zur mehrdimensionalen Darstellung verwendet. Der Katheter wird durch die Beinarterie (rechter Oberschenkel) eingeführt und zu dem Aortabogen und dann zu dem linken Ventrikel weiter befördert, unter Verwendung einer fluoroskopischen Leitung, wie es durch das physikalische Bildaufbereitungssystem 60 geliefert wird.
5 stellt schematisch das Ventrikel oder die andere Herzkammer, willkürlich geteilt in vier Segmente, Rechts-Oben (RUS)- und Rechts-Unten (RLS)-Segment, und Links-Oben (LUS)- und Links-Unten (LLS)-Segment dar. Bei dem gezeigten Beispiel ist ein Ursprungsor 200 in dem (LLS)-Segment lokalisiert. Der Katheter 70 (OECA) wird verwendet, um jedes der Segmente abzutasten, um das Segment, das den Ursprungsort 200 enthält zu identifizieren. Die OECA wird zuerst in dem rechten oberen Segment positioniert und ihre orthogonale Elektradenanordnung wird angewandt, um die Ankunftszeiten der Wellenfrontaktivierung von dem Ursprungsort zu messen. Das System 10 wird dann instruiert Tachykardie durch ein programmiertes elektrisches Stimulationsprotokoll von der Schrittmachereinheit 40 zu einer Elektrode, die in das Endokard eingeführt ist zu initiieren. Wenn Tachykardie einmal induziert ist, nimmt die OECA die intrakardialen Aktivierungswellenfront-Ankunftszeiten auf, die durch den Computer analysiert werden und eine lokale Isochronenkarte wird auf dem Videomonitor 56 angezeigt. Bei dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, zeichnen, wenn die OECA sich in dem (RUS)-Segment befindet, alle Elektroden eine ziemlich späte Ankunftszeit auf, was anzeigt, dass der Ursprungsort sich nicht in dem (RUS)-Segment befindet.
Als Nächstes werden die Katheterelektroden zurückgezogen und der Katheter wird zu dem unteren Segment (RLS) bewegt. Auf diese Weise werden alle vier Segmente mehrdimensional dargestellt. Bei dem gezeigten Beispiel wird schließlich der Katheter in dem Segment (z. B. LLS), das die frühesten Ankunftszeiten zeigt neu positioniert.
Wenn das Segment, das den Ursprungsort enthält einmal identifiziert wurde, werden weitere Manipulationen des Katheters in diesem Segment mit der interaktiven Hilfe der Anzeige auf dem Videomonitor 56 unternommen. Die Anzeige zeigt in Echtzeit die lokale Isochronenkarte, die Elektrodenanordnung und die geschätzte Position des Ursprungsortes im Verhältnis dazu.
6A stellt durch ein Beispiel die Konstruktion des Versatzvektors der Elektrodenanordnung zu dem geschätzten Ursprungsort 201 dar. In 6A gezeigt sind die fünf Elektroden der OECA, die mit den in 3A gezeigten identisch sind. Das gezeigte Beispiele besitzt fünf Elektroden [(1), (2), (3), (4), (5)], von denen jede eine Aktivierungswellenfront-Ankunftszeit von jeweils [t(1), t(2), t(3), t(4), t(5)] = [–36, –27, –32, –40, –31] ms ermittelt. Der orthogonale Zwischenraum zwischen den Elektroden ist in diesem Fall R = 5 mm. Wie vorher erläutert ist es das Ziel, die Elektrodenanordnung zentral über dem aktuellen Ursprungsort anzubringen. Da der Ursprungsort die Quelle der Aktivierungswellenfronten ist, wird eine Elektrode, die an dem Ort lokalisiert ist die frühest mögliche Ankunftszeit (typischerweise –40 bis –44 ms mit Hinblick auf den ersten Ausschlag des Oberflächen-EKGs) ermitteln. Das Ziel ist erreicht, indem die zentrale Elektrode (1) die frühest mögliche Ankunftszeit ermittelt. Wenn dagegen die Elektrodenanordnung von dem Ursprungsort entfernt wird, werden diese Elektroden, die weiter von dem Ursprungsort entfernt sind die Ankunftszeiten später (weniger negativ) ermitteln, als diese, die näher sind (negativer). Somit muss die Elektrodenanordnung entlang der Richtung einer stärker negativen Ankunftszeit bewegt werden, um sich an den Ursprungsort heranzuarbeiten.
Entsprechend einer Ausführung wird die Richtung, in welcher der Versatzvektor, der das Zentrum der Elektrodenanordnung mit dem geschätzten Ursprungsort 201 verbindet durch lineare Interpolation der jeweiligen Ankunftszeiten bestimmt, die an den fünf Elektrodenorten ermittelt wurden. Dies kann leicht durch Behandlung jeder Ankunftszeit als ein "Masseäquivalent", das an jeder Elektrode lokalisiert ist und Berechnung des "Massezentrums" für die Elektrodenanordnung ausgeführt werden. Die Position des "Massezentrums" ist dann gegeben durch:
Die OECA definiert geeigneterweise einen Satz von orthogonalen Achsen durch ein (x,y)-Koordinatensystem, nämlich: Die Richtung entlang den Elektroden (1)–(2) als die y-Achse und die Richtung entlang der Elektroden (1)–(3) als die x-Achse. Die Beispieldaten ergeben die Position des " Messezentrums " relativ zu der Elektrode (1):
wobei R = orthogonaler Abstand zwischen den Elektroden (z. B. = 5 mm).
Der geschätzte Ursprungsort 201 liegt dann entlang einer Richtung D^, definiert durch eine Linie durch die zentrale Elektrode (1) und das "Messezentrum", [R_x,R_y].
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung wird der Abstand |D| zwischen der zentralen Elektrode (1) und dem Ursprungsort geschätzt durch eine erste Bestimmung der lokalen Wellenfrontgeschwindigkeit v_D entlang der Richtung D^. Somit ist |D| = vD|t(f) – t(1)| (3)wobei
t(f) = Ankunftszeit gemessen an dem Ursprungsort
t(1) = Ankunftszeit gemessen an der zentralen Elektrode (1).
In dem Fall der OECA wird dies zweckmäßigerweise erreicht durch eine erste Berechnung der Wellenfrontgeschwindigkeiten entlang der x- und y-Achse. Diese wird abgeschätzt durch die Geschwindigkeit, mit der die Wellenfront von einer Elektrode zu der anderen entlang der x- und y-Achse wandert:
wobei R = Abstand zwischen den Elektroden und die passenden Δt_x, Δt_y sind durch die folgende Tabelle entsprechend dem Quadranten, der die Richtung D^ enthält gegeben:
Die lokale Wellenfrontgeschwindigkeit v_D wird geschätzt durch Addition der Komponente von v_x und v_y entlang der Richtung D^, nämlich: vD = vxcosθ + vsinθ (5)wobei θ = tan^–1(R_x/R_y) der Winkel zwischen D^ und der x-Achse ist.
Bei dem gegebenen Beispiel in 6A liegt die Richtung D^ innerhalb des Quadranten (1)–(3)–(4). Dann ergibt Gleichung (4)
und Gleichung (5) ergibt vD = 0,25R(-cosθ+sinθ)/ms ≈ –0,25R/ms
Wenn angenommen wird, dass der Ursprungsort eine gemessene Ankunftszeit von t(f) = –44 ms besitzt, dann ist nach Gleichung (3) die zentrale Elektrode von dem geschätzten Ursprungsort 201 versetzt durch einen Abstand: D = vD (44 – 36) = 2R oder 10 mm
6B stellt eine grafische Computeranzeige auf dem Videomonitor 56 (siehe 1) in der bevorzugten Ausführung dar. Die Anzeige zeigt in Echtzeit und simultan die Elektrodenanordnung mit ihrer lokalen Isochronenkarte und die relative Position des geschätzten Ursprungsorts 201. Dies erleichtert es einem medizinischen Anwender wesentlich die Elektrodenkatheteranordnung schnell zu dem Ursprungsort zu steuern. Während die Elektrodenkatheteranordnung zu dem geschätzten Ursprungsort 201 bewegt wird, sollten die Isochronen immer mehr elliptisch sein. Wenn sich die zentrale Elektrode 111 über dem geschätzten Ursprungsort befindet, sollten die Isochronen Ellipsen sein, die um die zentrale Elektrode 111 herumlaufen. Wenn dies nicht der Fall ist, muss t(f) überprüft werden und vorzugsweise in Schritten von 2 ms auf einmal geändert werden, bis der Fall eintritt, bei dem ein Zusammenfallen der zentralen Elektrode mit dem geschätzten Ursprungsort durch elliptische Isochronen, die um die zentrale Elektrode herumlaufen begleitet wird.
PHYSIKALISCHE BILDINTEGRATION
Die Computervideoanzeige, die in 6B gezeigt ist, ist im Wesentlichen aus Information konstruiert, die durch Datenverarbeitung von Wellenfront-Ankunftszeit-Daten erhalten wird, die durch die Elektrodenkatheteranordnung 70 aufgenommen werden. Die Anzeige ist ein Ankunftszeit-Feld, das in einem zweidimensionalen Raum auf der Oberfläche des Endokards existiert. Für den Zweck der Anbringung des Katheter an den Ursprungsort erweist sie sich als eine angemessene und kosteneffektive Leitung.
In Übereinstimmung mit einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung kann die, durch das physikalische Bildaufbereitungssystem 60 (siehe 1) erhaltene Information auch mit der Information, die von den Wellenfront Ankunftszeit-Daten erhalten wird integriert werden. Die zwei Typen von Information werden durch den Computer 50 synthetisiert und werden auf dem Videomonitor 56 als ein physikalisches Bild des Herzens 100 angezeigt und es werden darauf die relativen Positionen der Elektrodenkatheteranordnung 70 und des geschätzten Ursprungsortes 201 gezeigt. Auf diese Weise ist eine mehr physikalische Darstellung des Katheters und des Herzens möglich.
7A ist eine synthetisierte Anzeige auf dem Videomonitor eines digitalisierten Bildes des Herzens 160 und der Elektrodenanordnung 70 darin, aufgenommen entlang einer ersten Achse durch das physikalische Bildaufbereitungssystem, das auch die relative Position des geschätzten Ursprungsortes 201 entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt.
Bei einer Implementierung umfasst das physikalische Bildaufbereitungssystem 60 (siehe auch 1) zwei Röntgenstrahlen, die aus zwei rechtwinkligen Richtungen aufgenommen sind. Die Videoausgabe beider Röntgengeräte wird digitalisiert, z. B. wird Verwendung von zwei separaten Video-Bildfängern, die in die x-y-Detektoren 62 integrtert sind. Da die Elektrodenanordnung 70 wie die OECA (siehe auch 2 und 3) eine röntgenstrahlenundurchlässige Spitze (nicht gezeigt) auf einem der Elektrodenarme besitzt, ist es für den Computer relativ einfach jede Elektrode richtig zu identifizieren und die korrekte Ankunftszeit mit jeder Elektrode zu verbinden. Auf diese Weise können die Positonen von den fünf Elektroden der OECA durch den Computer 50 in Echtzeit verfolgt werden.
Der geschätzte Ursprungsort 201 kann durch das vorher beschriebene Verfahren lokalisiert werden außer, wenn das Koordinatensystem nicht-orthogonal wäre, abhängig von der Orientierung der Elektrodenanordnung.
7B ist eine Anzeige auf dem Videomonitor, die ein ähnliches Bild wie in 7A zeigt, aber entlang einer zweiten Achse durch das physikalische Bildaufbereitungssystem aufgenommen ist.
8 ist eine Anzeige auf dem Videomonitor, welche die Bilder von 7A und 7B gleichzeitig in Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt.
Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Videoanzeige eine perspektivische Ausgabe eines dreidimensionalen Bildes des Herzens und der Elektrodenanordnung.
9 ist eine synthetisierte Anzeige auf dem Videomonitor eines perspektivischen Bildes des Herzens 100 und der Elektrodenanordnung 70 zusammen mit dem geschätzten Ursprungsort 201 entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung. Das Bild des Herzens 100 und die Elektrodenanordnung 70 werden von einer dreidimensionalen Bild-Datenbank ausgegebenen, die von einer Bildaufbereitung entlang mehrerer Achsen durch das physikalische Bildaufbereitungssystem gesammelt wird. Jede Achse liefert eine Sicht des Herzens und der Elektrodenanordnung. Das Verfahren zur Lokalisierung des geschätzten Ursprungsortes bei jeder Ansicht ist ähnlich zu dem vorher beschriebenen. Die, von den verschiedenen Ansichten gesammelten Daten werden durch den Computer verarbeitet, um eine dreidimensionale perspektivische Ansicht zu erzeugen. Bei einer Implementierung werden auch Orte, die vorher durch den Katheter 70 besucht wurden, als ein Weg 211 in dem Endokard angezeigt.
Das vorgelegte erfundene System ist vorteilhaft, indem es einem medizinischen Anwender erlaubt in Echtzeit die relativen Positionen der Elektrodenanordnung mit Hinsicht auf das Herz und den geschätzten Ursprungsort zu verfolgen. Außerdem gestattet es die Möglichkeit einer genauen Katheter-Positionierung und Neupositionierung in dem Endokard und die Möglichkeit einer Verfolgung der Historie von den vorausgegangenen Katheterpositionen.
MEHRDIMENSIONALE GESAMTDARSTELLUNG
Bei präoperativen Studien und Diagnosen oder bei medizinischer Forschung ist eine mehrdimensionale Gesamtdarstellung des Herzens wertvoll. Eine Gesamt-Isochronenkarte für das gesamte Endokard wird zusammengesetzt, indem der Katheter über das gesamte Endokard abtastet und der Computer die lokalen Isochronenkarten an jedem abgetasteten Ort zusammensetzt. Die Anzeige schließt Spuren ein, die durch den Katheter überstrichen wurden, um eine Leitung zu liefern, so dass das Endokard systematisch kartographiert werden kann. Dies wird nicht nur dem Computer ermöglichen lokale Isochronenkarten in Echtzeit zu erzeugen und anzuzeigen, sondern auch separate Isochronenkarten eines größeren Bereichs bis zum ganzen Endokard, durch eine Speicherung der aktuellen Positionen der Elektroden für jede Messung und der entsprechenden Ankunftszeiten. Sobald jede zusätzliche Messung vorgenommen ist, könnte die (nicht lokale) Isochronenkarte aktualisiert werden, um genauer einen größeren Bereich abzudecken. Dies würde dem medizinischen Anwender, der eine medizinische Behandlungsmethode leitet erlauben zu bestimmen, wo die OECA zur Messung als Nächstes angebracht werden soll und um zu entscheiden, ob eine genügend genaue Isochronenkarte für das gesamte Endokard erzeugt wurde oder nicht. Wenn eine genügend genaue Isochronenkarte der Aktivierungswellenfront einmal erzeugt wurde, dann kann ein passendes Behandlungsverfahren bestimmt werden.
MEHRPHASEN-HOCHFREQUENZABLATION
Eine bevorzugte Implementierung des Ablationsverfahrens und der Ablationsvorrichtung ist in dem mitangemeldeten und allgemein zugeteilten U.S. Patent 5383917 eingereicht am 5. Juli 1991 durch Desai et al. offengelegt.
Nachdem der Ursprungsort durch die Elektrodenanordnung lokalisiert wurde, wird das System 10 (1) in den Ablationsmodus geschaltet. Elektrische Energie wird von der Ablationsleistungsseinheit 30 durch den Multiplexer 80 zu der Elektrodenkatheteranordnung 70 übertragen. Bei der bevorzugten Ausführung ist die Ablationsleistungsseinheit 30 programmierbar und steht unter der Steuerung des Computers 50, so dass ein vorher festgelegter Betrag an elektrischer Energie geliefert wird, um das Endokard abzutragen.
Bei einer Katheterablation ist die ausgebildete Verletzung etwa von der Größe der mit Energie versorgten Elektrode oder Elektrodenanordnung. Konventionelle Katheterablationstechniken haben typischerweise einen Katheter mit einer einzigen Elektrode an seiner Spitze als einen elektrischen Pol verwendet. Der andere elektrische Pol wird durch eine Gegenelektrode gebildet, die sich in Kontakt mit einem externen Körperteil eines Patienten befindet. Diese Techniken wurden verwendet, um Tachykardie-Ursprungsorte in den meisten Fällen zu beseitigen. Zum Beispiel wurde sie erfolgreich verwendet bei der Unterbrechung oder Modifikation einer Leitung über den atrioventrikulären (AV) Knoten bei AV ablaufinvarianter Knoten-Tachykardie; oder für die Unterbrechung eines zusätzlichen Pfads bei Patienten mit Tachykardie auf Grund des Wolff-Parkinson-White-Syndroms; und zur Ablation bei einigen Patienten mit ventrikulärer Tachykardie (VT).
Bei ventrikulärer Tachykardie jedoch kann eine mehrdimensionale Endokard-Darstellung mit einem Standard-Elektrodenkatheter den Ausgangsort der ventrtikulären Tachykardie bis zu einem Bereich von 4–8 cm² ausgehend von dem ersten, von dem Katheter aufgezeichneten Ort lokalisieren. Ein Standard-Elektrodenkatheter besitzt typischerweise eine maximale Elektrodenspitzenfläche von etwa 0,3 mm². Deshalb kann die Verletzung, die durch die einfache HF-Technik erzeugt wird, die durch einen Standard-Elektrodenkatheter geliefert wird, nicht groß genug sein, um die ventrikuläre Tachykardie abzutragen. Versuche die Größe der Verletzung durch eine Regelung von Leistung und Dauer durch Erhöhung der Größe der Elektrode oder durch Regulierung der Temperatur der Elektrodenspitze zu vergrößern hatten nur teilweise Erfolg.
Um die Größe der Verletzung anzuheben liefert die orthogonale Elektrodenkatheteranordnung (OECA) mit vier peripheren Elektroden und einer zentralen Elektrode einen größeren Abdruck. Sie verursacht typischerweise Verletzungen von 1 cm².
Bei der Ablationsbehandlung von ventrikulärer Tachykardie (VT) jedoch ist eine Verletzungsgröße in dem Größenbereich von mehr als einem cm² für eine effektive Behandlung hinreichend notwendig. In diesem Fall wird eine größere Verletzung durch aufeinander folgende Ablation von benachbarten Orten gebildet. Eine größere Verletzung von 6 cm² zum Beispiel kann durch sechs benachbarte, quadratische Verletzungen von 1 cm² erzeugt werden. Sie können gebildet werden durch aufeinanderfolge Platzierungen der Fünfelektroden-OECA unter Verwendung von HF-Energie. Nach jeder Ablation wird der Elektrodenkatheter üblicherweise zurückgezogen, um koaguliertes Blut auf den Elektroden vor dem nächsten Versuch zu entfernen. Es ist kritisch, dass die Orte sowohl des nächsten abzutragenden Punktes als auch des wiedereingeführten Katheters genau und schnell bekannt sein müssen, damit dieses Verfahren erfolgreich ist. Dies wird erreicht durch Umschalten des Systems 10 alternativ zwischen dem mehrdimensionalen Darstellungs- und Ablationsmodus. Bei dem mehrdimensionalen Darstellungsmodus ist das System vorzugsweise programmiert ein Gitter, wie das, welches in den 7, 8 oder 9 gezeigt ist, um den angezeigten Tachykardie-Ort zu überlagern. Das Gitter wird eine genaue Positionierung der Elektrodenanordnung ermöglichen.
Auch wenn die Ausführungen der verschiedenen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung die beschrieben wurden die bevorzugte Implementierung sind, werden Fachleute ein sehen, dass eine Variation davon auch möglich sein kann. Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren dabei sind allgemein auf eine Ablation biologischer Zellgewebe anwendbar. Deshalb erhebt die Erfindung Anspruch auf Schutz im Rahmen der angefügten Patentansprüche.

Claims

Kathetersystem (10) zur Lokalisierung eines Tachykardie-Ursprungsortes (201) im Herz (100) einer Untersuchungsperson, umfassend: eine Kathetereinrichtung (70) zur Anordnung eines Clusters von Elektroden (111, 112...) benachbart zueinander auf dem Endokard, wobei jede Elektrode in der Lage ist, eine unterscheidbare Ankunftszeit von dem Tachykardie-Ursprungsort ausgehenden Herzelektrogrammsignalen zu erfassen; eine Berechnungseinrichtung (50) für ein aus den Ankunftszeiten der Herzelektrogrammsignale geschätzte Position des Tachykardie-Ursprungsorts relativ zu den einzelnen Elektroden des Clusters; eine Einrichtung zur interaktiven Anzeige einer Karte (56) der geschätzten Position des Tachykardie-Ursprungsortes relativ zu den einzelnen Elektroden des Clusters;
Kathetersystem nach Anspruch 1, das außerdem eine Einrichtung zur Bereitstellung von Leistung (52, 30, 80) zu dem Elektrodencluster umfasst, wenn das Elektrodencluster im wesentlichen übereinstimmend mit dem Tachykardie-Ursprungsort angeordnet ist, um dadurch eine Abtragung des Tachykardie-Ortes zu bewirken.
Kathetersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Karte eine Anzeige der jeder Elektrode zugeordneten Ankunftszeit enthält, wobei diejeni gen Elektroden, die sich näher an dem Tachykardie-Ursprungsort als andere befinden, frühere Ankunftszeiten als andere erfassen und Elektroden, die sich im wesentlichen am Tachykardie-Ursprungsort befinden, die frühestmöglichen Ankunftszeiten registrieren, wodurch die Karte eine Anleitung zur Bewegung des Katheters in Richtung derjenigen Elektroden mit den frühesten Ankunftszeiten bereitstellt.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das außerdem eine Einrichtung zur Berechnung von Linien gleicher Ankunftszeit oder Isochronen enthält und wobei die Karte lokale Isochronen enthält, die aus den von dem Elektrodencluster erfassten Ankunftszeiten berechnet werden, wobei die lokalen Isochronen eine Anleitung und Bestätigung bereitstellen, dass, wenn das Elektrodencluster im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Tachykardie-Ursprungsort angeordnet ist, die lokalen Isochronen durch elliptische Linien gekennzeichnet sind, die den Ursprungsort einkreisen.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Herzelektrogrammsignale, die von dem Tachykardie-Ursprungsort ausgehen, eindeutige Geschwindigkeiten aufweisen, die aus der an jeder Elektrode detektierten Ankunftszeit ableitbar sind; und die Berechnungs- und Anzeigeeinrichtung einen Versatzvektor von dem Elektrodencluster zu dem Tachykardie-Ursprungsort berechnet und anzeigt, wobei der Versatzvektor eine Richtung aufzeigt, bei der die lokalen Isochronen die früheste Ankunftszeit aufweisen, und der Versatzvektor eine Länge besitzt, die aus den Geschwindigkeiten und den Ankunftszeiten der Herzelektrogrammsignale geschätzt ist.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dass außerdem physikalische bildgebende Mittel (60, 62, 64) zur Anzeige von zumindest einer Ansicht eines physikalischen Bildes des Elektrodenclusters relativ zum Herz anzeigt.
Kathetersystem nach Anspruch 6, wobei die physikalischen bildgebenden Mittel ein Fluoroskop sind.
Kathetersystem nach Anspruch 6, wobei die physikalischen bildgebenden Mittel ein Ultraschallbild-System sind.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das außerdem Mittel zur Erzeugung von einer oder mehrerer Videoanzeigen umfasst, die die eine oder mehreren Ansichten des physikalischen Bildes des Elektrodenclusters relativ zum Herzen und einen geschätzten Tachykardie-Ursprungsort wiedergeben, wodurch eine direkte visuelle Anleitung zur Lenkung des Katheters zu dem Tachykardie-Ursprungsort bereitgestellt wird.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei: die Herzelektrogrammsignale, die von dem Tachykardie-Ursprungsort ausgehen, eindeutige Geschwindigkeiten aufweisen, die aus der an den einzelnen Elektroden des Clusters erfassten Ankunftszeiten ableitbar sind; die Berechnungs- und Anzeigeeinrichtung einen Versatzsektor von dem Elektrodencluster zum Tachykardie-Ursprungsort berechnet und anzeigt, wobei der Versatzvektor eine Richtung aufweist, in der die lokalen Isochronen die früheste Ankunftszeit besitzen, und der Versatzvektor eine Länge besitzt, die aus den Geschwindigkeiten und Ankunftszeiten der Herzelektrogrammsignale geschätzt ist.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die eine oder mehreren Ansichten des physikalischen Bildes des Elektrodenclusters relativ zum Herz und eines geschätzten Tachykardie-Ursprungsortes dreidimensionale Projektionsansichten sind.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die eine oder mehreren Ansichten des physikalischen Bildes des Elektrodenclusters relativ zum Herz und eines geschätzten Tachykardie-Ursprungsortes dreidimensionale perspektivische Ansichten sind.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dass außerdem eine Einrichtung zur überlagerten Anzeige des physikalischen, Bildes mit der Karte umfasst, so dass das Elektronencluster und der geschätzte Ort des Tachykardie-Brennpunktes relativ zum Herzen angezeigt werden.
Kathetersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 13, das außerdem ein oder mehrere zusätzliche Elektrodeneinrichtungen zur Erfassung von Herzsignalen außerhalb des Herzens enthält, wobei die Herzsignale in der Lage sind, eine Referenzzeit relativ zu der Ankunftszeit der Herzelektrogrammsignale, die von dem Tachykardie-Ursprungsort ausgehen, bereitzustellen.