JP2015171532A - カテーテルとして使用される光ファイバケーブル上の複数のｌｅｄセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 光受信器に接続可能な光ファイバ導波管と、導波管に光学的に連結された複数の電気光学要素とを含む装置を提供する。【解決手段】 電気光学要素は、それぞれ、第１の極性を有する第１の電極と、第２の極性を有する第２の電極とを有する。発光ダイオードは、第１の電極に連係され、かつ、それぞれの波長にて第１の電極と第２の電極との間の電位に反応して導波管を照らすように構成される。導波管は、心臓カテーテルなど、患者への挿入のためのカテーテルに組み込まれ得る。【選択図】 図１

Description

本発明は心臓生理学に関する。特に、本発明は心臓における電気伝搬の評価に関する。

心房細動などの心臓不整脈は、罹患及び死亡の重大な原因である。共にＢｅｎ Ｈａｉｍに対して付与された同一出願人による米国特許第５，５４６，９５１号及び米国特許第６，６９０，９６３号、ならびにＰＣＴ出願ＷＯ ９６／０５７６８号は、これらの全てが参照により本明細書に組み込まれ、心臓組織の電気特性、例えば局所興奮到達時間を、心臓内の正確な位置の関数として検出する方法を開示する。データは、遠位先端部に電気及び位置センサを有し、心臓内に前進する１つ又は複数のカテーテルを用いて取得される。これらのデータに基づいて心臓の電気活動のマップを生成する方法は、Ｒｅｉｓｆｅｌｄに対して付与された同一出願人による米国特許第６，２２６，５４２号及び米国特許第６，３０１，４９６号に開示され、これらは参照により本明細書に組み込まれる。これらの特許に示唆されているように、位置及び電気的活動は、典型的には、心臓の内部表面上の約１０点〜約２０点で最初に測定される。次いで、これらのデータポイントは一般に、心臓表面の予備復元又はマップを生成するのに十分なものとなる。予備マップは、多くの場合、心臓の電気活動のさらに包括的なマップを生成するために、付加的な点で得られたデータと結合される。実際、臨床的な状況において、１００以上の部位におけるデータを集積して、心腔の電気活動の詳細な包括的マップを生成することも珍しいことではない。生成された詳細なマップは次いで、心臓の電気活動の伝播を変化させるために、また正常な心調律を回復するために、治療上の行動指針、例えば組織焼灼を決定する基準として役立ち得る。

心臓内の点における電気活動は、ここでは頻繁に、複数電極カテーテルを前進させることによって測定し、心腔の複数の点における電気活動を同時に測定する。１つ又は複数の電極で測定された時間的に変化する電位から得られる記録は、電位図として知られている。電位図は単極又は双極のリードで測定することができて、例えば、局所興奮到達時間として知られる、ある点における電気伝搬の開始を決定するために用いられる。

本発明の種々の実施形態により、光受信器に接続可能な光ファイバ導波管と、導波管に光学的に連結された複数の電気光学要素とを含む装置を提供する。電気光学要素は、それぞれ、第１の極性を有する第１の電極と、第２の極性を有する第２の電極とを有する。発光ダイオードは、第１の電極に連係され、かつ、それぞれの波長にて第１の電極と第２の電極との間の電位に反応して導波管を照らすように構成される。

装置の一態様により、電気光学要素の第２の電極は、共通に接続される。

装置の更なる態様により、電気光学要素は、それぞれの透過光学素子を更に含み、導波管は、コアと、コア周りに同軸に形成されたクラッド層とを含む。クラッド層は、その中に形成された光透過性間隙を有し、透過光学素子は、間隙上にある。

装置の更に別の態様では、光終端器は、導波管内に配置される。

装置の更に別の態様により、電気光学要素は、第１の電極と、発光ダイオードとに連係されたアナログ‐デジタル変換器を更に含む。

装置の更なる態様により、電気光学要素は、第１の電極と、アナログ‐デジタル変換器とに連係された増幅器を更に含む。

装置の別の態様は、第３の電極と、第３の電極と電源との間で電気信号を交換するための、第３の電極に接続されたワイヤとを含む。

装置の一態様、導波管は、プローブ内に同軸に配置される。

装置の更なる態様により、第１の電極及び第２の電極は、導波管の外部からプローブの外壁まで測定された距離にて発光ダイオードから離間される。

本発明の種々の実施形態により、ターゲットに接触するようにプローブを生存被験者の心臓に挿入して、プローブを光受信器に接続することによって実行される方法を更に提供する。プローブは、光ファイバ導波管と、導波管に光学的に連結された複数の電気光学要素とを含み、電気光学要素は、それぞれ、第１の極性を有する第１の電極と、第２の極性を有する第２の電極と、第１の電極と連係された発光ダイオードとを含む。方法は、更に、電気光学要素でターゲットにてそれぞれの電位を検出して、それぞれの波長にて導波管を照らすことによってそれぞれの電位に反応して光信号を電気光学要素から光受信器に伝達することによって実行される。

本発明をより深く理解するため、発明の詳細な説明を実例として参照するが、発明の詳細な説明は、同様の要素に同様の参照番号を付した以下の図面と併せ読むべきものである。
本発明の一実施形態によって構成され、動作する、生存被験者の心臓に医療処置を行うためのシステムの描図である。 本発明の実施形態による、渦電流を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、図２に示すカテーテルの部分概略図である。 本発明の実施形態による、カテーテルの一部の概略的な断面図である。 本発明の実施形態による、図２に示すカテーテルのアセンブリの電気光学概略図である。 本発明の別の実施形態による、カテーテルの一部の概略図である。 本発明の代替実施形態による、カテーテルの一部の概略図である。

以下の説明では、本発明の様々な原理の深い理解を与えるため、多くの具体的な詳細について記載する。しかしながら、これらのすべての詳細が本発明の実施に必ずしも必要ではないことが、当業者には理解されよう。この場合、一般的な概念を不要に曖昧にすることのないよう、周知の回路、制御論理、並びに従来のアルゴリズム及び処理に対するコンピュータプログラム命令の詳細については詳しく示していない。

用語「連係する（link）」、「連係する（links）」、「結合する（couple）」、「結合する（couples）」は、間接的又は直接的接続を意味することが意図されている。したがって、第１の装置が第２の装置に結合する場合、この接続は直接の接続を経てもよく、若しくは他の装置及び接続を介して間接の接続を経てもよい。

ここで図面を参照し、最初に図１を参照すると、この図は、開示される本発明の一実施形態に基づいて構成され、動作する、生存被験者の心臓１２に対してアブレーション手術を行うためのシステム１０の描図である。このシステムは、患者の血管系を通じて、心臓１２の室又は血管構造内に操作者１６によって経皮的に挿入されるカテーテル１４を備えている。一般的には医師である操作者１６は、カテーテルの遠位先端部１８を標的部位の心臓壁と接触させる。次いで、その開示が本明細書に参考によって組み込まれる、米国特許番号第６，２２６，５４２号及び同第６，３０１，４９６号、並びに同一出願人による米国特許第６，８９２，０９１号に開示されている方法に従って、電気的活性マップが準備され得る。システム１０の各要素を具体化する市販製品の１つが、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．（３３３３ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃａｎｙｏｎ Ｒｏａｄ，Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，ＣＡ ９１７６５）から、ＣＡＲＴＯ（登録商標）３ Ｓｙｓｔｅｍとして入手可能である。このシステムは、本明細書に記載される本発明の原理を具現化するように、当業者によって変更されることができる。

例えば電気的活性マップの評価によって異常と判定された領域は、例えば心筋に高周波エネルギーを加える遠位先端部１８の１つ以上の電極に、カテーテル内のワイヤを通じて高周波電流を流すことなどにより熱エネルギーを加えることによってアブレーションすることができる。エネルギーは組織に吸収され、それを電気興奮性が恒久的に失われる点（典型的には約５０℃）まで該組織を加熱する。支障なく行われた場合、この手術によって心臓組織に非伝導性の損傷部位が形成され、この損傷部位が不整脈を引き起こす異常な電気経路を遮断する。本発明の原理を異なる心臓の室に適用することによって多くの異なる心不整脈を治療することができる。

カテーテル１４は通常、アブレーションを行うために操作者１６が必要に応じてカテーテルの遠位端を方向転換、位置決め、及び方向決めすることを可能とする適当な制御部を有するハンドル２０を備えている。操作者１６を補助するため、カテーテル１４の遠位部分には、コンソール２４内に分布された位置決めプロセッサ２２に信号を供給する位置センサ（図示せず）を含み得る。

アブレーションエネルギー及び電気信号を、遠位先端部１８に又は遠位先端部１８の付近に分布される、１つ又は２つ以上のアブレーション電極３２を通じて、コンソール２４に至るケーブル３４を介し、心臓１２へ／心臓１２から、搬送することができる。ペーシング信号及び他の制御信号は、コンソール２４から、ケーブル３４及び電極３２を通して、心臓１２へと搬送することができる。コンソール２４にも接続される感知電極３３は、アブレーション電極３２間に配置され、ケーブル３４への結線を有する。

ワイヤ接続３５が、コンソール２４を、身体表面の電極３０、及び位置決定サブシステムの他の構成要素と連係し得る。電極３２及び体表面電極３０は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｇｏｖａｒｉらに発行された米国特許第７，５３６，２１８号に教示されるように、アブレーション部位での組織のインピーダンスを測定するために使用することができる。温度センサ（図示せず）、典型的には、熱電対又はサーミスタを、それぞれ電極３２の上に、又は電極３２の付近に載置することができる。

コンソール２４には通常、１以上のアブレーション電力発生装置２５が収容されている。カテーテル１４は、例えば、高周波エネルギー、超音波エネルギー、及びレーザー生成光エネルギーなどの任意の周知のアブレーション技術を使用して心臓にアブレーションエネルギーを伝導するように適合させることができる。このような方法は、本明細書に援用するところの本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第６，８１４，７３３号、同第６，９９７，９２４号、及び同第７，１５６，８１６号に開示されている。

位置決めプロセッサ２２は、カテーテル１４の位置及び方向座標を測定する、システム１０における位置決めサブシステムの要素である。

一実施形態では、この位置決めサブシステムは、磁場生成コイル２８を使用して、既定の作業体積内に磁場を生成し、カテーテルでのこれらの磁場を感知することによって、カテーテル１４の位置及び向きを判定する、磁気位置追跡の配置構成を含む。位置決定サブシステムは、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，７５６，５７６号、及び上記の米国特許第７，５３６，２１８号に教示されているインピーダンス測定を使用することができる。

上述したように、カテーテル１４はコンソール２４に連結され、これにより操作者１６がカテーテル１４の機能を観察及び調節できるようになっている。コンソール２４は、プロセッサ、好ましくは適切な信号処理回路を有するコンピューターを含む。プロセッサは、モニタ２９を駆動するように連結されている。信号処理回路は一般的に、カテーテル１４の遠位側に配置された上述のセンサ及び複数の位置感知電極（図示せず）によって生成される信号を含むカテーテル１４からの信号を、受信、増幅、フィルタリング、及びデジタル化する。デジタル化された信号は、カテーテル１４の位置及び向きを計算し、かつ電極からの電気的信号を解析するために、コンソール２４及び位置決めシステムによって受信され、かつ使用される。

簡略化のため図には示されていないが、通常、システム１０には他の要素も含まれる。例えば、システム１０は、心電図（ＥＣＧ）モニタを含み得、このＥＣＧモニタは、ＥＣＧ同期信号をコンソール２４に提供するために、１つ以上の身体表面電極から信号を受信するように結合される。また、上述の通り、システム１０は、通常、被験者の身体の外側に取り付けられた外部から貼付された参照パッチ、又は心臓１２内に挿入され、心臓１２に対して固定位置に維持されている、体内に置かれたカテーテルのいずれかにおいて、参照位置センサをも含み得る。アブレーション部位を冷却するためにカテーテル１４を通して液体を循環させるための従来のポンプ及びラインが提供されてもよい。

ここで図２を参照すると、同図は本発明の実施形態によるカテーテル３７の概略図である。カテーテル３７は、遠位部分に沿って取り付けられた複数のセンサーアセンブリ４１と、光終端器４３とを有する光ファイバケーブル３９を含む。光ファイバケーブル３９は、コア及びクラッド層を含む単一のマルチモード光ファイバからなり得る。間隙、欠陥、又はプラグは、組立体４１の下でクラッド層内に形成されると、コアへのアセンブリ４１内で生成された光の通過を可能にするほど光を透過する。アセンブリ４１のそれぞれは、正極４５と負極４７とを有する。全てのアセンブリ４１の負極４７は、共通に接続される。正極４５は、それぞれの導電リング４９に接続される。導電リング４９は、光ファイバケーブル３９の外部を取り囲む。導電リング４９及び正極４５の電位を反射する信号が、正極４５から、アセンブリ４１のそれぞれ内に配置されるそれぞれの発光ダイオードＬＥＤ ５１に伝達される。矢印５３によって表される、ＬＥＤ ５１によって出射された光は、光ファイバケーブル３９の内部５５内で光受信器（図示せず）の方に伝搬する。

ここで図３を参照すると、図３は、本発明の実施形態による、カテーテル３７（図２）の遠位セグメントの詳細な部分概略図である。アセンブリ４１（図２）は、それぞれ独自の斜線のパターンを有する矢印６３、６５、６７によって表された、４５０〜１６５０ｎｍで変動し得るそれぞれの波長で光をそれぞれ出射するアセンブリ５７、５９、６１として図示されている。共通の接続部６９は、負極４７を連係する。カテーテル３７の近位端に結合された光受信器（図示せず）は、波長分割多重で当技術分野で既知である方法を用いてアセンブリ５７、５９、６１によって生成された光信号を区別する。光信号は、アナログ又はデジタル電気信号に変換されて、従来通りにコンソール２４（図１）において処理される。

本発明の一実施形態による、カテーテルの一部の概略断面図である図４をここで参照する。光ファイバ７１は、コア７３とクラッド層７５とを有する。電気光学アセンブリ７７は、接着剤７９によって光ファイバ７１の外部上に固定される。電気光学アセンブリ７７は、電極８１、８３を含む。パッケージ８５は、直流源８７によって電力が供給されるＬＥＤを含み、かつ、電極８１に接続される。電極８３は、接地に接続される。

ＬＥＤ光学素子８９は、レンズなどの透過要素を含む。光学素子８９は、クラッド層７５内に形成された間隙９１上にあり、光学素子８９を介して出射される光は、コア７３に入ることができる。

ここで図５を参照すると、図５は、本発明の実施形態によるアセンブリ４１（図２）の１つの電気光学概略図である。負極９３は、接地に接続される。正極９５は、動作増幅器９７の入力部であり、該増幅器の出力は、アナログ‐デジタル変換器９９（Ａ／Ｄ）においてデジタル化される。発光ダイオード１０１は、アナログ‐デジタル変換器９９の出力部に接続される。光１０３が、これに反応して、発光ダイオード１０１によってアナログ‐デジタル変換器９９に出射される。光１０３は、好適な光学素子（図示せず）によって光ファイバ要素１０５に導かれる。

第１の代替実施形態
図３に戻ると、アセンブリ４１は、典型的にはマッピング電極として使用される。しかしながら、該組立体の一部は、カテーテル３７の遠位部分の位置を判定するためにインピーダンス測定の電極として採用され得る。好適なインピーダンスを基本とする追跡システムが、本出願と同一の出願人による米国特許出願公開第２００７／００１６００７号及び同第２００７／００６０８３２号において説明されており、これらの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

第２の代替実施形態
従来の要素が、先の実施形態によって構成されるカテーテル上に取り付けられ得る。ここで図６を参照すると、図６は、本発明の代替実施形態による光ファイバカテーテル１０７の概略図である。カテーテル１０７は、カテーテル３７（図２）と同じ一般的な構成を有する。しかしながら、アブレーション電極１０９が、ここで、光ファイバケーブル３９の遠位端上に取り付けられ、ワイヤ１１１によって電源（図示せず）に接続され得る。

第３の代替実施形態
ここで図７を参照すると、図７は、本発明の代替実施形態による光ファイバカテーテル１１３の概略図である。この実施形態では、光ファイバ導波管１１５が、プローブ１１７の内腔内に同軸に配置される。プローブ１１７の外部上の電極アセンブリ１１９が、先の実施形態において説明したように正極と負極とを有する。アセンブリ１１９は、ＬＥＤ １２１と一体ではなく、導波管１１５の外部からプローブ１１７の外壁まで測定された距離にてＬＥＤ １２１から離間される。アセンブリ１１９は、導体１２３によってＬＥＤ １２１に接続される。この配置によって、他の構成部品、例えば、電気又は水圧導管１２５をプローブ１１７内に含めることができる。導管１２５は、プローブ１１７上に又はプローブ１１７内に配置され得る他の構成部品（図示せず）と連通し得る。更に又はあるいは、導管１２５は、出口気孔１２７を介して手術部位に灌流流体を導き得る。

当業者であれば、本発明は、上記に具体的に示し、説明したものに限定されない点は認識されるところであろう。むしろ、本発明の範囲は、以上で述べた種々の特徴の組み合わせ及び一部の組み合わせ、ならびに上記の説明を読むことで当業者が想到するであろう、従来技術にはない特徴の変形及び改変をも含むものである。

〔実施の態様〕
（１） 装置であって、
光受信器に接続可能な光ファイバ導波管と、
前記導波管に光学的に連結された複数の電気光学要素と、を備え、前記電気光学要素が、それぞれ、第１の極性を有する第１の電極と、第２の極性を有する第２の電極と、前記第１の電極と連係され、かつ、それぞれの波長にて前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位に反応して前記導波管を照らすように構成された発光ダイオードと、を含む、装置。
（２） 前記電気光学要素の前記第２の電極は、共通に接続される、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記電気光学要素は、それぞれの透過光学素子を更に含み、前記導波管は、コアと、前記コア周りに同軸に形成されたクラッド層とを含み、前記クラッド層は、その中に形成された光透過性間隙を有し、前記透過光学素子は、前記間隙の上にある、実施態様１に記載の装置。
（４） 前記導波管内に配置された光終端器を更に備える、実施態様１に記載の装置。
（５） 前記電気光学要素は、前記第１の電極と、前記発光ダイオードとに連係されたアナログ‐デジタル変換器を更に含む、実施態様１に記載の装置。

（６） 前記電気光学要素は、前記第１の電極と、前記アナログ‐デジタル変換器とに連係された増幅器を更に含む、実施態様５に記載の装置。
（７） 第３の電極と、前記第３の電極と電源（source）との間で電気信号を交換するための、前記第３の電極に接続されたワイヤとを更に備える、実施態様５に記載の装置。
（８） プローブを更に備え、前記導波管は、前記プローブ内に同軸に配置される、実施態様１に記載の装置。
（９） 前記第１の電極および前記第２の電極は、前記導波管の外部から前記プローブの外壁まで測定された距離にて前記発光ダイオードから離間される、実施態様８に記載の装置。
（１０） 方法であって、
ターゲットに接触するようにプローブを生存被験者の心臓に挿入することと、
前記プローブを光受信器に接続することであって、前記プローブは、光ファイバ導波管と、前記導波管に光学的に連結された複数の電気光学要素とを含み、前記電気光学要素は、それぞれ、第１の極性を有する第１の電極と、第２の極性を有する第２の電極と、前記第１の電極と連係された発光ダイオードとを含む、ことと、
前記電気光学要素で前記ターゲットにてそれぞれの電位を検出することと、
前記それぞれの電位に反応してそれぞれの波長にて前記導波管を照らすことによって光信号を前記電気光学要素から前記光受信器に伝達することと、を含む、方法。

（１１） 前記電気光学要素の前記第２の電極を共通に接続することを更に含む、実施態様１０に記載の方法。
（１２） 前記電気光学要素は、それぞれの透過光学素子を含み、前記導波管は、コアと、前記コア周りに同軸に形成されたクラッド層とを含み、前記クラッド層は、その中に形成された光透過性間隙を有し、前記透過光学素子は、前記間隙の上にある、実施態様１０に記載の方法。
（１３） 前記プローブは、前記導波管内に配置された光終端器を更に含む、実施態様１０に記載の方法。
（１４） 前記電気光学要素は、前記第１の電極と、その前記発光ダイオードとに連係されたアナログ‐デジタル変換器を更に含む、実施態様１０に記載の方法。
（１５） 前記電気光学要素は、前記第１の電極と、前記アナログ‐デジタル変換器とに連係された増幅器を更に含む、実施態様１４に記載の方法。

（１６） 前記第１の電極および前記第２の電極は、前記導波管の外部から前記プローブの外壁まで測定された距離にて前記発光ダイオードから離間される、実施態様１０に記載の方法。

Claims (9)

1. 装置であって、
   光受信器に接続可能な光ファイバ導波管と、
   前記導波管に光学的に連結された複数の電気光学要素と、を備え、前記電気光学要素が、それぞれ、第１の極性を有する第１の電極と、第２の極性を有する第２の電極と、前記第１の電極と連係され、かつ、それぞれの波長にて前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位に反応して前記導波管を照らすように構成された発光ダイオードと、を含む、装置。
2. 前記電気光学要素の前記第２の電極は、共通に接続される、請求項１に記載の装置。
3. 前記電気光学要素は、それぞれの透過光学素子を更に含み、前記導波管は、コアと、前記コア周りに同軸に形成されたクラッド層とを含み、前記クラッド層は、その中に形成された光透過性間隙を有し、前記透過光学素子は、前記間隙の上にある、請求項１に記載の装置。
4. 前記導波管内に配置された光終端器を更に備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記電気光学要素は、前記第１の電極と、前記発光ダイオードとに連係されたアナログ‐デジタル変換器を更に含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記電気光学要素は、前記第１の電極と、前記アナログ‐デジタル変換器とに連係された増幅器を更に含む、請求項５に記載の装置。
7. 第３の電極と、前記第３の電極と電源との間で電気信号を交換するための、前記第３の電極に接続されたワイヤとを更に備える、請求項５に記載の装置。
8. プローブを更に備え、前記導波管は、前記プローブ内に同軸に配置される、請求項１に記載の装置。
9. 前記第１の電極および前記第２の電極は、前記導波管の外部から前記プローブの外壁まで測定された距離にて前記発光ダイオードから離間される、請求項８に記載の装置。

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