JP7210177B2 - パルス電力を使用する組織厚さ - Google Patents

Description

（著作権情報）
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（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年２月１０日に出願され、Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｓｓｕｅ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓと題された、米国仮出願第６２／４５７，２６６号、及び２０１７年３月１４日に出願され、Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｓｓｕｅ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｒｏｍ Ｒａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅと題された、米国仮出願第６２／４７０，９８３号の利益を主張し、これらは、参照によって本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、医療器具に関する。より具体的には、本発明は、エネルギーの印加によって作動される組織層の厚さを測定するための医療器具に関する。

侵襲性及び非侵襲性技法が、身体内の組織を評定するために使用されている。これらの技法は、特に、アブレーションカテーテル、生検針等の器具から損傷を受ける、ある特定の組織と他の組織及び臓器との関係に関する知識を必要とする医療手技に関連する。例えば、心房細動等の心不整脈は、心臓組織の諸区域が、隣接組織に電気信号を異常に伝導することによって正常な心周期を阻害し、非同期的な律動を引き起こす場合に発生する。

不整脈を治療するための手技としては、不整脈を発生させている信号の発生源を外科的に破壊することと、そのような信号の伝導路を破壊することが挙げられる。カテーテルを介してエネルギーを印加して心臓組織を選択的にアブレーションすることによって、心臓の一部分から別の部分への望ましくない電気信号の伝播を停止又は変更することが時に可能である。アブレーション法は、非伝導性の損傷部位を形成することによって望ましくない電気経路を破壊するものである。

心臓組織のアブレーションに高周波エネルギーを用いる際の既知の難点は、組織の局所加熱を制御することである。異常な組織の病巣を効果的にアブレーションする、又は異常な伝導パターンを遮断するために十分に大きな損傷部を形成したいという要望と、過剰な局所加熱の望ましくない影響との間に、トレードオフが存在する。高周波装置が生成する損傷部が小さすぎる場合、医療手技はあまり効果的にならないことがあり、あるいは過度に時間を要することがある。他方で、組織が過度に加熱された場合、過熱を原因とする局所的な炭化効果、血塊、及び／又は爆発的な水蒸気の破裂が起こり得る。高周波装置が生成する損傷部位が大きすぎる場合、隣接する組織が、意図せずにアブレーションされることがある。場合によっては、心臓の壁の穿孔が生じ得る。したがって、アブレーションされる組織の厚さを知ることが望ましい。

多くの場合、これは、ＭＲＩ（磁気共鳴画像法）又はＣＴ（コンピュータ断層撮影）の画像などから予め取得した組織の画像から推測することができる。アブレーションの場合、このデータは、アブレーションを行う専門家に利用可能ではないことがある。それが利用可能である場合でさえも、厚さを十分な精度にし得ないか、又は像を取得してから厚さが変化した可能性がある。

Ｇｏｖａｒｉら、同一出願人による米国特許出願公開第２０１６／０１８３９１５号は、参照によって本明細書に組み込まれるが、変換器から超音波パルスが変換器に反射されて戻ってくる期間（変換器のＡモード動作中）を判定することによる、超音波を使用する組織厚さ測定を記載する。バックグラウンドノイズは、変換器を組織と接触させて設置し、遠位先端を垂直に、すなわち、組織表面に対して垂直に、前後に動かし、それにより圧迫が組織を減圧することによって除去されている。パルスは組織の異なる距離を横断するため、垂直運動によって、パルスが異なる周期で戻る。接触力は、目的とする組織界面から戻るパルスを、バックグラウンド反射及びノイズから隔離するために、測定された接触力を変換器によって取得した信号と相関させる。実際の組織厚は、低力状態と比較して、高力状態においてより小さいため、相関性は、高力時の戻りパルス周期は、低力時の戻りパルス周期よりも短いという事実を利用することができる。

本発明の実施形態は、検討される組織の厚さの独立した測定を提供する。アブレーション手技については、本方法は、アブレーションが実際に行われている間、又はアブレーションが行われていない間に適用することができる。この測定は、熱エネルギーパルスが、組織に接触しているカテーテルの遠位端部から組織に注入された場合、遠位端部の温度変化率が、組織の厚さに応じて変化するという、本発明者による発見を利用している。組織が厚い場合、変化率は大きく、組織が薄い場合、変化率は小さい。

したがって、組織をアブレーションするための高周波エネルギーを使用する典型的な手技では、カテーテル遠位端部は、挿入されてアブレーションされる組織に近接し、遠位端部及び組織は、所与の量で灌注される。灌注の間、高周波数パルスは、組織に短時間、印加され、遠位端部における多重センサから計算されるカテーテル遠位端部の温度、通常、平均温度がモニタリングされる。次に、測定された遠位端部の温度変化率から、組織の厚さが推定される。この推定は、通常、正規化された遠位端部の温度変化率と組織の厚さとの間の関係を使用することを含む。この関係は、組織に近接してカテーテルを挿入する前に、判定することができる。

いったん組織厚さが推定されると、組織のアブレーションを首尾よく実現するため、アブレーションのために使用される電力、及びその電力が印加される時間の推定に、厚さの値を使用することができる。

本発明の実施形態によれば、カテーテルの遠位部分に配置された電極を組織に接触させることによって実施され、電極が、０．０１～２５ｍｍ^２の範囲内の面積を有する方法が提供される。本方法は、電極を通して高周波電力のパルスを組織に印加することによって更に実施され、パルスが、１０μｓ～１００μｓの幅を有する。本方法は、パルスを印加しながら、遠位部分の温度を記録し、遠位部分の温度の変化率を算出し、かつ変化率に応じて組織の厚さの推定を行うことによって更に実施される。

本方法の一態様によれば、電極の面積は、２．８ｍｍ^２を超えない。

本方法の一態様によれば、温度を記録することは、パルスの終端に対応する時間に行われる。

本方法の更に別の態様によれば、パルスの幅は、１００μｓである。

本方法の更なる態様によれば、パルスは、毎秒１０～１００回反復される。

本方法の追加の態様によれば、パルスは、毎秒１０回反復される。

本方法の別の態様によれば、パルスは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１～１０Ｗの電力レベルを有する。

本方法の更に別の態様によれば、電力レベルは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１０Ｗである。

本方法の一態様は、変化率、組織の厚さ、パルスのレベル及び時間、並びに組織を灌注するための灌注率の間の関係を判定することを含む。この関係は、組織の厚さを推定するために使用される。

本方法のまた別の態様は、推定を使用して、アブレーションインデックスに従って計算された深さで組織をアブレーションすることを含む。

本発明の実施形態によれば、カテーテルと、カテーテルの遠位部分に配置される電極と、を含み、電極が、０．０１～２５ｍｍ^２の範囲内の面積を有する装置が更に提供される。本装置は、電極に接続され、電極と接触する組織に、１０μｓ～１００μｓの幅を有する高周波電力のパルスを印加するように構成された発電装置を含む。遠位部分の温度センサは、パルスが印加されている間に温度を記録し、プロセッサは、記録された温度に応じて遠位部分の温度の変化率を算出するために、かつ変化率に応じて組織の厚さの推定を行うために動作可能である。

本発明をより深く理解するため、本発明の詳細な説明を実例として参照するが、この説明は以下の図面と併せて読むべきものである。図中、同様の要素には同様の参照数字を付してある。
本発明の実施形態による、装置を用いた侵襲性医療手技の概略図である。 本発明の実施形態による、装置で用いられるプローブの遠位端部の概略図である。 本発明の実施形態による、組織厚さ対傾きの概略グラフである。 本発明の実施形態による、手技を行う際に専門家が従う工程のフロー図である。 本発明の実施形態による、アブレーション及びアクティブカレントロケーション（active current location、ＡＣＬ）回路の概略図である。 本発明の実施形態による、組織内の経時的な温度の変化ΔＴのプロットである。

以下の説明では、本発明の様々な原理が十分に理解されるように、多くの具体的な詳細について記載する。しかしながら、これらの詳細のすべてが本発明を実施する上で必ずしも必要であるとは限らない点は当業者には明らかであろう。この場合、一般的な概念を無用に分かりにくく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プロセス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。

参照により本明細書に援用される文書は本出願の一体部分と見なされるべきであり、いずれかの用語が、それらの援用された文書内で、本明細書で明示的又は暗示的に行われる定義と相反するように定義される場合を除き、本明細書における定義のみが考慮されるべきである。

ここで図面を参照し、最初に、本発明の実施形態による、装置１２を用いた侵襲性医療手技の概略図である図１、及び本発明の実施形態による、その装置で使用されるカテーテル又はプローブ２０の遠位端部２２の概略図である図２を参照する。この手技は、医療専門家１４によって行われ、これ以降の説明において、この手技は、ヒト患者１８の心臓の心筋１６の組織１５の一部のアブレーションを含むことが前提とされている。

検討を行うために、専門家１４は、プローブ２０を、患者の内腔に予め位置決めされているシース２１に挿入する。シース２１は、プローブの遠位端部２２が患者の心臓に入るように位置決めされる。遠位端部２２は、遠位端部の位置及び向きを追跡することを可能にする位置センサ２４、遠位端部が心筋に接触したときに遠位端部によって印加される力を測定する力センサ２６、及び遠位端部のそれぞれの位置の温度を測定する１つ又は２つ以上の温度センサ２８を備える。遠位端部２２はまた、心筋をアブレーションするため、心筋１６に高周波アブレーション電力を送り込むために使用される、電極３０を備える。電極３０はまた、以下に明記されているとおり、心筋から電極電位を取得するために使用され得る。

装置１２は、装置の操作コンソール４８内に位置するシステムプロセッサ４６により制御される。コンソール４８は、制御装置４９を備え、この制御装置４９は、専門家１４により使用されて、プロセッサ４６と通信する。プロセッサ４６用のソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形態でプロセッサにダウンロードすることができる。代替的に又は追加的に、ソフトウェアは、光学的、磁気的又は電子的記憶媒体などの非一時的有形媒体上で提供され得る。遠位端部２２の追跡は、通常、スクリーン６１上に表示される患者１８の心臓の三次元描写５９上に表示される。

システムプロセッサ４６は、通常、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）、次いでアナログ－デジタル（analog-to-digital、Ａ／Ｄ）信号変換集積回路４７として構成されている、リアルタイムノイズ低減回路４５を備える。このプロセッサは、信号をＡ／Ｄ回路４７から別のプロセッサに伝えることができ、及び／又は、本明細書において開示されている少なくとも１つのアルゴリズムを実行するようにプログラムすることができ、このアルゴリズムは、本明細書において以下に記載されているステップを含む。このプロセッサは、アルゴリズムを実行するために、回路４５及び回路４７、並びに以下でより詳細に記載されているモジュールの機能を使用する。

装置１２を操作するために、プロセッサ４６のアルゴリズムは、この装置を操作するためのプロセッサにより使用されるいくつかのモジュールを有するモジュールバンク５０と通信する。したがって、バンク５０は、電極３０からの信号を取得及び解析する心電計（electrocardiograph、ＥＣＧ）モジュール５６、及び位置センサ２４からの信号を受信及び解析し、かつ信号解析を使用して遠位端部２２の位置及び向きを生成する、追跡モジュール５８を備える。一部の実施形態では、位置センサ２４は、コイルを横切る磁界に応答して、センサの信号を提供する、１つ又は２つ以上のコイルを備える。これらの実施形態では、センサ２４から信号を受信及び解析することに加えて、追跡モジュール５８はまた、位置センサ２４を横切る磁界を放射する放射器３２、３４、３６を制御する。放射器は心筋１６に近接して配置されており、心筋に近接する領域内に交番磁界を放射するように構成されている。Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，ＣＡ）によって製造されるＣａｒｔｏ（登録商標）システムは、このような磁気追跡システムを用いている。

バンク５０はまた、力モジュール６０、電源モジュール６２、灌注モジュール６４及び温度モジュール６６を備える。これらモジュールの機能を、以下に説明する。

力モジュール６０は、力センサ２６からの信号を受信し、その信号から、遠位端部２２によって組織１５に及ぼす接触力の大きさＣＦ（本明細書ではグラムで測定されることが前提とされている）を生じる。一部の実施形態では、力センサ２６は、力センサ２６が力モジュール６０に提供する信号によって、モジュールが、遠位端部により組織１５に及ぼす力の方向を評価することを可能にするように構成されている。

電力モジュール６２は、電極３０に伝達され、組織１５をアブレーションするために電極によって印加される、高周波電力を生成する。以下により詳細に説明されているとおり、プロセッサ４６及び電力モジュール６２は、電極によって送り込まれる電力レベルＰ（本明細書ではワットで測定されることが前提である）及びこの電力が送り込まれている間の時間ｔの長さ（秒で測定される）を調節することが可能である。

灌注モジュール６４は、遠位端部２２に供給される灌注流体、通常、正常食塩溶液の流量Ｖ（本明細書ではｍＬ／分で測定されることが前提とされている）を制御する。灌注流体は、遠位端部にある灌注孔８０から放出される。

温度モジュール６６は、１つ又は２つ以上の温度センサ２８から信号を受信し、それぞれのセンサによって記録される温度を判定する。通常、多重温度センサ２８の場合、モジュールは、遠位端部２２の平均温度Ｔを判定する。更に、多重センサの場合、モジュールは、遠位端部の温度分布のマップを作成することができる。

本発明者は、組織１５への熱エネルギーパルスの注入時に、組織の全体の厚さＤが、１つ又は２つ以上の温度センサ２８によって測定される温度変化率

に影響を及ぼすことを見出した。特に、遠位端部を流れる流体の所与の灌注率Ｖに関すると、及び遠位端部により組織に印加された所与の接触力ＣＦに関すると、温度変化率

は、Ｄの値が大きい場合、大きく、Ｄの値が小さい場合、小さい。熱エネルギーパルスは、短時間、組織に高周波電力を印加することによって組織内に注入され得る。本発明者は、温度の変化率

と全体の組織厚さＤとの上記の関係が、組織によって保持された熱エネルギーによる、すなわち大きな値のＤを有する組織が、小さな値のＤを有する組織よりも多くの熱エネルギーを保持すると考える。

上記の関係は、以下の式（１）によって表すことができる：

式中、Ｄは、組織の厚さであり、
ΔＴは、時間Δｔにおける遠位端部の温度変化であり、
ｆは、関数である。

一実施形態では、関数ｆは、式（２）で与えられているとおりである：

式中、
ｎは、指数であり、
Ａ、Ｂは、カテーテルの遠位端部の熱特性に依存する値を有する定数パラメータであり、
ｓは、温度－時間グラフの正規化した傾き、すなわち、

である。

温度－時間グラフの正規化されていない傾き

は、遠位端部により組織に印加される接触力ＣＦ、印加される高周波パルス電力のレベルＰ、高周波電力パルスの印加時間ｔの長さ、及び灌注率Ｖに依存する。

ＣＦを正規化されている接触力ＣＦ_ＮＯＲＭに、Ｐを正規化されているパルス電力Ｐ_ＮＯＲＭに、ｔを正規化されているパルス長さｔ_ＮＯＲＭに、及びＶを正規化されている灌注率Ｖ_ＮＯＲＭに正規化することにより、正規化されていない傾き

は、正規化されている傾き

に変換される。正規化は、正規化されていない傾きと接触力ＣＦ、Ｐと印加されるパルス電力Ｐ、パルス長さｔと灌注率Ｖとの間のそれぞれの関係を前提としている。実施形態では、ＣＦ、Ｐ及びｔの関係は、それぞれ、正比例関係を含むと考えられ、Ｖの関係は、反比例を含むと考えられる。しかしながら、温度－時間グラフの傾きを正規化する際に使用することができる他の関係が、当業者に明白であり、このような関係はすべて、本発明の範囲内に含まれると考えられる。

実施形態では、式（２）中の指数ｎは、１又は２として設定される。他の実施形態では、ｎの値は、１及び２とは異なるよう設定されてもよく、非整数値であってもよい。

Ａ及びＢの値、並びに上で言及されている正規化されている値、並びに傾き

を正規化するための関係のパラメータの値は、モデル６８として、及び／又はプロセッサ４６によってアクセスされるメモリ７２に含まれるルックアップテーブル７０に記憶することができる。

ここで、本発明の実施形態による、ｎ＝１の場合の式（２）から判定された、厚さＤ対正規化された傾きｓの概略的なグラフである、図３を参照する。グラフに図示されるように、傾きｓ

は、組織厚さＤに対して単調に増加する。また図示されるように、グラフは、傾きｓが増加するにつれて、漸近線Ｄ＝Ａに指数関数的に近づく。

明確かつ簡単にするため、特に明記している場合を除き、以下の説明は、組織厚さと温度変化率との間の関係は、式（２）によって与えられているとおりであり、ｎ＝１であることを前提とする。当業者は、ｎの他の値、及び式（１）の形態の他の関係に関して、必要な変更を加えて、本説明を修正することができよう。

実際のアブレーション手技を行う前に、専門家１４は、組織厚さＤ及び傾き

の測定値を使用する組織のアブレーションによって、式（２）におけるＡ及びＢの値、並びに傾き

を正規化するために使用される関係の値を判定することができる。通常、このような判定は、灌注率Ｖ、高周波パルス電力Ｐ、パルスの時間の長さｔ、接触力ＣＦの値の範囲を使用することを含む。Ｐ、Ｖ、及びｔの値は、使用される組織の温度が約４０℃～６０℃の範囲内に維持されるよう、通常、選択され、その結果、温度のいかなる変化も組織に対して害にならない。

一実施形態では、Ｖの値は、１０～２０ｍＬ／分の範囲内に設定され、Ｐの値は、２０～３０Ｗの範囲内に設定され、パルス長さｔは、１～３ｓの範囲内に設定され、接触力ＣＦは、５～２５グラムの範囲内にあり、正規化されている値は、Ｖ_ＮＯＲＭ＝１５ｍＬ／分、Ｐ_ＮＯＲＭ＝２５Ｗ、ｔ_ＮＯＲＭ＝２ｓ及びＣＦ_ＮＯＲＭ＝１５グラムに設定される。しかしながら、使用される組織の温度が、約４０℃～６０℃の間にとどまっているとすると、Ｖ、Ｐ及びｔは、これらの範囲外の値を有していてもよく、正規化した値は、ここで提示されているものとは異なっていてもよく、このような代替値は、過度な実験なしに、当業者により判定することができる。

選択されたカテーテルに対するＡ及びＢを判定するために、カテーテルの遠位端部を、既知の厚さＤの組織に接触させて、この遠位端部が、組織に正規化された接触力ＣＦ_ＮＯＲＭを及ぼすよう構成される一方、遠位端部及び組織は、正規化された灌注率Ｖ_ＮＯＲＭで灌注される。正規化された電力Ｐ_ＮＯＲＭ及びパルス長さｔ_ＮＯＲＭを有する高周波数パルスを組織に印加し、遠位端部の温度Ｔは、経時的に変化すると記録される。遠位端部の温度及び時間の記録から、正規化した傾き

の推定を行う。一実施形態では、

の値は、５ｓとなるΔｔの値に対する、温度の変化ΔＴから計算され、この場合、記録の最初の５ｓにわたる値Δｔが採用される。

上記の判定は、組織厚さＤの様々な値に対して繰り返され、

の個々の様々な値を得て、選択されたカテーテルに対してＡ及びＢの値を得る。

選択されたカテーテルそれぞれについて、専門家１４は、数学モデル６８として、Ａ、Ｂの個々の値を記憶するためのプロセッサ４６を使用することができる（図１）。モデル６８は、上記のとおり、プロセッサが、正規化した値Ｖ_ＮＯＲＭ、Ｐ_ＮＯＲＭ、ｔ_ＮＯＲＭ及びＣＦ_ＮＯＲＭに対する個々の正規化関係に対する値と一緒に、Ｖ、Ｐ、ｔ及びＣＦの実験値から、Ａ及びＢの値を判定することが可能となる、費用関数などの数学的関数である。代替的に、又は追加的に、専門家１４は、選択したカテーテルのそれぞれに対して、Ａ及びＢの個々の値、並びにルックアップテーブル７０に個々の関係に関する値を記憶するためのプロセッサを構成することができる。

ここで、本発明の実施形態による、上で言及したアブレーション手技を行う際に専門家１４が従うステップのフロー図、及びプロセッサ４６のアルゴリズムである、図４を参照する。通常、アブレーション手技の開始前に行われる準備ステップ１００では、組織厚さＤと正規化した傾きｓとの間の関係、すなわち遠位端部２２の正規化した温度変化率

を数式にする。上記のとおり、簡潔かつ明確にするため、本明細書における関係は、式（２）に対応し、ｎ＝１であると見なす。この関係を数式にすることに加え、ステップ１００において、Ａ及びＢのこのような場合では、上記のとおり、関係のパラメータの値及び関係を正規化するためのパラメータは、ルックアップテーブル７０、及び／又は数学的モデル６８として記憶される。通常、このフロー図のアブレーション手技に使用される遠位端部２２と類似した遠位端部を有するカテーテルを使用して、評価を行う、並びに／又はルックアップテーブル７０及び数学的モデル６８を生成させる。

最初の手技ステップ１０２では、専門家１４は、心筋１６の組織１５の選択された部分に接触するよう遠位端部２２を挿入し、力モジュール６０及びプロセッサ４６は、力センサ２６によって感知された接触力ＣＦを記録する。いったん組織１５に接触すると、専門家は、遠位端部への灌注率Ｖを設定する。通常、Ｖの値は、１０～２０ｍＬ／分の範囲内に設定されるが、Ｖは、この範囲外の値を有することがある。更に、遠位端部及び組織が灌注されている間、プロセッサは、電極３０を使用して、遠位端部と接触している組織に高周波電力パルスを印加する。一実施形態では、プロセッサは、３０ワットの電力Ｐ及び１秒の期間ｔを有するようパルスを設定する。プロセッサは、Ｖ、Ｐ、及びｔの値を記録する。

傾き測定ステップ１０４では、パルスが、いったん組織１５に印加されると、プロセッサは、１つ又は２つ以上の温度センサ２８の温度、及び記録時間の記録を開始する。温度及び時間から、プロセッサは、傾き

の値を評価する。傾きから、プロセッサは、正規化した温度変化率

すなわち遠位端部２２の対応する温度－時間のグラフの正規化した傾きを計算する。

組織厚さステップ１０６では、プロセッサは、ステップ１０４において見出された正規化した傾きをステップ１００において数式にした関係に、この関係のパラメータＡ、Ｂの適切な値と一緒に適用し、組織１５の厚さＤを評価する。ｎ＝１である式（２）に対応する関係に関しては、Ａ及びＢの値は、ルックアップテーブル７０及び／又は数学的モデル６８から見出される。

アブレーションステップ１０８では、プロセッサは、評価した組織厚さＤを使用して、電力が印加される高周波電力Ｐ及び継続時間ｔを推定し、組織１５をアブレーションする。この推定は、通常、下記のアブレーションインデックスを使用する。

当該技術分野において公知のとおり、アブレーションインデックスは、アブレーションが進行するにつれて変化する値を有する関数であり、既知のタイプの組織のアブレーションによって生じる損傷のサイズを推定する。このインデックスによってもたらされる推定値は、アブレーション中及びアブレーションの時間の間に測定される接触力ＣＦ及び電力Ｐの値に依存する。アブレーションインデックスは、２０１６ Ｈｅａｒｔ Ｒｈｙｔｈｍ Ｃｏｎｇｒｅｓｓで公開された、Ｈｕｓｓｅｉｎらによる「Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ－ｇｕｉｄｅｄ Ｐｕｌｍｏｎａｒｙ Ｖｅｉｎ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｔｒｉａｌ Ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ ｍａｙ Ｉｍｐｒｏｖｅ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｕｔｃｏｍｅｓ ｉｎ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｆｏｒｃｅ－ｇｕｉｄｅｄ Ａｂｌａｔｉｏｎ」と題する記事に、及びＢａｒ－Ｔａｌらによる米国特許出願第２０１７／００１４１８１号に記載されている。いずれの文書も、参照により本明細書に組み込まれる。

以下の式（３）は、アブレーションインデックスを表す。

式中、Ｃは、アブレーションされる組織のタイプに応じた値を有する定数である。一実施形態では、Ｃは、約０．００２の値を有し、
αは、通常、０．６～０．８の範囲内の値を有する指数であり、
βは、通常、１．４～１．８の範囲内の値を有する指数であり、
δは、約０．３５の値を有する指数であり、
Ｄは、時間ｔの間にアブレーションすることによって達成される損傷の深さの推定値であり、瞬間的接触力ＣＦ（τ）及び瞬間的電力Ｐ（τ）を用い、ここでは、τは時間変数を表す。

接触力及び電力が、一定であると仮定して、時間ｔを要するアブレーション手技の間の個々の値

を有する場合、式（３）は、式（４）として書き直すことができる。

式（４）の左側の値、すなわち組織厚さＤは、ステップ１０６から分かる。したがって、プロセッサ４６は、式（４）の右側を使用して、専門家１４に、力ＣＦの測定値及びＣの推定値を使用してアブレーションのための電力Ｐ及び時間ｔの推奨値を提供することができる。

ステップ１０８では、専門家１４は、組織１５をアブレーションするために、推奨された電力Ｐ及び時間ｔの値の１つを選択し、これらの値の範囲内で組織１５のアブレーションを行う結論を下す。

フロー図のステップの上記の説明は、アブレーション手技中に印可される電力の値を判定する際に、専門家１４がアブレーションインデックスを使用すると見なしたものである。アブレーションインデックスが計算され、アブレーション電力がプロセッサによって自動的に調整されてもよい。アブレーションインデックスは、アブレーション手技の間に使用されるアブレーションの電力及び時間などのパラメータの値を判定する際に、専門家への支援として働く。しかしながら、専門家は、やはり組織厚さステップ１０６の説明を使用して、アブレーションされる組織の厚さを推定ながらも、このようなパラメータの値を決定する際にアブレーションインデックスを使用しなくてもよく、このような例の場合、必要な変更を加えて、フロー図の説明を適合させてもよいことが理解されよう。したがって、本発明の範囲は、アブレーションインデックスが使用されない例を含むことが理解されよう。

上記の説明は、カテーテル遠位端部の温度変化率、すなわち温度－時間グラフの傾きが正規化されることをやはり前提としている。とはいえ、当業者は、カテーテル遠位端部の温度変化率が正規化されていない場合を受け入れるよう、本説明を適合させることができよう。

アブレーション回路
ここで、図１に示されるシステムとともに使用するためのアブレーション及びアクティブカレントロケーション（ＡＣＬ）回路１１０の概略図である、図５を参照する。この構成は、Ｇｏｖａｒｉらによる米国特許出願公開第２００６／０１７３２５１号、及びＯｓａｄｃｈｙによる米国特許出願公開第２００７／００３８０７８号に記載されているものと同様であり、参照によって本明細書に組み込まれる。構成は、本発明の原理に従って動作するように変更され得る。説明の便宜上、以下に簡潔に記載する。

複数の身体表面の電極１１２は、接着皮膚用パッチであってよく、被験者１１６の身体表面１１４（例えば、皮膚）に結合される。身体表面の電極１１２は、時に、本明細書では「パッチ」と呼ばれる。心臓用途では、身体表面の電極１１２は、通常、心臓を取り囲むように、３つが被験者の胸に、３つが背中に割り振られる。しかしながら、身体表面の電極１１２の数は重要ではなく、それらは医療処置の部位の通常の近辺で身体表面１１４上の便利な位置に定置してよい。

通常、コンソール２４（図１）に配置される制御ユニット１１８は、電流測定回路１２０、及びそれぞれの動作周波数で１つ又は２つ以上の電極１１２を通して１つ又は２つ以上の身体表面の電極１１２に電流を駆動するための、１つ又は２つ以上のカテーテル電極伝送器１２２を含む。制御ユニット１１８は、位置決めプロセッサ（図１）に連結される。制御ユニット１１８は、少なくとも１つのアブレーション発生器１２６を備えるアブレータ１２４に連結される。身体表面の電極１１２及びアブレータ身体表面の電極１２８を通る電流は、アブレーション発生器１２６を有する回路内を流れ、本明細書では「パッチ測定回路」と呼ばれることもある、身体電極受信器１３０内に配置されるそれぞれの電流測定回路によって測定される。身体電極受信器１３０は、通常、制御ユニット１１８に組み込まれる。代替的に、それらは、身体表面の電極１１２に貼り付けられてもよい。カテーテル電極は、測定電極１３２（円）及び二重目的用電極１３４（楕円）として図５に表される。二重目的用電極１３４は、アブレーション電極として機能し、また測定電極の１つとしても使える。

身体表面の電極１１２は、アブレーション及び除細動電流からシステムを保護する、パッチボックス１３６を介して身体電極受信器１３０に接続される。典型的には、システムは、６つの身体電極受信器１３０とともに構成される。パッチボックスの寄生インピーダンス１３８（Ｚ）は、製造中に測定され、これにより、事前に既知である。これらのインピーダンスについて以下で論じる。

典型的には、便宜上２つの測定電極１３２のみが示されているが、約８０の測定電極がインピーダンス測定に用いられる。典型的には、１つ又は２つのアブレーション電極が存在する。身体内部のカテーテルの座標は、カテーテル上の電極と身体表面の電極１１２との間に電流を通すことにより、位置決めシステムで判定される。

制御ユニット１１８はまた、アブレータ１２４及び二重目的用電極１３４を備えるアブレーション回路を制御し得る。アブレータ１２４は、通常、制御ユニット１１８の外部に配置され、アブレーション発生器１２６を内蔵する。それは、アブレータ身体表面の電極１２８及びアブレータフィルタ１４０と接続しており、この例では、制御ユニット１１８内に示される。ただし、この位置は、必須ではない。スイッチ１４２は、以下に記載するような様々な操作モードのためのアブレータ回路を構成する。電圧測定回路が、カテーテル電極伝送器１２２の出力を判定するために提供される。図５の検査から、アブレーション回路が、カテーテル電極伝送器１２２のうちの１つに接続されていることが分かるであろう。

第１の代替実施形態
アブレーションは、カテーテルから組織に十分な高周波（radiofrequency、ＲＦ）エネルギーを伝達して、アブレーション、又は上記の組織厚さ測定に必要な十分に大きい熱パルスを生成するために比較的大きな電極を必要とする。小さい電極は、非アブレーション手技には適切であるが、少量のＲＦエネルギー転送のみを支援する。この場合、アブレーション電極に使用される熱パルスが小さくなり過ぎて、カテーテル温度上昇が温度センサのノイズ内に消失する。この実施形態を使用して、組織厚さは、アブレーション電極を欠いたカテーテル、例えば、マッピングカテーテルを使用して測定することができる。

本発明の実施形態は、電力Ｐの短パルス（１０～１００μｓのパルス幅）を組織内に繰り返し注入し、ΔＴを求めるためにカテーテルの温度上昇を平均化することによって、小さい電極の制限されたＲＦエネルギー伝達能力を克服する。短パルスを用いるだけで、基本的にはパルス注入に使用する電極のサイズに制限がなく、例えば、小さなマッピング電極を使用することができる。平均化は、ノイズ問題を克服し、事前較正は、Ｐ及びΔＴの値から組織厚さを求めるために使用される。このような電極に対する典型的なサイズ範囲は、１～４．８ｍｍ^２であり、１０パルス／秒で１～２０Ｗ／ｍｍ^２の典型的な電力レベルを有する。

第２の代替実施形態
本実施形態では、マイクロ電極が、上記の原理を使用して組織厚さを判定するために使用される。いくつかの実施形態では、マイクロ電極は、０．１～５ミリメートルの範囲の長手方向の長さを有し得、０．１～５ミリメートルの範囲の横幅を有し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、マイクロ電極は、約０．９２ミリメートルの長手方向の長さを有し得、約０．９ミリメートルの横幅を有し得る。また他の実施形態では、マイクロ電極は、約０．９２ミリメートルの長手方向の長さを有し得、約０．３ミリメートルの横幅を有し得る。更に他の実施形態において、マイクロ電極は、約０．３～０．５ｍｍの直径を有する円形であり得る。本発明の原理を使用する組織厚さの判定に好適であるマイクロ電極を有するカテーテルが、参照によって本明細書に組み込まれる、Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｃａｔｈｅｔｅｒと題された、Ｇｏｖａｒｉら、同一出願人による米国特許出願公開第２０１５／０２７２６６７号、及びＨｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｃａｔｈｅｔｅｒと題された、米国特許出願公開第２０１７／０１１２４０５号に開示されている。

ここで、本発明の実施形態による、パルス状のＲＦ電力が電極に印加されたときの組織内の経時的な温度の変化ΔＴのプロットである、図６を参照する。温度の変化ΔＴは、周期的であり、各パルスよりも遅れ、後続パルスよりも先にベースラインに戻る。ΔＴサイクル及び温度自体は、パルスの周波数及び電力レベルを適切に調整するために最適化され得る。これにより、心筋内の実際の温度は、所望の限度内に維持され得、これは、組織厚さを確実に計算するために十分に強い信号を可能にするが、心筋を損傷させるような強さではない。

当業者であれば、本発明が上記で具体的に図示及び記載されたものに限定されない点を理解するであろう。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせ、並びに上記の説明を読むことで当業者には想到されるであろう、先行技術にはない上述の特徴の変形例及び改変例をも含むものである。

〔実施の態様〕
（１） 方法であって、
カテーテルの遠位部分に配置された電極を組織に接触させることであって、前記電極が、０．０１～２５ｍｍ^２の範囲内の面積を有する、接触させることと、
前記電極を使用して、高周波電力のパルスを前記組織に印加することであって、前記パルスが、１０μｓ～１００μｓの幅を有する、印加することと、
前記パルスを印加しながら、前記遠位部分の温度を記録することと、
前記記録された温度に応じて、前記遠位部分の前記温度の変化率を算出することと、
前記変化率に応じて、前記組織の厚さの推定を行うことと、を含む、方法。
（２） 前記電極の前記面積は、２．８ｍｍ^２を超えない、実施態様１に記載の方法。
（３） 温度を記録することは、前記パルスの終端に対応する時間に行われる、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記パルスの前記幅は、１００μｓである、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記パルスは、毎秒１０～１００回反復される、実施態様１に記載の方法。

（６） 前記パルスは、毎秒１０回反復される、実施態様５に記載の方法。
（７） 前記パルスは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１～１０Ｗの電力レベルを有する、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記電力レベルは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１０Ｗである、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記変化率、前記組織の前記厚さ、前記パルスのレベル及び時間、並びに前記組織を灌注するための灌注率の間の関係を判定することと、前記組織の前記厚さの前記推定を行う際に前記関係を使用することと、を更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１０） 前記推定を使用して、アブレーションインデックスに従って計算された深さで前記組織をアブレーションすることを更に含む、実施態様９に記載の方法。

（１１） 装置であって、
遠位部分を有するカテーテルと、
前記遠位部分に配置される電極であって、０．０１～２５ｍｍ^２の範囲内の面積を有する電極と、
前記電極に接続され、前記電極と接触する組織に高周波電力のパルスを印加するように構成された発電装置であって、前記パルスが１０μｓ～１００μｓの幅を有する、発電装置と、
前記パルスが印加されている間に温度を記録するための前記遠位部分にある温度センサと、
前記記録された温度に応じて前記遠位部分の前記温度の変化率を算出するために、かつ前記変化率に応じて前記組織の厚さの推定を行うために動作可能なプロセッサと、を備える、装置。
（１２） 前記電極の前記面積は、２．８ｍｍ^２を超えない、実施態様１１に記載の装置。
（１３） 前記プロセッサは、前記パルスの終端に対応する時間に温度を記録するように動作可能である、実施態様１１に記載の装置。
（１４） 前記パルスの前記幅は、１００μｓである、実施態様１１に記載の装置。
（１５） 前記パルスは、前記発電装置によって毎秒１０～１００回反復される、実施態様１１に記載の装置。

（１６） 前記パルスは、前記発電装置によって毎秒１０回反復される、実施態様１５に記載の装置。
（１７） 前記パルスは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１～１０Ｗの電力レベルを有する、実施態様１１に記載の装置。
（１８） 前記電力レベルは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１０Ｗである、実施態様１７に記載の装置。
（１９） 前記プロセッサは、前記変化率、前記組織の前記厚さ、前記パルスのレベル及び時間、並びに前記組織を灌注するための灌注率の間の関係を判定し、前記組織の前記厚さの前記推定を行う際に前記関係を使用するように更に構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（２０） 前記プロセッサは、アブレーションインデックスに応じて、前記プロセッサによって計算された深さで前記組織をアブレーションするように、前記推定を使用して前記発電装置を調節するように構成されている、実施態様１９に記載の装置。

Claims (9)

1. 装置であって、
   遠位部分を有するカテーテルと、
   前記遠位部分に配置される電極であって、０．０１～２５ｍｍ^２の範囲内の面積を有する電極と、
   前記電極に接続され、前記電極と接触する組織に高周波電力のパルスを印加するように構成された発電装置であって、前記パルスが１０μｓ～１００μｓの幅を有する、発電装置と、
   前記パルスが印加されている間に温度を記録するための前記遠位部分にある温度センサと、
   前記記録された温度に応じて前記遠位部分の前記温度の変化率を算出するために、かつ前記変化率に応じて前記組織の厚さの推定を行うために動作可能なプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、前記パルスの終端に対応する時間に温度を記録するように動作可能である、装置。
2. 前記電極の前記面積は、２．８ｍｍ^２を超えない、請求項１に記載の装置。
3. 前記パルスの前記幅は、１００μｓである、請求項１に記載の装置。
4. 前記パルスは、前記発電装置によって毎秒１０～１００回反復される、請求項１に記載の装置。
5. 前記パルスは、前記発電装置によって毎秒１０回反復される、請求項４に記載の装置。
6. 装置であって、
   遠位部分を有するカテーテルと、
   前記遠位部分に配置される電極であって、０．０１～２５ｍｍ ^２ の範囲内の面積を有する電極と、
   前記電極に接続され、前記電極と接触する組織に高周波電力のパルスを印加するように構成された発電装置であって、前記パルスが１０μｓ～１００μｓの幅を有する、発電装置と、
   前記パルスが印加されている間に温度を記録するための前記遠位部分にある温度センサと、
   前記記録された温度に応じて前記遠位部分の前記温度の変化率を算出するために、かつ前記変化率に応じて前記組織の厚さの推定を行うために動作可能なプロセッサと、を備え、
   前記パルスは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１～１０Ｗの電力レベルを有する、装置。
7. 前記電力レベルは、電極面積の１ｍｍ^２当たり１０Ｗである、請求項６に記載の装置。
8. 装置であって、
   遠位部分を有するカテーテルと、
   前記遠位部分に配置される電極であって、０．０１～２５ｍｍ ^２ の範囲内の面積を有する電極と、
   前記電極に接続され、前記電極と接触する組織に高周波電力のパルスを印加するように構成された発電装置であって、前記パルスが１０μｓ～１００μｓの幅を有する、発電装置と、
   前記パルスが印加されている間に温度を記録するための前記遠位部分にある温度センサと、
   前記記録された温度に応じて前記遠位部分の前記温度の変化率を算出するために、かつ前記変化率に応じて前記組織の厚さの推定を行うために動作可能なプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、前記変化率、前記組織の前記厚さ、前記パルスのレベル及び時間、並びに前記組織を灌注するための灌注率の間の関係を判定し、前記組織の前記厚さの前記推定を行う際に前記関係を使用するように更に構成されている、装置。
9. 前記プロセッサは、アブレーションインデックスに応じて、前記プロセッサによって計算された深さで前記組織をアブレーションするように、前記推定を使用して前記発電装置を調節するように構成されている、請求項８に記載の装置。

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