RU2654764C2 - Способ лазерной абляции патологической области сердца - Google Patents
Способ лазерной абляции патологической области сердца Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654764C2 RU2654764C2 RU2016133715A RU2016133715A RU2654764C2 RU 2654764 C2 RU2654764 C2 RU 2654764C2 RU 2016133715 A RU2016133715 A RU 2016133715A RU 2016133715 A RU2016133715 A RU 2016133715A RU 2654764 C2 RU2654764 C2 RU 2654764C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heart
- catheter
- laser
- pathological
- local
- Prior art date
Links
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 title description 4
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 claims abstract description 29
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 claims abstract description 25
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 210000005246 left atrium Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 210000005245 right atrium Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 210000003191 femoral vein Anatomy 0.000 claims abstract 2
- 210000001321 subclavian vein Anatomy 0.000 claims abstract 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 14
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims description 5
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 19
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 abstract description 19
- 210000000107 myocyte Anatomy 0.000 abstract description 12
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 7
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 210000005003 heart tissue Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000013130 cardiovascular surgery Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 206010003658 Atrial Fibrillation Diseases 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000007674 radiofrequency ablation Methods 0.000 description 8
- 238000013153 catheter ablation Methods 0.000 description 7
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 7
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 6
- 210000003492 pulmonary vein Anatomy 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 210000002837 heart atrium Anatomy 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 2
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 210000002064 heart cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 206010003662 Atrial flutter Diseases 0.000 description 1
- 208000020446 Cardiac disease Diseases 0.000 description 1
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 206010028851 Necrosis Diseases 0.000 description 1
- 206010049171 Pulmonary vein stenosis Diseases 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 208000008131 Ventricular Flutter Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001746 atrial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000315 cryotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 238000002001 electrophysiology Methods 0.000 description 1
- 230000007831 electrophysiology Effects 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000960 laser cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001314 paroxysmal effect Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 210000001631 vena cava inferior Anatomy 0.000 description 1
- 208000003663 ventricular fibrillation Diseases 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
- A61B18/24—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor with a catheter
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Laser Surgery Devices (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине, в частности к сердечно-сосудистой хирургии, и может быть использовано для абляции области патологического возбуждения сердечной мышцы. Вводят пространственно-управляемый катетер во внутреннюю область правого или левого предсердия или желудочков сердца через бедренную или подключичную вену под рентгеновской или МРТ визуализацией. Осуществляют пространственное электрофизиологическое картирование внутренней поверхности сердца для обнаружения областей аритмий с помощью управляемого извне наконечника катетера с электродом. Осуществляют контактное измерение локальных электрических потенциалов сердечной мышцы и облучение области патологического возбуждения сердечной мышцы электромагнитным излучением. В качестве электромагнитного излучения используют лазерное излучение в области прозрачности сердечной биоткани, соответствующей ближнему ИК диапазону от 700 нм до 1350 нм. Излучение вводят в кварцевый оптический световод, вставленный в пространственно- управляемый катетер. Уровень вводимой лазерной энергии определяют по исчезновению локальной области патологических электрических пульсаций сердечной мышцы. Используют непрерывный лазерный режим с мощностью на выходном торце катетера не более 1 Вт или импульсный лазерный режим со средней оптической мощностью, соответствующей непрерывному режиму. Длительность лазерного импульса не более 10 наносекунд при скважности не менее десяти. Время облучения не более одной минуты. Способ обеспечивает управляемое подавление локальных областей самовозбуждающихся миоцитов при минимальном повреждении нормальных клеток миокарда. 6 ил.
Description
Изобретение относится к медицине, в частности к сердечно-сосудистой хирургии для подавления локальных пространственных аритмий в клетках миокарда с помощью управляемой лазерной абляции патологических самовозбуждающихся клеток миокарда при введении катетера с оптическим волокном через бедренную или ключичную вену во внутреннюю полость сердца и облучении лазерным излучением с определенной длиной волны с выбранным уровнем мощности и времени облучения из выходного торца катетера предварительно определенной с помощью электрофизиологического катетера локальной патологической области сердечной мышцы до подавления источника возникновения локальной аритмии.
Известен способ подавления аритмии на основе криотехнологии при использовании жестких многоразовых электродов на основе закиси азота (охлаждение -89,5°C) или гибких одноразовых на основе аргона (охлаждение до -185,7°C), (см. патент РФ на ИЗ № 2197917, МПК A61B18/12, A61B18/18, опубликован 10.02.2003 г.; Бокерия Л.А., Бокерия О.Л., Биниашвили М.Б. «Случай успешного хирургического лечения фибрилляции предсердий с помощью криомодификации операции «Лабиринт»» // Бюллетень медицинских Интернет-конференций (ISSN 2224‐6150) 2013. Том 3. № 3; Tse H._F., Sin P._Y., Siu C._W., Tsang V., Lam C.L.K.,Lau C._P. Successful pulmonary vein isolation using transvenous catheter cryoablation improves quality of life in patients with atrial fibrillation // PACE. 2005. V. 28. P. 421–424).
Однако для локального повреждающего действия, необходимое время аппликации составляет 2-3 минуты, при этом на работающем сердце эпикардиальное криовоздействие имеет низкую пенетрирующую способность, ввиду согревающего эффекта циркулирующей крови. Кроме того, операция выполняется на открытом сердце.
Известен способ подавления фибрилляции предсердий, основанный на подведении к сердечному устью легочной вены через нижнюю полую вену специального ультразвукового катетера. Основными компонентами указанного катетера являются цилиндрический пьезопреобразователь и надувной параболический рефлектор. Действие устройства основано на создании фокусированного пучка высокоинтенсивного ультразвука с фокальной областью в виде кольца, совмещенного со стенкой легочной вены в месте ее входа в сердце. В результате ультразвукового воздействия возникает тепловое разрушение стенки сосуда и, как следствие, устраняется паразитная электрическая проводимость ткани, благодаря чему подавляется источник возникновения аритмий (Е.Д. Синельников, Т. Филд, О.А. Сапожников, «Закономерности формирования зоны термического разрушения при лечении фибрилляции предсердий катетерным методом ультразвуковой абляции» // Акустический журнал, 2009, том 55, № 4–5, с. 641–652).
Однако возникающая ультразвуковая кавитация, вследствие нелинейности процесса, может приводить к трудно контролируемой области нагрева сердечных биотканей несмотря на технологию сфокусированного ультразвукового пучка.
Известен способ чрескожной стереотаксической ризотомии. Технология заключается во введении в вену катетера, содержащего изолированный проводник электрического тока, и под рентгеновской визуализацией подведение катетера в область к локальной области центра возбуждения сердечной мышцы. Под воздействием импульсов тока локальная область сердечной мышцы деструктурируется и происходит подавление локальной аритмии («Аритмия сердца» // Под.ред. В.Дж. Мандела. М.: Медицина,1996, том 3. Глава 9. С. 301-315).
Однако при таком способе подавления сердечных аритмий, как показывает медицинская практика, возможно неконтролируемое патологическое возбуждение других областей сердечной мышцы, вызывающее трепетание предсердий или желудочков сердца и требующее введение искусственного водителя ритма.
Известен способ микроволновой абляции биотканей сердца, основанный на воздействии излучения электромагнитных волн на частоте 915 МГц или 2450 МГц, вызывающих осцилляцию молекулярных диполей в биоткани, приводящую к диэлектрическому нагреванию ткани. Однако на данных частотах невозможно осуществить локальный нагрев тканей сердца, так как длина волны излучения составляет 30-10 см. Электромагнитные волн от внешнего СВЧ генератора можно доставить с помощью волноводов или коаксиальных электрических кабелей, но только при операциях на открытом сердце.
Известны способы радиочастотной катетерной абляции патологических клеток миокарда (Haines D.E. «The biophysics of radiofrequency catheter ablation in the heart: the importance of temperature monitoring» // Pacing Clin Electrophysiol 1993. Mar. 16(3 Pt 2):586-91; Dong, J. «Initial experience in the use of integrated electroanatomic mapping with three-dimensional MR/CT images to guide catheter ablation of atrial fibrillation» / J. Dong, T. Dickfeld, D. Dalal et al. // J. Cardiovasc. Electrophysiol. – 2006. – Vol. 17. – P. 459–466; Ардашев А.В., Желяков Е.Г., Долгушина Е.А. «Радиочастотная катетерная абляция хронической формы фибрилляции предсердий методом изоляции легочных вен и анатомической модификации субстрата аритмии» // М.С.Кардиология, 2008, № 12, с. 40-48; патент РФ № 2443390, МПК A61B5/00, опубликован 27.02.2012 г.).
Наиболее близким к заявляемому решению является способ катетерной радиочастотной абляции патологических клеток миокарда, вызывающих локальные аритмии в сердечной мышце, описанный в статье «Диагностика и лечение фибрилляций предсердий. Рекомендации Российского кардиологического общества» // Российский кардиологический журнал, 2013, № 4, Приложение с. 1-99. Способ включает введение гибкого катетера через бедренную или ключичную вену при рентгеновской или МРТ визуализации катетера во внутреннюю область предсердия, пространственное электрофизиологическое картирование внутренней поверхности сердца для обнаружения областей аритмий с помощью пространственно-управляемого наконечника катетера с микроэлектродом для контактного измерения локальных потенциалов возбуждения, поиск и обнаружение областей локальных аритмий, облучение этих пространственных областей патологического возбуждения сердечной мышцы непрерывным электромагнитным излучением, выбранным из диапазона от 100 кГц до 3 МГц с типичным уровнем ВЧ мощности 30-40 Вт, повышающим локальную температуру облучаемых клеток миокарда до 50-56 градусов Цельсия и вызывающих коагуляционный некроз с образованием рубца, не обладающего свойством электрической проводимости в облучаемых клетках миокарда.
Радиочастотная энергия вызывает разрушение клеток миокарда в месте воздействия высокочастотного переменного электрического тока через резистивную среду (миокард). Тканевое сопротивление приводит к рассеянию энергии с образованием тепла, пассивно диффундирующего в более глубокие слои сердечной биоткани.
Однако резистивный нагрев тканей возникает только в непосредственной близости от излучающего конца катетера при монополярном высокочастотном (ВЧ) воздействии с характерной пространственной областью около одного кубического миллиметра, а более глубокие ткани нагреваются посредством трудно контролируемой диффузной теплопроводности в сердечной биоткани. Ограничение ВЧ мощности и соответственно температуры воздействия, контроль за образованием микропузырьков пара на конце катетера посредством внутрисердечной эхокардиографии и охлаждение в зоне воздействия посредством применения катетеров, орошаемых физраствором, позволяют минимизировать тромбообразование и обугливание электродов и тканей в месте контакта («Экспертный консенсусный документ Общества нарушений сердечного ритма (HRS/EHRA/ECAS) по катетерной и хирургической абляции фибрилляций предсердий», 2012).
В случае биполярного радиочастотного воздействия ткань нагревается только между двумя электродами без риска воздействия на окружающие ткани, однако данный метод применяется только на открытом сердце.
Катетерная радиочастотная абляция сформировалась как метод подавления сердечных аритмий в начале 90 годов прошлого века, а в настоящее время является наиболее эффективным методом, который позволяет успешно лечить практически все виды аритмии, включая мерцательную аритмию, трепетание и фибрилляцию предсердий и желудочков сердца. Однако эта процедура является довольно продолжительной (4–8 часов) и, как любая длительная операция на сердце, потенциально опасной для жизни пациента. Кроме того, при проведении указанной процедуры требуется задействовать разнообразные навигационные технические средства для точной ориентации катетера в сердце. Одним из наиболее опасных осложнений при радиочастотной абляции является стеноз легочной вены из-за трудноконтролируемого термического воздействия, что в конечном итоге приводит к сердечной недостаточности и инсульту. По этим причинам радиочастотная абляция как пароксизмальной, так и хронической фибрилляции в наши дни проводится лишь в ограниченном числе ведущих клиник США и других развитых стран.
Задачей изобретения является создание лазерной технологии управляемой локальной абляции патологических клеток миокарда, которые являются источником аритмий и предлагаемая технология может быть использована для локального необратимого подавления центров электрического самовозбуждения клеток миокарда на основе локального лазерного облучения не только внутренней поверхности сердца, но при выборе длины волны излучения лазера из окна прозрачности биотканей, реализация возможности контролируемым образом изменять температуру в объеме сердечной биоткани, включая миоциты на внешней поверхности сердца. Кроме того, нагрев миоцитов можно осуществлять не только при непрерывном лазерном воздействии, но и используя импульсные режимы облучения, вызывающие большую пространственную локальность при функциональной инактивации патологических миоцитов. При этом лазерное излучение доставляется к патологической области сердца через оптический световод, вставленный в стандартный катетер, используемый в технологии ВЧ абляции, который вводится в бедренную или ключичную вену, что делает операцию малоинвазивной.
Технический результат заключается в возможности управляемого подавления локальных областей самовозбуждающихся миоцитов, ответственных за возникновение аритмий в объеме сердечной мышцы, вследствие лазерного фототермолиза этих патологических клеток при минимальном повреждении нормальных клеток миокарда при использовании недорогой лазерной волоконно-оптической технологии.
Поставленная задача решается тем, что в способе катетерной абляции патологических клеток сердца, вызывающих локальные пространственные аритмии, включающем введение катетера через бедренную или ключичную вену при рентгеновской или МРТ визуализации пространственно-управляемого катетера во внутреннюю область правого или левого предсердия или желудочков сердца, пространственное электрофизиологическое картирование внутренней поверхности сердца для обнаружения областей аритмий с помощью управляемого извне наконечника катетера с электродом, определяемое с помощью контактного измерения локальных электрических потенциалов миокарда, и облучение области патологического возбуждения сердечной мышцы электромагнитным излучением, согласно изобретению, в качестве электромагнитного излучения выбирается лазерное излучение в области прозрачности сердечной биоткани, соответствующей ближнему ИК диапазону (700 нм-1550 нм), в зависимости от требуемой глубины фототермолиза патологических клеток миокарда в сердечной мышце, которое вводят в кварцевый оптический световод, вставленный в пространственно-управляемый катетер, а уровень вводимой лазерной энергии определяют по исчезновению локального центра патологических электрических пульсаций клеток миокарда, при этом лазерная мощность на выходном торце катетера не превышает 1 Вт, а время локального облучения не более одной минуты.
Для уменьшения локального пространственного 3D облучения по глубине нормальных клеток миокарда используют импульсный лазерный режим со средней оптической мощностью, соответствующей непрерывному режиму, и длительностью лазерного импульса не более 10 наносекунд при скважности не менее десяти.
Изобретение поясняется чертежами:
На фиг.1. показана блок-схема установки для подавления локальных пространственных аритмий в клетках миокарда с помощью управляемой лазерной абляции патологических самовозбуждающихся клеток миокарда, где:
1 - полупроводниковый или твердотельный лазер;
2 - кварцевый оптический световод;
3 - пространственно-управляемый катетер, содержащий внутри себя дополнительный кварцевый оптический световод;
4 - сердце пациента с введенными в предсердие или желудочки катетерами 3;
5 - устье легочной вены;
6 - пространственная зона патологической пульсации миоцитов.
Фиг.2. Внутренняя структура сердца с введенными в предсердие или пространственно-управляемыми катетерами, содержащими внутри кварцевый оптический световод.
Фиг.3. 2D термограммы динамики температурных полей при облучении ИК лазерным излучением полупроводникового лазера с длиной волны 810 нм, работающим в непрерывном режиме с выходной оптической мощностью на торце световода 1 Вт и расстоянии 1 см до сердечной мышцы крысы in vivo: а - до облучения; б – спустя 5 сек; в - спустя 40 сек; (масштаб по оси ординат 3 см).
Фиг.4. Динамика максимального лазерного нагрева сердечной мышцы крысы in vivo при облучении ИК излучением 1 Вт 810 нм, работающим в непрерывном режиме (расстояние от торца световода до поверхности сердца 2 см).
Фиг.5. Динамика температурных полей по глубине сердечной мышцы крысы in vitro при облучении ИК лазерным излучением с длиной волны 810 нм, работающим в непрерывном режиме с выходной оптической мощностью на торце световода 1 Вт, находящейся на расстоянии 1 см от сердечной мышцы: г - 0; д - 10 сек; е - 20 сек; ж – 1 мин.
Фиг.6. Динамика максимального лазерного нагрева и остывания сердечной мышцы крысы in vitro при облучении ИК излучением 1 Вт 810 нм, работающим в непрерывном режиме.
Устройство содержит полупроводниковый или твердотельный лазер 1, соединенный с кварцевым оптическим световодом 2. Выход оптического световода 2 через оптический разъем соединен с гибким пространственно-управляемый катетером 3, традиционно используемым в технологии радиочастотной катетерной абляции, но содержащим внутри себя дополнительный кварцевый оптический световод (на чертеже не показан).
Способ осуществляется следующим образом.
Человеку или животному через бедренную или ключичную вену вводят гибкий пространственно-управляемый катетер 3 (стандартная биомедицинская технология, как при радиочастотной катетерной абляции). С помощью рентгеновской или МРТ визуализации пространственно-управляемый катетер 3 вводят во внутреннюю область правого или левого предсердия 4 или желудочков сердца. Выполняют пространственное электрофизиологическое картирование внутренней поверхности сердца для обнаружения областей аритмий 6 с помощью управляемого извне наконечника катетера 3 с электродом, определяемое с помощью контактного измерения локальных электрических потенциалов миокард. Типичным пространственным местом в сердечной мышце, где возникают источники нерегулярных самовозбуждающихся волн в 3 D объеме сердечной биоткани, является устье легочной вены 5. Затем через оптический разъем присоединяют оптический световод 2, во входной конец которого вводят оптическое излучение лазера 1 с длиной волны, выбранной из ближнего ИК диапазона (700-1550 нм). Далее устанавливают уровень лазерной мощности не более 1 Вт, облучают область патологического возбуждения сердечной мышцы лазерным излучением в течение времени, соответствующего исчезновению аритмии в локально облучаемой области. Исчезновение аритмии обусловлено пространственным повышением температуры клеток миокарда до температуры выше 44, но не более 56 градусов Цельсия, вызывающей функциональное подавление проводимости облученных клеток миокарда при минимальном поражении сердечной мышцы.
Основное преимущество предлагаемого способа над наиболее эффективным способом радиочастотной абляции подавления локальных аритмий заключается в возможности управления 3D температурными полями в облучаемой области с помощью лазерного излучения из торца оптического световода, расположенного в пространственно-управляемом катетере, введенном во внутренние полости сердца.
Для подтверждения заявляемых положений нами были проведены эксперименты на сердце лабораторных крыс для определения 2D температурных полей по поверхности сердечной мышцы, подверженной лазерному облучению с конца оптического световода in vivo, а также распределение 3D температурных полей в сердечной мышце in vitro (фиг.3-6). Анализ проведенных и частично представленных экспериментальных результатов показывает, что выбором режимов излучения лазера, в частности: выходной лазерной мощности, плотности мощности, времени облучения, возможно управление динамикой 3D локального пространственного нагрева миоцитов, в то время как в методе радиочастотной абляции возможно регулирование только выходной мощности радиочастотного генератора не более 30 Вт и времени облучения типично не более 1 минуты на одну пространственную точку внутри области сердца, при этом максимальная температура возникает на металлическом конце зонда, который касается внутренней полости сердца, а далее температурные поля устанавливаются за счет термодиффузии. Однако в современной электрофизиологии сердца известно, что самовозбуждающиеся миоциты, являющиеся источником аритмий, возникают на внешней поверхности сердца. Использование лазерного излучения из так называемого окна прозрачности биотканей в ближней ИК области (700-1550 нм), где слабое поглощение гемоглобина эритроцитов возможно эффективное проникновение лазерного излучения до одного сантиметра, позволяет управлять температурой сердечной мышцы и в глубине. При этом важно, что процесс остывания составляет менее нескольких секунд, в отличие от теплового нагрева при радиочастотной абляции. Спектральная область ограничена снизу сильным поглощением в сине-зеленой области молекулами гемоглобина крови, а сверху резонансными колебаниями молекулы воды и их гармониками. Как показали эксперименты при использовании импульсных лазерных режимов облучения, можно добиться большей пространственной локальности температурных полей и соответственно более щадящего режима фототермолиза миоцитов.
Параметры лазерного непрерывного и импульсного воздействия определялись экспериментально на фантомах биоткани сердца и in vivo на открытом сердце крысы, при последующем гистологическом анализе. Необходимая лазерная энергия, время облучения каждой пространственной области патологических миоцитов и минимальная длительность лазерного импульса ограничивались условиями, указанными в формуле изобретения.
Таким образом, лазерная абляция обладает управляемым локальным нагревом не только 2D поверхности клеток сердца, но и локальным фототермолизом сердечных патологических 3D миоцитов при минимальном повреждении нормальных миоцитов в сердечной мышце.
Claims (1)
- Способ абляции патологической области сердца, включающий введение катетера через бедренную или подключичную вену при рентгеновской или МРТ визуализации пространственно-управляемого катетера во внутреннюю область правого или левого предсердия или желудочков сердца, пространственное электрофизиологическое картирование внутренней поверхности сердца для обнаружения областей аритмий с помощью управляемого извне наконечника катетера с электродом, определяемое с помощью контактного измерения локальных электрических потенциалов сердечной мышцы, и облучение области патологического возбуждения сердечной мышцы электромагнитным излучением, отличающийся тем, что в качестве электромагнитного излучения используют лазерное излучение в области прозрачности сердечной биоткани, соответствующей ближнему ИК диапазону от 700 нм до 1350 нм, которое вводят в кварцевый оптический световод, вставленный в пространственно-управляемый катетер, при уровне вводимой лазерной энергии, определяемой по исчезновению локальной области патологических электрических пульсаций сердечной мышцы, при этом используют непрерывный лазерный режим с лазерной мощностью на выходном торце катетера не более 1 Вт, или импульсный лазерный режим со средней оптической мощностью, соответствующей непрерывному режиму, и с длительностью лазерного импульса не более 10 наносекунд при скважности не менее десяти, а время облучения не более одной минуты.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133715A RU2654764C2 (ru) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | Способ лазерной абляции патологической области сердца |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133715A RU2654764C2 (ru) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | Способ лазерной абляции патологической области сердца |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016133715A RU2016133715A (ru) | 2018-02-22 |
RU2654764C2 true RU2654764C2 (ru) | 2018-05-22 |
Family
ID=61258740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016133715A RU2654764C2 (ru) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | Способ лазерной абляции патологической области сердца |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2654764C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2802995C1 (ru) * | 2022-05-30 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | Способ управления ритмом сердца и сокращением отдельных кардиомиоцитов при помощи термогенетики |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011127211A2 (en) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | The Regents Of The University Of California | Methods, system and apparatus for the detection, diagnosis and treatment of biological rhythm disorders |
RU2443390C1 (ru) * | 2010-06-11 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний Сибирского отделения Российской академии медицинских наук (УРАМН НИИ КПССЗ СО РАМН) | Способ радиочастотной катетерной аблации фибрилляции предсердий |
RU2570539C1 (ru) * | 2014-10-21 | 2015-12-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ трансрадиальной катетерной абляции при неишемических желудочковых нарушениях ритма с локализацией в левом желудочке сердца |
RU2576440C2 (ru) * | 2010-02-05 | 2016-03-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Объединение абляции и формирования ультразвуковых изображений |
-
2016
- 2016-08-17 RU RU2016133715A patent/RU2654764C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576440C2 (ru) * | 2010-02-05 | 2016-03-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Объединение абляции и формирования ультразвуковых изображений |
WO2011127211A2 (en) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | The Regents Of The University Of California | Methods, system and apparatus for the detection, diagnosis and treatment of biological rhythm disorders |
RU2443390C1 (ru) * | 2010-06-11 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний Сибирского отделения Российской академии медицинских наук (УРАМН НИИ КПССЗ СО РАМН) | Способ радиочастотной катетерной аблации фибрилляции предсердий |
RU2570539C1 (ru) * | 2014-10-21 | 2015-12-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ трансрадиальной катетерной абляции при неишемических желудочковых нарушениях ритма с локализацией в левом желудочке сердца |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
d'Avila A et al. New perspectives on catheter-based ablation of ventricular tachycardia complicating Chagas' disease: experimental evidence of the efficacy of near infrared lasers for catheter ablation of Chagas' VT. J Interv Card Electrophysiol. 2002 Aug;7(1):23-38. * |
АКЧУРИН Г.Г. и др. Динамика локальных температурных полей при воздействии ИК лазерного излучения на сердце крысы in vivo. Материалы Всероссийской научной школы-семинара. Взаимодействие всерхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами. Саратов 2015, с.83-85. * |
Диагностика и лечение фибрилляций предсердий. Рекомендации Российского кардиологического общества. Под ред. Сулимова В.А. Российский кардиологический журнал, 2013, N 4 приложение с. 1-99. * |
Диагностика и лечение фибрилляций предсердий. Рекомендации Российского кардиологического общества. Под ред. Сулимова В.А. Российский кардиологический журнал, 2013, N 4 приложение с. 1-99. АКЧУРИН Г.Г. и др. Динамика локальных температурных полей при воздействии ИК лазерного излучения на сердце крысы in vivo. Материалы Всероссийской научной школы-семинара. Взаимодействие всерхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами. Саратов 2015, с.83-85. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2802995C1 (ru) * | 2022-05-30 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | Способ управления ритмом сердца и сокращением отдельных кардиомиоцитов при помощи термогенетики |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016133715A (ru) | 2018-02-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107635496B (zh) | 用于交流心脏不可逆电穿孔的非对称平衡波形 | |
CN107468329B (zh) | 使用微射流的电极冲洗装置 | |
JP4988044B2 (ja) | バルーンカテーテルシステム | |
DK1850779T3 (en) | ELECTRO-SURGICAL NEEDLES | |
RU2608619C2 (ru) | Лечение мерцательной аритмии предсердий с использованием высокочастотной электростимуляции и абляции почечных нервов | |
JP2009533126A (ja) | レーザ誘起光学破壊(liob)を使用する心臓アブレーション用システム及び方法 | |
JP2012125584A (ja) | 温度センサーを使用して組織の焼灼を制御するためのシステム | |
US20110257649A1 (en) | Electrode For An Electrophysiological Ablation Catheter | |
US11103299B2 (en) | Adaptive electrode for bi-polar ablation | |
RU2764828C1 (ru) | Управление абляцией при необратимой электропорации с использованием фокального катетера, имеющего датчики усилия контакта и температуры | |
Kim et al. | Innovations in atrial fibrillation ablation | |
RU2654764C2 (ru) | Способ лазерной абляции патологической области сердца | |
CN114788729A (zh) | 一种集超声成像与射频消融于一体的导管 | |
JP2022024985A (ja) | 気泡の発生を回避するための慎重な不可逆電気穿孔(ire)プロトコル | |
YIU et al. | Emerging energy sources for catheter ablation of atrial fibrillation | |
Wagshall et al. | A novel catheter design for laser photocoagulation of the myocardium to ablate ventricular tachycardia | |
RU2680916C1 (ru) | Способ лазерной деструкции патологических очагов проводящей системы сердца | |
Splinter | Laser Catheter Ablation of Cardiac Arrhythmias: Experimental and Basic Research and Clinical Results | |
Özsoy et al. | Endocardial irrigated catheter for volumetric optoacoustic mapping of radio-frequency ablation | |
JP2022177818A (ja) | 標的組織に応力信号を適用することによるireアブレーション処置の効率の改善 | |
JP2021186656A (ja) | 不可逆的エレクトロポレーション(ire)のためのカテーテルの拡張可能なフレーム上の平滑縁及び等距離に離間した電極 | |
Rouane et al. | Radiofrequency Ablation Versus High-Frequency Ablation In-Vivo Comparison | |
UA131947U (uk) | Високочастотний біполярний зонд для абляції на відкритому серці | |
Svenson et al. | PHOTOABLATION OF VENTRICULAR ARRHYTHMIAS |