(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
概論
本発明の一実施形態は、心臓組織の焼灼といった低侵襲的処置で典型的に使用されるカテーテルプローブを提供する。プローブは、侵襲を少なくするために、通常約2mmの小さな外径を有する挿入管を備える。少なくとも1つの電極、典型的には2つ以上の個別電極は、挿入管の遠位端に取り付けられる(遠位端は挿入管とほぼ同じ直径を有する)。
【0013】
力センサが該遠位端内に取り付けられ、この力センサは、該端部が組織と接触するときに遠位端に加わる力を測定する。(該力を制御することにより、組織の焼灼をより正確に行うことが可能となる。)力センサは、挿入管の外装と接触する管形状を有し得る。センサは中央開口部を有し、典型的には中央空間を画定する。
【0014】
1つ以上の電極は、電極及び電極の近くの本体材料に灌注流体を供給するために使用される、それぞれの一連の開口を有する。灌注チューブは、力センサの中央開口部を通り、典型的にはセンサの中央空間を横切って、電極に接続される。チューブは、電極の開口部に灌注流体を供給する。
【0015】
力センサ内の「空の」領域、即ち、中央開口部及び中央空間を灌注チューブのために使用することにより、本発明の実施形態は、遠位端における利用可能な(小さな直径の)空間を極めて効率的に使用する。この空間の効率的利用により、焼灼の間に遠位端の電極を灌注することができ、更に、カテーテルプローブの直径を増加させる必要なく焼灼の間の力を測定することができることを意味する。
【0016】
システムの説明
ここで発明の実施形態による図を参照すると、
図1は、カテーテルプローブ焼灼システム10の概略描写図であり、
図2は、このシステムに使用されるカテーテルプローブ14の遠位端12の概略断面図である。システム10において、プローブ14は、被験者22の内腔18(例えば、心臓20の心室)に挿入される挿入管16を備える。プローブは、典型的には体内組織26の焼灼を実施することを含む処置中に、システム10の操作者24によって使用される。
【0017】
心臓内操作について、挿入管16及び遠位端12は一般に、典型的には2〜3mm程度である非常に小さい外径を有するべきである。したがって、カテーテルプローブ14の内部構成要素も全て、できる限り小型で細く製造され、小さな機械的ひずみによる破損をできる限り避けるよう配置される。
【0018】
システム10の機能は、システムコントローラ30によって管理され、このシステムコントローラには、システム10の動作のためのソフトウェアが保存されているメモリ34と通信を行う処理装置32が含まれている。コントローラ30は典型的に、一般目的のコンピュータ処理装置を備える業界標準のパーソナルコンピュータである。しかしながら、いくつかの実施形態では、コントローラの機能の少なくとも一部分が、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)又は現場でプログラム可能なゲートアレイ(FPGA)などの、カスタム設計のハードウェア及びソフトウェアを使用して実施される。コントローラ30は、典型的に、ポインティングデバイス36及びグラフィカルユーザインタフェース(GUI)38(これらによってシステム10のパラメータを操作者が設定することが可能になる)を使用して操作者24によって管理される。更に、GUI 38は、典型的には、処置の結果を操作者に対して表示する。
【0019】
メモリ34中のソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子的形態でコントローラにダウンロードされることができる。あるいは又はこれに加えて、このソフトウェアは、光学的、磁気的、又は電子的記憶媒体など、非一過性の有形媒体上に提供され得る。
【0020】
1つ以上の電極は遠位端12に取り付けられる。一例として、
図2は、かかる3つの電極である第1の電極40、第2の電極42、及び第3の電極44を示しており、これら電極は互いに絶縁される。電極は、典型的には、管16の絶縁外装46の上に形成された金属薄層を備える。典型的には、この遠位端は、互いに及び電極40、42、及び44から絶縁された他の電極を有するが、簡略化のため図には示されていない。一例として、遠位端の端にある電極40は、平坦な底面を備えたカップの形状を有すると仮定されており、本明細書ではカップ電極とも呼ばれる。カップ電極40は、典型的には、約0.1mm〜約0.2mmの範囲の厚さを有する。
【0021】
第2の電極42はリングの形状であり、本明細書ではリング電極42とも呼ばれる。リング電極42は、典型的には、カップ電極と同様の厚さを有する金属から形成される。第3の電極44は、外装46の上方の突出部又はバンプの形状であり、バンプ電極44とも呼ばれる。バンプ電極44はカップ電極及びリング電極と同様の厚さを有してもよく、いくつかの実施形態では若干厚めであってもよい。本開示において、電極40、42、及び44、並びに遠位端のその他の電極は、本明細書において総じて電極40Cとも呼ばれる。
【0022】
電極40Cは、管16の中の導線(図には示されず)によってシステムコントローラ30に接続される。後述のように、電極のうちの少なくとも1つが、組織26の焼灼に使用される。電極は、焼灼で使用されることに加えて、典型的には、当技術分野で周知の他の機能を行い、そうした機能のいくつかは以下に記載される。必要に応じて、他の機能に使用されるとき、コントローラ30は、周波数多重化によって、違う機能の電流をそれぞれ区別することができる。例えば、高周波(RF)焼灼電力は数百kHzの桁の周波数で提供されてもよく、位置検出周波数は1kHzの桁の周波数であってもよい。電極に対して測定されるインピーダンスを用いて遠位端12の位置を評価する方法は、参照により本明細書に組み込まれるBar−Talらの米国特許出願第2010/0079158号に開示されている。
【0023】
システムコントローラ30は、力モジュール48と、RF焼灼モジュール50と、灌注モジュール52と、追跡モジュール54と、を備える。処理装置32は、遠位端に加わる力の大きさ及び方向を測定するために、力モジュールを使用して遠位端12の中の力センサ58に供給され、かつ力センサ58から受信する信号を生成及び測定する。力センサ58の動作及び構造は以下に詳述される。
【0024】
処理装置32は、焼灼モジュールを使用して、例えば、1つ以上の電極40Cを介して印加される焼灼電力のレベルなどの焼灼パラメータを監視及び制御する。該モジュールは、施される焼灼の持続時間も監視及び制御する。
【0025】
典型的には、焼灼の間、焼灼をもたらす電極(1つ又は複数)、並びに周辺領域に熱が生じる。熱を消散させ、かつ焼灼プロセスの効率を改善するために、システム10は遠位端12に灌注流体を供給する。以下により詳細に記載されるように、システム10は、灌注モジュール52を使用して、灌注流体の流量及び温度などの灌注パラメータを監視及び制御する。
【0026】
装置32は、追跡モジュール54を使用して、患者22に対する遠位端の位置及び配向を監視する。監視は、Biosense Webster(Diamond Bar,CA)製のCarto3(登録商標)システムに提供されているもののような技術分野で知られた任意の追跡法によって実施され得る。かかるシステムは、患者22の外部及び遠位端12の内部にある高周波(RF)電磁送信及び受信要素を使用する。あるいは又はこれに加えて、追跡は、これもまたCarto3(登録商標)システムに提供されているもののような、1つ以上の電極40Cと、患者22の皮膚に取り付けられるパッチ電極との間の測定インピーダンスによって実施され得る。簡略化のため、追跡に固有でありかつモジュール54で使用される、例えば、前記の要素及びパッチ電極などの要素は、
図1に示されていない。
【0027】
図2に示されるように、遠位端12は挿入管16に接続される。遠位端の上には電極40Cが取り付けられており、遠位端内には力センサ58が取り付けられている。力センサ58と類似した力センサの態様は、2007年10月8日出願の米国特許出願第2009/0093806号(Govariら)、及び2009年11月30日出願の米国特許出願第2011/0130648号(Beecklerら)に記載されており、当該特許出願の開示は共に参照により本明細書に組み込まれる。
【0028】
図2は、力センサ58の概略断面図である。センサ58は、連結部材の両端の間のばね接続部62を形成する弾性連結部材60を備える。例として、連結部材60は、第1の部分64及び第2の部分66の2つの部分で形成され、これら2つの部分が固定的に互いに接合されていると仮定される。連結部材60のこの2つの部分は、一般に管状であり、連結部材も中央開口部68を備えた管形状を有するように接合される。連結部材60を2つの部分で形成する必要はないが、2つの部分で実施することにより、力センサ内に含まれる要素、並びに遠位端に取り付けられる他の要素を該部材に組み付けるのが簡単になる。典型的には、連結部材60は、ニッケルチタン(ニチノール)などの超弾性合金で形成される。
【0029】
該部材がばねとして挙動するように、連結部材60は、典型的には、部材の第1の部分64の長さ部分に切り込まれた1つ以上の螺旋70を有する。本明細書に記載され、かつ
図2に示される実施形態では、螺旋70は、第1の切り込み螺旋72及び第2の切り込み螺旋74の2つの絡み合った螺旋として形成され、本明細書では二重螺旋とも呼ばれる。しかしながら、連結部材60はあらゆる正の整数の螺旋を有していてもよく、当業者は、過度な実験をすることなしに、本発明の説明を2つ以外の螺旋の数を包含するように適合させることができるであろう。あるいは、連結部材は、前記の1つ以上の管状螺旋切り込みによって生成されるものと同様の可撓性及び強度特性を有する、コイルばね又は任意の他の好適な種類の弾性構成要素を備えてもよい。
【0030】
連結部材60は、典型的には可撓性プラスチック材料で形成される外装46の内部に取り付けられ、かつ外装46によって覆われる。部材60は、典型的には、外装46の内径とほぼ等しい外径を有する。連結部材の外径ができるだけ大きい構成は、力センサ58の感度を増加させる。これに加えて及び以下に説明されるように、管状連結部材の比較的大きな直径、及び比較的薄い壁は、連結部材内に封入される中央空間61を提供し、遠位端内の以下に記載される他の要素がこの中央空間61を使用する。
【0031】
例えば、カテーテルプローブ14が、電極40Cを通してRF(高周波)電気エネルギーを送達することにより心臓内組織を焼灼するのに使用される場合、遠位端12の領域でかなりの熱が発生する。この理由から、外装46は、例えば、ポリウレタンなどの耐熱性プラスチック材料を備え、この形状及び弾性は、熱に対する曝露により大きな影響を受けないことが望ましい。
【0032】
力センサ58内、典型的には連結部材の中央空間内で、コイル76、78、80、及び82を備える接続部感知アセンブリは、接続部62の寸法変化(接続部の軸方向変位及び角偏向など)の正確な読み取りを提供する。これらのコイルは、本発明の実施形態で用いられる磁気変換器の一種類である。本発明の出願明細書及び請求項の文脈中で「磁気変換器」は、加えられた電流に対応して磁場を発生させる機器、及び/又は、加えられた磁場に対応して電気信号を出力する機器の意味で使用される。本願の実施形態では、コイルを磁気変換器として記述しているが、代わりの実施形態では、当業者にとっては自明であるように、他の種類の磁気変換器を用いることができる。
【0033】
感知アセンブリのコイルは、接続部62の両側に存在する2つのサブアセンブリに分けられ、1つのサブアセンブリは、コントローラ30及び力モジュール48からケーブル(図示せず)を介して送られる電流により駆動されて磁場を発生させるコイル82を備える。この磁場は、コイル82から軸方向に離間する遠位端のセクションに位置するコイル76、78、及び80を備える第2のサブアセンブリにより受信される。本出願及び特許請求の範囲の文脈で用いられる「軸方向」という用語は、遠位端12の長手方向対称軸84の方向を指す。軸平面とは、この長手方向の軸に対して垂直な平面であり、軸方向セクションとは、2つの軸平面間に含まれるカテーテルの一部分である。コイル82は、典型的には、軸84とほぼ平行であり、かつ軸84と完全に一致する対称軸を有する。
【0034】
コイル76、78、及び80は、異なる半径方向位置に固定されている。(「半径方向」という用語は、軸84に対する座標を指す。)具体的には、この実施形態では、コイル76、78、及び80の全てが、カテーテルの軸に関して異なる方位角で同一の軸平面中に位置し、軸84に対して略平行なそれぞれの対称軸を有する。例えば、これら3つのコイルは軸から同一の半径方向距離だけ離れて、方位角的に120°の間隔をあけて配置されることができる。
【0035】
コイル76、78、及び80は、コイル82によって伝達される磁場に応答して電気信号を発する。これらの信号は、ケーブル(図示せず)によってコントローラ30に伝達され、コントローラ30は、軸84に対して平行な接続部62の変位、並びに該接続部62の軸からの角偏向を測定するために、力モジュール48を使用して信号を処理する。コントローラ30は、測定した変位及び偏向から、典型的には力モジュール48に保存されている予め決められた較正テーブルを使用して、接続部62に加わる力の大きさ及び方向を評価することができる。
【0036】
コントローラ30は、遠位端12の位置及び配向を測定するために追跡モジュール54を使用する。測定方法は、当技術分野で知られた任意の便利な方法であってよい。一実施形態において、患者22の外部で発生する磁場は、遠位端の中の要素において電気信号を生成し、コントローラ30はこの電気信号レベルを用いて遠位端の位置及び配向を評価する。あるいは、磁場は遠位端の中で生じる場合があり、磁場によって生成された電気信号は患者22の外部で測定されてもよい。簡略化のため、遠位端を追跡するために使用される遠位端12の中の要素は、
図2に示されていない。しかしながら、かかる要素がコイルを備える場合、コイル76、78、80、及び82の少なくともいくつかは、力センサ58の要素として使用する他に、遠位端で必要とされる追跡要素として使用されてもよい。
【0037】
電極40Cの少なくともいくつかは、小さな灌注開口部を有して構成される。この開口部は典型的に、約0.1〜0.2mmの範囲の直径を有する。本明細書に記載の実施形態では、カップ電極40、リング電極42、及びバンプ電極44は、それぞれの一連の灌注開口部86、88、及び90を有する。開口部に供給される灌注流体は、チューブ92を使用して流体を一連の灌注開口部へ移動させる灌注モジュール52によって供給される。
【0038】
灌注流体は、典型的には生理食塩水であり、モジュール52によって制御される流体の流量は、典型的には、およそ10〜20cc/分の範囲内であるが、この範囲よりも多くても又は少なくてもよい。
【0039】
チューブ92は、中央開口部68を通過し、部材60の中央空間61を横切るように配置されて、電極まで経路が定められる。チューブ92を開口部に通して連結部材の中央空間を横切るようにすることにより、力センサ58に必要な寸法要件以外の遠位端の寸法要件(特に直径)に、チューブのための必要条件が加わらない。いくつかの実施形態では、チューブは、コイル76、78、80、及び82の1つ以上を通って経路が定められ、遠位端内の空間の使用効率を更に高めてもよい。
【0040】
電極40Cのそれぞれに供給するために、チューブ92は、各電極40、42、及び44の灌注開口部に供給する灌注管94、96、及び98に接続する。
【0041】
いくつかの実施形態では、灌注モジュール52を使用してコントローラ30により動作される弁が、管94、96、及び98の少なくとも1つに設置され、コントローラが個々の管に対する灌注流体の流量を設定する及び/又は切り替えるのが可能となる。一例として、管94、96、及び98は、対応する弁100、102、及び104によって制御される、これら管を通過する灌注を有すると仮定される。
図2に示されるように、典型的には、管94、96、及び98並びに弁100、102、及び104の少なくともいくつかは、中央空間61内に位置する。
【0042】
コントローラ30は、弁を使用して、電極によって行われる機能に従って個々の電極への流量を設定することができる。例えば、電極が焼灼で使用されている場合、コントローラ30は、電極を通過する流量を電極が焼灼で使用されていない場合に比べて増加させることができる。あるいは又はこれに加えて、コントローラ30は、遠位端中のセンサによって測定されたパラメータの値に従って、特定の電極に対する流量を変更することができる。かかるパラメータとしては、力センサ58により測定された力の大きさ、並びに力センサにより測定された力の方向が挙げられる。流量を変更するためにコントローラを使用することができる他のセンサとしては、遠位端中の温度センサが挙げられる。
【0043】
典型的には、コントローラ30及び灌注モジュール52は、血液が管、チューブ、及び電極の灌注開口部に入るのを防止するために、管94、96、及び98、並びにそれらの対応の電極を通過する灌注流体の最低流量を維持する。
【0044】
いくつかの実施形態では、各電極用の個別の管に接続する共通のチューブ92を通して灌注流体を個別電極に供給するのではなく、モジュール52から出てプローブ14を通って各電極のそれぞれまで個別の灌注管が延びる。管94、96、及び98と同様に、コントローラ30は、個々の管のそれぞれを通して灌注流量を調整することができる。
【0045】
上述した実施形態は一例として記載されたものであり、本発明は、本明細書において上に具体的に図示及び説明した内容に限定されないことが明らかとなろう。むしろ本発明の範囲には、上記に述べた様々な特徴の組み合わせ及び下位の組み合わせ、並びに当業者であれば上記の説明文を読むことで想到されるであろう、先行技術に開示されていないそれらの変更及び改変が含まれるものである。
【0046】
〔実施の態様〕
(1) 挿入管と、
前記挿入管の遠位端に取り付けられる電極と、
前記遠位端に取り付けられ、中央開口部を有し、かつ前記遠位端に加わる力を測定するように構成された力センサと、
前記中央開口部を通り、かつ前記電極の開口を通して灌注流体を供給するように構成されたチューブと、を備える、プローブ。
(2) 前記電極が、それぞれの一連の開口を有する複数の個別電極を含む、実施態様1に記載のプローブ。
(3) 前記それぞれの一連の開口に供給する前記チューブに接続されるそれぞれの灌注管を備える、実施態様2に記載のプローブ。
(4) 前記それぞれの一連の開口に対する前記灌注流体のそれぞれの流量を実現するように構成されたコントローラを備える、実施態様2に記載のプローブ。
(5) 前記コントローラが、前記遠位端に加わる前記力に応答して前記それぞれの流量の少なくとも1つを設定するように構成される、実施態様4に記載のプローブ。
【0047】
(6) 前記それぞれの灌注管に接続されるそれぞれの弁を含み、前記それぞれの弁が、前記それぞれの一連の開口に対する前記灌注流体のそれぞれの流量を設定することができる、実施態様3に記載のプローブ。
(7) 前記力センサが、中央空間を取り囲む管形状を有し、前記チューブが前記中央空間を横切る、実施態様1に記載のプローブ。
(8) 前記力センサが少なくとも1つのコイルを備え、前記チューブが前記少なくとも1つのコイルを通って経路が定められる、実施態様1に記載のプローブ。
(9) 挿入管を提供することと、
前記挿入管の遠位端上に電極を取り付けることと、
中央開口部を有し、かつ前記遠位端に加わる力を測定するように構成された力センサを前記遠位端に取り付けることと、
灌注流体を前記電極の開口を通して供給するように構成されたチューブを前記中央開口部に通すことと、を含む、方法。
(10) 前記電極が、それぞれの一連の開口を有する複数の個別電極を備える、実施態様9に記載の方法。
【0048】
(11) 前記それぞれの一連の開口に供給するように、それぞれの灌注管を前記チューブに接続することを含む、実施態様10に記載の方法。
(12) 前記それぞれの一連の開口に対する前記灌注流体のそれぞれの流量を実現することを含む、実施態様10に記載の方法。
(13) 前記遠位端に加わる前記力に応答して前記それぞれの流量の少なくとも1つを設定することを含む、実施態様12に記載の方法。
(14) それぞれの弁を前記それぞれの灌注管に接続することを含み、前記それぞれの弁が、前記それぞれの一連の開口に対する前記灌注流体のそれぞれの流量を設定することができる、実施態様11に記載の方法。
(15) 前記力センサが、中央空間を取り囲む管形状を有し、前記チューブが前記中央空間を横切る、実施態様9に記載の方法。
【0049】
(16) 前記力センサが少なくとも1つのコイルを備え、前記チューブが前記少なくとも1つのコイルを通って経路が定められる、実施態様9に記載の方法。