[发明专利]利用用于测量组织接触区域的光学光谱学的导管

说明书

本发明涉及一种导管，其包括伸长导管主体、控制手柄和中空尖端电极，该中空尖端电极具有限定围绕中央内部位置的腔体的径向对称外壳，其中光从该中央内部位置被发射以穿过形成于外壳中的多个开口，以用于与外壳外部的以及与外壳接触的组织和/或流体诸如血液的交互作用。与组织交互作用的光被反射回到用于收集的腔体中，而与流体诸如血液交互作用的光被吸收。通过分析腔体中所收集的光，确定关于通过组织反射的光与通过流体吸收的光的比率，以用于指示尖端电极和组织之间的接触量。另选地，由于组织和血液在各种波长下具有不同的荧光特性，因此可相似地采用荧光(发射一种波长的光并且检测一个或多个不同波长的光)。集成消融和光谱学的系统还包括射频发生器、光源和光分析器，该光分析器适于分析腔体中所收集的光。

技术领域

本发明涉及导管，具体地涉及用于消融和组织诊断的心脏导管。

背景技术

心脏和其它组织的射频(RF)消融用于在电极的尖端处形成热损伤消融灶是众所周知的方法。射频电流被递送至介于皮肤(接地)补片和电极之间。电极-组织界面处的电阻导致小区域的直接电阻加热，该小区域的尺寸取决于电极的尺寸、电极组织接触和电流(密度)。组织加热还由组织内的热向较大区的传导产生。组织受热超过大约50至55℃的阈值为不可逆地损伤(经消融的)。

电阻加热由于电阻的能量吸收而引起。能量吸收与电流密度的平方相关并与组织传导性成反比。电流密度随着接触区域传导性、电压而变化并与消融电极半径的平方成反比。因此，能量吸收随着传导性、施加电压的平方而变化，并且与电极半径的四次方成反比。因此，电阻加热受半径影响最严重，并且从消融电极穿透非常小的距离。消融灶的其余部分由电阻加热区域的热传导形成。这将限制强加于可从表面电极递送的消融消融灶的尺寸。

用于增大消融灶尺寸的理论方法将包括增大电极直径、增大电极与组织接触的区域、增大组织传导性，以及穿透组织以实现更大深度和以增大接触区域，以及递送射频直至已实现最大消融灶尺寸(60至90秒完全成熟)。

通过直接方式(用于浅表/皮肤结构)、外科手术方式、内窥镜方式、腹腔镜方式或利用经皮经血管(基于导管的)通路，将电极引入感兴趣的组织。导管消融为充分描述和通常执行的方法，许多心律失常通过该导管消融来治疗。

导管消融有时受不足的消融灶尺寸限制。血管内方式的组织消融不仅导致加热组织，还导致加热电极。当电极达到临界温度时，血蛋白的变性引起凝结物形成。然后，阻抗可上升并限制电流递送。在组织内，过度加热可引起蒸汽气泡形成物(蒸汽“爆裂(pops)”)，该蒸汽气泡形成物具有不受控组织破坏和身体结构的不可取穿孔的风险。在心脏消融中，临床成功有时被不充分的消融灶深度和横向直径妨碍，甚至当利用具有主动冷却的尖端的导管时。理论解决方案目前包括增大电极尺寸(增大接触表面以及通过血液流动增大对流冷却)、改善电极-组织接触、以流体注入主动冷却电极、改变电极的材料组合物以改善对组织的电流递送，以及使电流递送脉冲化以允许间歇冷却。

为了改善电极-组织接触，电流导管可在远侧尖端处具有压力传感器，以检测尖端电极是否与组织接触。然而，仅仅检测接触不指示尖端电极实际被组织或被流体和血液围绕了多少。将通电电极引入心脏空间中导致简化的电阻性电路的形成；电流经由周围血液和接触组织从电极流动穿过两个并联电阻器。理解这些路径中的每个路径的相对表面区域将考虑到每个路径的相应阻抗以及因此电流的估测。由于消融灶尺寸和形状很可能取决于电极和组织的接触区域的电力、时间和尺寸，因此此类信息将有助于改善通过消融形成的消融灶的尺寸和形状的估测。

采用用于确定组织属性的光学光谱学的方法和装置是已知的。例如，美国专利7,623,906公开了用于包括镜面控制装置的漫反射率光谱学的方法和设备，该镜面控制装置允许光谱分析仪接收从组织反射的漫反射光。美国专利7952719公开了将拉曼光谱与基于光学纤维的低相干反射组合的光学导管配置。美国专利6,377,841公开了光学光谱法用于脑肿瘤分界的用途。