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KR102698052B1 - 절제선에서의 갭 검출을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

절제선에서의 갭 검출을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR102698052B1
KR102698052B1 KR1020180129654A KR20180129654A KR102698052B1 KR 102698052 B1 KR102698052 B1 KR 102698052B1 KR 1020180129654 A KR1020180129654 A KR 1020180129654A KR 20180129654 A KR20180129654 A KR 20180129654A KR 102698052 B1 KR102698052 B1 KR 102698052B1
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어서프 프레스만
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바이오센스 웹스터 (이스라엘) 리미티드
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Abstract

절제선에서의 갭 검출을 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 기술된다. 절제선을 따라 국소화된 갭 검출을 제공하기 위해 카테터의 원위 팁에 미세전극들이 구현된다. 조직 위치에 대해 미세전극 쌍들 각각을 통해 시퀀싱하기 위해 심장박동조율 프로토콜이 사용된다. 살아있는 조직이 존재하면, 심장박동조율 신호는 살아있는 조직을 통해 이동하여 심장을 펄싱한다. 조작자는 캡처 신호를 보고, 절제선에 갭이 있음을 알 것이다. 이어서, 갭에서 조직을 절제하기 위해 절제 전극이 사용된다. 따라서, 심장박동조율 및 절제가 기구들 및/또는 카테터들 사이에서의 전환의 필요 없이 동일한 장소에서 수행된다. 일 구현예에서, 힘 센서가 어떤 미세전극 쌍이 조직과 접촉하고 있는지를 결정함으로써 심장박동조율 프로토콜을 자동화시킬 수 있다. 또한, 미세전극 쌍들 사이의 시그널링이 카테터와 조직 사이의 접촉을 결정할 수 있다.

Description

절제선에서의 갭 검출을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR GAP DETECTION IN ABLATION LINES}
절제선(ablation line)에서의 갭(gap) 검출을 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 기술된다. 카테터(catheter) 내에 존재하는 표준 센서 및 전극에 더하여, 한 세트의 미세전극들이 카테터의 원위 팁(distal tip)에 구현된다. 이들 미세전극은 절제선을 따라 국소화된 갭 검출을 제공한다. 시스템은 주어진 조직 위치에 대해 미세전극들의 각각의 쌍 이루기(pairing)를 통해 시퀀싱(sequencing)하기 위해 심장박동조율 프로토콜(pacing protocol)을 사용한다. 심장박동조율 신호가 조직 위치에 인가된다. 살아있는 조직(living tissue)이 존재하면, 심장박동조율 신호는 살아있는 조직을 통해 이동하여 심장을 펄싱(pulsing)한다. 조작자는 심장으로부터의 캡처 신호를 보고, 절제선에 갭이 있음을 알 것이다. 이어서, 검출된 갭에서 조직을 절제하기 위해 절제 전극이 사용될 수 있다. 따라서, 심장박동조율 및 절제가 기구들 및/또는 카테터들 사이에서의 전환의 필요 없이 동일한 장소에서 수행된다. 일 구현예에서, 어떤 쌍의 전극들이 조직과 접촉하는지를 결정함으로써 심장박동조율 프로토콜을 자동화시키기 위해 힘 센서가 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 카테터가 조직과 접촉하는지를 결정하기 위해 한 쌍의 미세전극들 사이의 시그널링(signaling)이 사용될 수 있다. 신호의 존재는 카테터가 조직과 접촉함을 나타낸다.
첨부 도면과 함께 예로서 주어지는 하기의 설명으로부터 더욱 상세한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 소정 구현예에 따른 의료 시스템을 그림으로 예시하는 상위 개략도.
도 1a는 소정 구현예에 따른 의료 시스템의 상위 블록도.
도 2는 소정 구현예에 따른 예시적인 카테터의 개략도.
도 3은 소정 구현예에 따른 미세전극들을 갖는 카테터의 예시적인 원위 팁의 도면.
도 4는 소정 구현예에 따른 갭 검출을 위한 흐름도.
도 5는 소정 구현예에 따른 본 명세서에 기술된 방법 및 시스템을 사용한 절제선의 개략도.
도 6은 소정 구현예에 따른 심장박동조율 시퀀스를 사용하는 미세전극들의 개략도.
본 특허 출원에 참고로 포함된 문헌들은 본 명세서에서 명백하게 또는 암시적으로 이루어진 정의와 상충되는 방식으로 정의된 용어를 포함할 수 있다. 임의의 상충이 발생하는 경우에, 본 명세서에서의 정의가 지배적인 것으로 고려되어야 한다.
심장 절제는 부정맥(arrhythmia)으로 알려진 심장 박동 장애(rhythm defect)의 원인이 되는 심장 내의 조직을 파괴하기 위해 병변(lesion)을 생성함으로써 박동 장애를 고치기 위해 사용될 수 있는, 전기생리학자(electrophysiologist)에 의해 수행되는 의료 시술이다. 이들 병변은 또한 절제선으로 지칭될 수 있다. 심장 절제를 사용하여 처치될 수 있는 예시적인 부정맥은 심장의 심방(atria)에서 유래하는 이상 심장 박동인 심방 세동(atrial fibrillation, AF)이다. 심장 절제의 목적은 환자의 심장을 정상 심장 박동으로 복원시키기 위해 또는 환자의 부정맥의 빈도와 증상의 심도(severity)를 감소시키기 위해 부정맥을 제거하는 것이다.
심장 절제는 서혜부(groin) 내의 작은 절개부를 통해 그리고 혈관을 통해 심장으로 삽입될 수 있는 그리고 심장 박동 장애를 유발할 수 있는 잘못된 전기 임펄스를 차단하기 위해 조직 상에 작은 반흔(scar) 또는 병변을 생성하도록 에너지(예컨대, 무선 주파수(RF) 에너지, 또는 극저온(extreme cold))를 인가하기 위해 사용될 수 있는 기다란 가요성 카테터(내시경)를 채용할 수 있다. 또한 경벽 병변(transmural lesion)으로 불리는 이들 병변은 심장 조직을 관통하고 잘못된 전기 신호가 전송되지 못하게 하는 반흔 조직이다.
심장 절제 시술을 수행하는 의사들은 그들이 카테터, 즉 절제 전극과 조직(즉, 절제 표적) 사이에 표면 접촉이 있음을 확실히 보장할 수 없거나 알 수 없을 때 중요한 문제에 직면한다. 그 결과, 심장 절제 시술의 수행이 원하는 대로 절제되지 않은 조직을 초래할 수 있고, 절제 시술이 성공적으로 완료되지 않는다(즉, 부정맥이 지속될 수 있고, 불규칙적인 심장박동이 지속될 수 있음). 절제 병변 또는 라인(이하, 절제선)에서의 이들 비-절제된 영역은 갭으로 지칭된다. 따라서, 의사는 절제선에 갭이 없음을 확인하기 위한 개선된 장치를 필요로 한다.
절제선에서의 갭 검출을 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 기술된다. 일반적으로, 카테터에는 절제선에서의 갭을 검출하기 위해 미세전극이 설비된다. 미세전극은 절제선을 따라 국소화된 갭 검출을 제공한다. 주어진 조직 위치에 대해 각각의 미세전극 쌍을 통해 시퀀싱하기 위해 심장박동조율 프로토콜이 사용된다. 절제선이 갭을 갖지 않으면, 반흔 조직만이 있을 것이고, 반흔 조직은 어떠한 귀환 신호도 초래하지 않는다. 살아있는 조직이 존재하면, 심장박동조율 신호는 살아있는 조직을 통해 이동하여 심장을 펄싱한다. 조작자는 센서에서 심장으로부터의 캡처 신호를 보고, 절제선에 갭이 있음을 알 것이다. 일 구현예에서, 시스템은 캡처 신호에 기초하여 갭을 판단할 수 있다. 이어서, 검출된 갭에서 조직을 절제하기 위해 절제 전극이 사용된다. 시스템 및/또는 장치는 심장박동조율 및 캡처 기술(여기서, 심장박동조율과 캡처는 검사 방법임)과 처치 방법인 절제 시술을 조합한다. 따라서, 심장박동조율/캡처링 및 절제가 기구들 및/또는 카테터들 사이에서의 전환의 필요 없이 동일한 장소에서 수행된다.
일 구현예에서, 어떤 쌍(들)의 전극들이 조직과 접촉하는지를 결정함으로써 심장박동조율 프로토콜을 자동화시키기 위해 힘 센서가 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 카테터가 조직과 접촉하는지를 결정하기 위해 한 쌍의 미세전극들 사이의 시그널링이 사용될 수 있다. 신호의 존재는 카테터가 조직과 접촉함을 나타낸다.
도 1은 의료 시술 동안에 정보를 생성하고 표시하기 위해 그리고 대상 내에서의 다양한 카테터의 전개를 제어하기 위해 사용되는 예시적인 의료 시스템(100)의 예시이다. 예시적인 시스템(100)은 심장내 카테터(intracardiac catheter)와 같은 카테터(110), 콘솔(120), 및 연관된 카테터 제어 유닛(112)을 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 예를 들어 환자(102)의 심장(103) 내의 전기 전위를 매핑(mapping)하거나 절제 시술을 수행하는 것과 같은, 진단 또는 치료 처치를 위해 카테터(110)가 사용된다는 것이 이해될 것이다. 대안적으로, 카테터(110)는 필요한 변경을 가하여, 심장(103), 폐, 또는 다른 신체 기관 및 귀, 코 및 인후(ENT) 시술에서 다른 치료 및/또는 진단 목적을 위해 사용될 수 있다.
조작자(130)는, 예를 들어 카테터(110)의 원위 단부(114)가 환자의 심장(103)의 심실에 들어가도록 카테터(110)를 카테터 제어 유닛(112)을 사용하여 환자(102)의 혈관계 내로 삽입할 수 있다. 콘솔(120)은 자기 위치 감지(magnetic position sensing)를 사용하여 심장(103) 내부에서의 원위 단부(114)의 위치 좌표를 결정할 수 있다. 위치 좌표를 결정하기 위해, 콘솔(120) 내의 구동 회로(122)가 자기장 발생기(124)를 구동시켜 환자(102)의 신체 내에 자기장을 발생시킬 수 있다. 자기장 발생기(124)는 환자(103) 외부에 있는 알려진 위치들에서 환자(103)의 몸통 아래에 배치될 수 있는 코일들을 포함할 수 있다. 이들 코일은 심장(103)을 포함하는 사전한정된 작업 용적 내에서 자기장을 발생시킬 수 있다.
카테터(110)의 원위 단부(114) 내의 위치 센서(126)가 이들 자기장에 응답하여 전기 신호들을 발생시킬 수 있다. 처리 장치(들)(140)가 위치 및 배향 좌표들 둘 모두를 비롯하여, 원위 단부(114)의 위치 좌표들을 결정하기 위해 이들 신호를 처리할 수 있다. 전술된 공지의 위치 감지 방법은 미국 캘리포니아주 다이아몬드 바아 소재의 바이오센스 웹스터 인크.(Biosense Webster Inc.)에 의해 생산되는 카르토(CARTO)™ 매핑 시스템으로 구현되고, 본 명세서에 인용되는 특허와 특허 출원에 상세히 기재되어 있다.
위치 센서(126)는 원위 단부(114)의 위치 좌표들을 나타내는 신호를 콘솔(120)로 전송하도록 구성된다. 위치 센서(126)는 하나 이상의 소형 코일을 포함할 수 있고, 전형적으로 상이한 축들을 따라 배향되는 다수의 코일을 포함할 수 있다. 대안적으로, 위치 센서(126)는 다른 유형의 자기 센서 또는 다른 유형의 위치 변환기, 예를 들어 임피던스-기반 또는 초음파 위치 센서를 포함할 수 있다.
카테터(110)는 또한 원위 단부(114) 내에 수용되는 힘 센서(128)를 포함할 수 있다. 힘 센서(128)는 원위 단부(114)에 의해 심장(103)의 심장내 조직에 인가되는 힘을 측정할 수 있고, 콘솔(120)로 송신되는 신호를 발생시킬 수 있다. 힘 센서(128)는 원위 단부(114) 내의 스프링에 의해 연결되는 자기장 송신기 및 수신기를 포함할 수 있고, 스프링의 편향의 측정에 기초하여 힘의 표시를 생성할 수 있다. 카테터와 힘 센서의 추가의 기능적인 상세 사항이 미국 특허 출원 공개 제2009/0093806호 및 제2009/0138007호에 기재되어 있고, 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된다. 대안적으로, 원위 단부(114)는 예를 들어 광섬유 또는 임피던스 측정을 사용할 수 있는 다른 유형의 힘 센서를 포함할 수 있다.
카테터(110)는 원위 단부(114)에 결합되고 임피던스-기반 위치 변환기로서 기능하도록 구성되는 전극(130)을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 전극(130)은 소정 생리학적 특성, 예를 들어 다수의 위치 중 하나 이상에서의 심장 조직의 국소 표면 전기 전위를 측정하도록 구성될 수 있다. 전극(130)은 심장(103) 내의 심장내 조직을 절제하기 위해 무선 주파수(RF) 에너지를 인가하도록 구성될 수 있다.
전극(130)이 절제 전극으로서 구성되는 카테터(110)에서, 카테터(110)는 원위 단부(114)에 미세전극(190)들을 포함할 수 있다. 미세전극(190)들은 본 명세서에 기술된 바와 같이 절제선에서 갭을 검출하도록 구성된다. 미세전극(190)들은 그 명칭이 암시하는 바와 같이, 예를 들어 전극(130)과 같은 표준의 보다 큰 크기의 전극보다 작고, 도 3에 관하여 본 명세서에서 후술된다. 미세전극(190)들은 부정맥을 진단함에 있어서 심장 조직의 더욱 감지하기 힘든 전기적 활성을 검출함에 있어서 보다 큰 공간 분해능을 제공할 수 있다.
예시적인 의료 시스템(100)이 자기-기반 센서를 사용하여 원위 단부(114)의 위치를 측정하도록 구성될 수 있지만, 다른 위치 추적 기법(예컨대, 임피던스-기반 센서)이 사용될 수 있다. 자기 위치 추적 기법은, 예를 들어 미국 특허 제5,391,199호, 제5,443,489호, 제6,788,967호, 제6,690,963호, 제5,558,091호, 제6,172,499호, 및 제6,177,792호에 기재되어 있고, 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된다. 임피던스-기반 위치 추적 기법은, 예를 들어 미국 특허 제5,983,126호, 제6,456,864호 및 제5,944,022호에 기재되어 있고, 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함된다.
처리 장치(들)(140)는 카테터(110)로부터 신호를 수신하고 콘솔(120)의 다른 구성요소를 제어하기에 적합한 프론트 엔드(front end) 및 인터페이스 회로를 갖는 범용 컴퓨터일 수 있다. 처리 장치(들)(140)는 본 명세서에 기술되는 기능을 수행하도록 소프트웨어를 사용하여 프로그래밍될 수 있다. 소프트웨어는 예를 들어 네트워크를 통해 전자 형태로 콘솔(120)로 다운로드될 수 있거나, 이는 광학, 자기 또는 전자 메모리 매체와 같은 비-일시적 유형 매체(non-transitory tangible media)에 제공될 수 있다. 대안적으로, 처리 장치(들)(140)의 기능들 중 일부 또는 전부가 전용 또는 프로그래밍가능 디지털 하드웨어 구성요소에 의해 수행될 수 있다.
이제, 도 1a를 또한 참조하면, 처리 장치(들)(140)는 처리 장치(들)(140) 내에 별개의 유닛으로서 (예컨대, 예시적으로 또는 물리적으로) 나타내어질 수 있는 특정 기능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 처리 장치(들)(140)는 카테터(110) 내의 센서로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있고 이러한 신호를 사용하여 원위 단부(114)에서의 원위 팁에 대한 위치, 배향, 거리, 온도 및/또는 심전도(electrocardiogram, ECG) 값을 계산할 수 있는 디코더 유닛(decoder unit)(142)(예컨대, 처리 회로로서 하드웨어로 구현되고/되거나 소프트웨어 모듈로서 소프트웨어로 구현됨)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 처리 장치(들)(140)는 의료 시스템(100) 내의 다른 장치로 명령을 보내기 위한 제어기 유닛(144)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 처리 장치(들)(202)는 심장박동조율 신호 유닛(146)(예컨대, 처리 회로로서 하드웨어로 구현되고/되거나 소프트웨어 모듈로서 소프트웨어로 구현됨) 및 캡처 유닛(148)을 포함할 수 있다. 심장박동조율 신호 유닛(146)은 각각의 쌍의 미세전극(190)들을 통해 순차적으로 심장박동조율하도록 구성되는데, 여기서 심장박동조율은 한 쌍의 미세전극(190)들을 통한 심장박동조율 신호의 생성 및 전달이다. 캡처 유닛(148)은 심장박동조율 신호에 응답하여 캡처가 일어났는지를 결정하도록 구성되는데, 여기서 심장박동조율 신호가 절제된 병변과 대조적으로 살아있는 조직을 통해 송신된다면 캡처가 일어난다. 예를 들어, 카테터(110)는 심장박동조율 신호에 응답하는 심장내 신호를 캡처하도록 구성되는 전극(130)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 조작자, 예컨대 외과의사는, 예를 들어 디스플레이 또는 센서 상에서 캡처를 볼 수 있다. 일 구현예에서, 의료 시스템(100)은 캡처 신호에 기초하여 갭을 판단할 수 있다. 추가의 상세 사항이 도 4 내지 도 6에 관하여 본 명세서에서 아래에 제공된다. 처리 유닛(142, 144, 146, 148)은 예이며, 처리 장치(들)(140) 내에 구현될 수 있는 모든 가능한 기능을 포함하지는 않는다. 다른 기능성 및/또는 처리 유닛이 처리 장치(들)(140) 내에 포함될 수 있지만, 도시되지 않는다.
도 1의 예에서, 콘솔(120)은 또한 케이블(150)에 의해 외부 센서(152)에 연결될 수 있다. 외부 센서(152)는, 예를 들어 접착 패치(adhesive patch)를 사용하여 환자의 피부에 부착될 수 있는 신체 표면 전극 및/또는 위치 센서를 포함할 수 있다. 신체 표면 전극은 심장 조직의 분극(polarization) 및 탈분극(depolarization)에 의해 생성되는 전기 임펄스(electrical impulse)를 검출할 수 있다. 위치 센서는 사용 동안에 카테터(110)를 위치시키기 위하여 진보된 카테터 위치 및/또는 자기 위치 센서를 사용할 수 있다. 도 1에 도시되지 않지만, 환자(102)가 착용하도록 구성되는 조끼(vest) 내에 외부 센서(152)가 매립될 수 있다. 외부 센서(152)는 환자(103)의 호흡 주기를 식별하고 추적하는 데 도움을 줄 수 있다. 외부 센서(152)는 케이블(150)을 통해 콘솔(120)에 정보를 전송할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 카테터(110)와 외부 센서(152)는 무선 인터페이스를 통해 서로 그리고 콘솔(120)과 통신할 수 있다. 예를 들어, 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,266,551호는 특히 신호 처리 및/또는 컴퓨팅 장치에 물리적으로 연결되지 않는 무선 카테터를 기재하고 있다. 오히려, 송신기/수신기가 카테터의 근위 단부(proximal end)에 부착된다. 송신기/수신기는 적외선(IR), 무선 주파수(RF), 무선, 블루투스(Bluetooth)(등록상표), 음향 또는 다른 전송과 같은 무선 통신 방법을 사용하여 신호 처리 및/또는 컴퓨터 장치와 통신한다.
카테터(110)에는 콘솔(120) 내의 대응하는 입력/출력(I/O) 인터페이스(160)와 통신할 수 있는 무선 디지털 인터페이스가 설비될 수 있다. 무선 디지털 인터페이스 및 I/O 인터페이스(160)는 IR, RF, 블루투스, IEEE 802.11 표준 계열들 중 하나, 또는 하이퍼랜(HiperLAN) 표준과 같은, 당업계에 알려진 임의의 적합한 무선 통신 표준에 따라 작동할 수 있다. 외부 센서(152)는 가요성 기판 상에 통합되는 하나 이상의 무선 센서 노드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 무선 센서 노드는 로컬 디지털 신호 처리를 가능하게 하는 무선 송신/수신 유닛(wireless transmit/receive unit, WTRU), 무선 링크(radio link), 및 소형 재충전가능 배터리와 같은 전원을 포함할 수 있다.
무선 디지털 인터페이스 및 I/O 인터페이스(160)는 콘솔(120)이 카테터(110) 및 외부 센서(152)와 상호작용할 수 있게 할 수 있다. 무선 디지털 인터페이스 및 I/O 인터페이스(160)와 의료 시스템(100)의 다른 구성요소를 통해 외부 센서(152)로부터 수신되는 전기 임펄스 및 카테터(110)로부터 수신되는 신호에 기초하여, 처리 장치(들)(140)는 디스플레이(170) 상에 표시될 수 있는 정보(105)를 생성할 수 있다. 정보(105)는 본 명세서에 후술되는 바와 같은 캡처 신호를 포함할 수 있지만, 이로 한정되지 않는다.
진단 처치 동안에, 처리 장치(들)(140)는 정보(105)를 제시할 수 있고/있거나, 메모리(180) 내에 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(180)는 임의의 적합한 휘발성 및/또는 비-휘발성 메모리, 예를 들어 랜덤 액세스 메모리 또는 하드 디스크 드라이브를 포함할 수 있다.
카테터 제어 유닛(112)은 하나 이상의 입력 장치(185)를 사용하여 선택가능한 정보(105)에 기초하여 카테터(110)를 조작하기 위해 조작자(130)에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 의료 시스템(100)은 조작자(130)가 정보(105)에 기초하여 카테터(110)를 조작하도록 카테터 제어 유닛(112)을 작동시키는 동안에 콘솔(120)을 조작하는 제2 조작자를 포함할 수 있다. 제2 조작자에게 또한 정보(105)가 제공될 수 있다. 카테터(110)의 원위 단부(114)를 이동시키고 위치시키기 위한 카테터 제어 장치(112)의 구성과 사용의 역학은 위에 언급된 카르토™ 매핑 시스템에 채용되는 것과 같은 어떤 시점에서의 기술적 수준 내에 있다. 예를 들어, 마치 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,690,963호를 또한 참조한다.
예시적인 카테터(200)가 카테터(200) 내에 포함될 수 있는 요소들 중 전부는 아니지만 일부를 도시한 도 2에 더욱 상세히 도시되어 있다. 카테터(200)는 하기의 구성요소들 중 임의의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있지만, 이로 한정되지 않는다: 전극(들)(210); 미세전극(212); 온도 센서(들)(215); 비-접촉 전극(220); 이미지 센서(들)(225); 위치설정 또는 위치 센서(들)(230); 원위 팁(235); 원위 단부(240); 손잡이(245); 및/또는 케이블(250). 도 2의 카테터(200)의 개략도는 카테터(200)의 가능한 구성요소들의 상위 표현이어서, 카테터(200) 내의 구성요소들의 위치와 구성은 도시된 것과 상이할 수 있다.
카테터(200)의 원위 단부(240)는 심장 조직의 전기적 특성을 측정하기 위해 사용될 수 있는 전극(들)(210)을 원위 팁(235)에서 포함할 수 있다. 전극(들)(210)은 또한 진단 목적을 위해 전기 신호를 심장으로 송신하기 위해 사용될 수 있다. 전극(들)(210)은 또한 원하는 절제 위치에서 심장 조직에 직접 에너지(예컨대, RF 에너지)를 인가함으로써 결손 심장 조직에 대해 절제를 수행할 수 있다.
카테터(200)의 원위 단부(240)는 절제선에서 갭을 검출하기 위해 사용될 수 있는 미세전극(212)을 원위 팁(235)에서 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 카테터(200)는 절제를 위해 구성된 전극(들)(210) 및 갭 검출을 위해 구성된 미세전극(212)을 포함한다.
카테터(200)의 원위 단부(240)는 원위 단부(240)와 접촉하는 심장 조직의 온도를 측정하고/하거나 원위 단부(240) 자체의 온도를 측정하기 위해 온도 센서(들)(215)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple) 또는 서미스터(thermistor)가 온도 센서(들)(215)로서 역할하도록 원위 단부(240)를 따라 어딘가에 배치될 수 있다.
원위 단부(240)는 환자의 심실의 벽들로부터의 원거리장(far-field) 전기 신호들을 동시에 수신 및 측정하기 위해 사용될 수 있는, 어레이로 배열된 비-접촉 전극(220)들을 포함할 수 있다. 전극(들)(210), 미세전극(212) 및 비-접촉 전극(220)은 심장의 전기적 특성에 관한 정보를, 예를 들어 처리 장치(들)(140)와 같은, 처리를 위한 처리 장치(들)에 제공한다.
카테터(들)(200)에는 전하 결합 소자(charge coupled device, CCD) 이미지 센서와 같은 하나 이상의 이미지 센서(들)(225), 및/또는 체강 내로 삽입될 때 내시경 이미지를 캡처하기 위한 카메라가 설비될 수 있다. 이미지 센서(들)(225)는 원위 단부(240)에 위치될 수 있다.
원위 단부(240)는 신체 내에서의 카테터(200)의 위치와 배향(및/또는 거리)을 결정하기 위해 사용되는 신호를 발생시킬 수 있는 위치 센서(들)(230)를 카테터(200)의 원위 팁(235)에서 포함할 수 있다. 일례에서, 위치 센서(들)(230), 전극(들)(210), 미세전극(212) 및 원위 팁(235)의 상대 위치와 배향은 원위 팁(235)의 정확한 위치설정 정보를 용이하게 하기 위해 고정되고 알려져 있다. 예를 들어, 위치 센서(들)(230)의 위치는 부분적으로, (예컨대, 심장외(extra-cardiac) 센서에 기초한) 심장 외부의 알려진 위치에 대한 상대 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 위치 센서(들)(230)의 사용은 주위 공간에서의 자기장 내에서의 개선된 위치 정확도를 제공할 수 있고, 카테터(200)의 위치 정보가 환자의 해부학적 구조에 대한 것이므로 환자 움직임에 맞추어질 수 있는 위치 정보를 제공할 수 있다.
카테터(220)의 손잡이(245)는 의사와 같은 조작자에 의해 조작될 수 있고, 의사가 원위 팁(235)을 원하는 방향으로 효과적으로 조향할 수 있게 하기 위해 제어부(250)를 포함할 수 있다.
전극(210), 미세전극(212), 비-접촉 전극(220), 및 센서(215, 225, 230)는 위치, 전기, 이미징 및/또는 온도 정보와 같은 정보를, 심장 내에서의 카테터(200)의 기능을 실시간으로 작동시키고 표시하기 위해 사용될 수 있는, 콘솔(120)과 같은 콘솔 시스템에 제공하기 위해, 손잡이(245)와 케이블(250)을 통과할 수 있는 와이어를 통해 처리 장치(들)(140)에 연결될 수 있다.
도 3은 소정 구현예에 따른 미세전극들을 갖는 카테터(300)의 예시적인 원위 팁의 도면이다. 일 구현예에서, 카테터(300)는 한 세트의 3개의 미세전극(310, 315, 320)을 포함하는 원위 팁(305)을 구비한다. 각각의 미세전극(310, 315, 320)은 팔라듐, 백금, 금, 스테인리스강 등, 및 이들의 조합과 같은 의료 등급 금속으로부터 제조될 수 있지만, 이로 한정되지 않는다. 각각의 미세전극(310, 315, 320)은 미세전극(310, 315, 320)의 외측 표면이 원위 팁(305)의 윤곽과 동일 평면을 이루도록 원위 팁(305) 내의 리세스(recess)(312, 317, 322) 내에 설치된다. 일 구현예에서, 미세전극(310, 315, 320)들은 원위 팁(305)의 원주 주위에 실질적으로 균일하게 분포된다. 일 구현예에서, 원위 팁(305)은 온도를 측정하기 위해 열전대(들)(325)를 포함할 수 있으며, 이러한 온도는 이어서 미세전극(310, 315, 320)들이 조직과 접촉하는지 여부 및 어떤 쌍의 미세전극들이 조직과 접촉하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 4는 갭 검출을 위한 방법이 사용될 수 있는 경우의 예시적인 시나리오(400)를 도시한다. 시나리오(400)는 갭(410)을 포함하는 절제선(405)을 예시한다. 도 6에 관하여 본 명세서에서 후술되는 바와 같이 갭(410)을 검출하려고 시도하기 위해 절제선(405)과 접촉하는 한 쌍의 미세전극(415)들이 도시되어 있다.
도 5는 소정 구현예에 따른 한 세트의 미세전극(505, 510, 515)들에 대한 심장박동조율 프로토콜(500)을 도시한다. 심장박동조율 프로토콜(500)은 주어진 조직 위치에 대해 한 쌍의 미세전극들로부터 다른 쌍의 미세전극들로 심장박동조율 신호를 시퀀싱한다. 예를 들어, 심장박동조율 프로토콜(500)은 미세전극(505, 510)들에 대한 제1 심장박동조율 신호, 미세전극(510, 515)들에 대한 제2 심장박동조율 신호, 및 미세전극(515, 505)들에 대한 제3 심장박동조율 신호를 송신할 수 있다. 결과적으로, 심장박동조율 프로토콜(500) 및 미세전극(505, 510, 515)들의 세트는 각각의 조직 위치에 대한 3개의 판독치를 가능하게 한다. 심장박동조율 프로토콜(500)은, 예를 들어 심장박동조율 신호 유닛(146)으로 구현될 수 있다.
일 구현예에서, 심장박동조율 프로토콜(500)은 어떤 쌍(들)의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지에 기초하여 특정 쌍의 미세전극들을 선택한다. 일 구현예에서, 조작자 및/또는 의사는 각각의 쌍의 미세전극들로부터의 신호를 관찰함으로써, 어떤 쌍(들)의 미세전극들이 조직과 접촉하는지를 알 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 미세전극들 사이에 신호가 없다면, 그러한 조직 위치에서는 심장박동조율할 필요가 없다. 신호의 결여, 즉 에너지가 없음은 미세전극들의 쌍이 조직과 접촉하지 않음을 나타낸다. 이는 한 쌍의 미세전극들(정의상, 표적 조직과 접촉함)에 의해 갭이 검출되면 절제 시술 동안에 의사를 돕는데, 그 이유는 절제 전극이 또한 표적 조직과 접촉할 것이기 때문이다. 즉, 심장박동조율이 일어나는 장소는 또한 절제가 일어나는 동일한 장소이다. 이는 심장박동조율을 위한 장소가 절제를 위한 동일한 장소가 아닌 종래의 시스템과 대비된다. 또한, 심장박동조율 위치가 절제 위치와 동일하기 때문에 절제 시간이 감소된다.
일 구현예에서, 심장박동조율 프로토콜(500)은 조직과 접촉하는 미세전극들의 쌍을 자동으로 검출하기 위해 접촉력 정보를 사용함으로써 자동화될 수 있다. 예를 들어, 특정 쌍의 미세전극들에서 심장박동조율 프로토콜을 자동으로 시작하기 위해 심장박동조율 신호 유닛(146)에 정보를 제공하도록 도 1의 힘 센서(128)가 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 특정 쌍의 미세전극들을 생략하기 위해 힘 정보가 사용될 수 있다.
도 6은 소정 구현예에 따른 갭 검출을 위한 방법의 흐름도(600)이다. 흐름도(600)가 도 4 및 도 5와 함께 기술된다. 카테터가 절제선(405)과 같은 절제선 상의 조직 위치에 배치된다(605). 심장박동조율 신호가, 예를 들어 심장박동조율 프로토콜(500)과 같은 심장박동조율 프로토콜에 따라 한 쌍의 미세전극들을 통해 전송된다(610). 예를 들어, 미세전극들의 쌍은 도 4의 미세전극(415)들의 쌍일 수 있거나, 도 5의 미세전극(505, 510, 515)들로부터 형성되는 미세전극들의 쌍 중 하나일 수 있다. 시스템은 이어서 캡처가 일어났는지 여부를 결정한다(615). 캡처가 검출되지 않으면, 다른 쌍들의 미세전극들이 조직과 접촉하는지 여부에 관해 현재 위치에서 결정이 이루어진다(630). 캡처가 검출되었으면, 갭이 절제선에 존재한다는 통지가 의사, 조작자 또는 둘 모두에게 보내진다(620). 이는 도 4에 예를 들어 도시되어 있으며, 여기서 갭(410)이 미세전극(415)들의 쌍에 의해 절제선(405)에서 검출되었다. 의사는 이어서 검출된 살아있는 조직을 절제할 수 있다(625). 다른 쌍들의 미세전극들이 조직과 접촉하는지 여부에 관해 현재 위치에서 결정이 이루어진다(630). 다른 쌍의 미세전극들이 조직과 접촉하면, 심장박동조율 신호가 심장박동조율 프로토콜에 따라 미세전극들의 쌍을 통해 전송된다(610). 다른 쌍들의 미세전극들이 조직과 접촉하지 않으면, 의사 및/또는 조작자에게 통지한다(635). 확인될 필요가 있는 다른 조직 위치가 있는지 여부를 결정한다(640). 더 이상의 위치가 이용가능하면, 카테터가 새로운 조직 위치를 향해 이동되거나 배향되고(645), 심장박동조율 신호가 예를 들어 심장박동조율 프로토콜(500)과 같은 심장박동조율 프로토콜에 따라 한 쌍의 미세전극들을 통해 전송된다(610). 더 이상의 위치가 없으면, 정지한다(650).
일반적으로, 절제선에서의 갭 검출을 위한 방법은 카테터를 절제선을 따라 조직 위치에 배치하는 단계; 심장박동조율 신호를 심장박동조율 프로토콜에 따라 한 쌍의 미세전극들을 통해 전송하는 단계; 살아있는 조직이 존재하면 캡처 신호를 수신하는 단계; 캡처 신호에 기초하여 절제선에서의 갭을 결정하는 단계; 및 절제선에서의 검출된 갭 내의 살아있는 조직을 카테터 이동 없이 절제 전극을 이용하여 절제하는 단계를 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 어떤 쌍들의 미세전극들이 심장박동조율 프로토콜에 따라 표적 조직과 접촉하는지를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 힘 센서를 사용하여, 조직 위치에 있는 어떤 쌍들의 미세전극들이 심장박동조율 프로토콜에 따라 표적 조직과 접촉하는지를 자동으로 검출하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 열전대를 사용하여, 조직 위치에 있는 어떤 쌍들의 미세전극들이 심장박동조율 프로토콜에 따라 표적 조직과 접촉하는지를 자동으로 검출하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 심장박동조율 프로토콜에 따라 카테터를 이동시킴이 없이 조직 위치에 있는 다른 쌍의 미세전극들을 통해 다른 심장박동조율 신호를 전송하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 심장박동조율 프로토콜에 따라 카테터를 이동시킴이 없이 조직 위치에 있는 각각의 쌍의 미세전극들을 통해 시퀀싱한 후에 카테터를 다른 조직 위치에 배치하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 조직 위치에 있는 미세전극들의 쌍들 사이의 시그널링을 사용하여, 카테터가 표적 조직과 접촉하는지 여부를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 이 방법은 캡처 신호를 사용자에게 표시하는 단계를 추가로 포함한다.
일반적으로, 절제선에서의 갭 검출을 위한 시스템은 복수의 미세전극들 및 절제 전극을 포함하는 카테터로서, 절제선을 따라 조직 위치에 배치되도록 구성되는, 상기 카테터; 및 복수의 미세전극들 및 절제 전극과 통신하는 처리 장치를 포함한다. 처리 장치는, 심장박동조율 신호를 심장박동조율 프로토콜에 따라 한 쌍의 미세전극들을 통해 전송하고, 살아있는 조직이 존재하면 전극을 통해 캡처 신호를 수신하며, 수신된 캡처 신호에 기초하여 절제선에서의 갭을 결정하고, 카테터의 이동 없이 절제 전극을 이용하여 절제선에서의 검출된 갭 내의 살아있는 조직의 절제를 발생시키도록 구성된다. 일 구현예에서, 처리 장치는 심장박동조율 신호 유닛을 추가로 포함하고, 심장박동조율 신호 유닛은, 복수의 미세전극들로부터의 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 결정하고, 표적 조직과 접촉하는 미세전극들의 쌍들에 기초하여 심장박동조율 프로토콜을 구현하도록 구성된다. 일 구현예에서, 시스템은 심장박동조율 신호 유닛과 통신하는 힘 센서를 추가로 포함하고, 힘 센서는 조직 위치에 있는 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 자동으로 검출한다. 일 구현예에서, 시스템은 심장박동조율 신호 유닛과 통신하는 열전대를 추가로 포함하고, 열전대는 조직 위치에 있는 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 검출한다. 일 구현예에서, 처리 장치는 심장박동조율 프로토콜에 따라 카테터를 이동시킴이 없이 조직 위치에 있는 다른 쌍의 미세전극들을 통해 다른 심장박동조율 신호를 전송하도록 추가로 구성된다. 일 구현예에서, 처리 장치는 조직 위치에 있는 미세전극들의 쌍들 사이의 신호들을 사용하여, 카테터가 표적 조직과 접촉하는지 여부를 결정하도록 추가로 구성된다. 일 구현예에서, 시스템은 캡처 신호를 사용자에게 표시하기 위한 디스플레이를 추가로 포함한다.
일반적으로, 표적 조직의 절제선을 따른 갭 검출에 사용하기 위한 카테터는 복수의 미세전극들로서, 표적 조직과 접촉하는 각각의 쌍의 전극들은 심장박동조율 신호를 전송하는, 상기 복수의 미세전극들; 및 절제 전극을 포함한다. 절제 전극은 심장박동조율 신호에 응답하는 표적 조직으로부터의 캡처 신호로부터 검출되는 절제선에서의 갭 내의 살아있는 조직을 절제하는데, 여기서 심장박동조율 신호의 전송과 절제는 표적 조직에서의 카테터의 단독 배치(singular placement)로 행해진다. 일 구현예에서, 카테터는 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 자동으로 검출하도록 구성되는 힘 센서를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 카테터는 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 검출하도록 구성되는 열전대를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 복수의 미세전극들 및 절제 전극은 카테터의 원위 단부에 있다. 일 구현예에서, 복수의 미세전극들은 리세스 내에 있고, 카테터의 외부 표면과 동일 평면을 이룬다.
본 명세서의 설명은 심장 계통에 대한 심장 절제 시술에 관한 것이지만, 본 발명이 호흡기/폐 계통, 호흡기와 폐 계통, 소화기 계통, 신경혈관계 및/또는 순환계를 포함하지만 이로 한정되지 않는, 신체에서의 임의의 공동 또는 계통에 사용될 수 있는 시스템 및 시술에 적용될 수 있음이 당업자에 의해 이해된다.
특징부들 및 요소들이 특정 조합으로 전술되었지만, 당업자는 각각의 특징부 또는 요소가 단독으로 또는 다른 특징부들 및 요소들과의 임의의 조합으로 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 게다가, 본 명세서에 설명된 방법은 컴퓨터 또는 프로세서에 의한 실행을 위해 컴퓨터-판독가능 매체에 통합된 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 예는 (유선 또는 무선 접속을 통해 전송되는) 전자 신호 및 컴퓨터-판독 가능 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체의 예는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 장치, 내부 하드 디스크 및 착탈식 디스크와 같은 자기 매체, 광자기 매체, 및 CD-ROM 디스크 및 디지털 다기능 디스크(DVD)와 같은 광학 매체를 포함하지만, 이로 한정되지 않는다.

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  9. 절제선 내에서의 갭 검출을 위한 시스템으로서,
    복수의 미세전극들 및 절제 전극을 포함하는 카테터로서, 상기 카테터는 상기 절제선을 따라 조직 위치에 배치되도록 구성되고, 상기 카테터는:
    상기 조직 위치에 있는 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 자동으로 검출하는 힘 센서 또는 열전대; 및
    하나 또는 두개의 소형 코일과, 임피던스-기반 또는 초음파 위치 센서를 포함하는 위치 센서를 더 포함하는, 상기 카테터;
    상기 복수의 미세전극들 및 상기 절제 전극과 통신하는 처리 장치를 포함하고,
    상기 처리 장치는,
    상기 힘 센서 또는 상기 열전대에 의해 상기 표적 조직과 접촉한다고 검출된 한 쌍의 미세전극들을 통해, 상기 표적 조직에 심장박동조율 신호를 심장박동조율 프로토콜에 따라 전송하고,
    살아있는 조직이 존재하면 전극을 통해 캡처 신호를 수신하며,
    수신된 캡처 신호에 기초하여 상기 절제선에서의 갭을 결정하고,
    상기 카테터의 이동 없이 상기 절제 전극을 이용하여 상기 절제선에서의 검출된 갭 내의 상기 살아있는 조직의 절제를 발생시키도록 구성되는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 처리 장치는 심장박동조율 신호 유닛을 추가로 포함하고,
    상기 심장박동조율 신호 유닛은,
    상기 복수의 미세전극들로부터의 어떤 쌍들의 미세전극들이 표적 조직과 접촉하는지를 결정하고,
    상기 표적 조직과 접촉하는 상기 미세전극들의 쌍들에 기초하여 상기 심장박동조율 프로토콜을 구현하도록 구성되는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 힘 센서는 상기 심장박동조율 신호 유닛과 통신하는, 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 열전대는 상기 심장박동조율 신호 유닛과 통신하는, 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 처리 장치는 상기 심장박동조율 프로토콜에 따라 상기 카테터를 이동시킴이 없이 상기 조직 위치에 있는 다른 쌍의 미세전극들을 통해 다른 심장박동조율 신호를 전송하도록 구성되는, 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 처리 장치는 상기 조직 위치에 있는 미세전극들의 쌍들 사이의 신호들을 사용하여, 상기 카테터가 표적 조직과 접촉하는지 여부를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 캡처 신호를 사용자에게 표시하기 위한 디스플레이를 추가로 포함하는, 시스템.
  16. 표적 조직의 절제선을 따른 갭 검출에 사용하기 위한 카테터로서,
    복수의 미세전극들로서, 상기 표적 조직과 접촉하는 각각의 쌍의 전극들은 심장박동조율 신호를 전송하는, 상기 복수의 미세전극들;
    절제 전극으로서, 상기 심장박동조율 신호에 응답하는 상기 표적 조직으로부터의 캡처 신호로부터 검출되는 상기 절제선에서의 갭 내의 살아있는 조직을 절제하는, 상기 절제 전극;
    어떤 쌍들의 미세전극들이 상기 표적 조직과 접촉하는지를 자동으로 검출하는 힘 센서 또는 열전대; 및
    하나 또는 두개의 소형 코일과, 임피던스-기반 또는 초음파 위치 센서를 포함하는 위치 센서를 포함하고,
    상기 힘 센서 또는 상기 열전대에 의해 상기 표적 조직과 접촉한다고 검출된 한 쌍의 미세전극들을 통해 상기 표적 조직으로의 상기 심장박동조율 신호의 전송과 절제는 상기 표적 조직에서의 상기 카테터의 단독 배치(singular placement)로 행해지는, 카테터.
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  19. 제16항에 있어서, 상기 복수의 미세전극들 및 상기 절제 전극은 상기 카테터의 원위 단부(distal end)에 있는, 카테터.
  20. 제16항에 있어서, 상기 복수의 미세전극들은 리세스(recess) 내에 있고, 상기 카테터의 외부 표면과 동일 평면을 이루는, 카테터.
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