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KR20020005463A - 다중-전극 카테터, 시스템 및 방법 - Google Patents

다중-전극 카테터, 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20020005463A
KR20020005463A KR1020010040233A KR20010040233A KR20020005463A KR 20020005463 A KR20020005463 A KR 20020005463A KR 1020010040233 A KR1020010040233 A KR 1020010040233A KR 20010040233 A KR20010040233 A KR 20010040233A KR 20020005463 A KR20020005463 A KR 20020005463A
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electrode
tissue
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catheter
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골딘알렉산더
홀저애셔
레빈마이클
맷코비치아브라함
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카페주토 루이스 제이.
바이오센스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 전극-조직 접촉의 검출 시스템은 위치 센서 및 복수개의 접촉 전극을 갖는 다중-전극 카테터를 포함한다. 이 카테터는 조직과 접촉하게 되는 것이 적합하게 방지되는 기준 전극을 또한 포함하는 것이 적합하다. 이 시스템은 접촉 전극들 각각으로 및 기준 전극으로 시험 신호들을 전송하기 위한 신호 발생기를 또한 포함한다. 조직 접촉은 기준 전극을 가로질러 복귀 전극으로 인가된 신호에 대해 팁 전극을 가로질러 복귀 전극으로 인가된 신호들을 비교함으로써 검출된다. 절제 에너지는 전극과 조직의 접촉이 검출되는 경우에 접촉 전극에 전달될 수 있다.

Description

다중-전극 카테터, 시스템 및 방법{Multi-Electrode Catheter, System And Method}
본 발명은 조직과 전극의 접촉을 검출하기 위한 신규한 카테터, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 카테터, 시스템 및 방법은 심장 내 전기 생리학 또는 전기 기계적 연구와 관련하여 또는 심장 절제 등의 수술 절차와 관련하여 사용하기에 특히 적절하다.
심장 부정맥, 그 중 가장 통상적으로는 심실 빈맥증(VT)은 주된 사망 원인이다. 대부분의 환자들에 있어서, VT는 심실의 내표면에 근접하게 위치하는 1mm 내지 2mm 병변으로부터 기원한다. VT에 대한 치료법들 중 한 가지는 활성 부위의 절제에 이어 병변을 위치시키기 위해 심장의 전기적 경로를 맵핑하는 것을 포함한다.
본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 5,545,951호, 미국 특허 출원 제 08/793,371호 및 PCT 출원 WO 96/05768호는 심장 내의 정확한 위치의 함수로서 국부 활성화 시간 등의 심장 조직의 전기적 특성을 감지하는 방법을 개시하고 있으며, 이들을 참고 문헌으로서 본 명세서에 기재한다. 데이터는 전기 센서 및 위치 센서를 갖는 1개 이상의 카테터를 이들의 말단 팁으로 전진시킴으로써 얻어진다. 카테터 팁의 정확한 3차원 위치는 내부에 포함된 위치 센서에 의해 확인된다. 위치 센서는 전자기장 등의 외부로부터 발생되는 비이온화 필드 내의 그의 정확한 위치에 응답하는 신호들을 발생시킴으로써 작동한다. 위치 정보 인식과 동시에, 전기 정보는 카테터 말단 팁에 포함된 적어도 하나의 전극에 의해서 역시 획득된다. 카테터에 포함된 센서들에 의한 위치 및 전기 정보의 정확한 감지는 일반적으로 카테터 전극이 조직과 접촉하는 고도의 신뢰도를 필요로 한다.
전극들을 맵핑하고 절제하는 위치를 결정하기 위한 음향 수단을 사용하는 시스템에서, 전극들이 맵핑되거나 또는 절제될 조직과 접촉하는 것을 결정하는 것은 마찬가지로 중요하다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,409,000호는 심실에 배치되도록 적용된 복수개의 가요성의 종방향으로 확장되는 원주방향으로 이격된 아암을 갖는 카테터 프로브의 사용을 개시하고 있으며, 이를 참고 문헌으로서 본 명세서에 인용한다. 전극들은 아암에 의해 운반되고, 심실 벽과 결합되게 이동하도록 적용된다. 초음파로 볼 수 있는 마커들은 아암을 인코딩하기 위해 암에 의해 운반됨으로써, 하나의 아암은 다른 것과 구별될 수 있다. 초음파 센서 또는 트랜스듀서 등의 초음파 관찰 수단을 그의 말단부에 갖는 절제 카테터는 카테터 프로브에 의해 운반되고, 그 내부에 활주 가능하게 설치된다. 절제 카테터의 말단부는 카테터 프로브의 아암에 의해 운반되는 마커를 초음파로 관찰할 수 있는 위치로 이동함으로써 아암들이 확인될 수 있고, 아암들의 간격이 확인될 수 있다.
PCT 출원 WO 99/05971호는 삼각 측량의 원리를 사용하여 환자의 심장 내에 고정된 3차원 좌표 시스템을 확립하기 위해 1개 이상의 초음파 기준 카테터를 사용하는 시스템을 개시하고 있으며, 이를 참고 문헌으로서 본 명세서에 인용한다. 좌표 시스템은 비디오 모니터 상에 3차원 그래픽으로 나타내며, 이들이 임상 절차를수행하는데 필요한 위치로 신체를 통해 초음파 센서 또는 트랜스듀서를 구비한 다른 의료 장치를 안내하는데 의사들을 보조하는 것으로 보고되고 있다. 이 시스템은 심장 내의 목적하는 위치로, 심장 조직의 선택된 영역을 절제하기 위한 절제 카테터 및 전기적 활성도를 측정하기 위한 카테터를 맵핑하는데 내과 의사들을 보조하는데 유용한 것으로 보고되고 있다.
이들 데이터에 기초한 심장의 전기적 활성도의 맵 생성 방법은 각각 1998년 7월 24일자 및 1999년 7월 22일자로 출원되어 본 출원인에게 양도된 미국 특허 출원 제 09/122,137호 및 제 09/357,559호, 및 유럽 특허 출원 제 974,936호에 개시되어 있으며, 이들을 참고 문헌으로서 본 명세서에 인용한다. 임상 환경에서, 심실의 전기적 활성도의 상세한 포괄적인 맵을 발생시키기 위해 심장 내의 100개 이상의 부위에 데이터를 누적시키는 것은 통상적이다. 상기한 바와 같이 위치 센서를 사용하는 것은 심실의 활성도의 상세하고 정확한 맵을 제공하는데 매우 유용하다.
위치 또는 기억 위치 센서를 포함하는 카테터는 심장 표면 상의 지점들의 궤적을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 이들 궤적은 조직의 수축성 등의 기계적 동작 특성을 추측하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에 참고 문헌으로서 인용한 미국 특허 제 5,738,096호에 개시된 바와 같이, 국지적 전기 정보를 나타내는 맵과 중첩될 수 있는 동작 특성 등을 나타내는 맵은 궤적 정보가 심장의 충분한 수의 지점들에서 샘플링될 때 구축될 수 있다. 이러한 동작 특성의 정확한 맵은 카테터 팁이 심장 조직과 접촉하게 될 때 데이터가 획득되는 신뢰도를 필요로 한다.
상기한 바와 같이 발생된 상세한 맵은 심장의 전기적 활성도의 전파를 변경시키고 정상적인 심장 리듬을 복원하기 위해 절제의 치료 과정, 예를 들면 조직 절제에 대해 결정하는 원리로서 작용할 수 있다. 심장 절제에 있어서, 전형적으로 무선주파수(RF) 범위의 에너지는 그의 말단 팁에 절제 전극을 갖는 카테터에 의해 심장내 표면 상의 선택된 지점들에 공급된다. 절제는 이상한 전기적 활성도의 궤적과 말단 팁 전극이 접촉하게 하고, 말단 팁 전극과 통신하는 외부 RF 발생기로부터 말단 팁 전극을 통해 RF 에너지의 전달을 개시함으로써 수행된다. 절제는 말단 팁 전극이 심실 벽과 접촉하게 될 때 가장 효과적으로 수행된다. 심실 벽과 말단 팁 전극의 접촉의 부재 또는 불량한 접촉은 혈액 중 RF 에너지의 소실 뿐만 아니라 응혈 형성의 동시 발생 가능성에 의한 말단 팁 전극의 오염 가능성을 유도한다. 따라서, 맵핑 및 절제 모두는 전극-조직 접촉을 검출하고 보장하기 위한 방법 및 시스템에 의해 수행되는 것이 중요하다.
다수의 문헌이 전극-조직 접촉을 결정하기 위한 방법을 보고하고 있으며, 그 예로는 미국 특허 제 5,935,079호, 제 5,891,095호, 제 5,836,990호, 제 5,836,874호, 제 5,673,704호, 제 5,662,108호, 제 5,469,857호, 제 5,447,529호, 제 5,341,807호, 제 5,078,714호, 및 캐나다 특허 출원 제 2,285,342호를 들 수 있다. 다수의 이들 참고 문헌, 예를 들면 미국 특허 제 5,935,079호, 제 5,836,990호 및 제 5,447,529호는 팁 전극과 복귀 전극 사이의 임피던스를 측정함으로써 전극-조직 접촉을 결정한다. 상기 '529 특허에 개시된 바와 같이, 혈액을 통한 임피던스는 일반적으로 조직을 통한 임피던스를 저하시킨다는 것은 공지되어 있다. 따라서,조직 접촉은 전극이 조직과 접촉하는 것으로 공지되어 있을 때 및 그것이 혈액과 유일하게 접촉하는 것으로 공지되어 있을 때 전극 세트를 가로지르는 임피던스 값을 미리 측정된 임피던스 값에 비교함으로써 검출되고 있다. 심장 내 절차에 이러한 방법을 사용하는데 있어서 문제점은 조직 및 혈액 임피던스가 그 절차 동안 변화할 수 있다는 사실이다. 더욱이, 조직을 통한 임피던스는 조직의 상태에 좌우된다. 예를 들면, 경색된 조직을 통한 임피던스는 건강한 조직을 통한 임피던스보다 적은 것으로 공지되어 있다.
미국 특허 제 5,341,807호는 카테터 팁 전극과 조직의 접촉을 검출하는 방법을 개시하고 있다. 상기 '807호 특허의 방법은 카테터 표면을 따라 설치된 복수개의 축방향으로 이격된 링 전극 및 팁 전극을 갖는 카테터를 사용한다. 시험 신호는 카테터를 따라 배치된 한 쌍의 카운터 전극을 가로질러 인가된다. 각각의 외부 전극은 내부 전극과 쌍을 지어 전극들 사이의 조직에 대한 임피던스의 감지 신호 특성을 발생시킨다. 상기 '807호 특허에 개시된 카테터 및 관련된 방법의 한 가지 주요 결점은 카테터의 위치 및 배향을 결정하기 위한 유일한 방법으로서 조직 임피던스 측정에 의존한다는 것이다. 더욱이, 임피던스 측정에 사용된 카테터 전극이 신체 표면 및 심장내 ECG 신호를 수집하기 위해 ECG 장치와 함께 사용되기도 하는 경우, 상기 '807호 특허의 임피던스 측정 부품은 회로를 복잡하게 만드는 ECG 장치에 상대적인 별개의 접지를 필요로 할 수 있다.
본 발명은 전극-조직 접촉을 검출하기 위한 신규한 카테터, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 카테터는 근접부 및 말단부를 갖는 본체를 포함하고, 말단부는 말단 팁을 갖는다. 이 카테터는 조직으로부터 전기 신호를 수신하고, 그에 전기 신호를 전송하기 위해, 조직과 접촉하도록 적용된 복수개의 접촉 전극을 또한 포함한다. 본 발명의 카테터는 그의 위치에 응답하는 신호를 발생시키는 위치 센서 및 기준 전극이 체액과 접촉하고, 조직과 접촉하지 않을 때 전기적 특성을 측정하기 위한 기준 전극을 또한 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명의 카테터, 복수개의 콘택트 전극은 카테터 말단 팁에 위치한다. 다른 실시예에서, 복수개의 콘택트 전극은 카테터 본체를 따라 종방향으로 위치한다. 또 다른 실시예에서, 복수개의 콘택트 전극은 카테터 본체 둘레에 원주방향으로 위치한다.
본 발명의 카테터에 사용된 위치 센서는 전자기 위치 센서인 것이 적합하다.
본 발명의 카테터에 사용된 기준 전극은 조직과의 접촉이 방지되는 것이 적합하다. 일 실시예에서, 기준 전극은 이 기준 전극을 피복하는 박막으로 보호된다. 상기 박막은 기준 전극과 혈액의 접촉은 허용하지만 기준 전극과 조직의 접촉은 허용하지 않는다. 선택적으로, 기준 전극은 카테터 본체에 대해 기준 전극을 함입시킴으로써 조직과의 접촉이 방지될 수 있다.
본 발명의 카테터는 접촉 전극으로 및 기준 전극으로의 시험 신호들에 대한 싱크(sink)로서 작용하는 복귀 전극을 임의로 또한 포함한다.
본 발명의 시스템은 근접부 및 말단부를 갖고, 말단부는 말단 팁을 갖는 것인 본체를 포함하는 카테터를 포함한다. 이 카테터는 복수개의 접촉 전극을 포함한다. 복수개의 접촉 전극은 카테터 말단 팁에서 카테터 본체를 따라 종방향으로 및 카테터 본체 둘레에 원주방향으로 위치할 수 있다. 본 발명의 시스템에 사용된 카테터는 그의 위치에 응답하는 신호들을 발생시키는 위치 센서를 또한 포함한다. 본 발명의 시스템은 기준 전극이 체액과 접촉하고 조직과 접촉하지 않을 때 전기적 특성을 측정하기 위한 기준 전극을 또한 포함한다. 이 시스템은 접촉 검출 회로를 또한 포함한다. 접촉 검출 회로는 접촉 전극으로 및 기준 전극으로 시험 신호들을 전송하기 위한 신호 발생기를 포함한다. 접촉 검출 회로는 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 회로를 또한 포함하고, 이 차동 전기 응답은 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 것이다.
본 발명의 시스템에서, 기준 전극은 접촉 전극 및 위치 센서를 포함하는 카테터 상에 위치하는 것이 적합하다. 기준 전극은 조직과의 접촉이 방지되는 것이 더욱 적합하다. 일 실시예에서, 기준 전극은 이 전극을 피복하는 박막에 의해 조직과의 접촉이 방지된다. 이 박막은 기준 전극이 혈액과 접촉하는 것은 허용하지만 기준 전극이 조직과 접촉하는 것은 허용하지 않는다. 다른 실시예에서, 기준 전극은 카테터 본체에 대해 전극을 함입시킴으로써 조직과의 접촉이 방지된다.
본 발명의 시스템은 접촉 전극으로 및 기준 전극으로의 시험 신호들에 대한 싱크로서 작용하는 복귀 전극을 또한 포함한다. 일부 실시예에서, 복귀 전극은 신체 내부에 위치하도록 적용된다. 예를 들면, 복귀 전극은 접촉 전극 및 위치 센서를 포함하는 카테터 상에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 복귀 전극은 신체 외부의 피부와 접촉하도록 적용된다. 복귀 전극은 접촉 전극 및 기준 전극에 의해차동 신호들을 측정하도록 전용될 수 있다. 복귀 전극은 적합하게는 전기 심전도 장치의 절연 접지에 접속되는 것이 적합하다.
본 발명의 시스템에 사용된 카테터에 포함된 위치 센서는 당업계에 공지된 임의의 형태, 예를 들면 음향, 자기 또는 전자기 위치 센서일 수 있다. 적합하게는, 위치 센서는 전자기 위치 센서이다.
본 발명의 시스템은 접촉 검출 회로를 또한 포함한다. 이 접촉 검출 회로는 접촉 전극 및 기준 전극으로 시험 신호들을 전송하기 위한 신호 발생기를 포함한다. 접촉 검출 회로는 시험 신호에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 회로를 또한 포함하고, 이 차동 전기 응답은 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 것이다. 일 실시예에서, 시험 신호에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 회로는 제 1 차동 증폭기 및 제 2 차동 증폭기를 포함한다. 제 1 차동 증폭기는 접촉 전극과 복귀 전극 사이의 제 1 전기 차동 신호를 측정하기 위해 사용된다. 제 2 차동 증폭기는 기준 전극과 복귀 전극 사이의 제 2 전기 차동 신호를 측정하기 위해 사용된다. 본 실시예는 제 1 전기 차동 신호와 제 2 전기 차동 신호 사이의 전기 차동 신호를 측정하기 위한 제 3 차동 증폭기를 또한 포함하는 것이 적합하다.
제 1 차동 증폭기는 말단 팁 전극과 복귀 전극 사이의 전압차를 측정하는 것이 적합하다. 제 2 차동 증폭기는 기준 전극과 복귀 전극 사이의 전압차를 측정하는 것이 적합하다. 제 3 차동 증폭기는 제 1 증폭기와 제 2 증폭기 사이의 전압차를 측정하는 것이 적합하다. 제 3 차동 증폭기에 의해 측정된 전기 차동 신호는 동기 검출기에 의해 정류되는 것이 적합하다.
제 1 증폭기 및 제 2 증폭기의 이득은 제 2 증폭기의 이득에 대한 제 1 증폭기의 이득이 기준 전극 영역에 대한 팁 전극 영역의 비율에 비례하도록 조절되는 것이 적합하다. 그와 같이 조절될 때, 제 3 증폭기의 출력은 팁 전극 및 기준 전극 모두가 혈액 중에 있고, 두 전극 중 어느 것도 조직과 접촉하지 않을 때 널(null) 신호로 될 것이다.
본 발명의 시스템의 본 실시예에서, 접촉 전극들은 제 1 정전류를 공급받고, 기준 전극은 제 2 정전류를 공급받는 것이 적합하고, 제 1 정전류는 제 2 정전류와 동일하다. 복귀 전극은 제 1 정전류 및 제 2 정전류와 반대 위상인 제 3 정전류에 의해 구동되는 것이 적합하다.
다른 실시예에서, 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하기 위한 회로는 제 1 저항 소자 및 제 2 저항 소자를 포함하는 브리지 회로를 포함한다. 제 1 저항 소자 및 제 2 저항 소자 각각은 제 1 측 및 제 2 측을 갖는다. 제 1 저항 소자의 제 1 측은 제 2 저항 소자의 제 1 측과 전기적으로 접속된다. 제 1 저항 소자의 제 2 측은 기준 전극과 전기적으로 접속되고, 제 2 저항 소자의 제 2 측은 접촉 전극과 전기적으로 접속된다. 브리지 회로는 제 1 저항 소자와 제 2 저항 소자 사이의 제 1 입력부 및 복귀 전극에 전기적으로 접속된 제 2 입력부를 갖는다. 이 브리지 회로는 제 1 저항 소자와 기준 전극 사이의 제 1 출력부 및 제 2 저항 소자와 접촉 전극 사이의 제 2 출력부를 갖는다. 브리지 출력부는 말단 팁 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 브리지 출력 전압을 측정하는 차동 증폭기에 접속되는 것이 적합하다. 차동 증폭기의 출력은 동기 검출기에 의해 정류되는 것이 적합하다.
본 실시예의 하나의 변형예에서, 제 1 저항 소자는 제 1 레지스터이고, 제 2 저항 소자는 제 2 레지스터이다. 제 2 레지스터의 저항에 대한 제 1 레지스터의 저항의 비율은 기준 전극 영역에 대한 각각의 접촉 전극의 영역의 비율에 비례하는 것이 적합하다.
본 실시예의 다른 변형예에서, 제 1 저항 소자는 제 1 고출력 임피던스 버퍼이고, 제 2 저항 소자는 제 2 고출력 임피던스 버퍼이다. 제 2 고출력 임피던스 버퍼에 대한 제 1 고출력 임피던스 버퍼의 출력 전류의 비율은 기준 전극 영역에 대한 접촉 전극들 각각의 영역의 비율에 비례하는 것이 적합하다.
시험 신호에 대한 차동 전기 응답을 측정하기 위한 회로의 다른 실시예는 기준 전극으로의 전류를 측정하기 위한 제 1 전류 센서 및 접촉 전극으로의 전류를 측정하기 위한 제 2 전류 센서를 포함한다. 전류 센서는 전류 변환기 및 홀 효과 센서로부터 선택되는 것이 적합하다. 제 2 전류 센서의 이득에 대한 제 1 전류 센서의 이득의 비율은 기준 전극 영역에 대한 팁 전극들 각각의 영역의 비율에 비례하는 것이 적합하다. 전류 센서는 말단 팁 전극과 조직의 접촉을 나타내는 전압을 측정하는 차동 증폭기에 접속된 출력을 갖는 것이 적합하다. 차동 증폭기는 동기 검출기에 의해 정류되는 출력을 갖는 것이 적합하다.
본 발명의 시스템은 접촉 전극들로부터 및/또는 환자 신체의 표면에 위치한 표면 전극으로부터 국지 전기 기록도를 측정하기 위한 회로를 포함하는 것이 적합하다.
본 발명의 시스템은 복수개의 채널을 포함하는 것이 적합하고, 그 채널 수는 접촉 전극들의 수와 동일하거나 초과한다. 본 발명의 시스템은 접촉 검출 회로와 통신하는 접촉 전극들 각각을 스위칭하기 위한 멀티플렉서를 포함하는 것이 더욱 적합하다.
본 발명의 시스템은 적합하게는 절제 전원과 통신하는 조직과 접촉하게 되는 접촉 검출 회로에 의해 결정된 접촉 전극들 각각을 스위칭하기 위한 멀티플렉서를 갖는 절제 전원을 포함하는 것이 더욱 적합하다.
본 발명의 다른 양태는 전극-조직 접촉을 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 근접부 및, 말단 팁을 갖는 말단부를 갖는 본체를 포함하는 카테터를 제공하는 단계를 포함한다. 이 카테터는 조직으로부터 전기 신호들을 수신하고 그에 전기 신호들을 전송하기 위해 조직과 접촉하도록 적용된 복수개의 접촉 전극을 또한 포함한다. 복수개의 접촉 전극은 카테터 말단 팁에서, 카테터 본체를 따라 종방향으로 및, 카테터 본체 둘레에 원주방향으로 위치하는 것이 적합할 수 있다. 본 발명의 방법에 사용된 카테터는 그의 위치에 응답하는 신호들을 발생시키는 위치 센서를 또한 포함한다. 본 발명의 방법은 접촉 전극 및 위치 센서를 포함하는 카테터 상에 위치하는 것이 적합한 기준 전극을 제공하는 단계를 또한 포함한다. 본 발명의 방법은 접촉 전극들로 및, 기준 전극으로 시험 신호들을 제공하는 단계 및 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 단계를 또한 포함하고, 차동 전기 응답은 접촉 전극들과 조직의 접촉을 나타내는 것이다.
본 발명의 방법에 사용된 카테터에 포함된 위치 센서는 전자기 센서인 것이적합하다.
본 발명의 방법을 실시하는데 있어서, 기준 전극은 조직과의 접촉이 방지되는 것이 적합하다. 일 실시예에서, 기준 전극은 이 전극을 피복하는 박막에 의해 조직과의 접촉이 방지되는 것이 적합하고, 이 박막은 기준 전극이 혈액과 접촉하는 것은 허용하지만 기준 전극이 조직과 접촉하는 것은 허용하지 않는다. 선택적으로, 기준 전극은 카테터 본체에 대해 함입됨으로써 조직과의 접촉이 방지될 수 있다.
일 실시예에서, 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답의 측정은 접촉 전극과 복귀 전극 사이의 제 1 전기 차동 신호를 측정하는 단계; 기준 전극과 복귀 전극 사이의 제 2 전기 차동 신호를 측정하는 단계; 및 말단 팁 접촉 전극과 조직의 접촉을 검출하기 위해 제 2 전기 차동 신호와 제 1 전기 차동 신호를 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법의 본 실시예에서, 접촉 전극들로 및, 기준 전극으로 제공된 신호들은 정전류 신호들인 것이 적합하다.
제 1 및 제 2 전기 차동 신호들의 비교는 전극-조직 접촉을 나타내는 제 3 전기 차동 신호를 생성하기 위해 제 1 전기 차동 신호 및 상기 제 2 전기 차동 신호를 차동 증폭기로 공급하는 단계를 포함하는 것이 적합하다. 제 1 및 제 2 전기 차동 신호들은 접촉 전극들 및 기준 전극이 혈액 중에 있고, 조직과 접촉하지 않을 때 차동 증폭기로부터 널 차동 신호를 제공하도록 조절되는 것이 적합하다.
다른 실시예에서, 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답의 측정은 제 1 저항소자 및 제 2 저항 소자를 포함하는 브리지 회로를 제공하는 단계를 포함한다. 제 1 저항 소자 및 제 2 저항 소자 각각은 제 1 측 및 제 2 측을 갖는다. 제 1 저항 소자의 제 1 측은 제 2 저항 소자의 제 1 측과 전기적으로 접속된다. 제 1 저항 소자의 제 2 측은 기준 전극과 전기적으로 접속되고, 제 2 저항 소자의 제 2 측은 접촉 전극과 전기적으로 접속된다. 브리지 회로는 제 1 저항 소자와 제 2 저항 소자 사이의 제 1 입력부 및 복귀 전극에 전기적으로 접속된 제 2 입력부를 갖는다. 이 브리지 회로는 제 1 저항 소자와 기준 전극 사이의 제 1 출력부 및 제 2 저항 소자와 접촉 전극 사이의 제 2 출력부를 갖는다. 본 발명의 방법은 접촉 전극들과 조직의 접촉을 검출하기 위해 브리지 출력부를 가로지르는 신호를 측정하는 단계를 또한 포함한다. 브리지 출력부를 가로지르는 신호는 차동 증폭기에 의해 측정되는 것이 적합하고, 접촉 전극들 및 기준 전극이 혈액 중에 있고 조직과 접촉하지 않을 때 널 신호를 제공하도록 조절되는 것이 적합하다.
본 발명의 방법의 본 실시예의 하나의 변형예에서, 제 1 저항 소자는 제 1 레지스터를 포함하고, 제 2 저항 소자는 제 2 레지스터를 포함한다. 다른 변형예에서, 제 1 저항 소자는 제 1 고출력 임피던스 버퍼를 포함하고, 제 2 저항 소자는 제 2 고출력 임피던스 버퍼를 포함한다.
다른 실시예에서, 시험 신호에 대한 차동 전기 응답의 측정은 제 1 전류 센서에 의해 기준 전극으로의 전류를 측정하는 단계 및 제 2 전류 센서에 의해 접촉 전극들로의 전류를 측정하는 단계를 포함한다. 제 1 전류 센서 및 제 2 전류 센서의 출력은 말단 팁 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 차동 전압을 측정하기 위해 차동 증폭기에 접속된다. 전류 센서들은 전류 변환기 또는 홀 효과 형태인 것이 적합하다. 전류 센서들은 말단 팁 전극과 조직의 접촉을 나타내는 전압을 측정하는 차동 증폭기에 접속된 출력부를 갖는 것이 적합하다. 이들 전류 센서로부터 신호들은 접촉 전극들 및 기준 전극이 혈액 중에 있고 조직과 접촉하지 않을 때 차동 증폭기로부터 널 신호를 제공하도록 조절되는 것이 적합하다.
다른 실시예에서, 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답의 측정은 접촉 전극들과 복귀 전극 사이의 제 1 임피던스를 측정하는 단계 및 기준 전극과 복귀 전극 사이의 제 2 임피던스를 측정하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 임피던스는 접촉 전극들과 조직의 접촉을 검출하기 위해 비교된다.
본 발명의 방법은 조직 상의 복수개의 지점에서 접촉 전극들로부터 전기적 정보 및 위치 센서로부터 위치 정보를 수집하는 단계를 선택적으로 또한 포함한다. 다음, 조직의 전기적 맵은 전기적 및 위치 정보로부터 발생된다. 맵의 각 지점에서 전기적 및 위치 정보는 접촉 전극과 각 지점의 조직 사이에서 검출되는 접촉에 따라 가중된다.
본 발명의 방법은 조직 상의 복수개의 지점에서 각각 접촉 전극들로부터 전기적 정보 및 위치 센서로부터 기계적 정보를 수집하는 단계를 선택적으로 또한 포함한다. 다음, 조직의 전기 기계적 맵은 전기적 및 기계적 정보로부터 발생된다. 맵의 각 지점에서 전기적 및 기계적 정보는 접촉 전극들과 각 지점의 조직 사이에서 검출되는 접촉에 따라 가중된다.
본 발명의 방법은 조직과 접촉하고 있는 전극들에 따라 접촉 전극들에 절제에너지를 전달하는 단계를 선택적으로 또한 포함한다.
본 발명의 목적은 다중-전극 카테터 및 전극-조직 접촉을 검출하기 위해 상기 카테터를 사용하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 기준 전극에 비해 복수개의 접촉 전극들에 의해 전극-조직 접촉을 검출하는 차동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조직과 접촉하지 않는 기준 전극에 비해 복수개의 접촉 전극들에 의해 전극-조직 접촉을 검출하는 차동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고도로 정확한 위치 센서를 포함하는 시스템에서 전극-조직 접촉의 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 심장 맵핑 절차에 사용하기 위한 복수개의 전극의 전극-조직 접촉을 검출하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 심장 절제 절차에 사용하기 위한 복수개의 전극의 전극-조직 접촉을 검출하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련되는 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 시스템 및 방법을 구체화한 심장 진단 및 치료 시스템의 q부품들을 도시하는 개략도.
도 2는 환자에 사용 중인 도 1의 시스템에 필요한 부가의 부품을 도시하는 개략도.
도 3은 전극-조직 접촉을 검출하기 위해 사용된 회로의 일 실시예를 도시하는 개략도.
도 4는 전극-조직 접촉을 검출하기 위해 사용된 브리지 회로를 도시하는 개략도.
도 5는 도 4의 브리지 회로의 일 실시예를 도시하는 개략도.
도 6은 도 4의 브리지 회로의 다른 실시예를 도시하는 개략도.
도 7은 전극-조직 접촉을 검출하기 위한 다른 회로를 도시하는 개략도.
도 8a는 기준 전극이 박막으로 피복됨으로써 조직과 접촉하는 것이 방지되는 카테터의 말단부의 단면도.
도 8b는 기준 전극이 카테터 본체 내로 함입됨으로써 조직과 접촉하는 것이 방지되는 카테터의 말단부의 단면도.
도 9a는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 슬릿-팁 디자인을 갖는 카테터의 말단부의 평면도.
도 9b는 도 9a의 카테터의 말단 팁의 단면도.
도 9c는 도 9a의 카테터의 전극 조립체의 근접부의 단면도.
도 9d는 도 9a의 카테터의 말단부의 수직 단면의 도면.
도 10은 심실의 전기적 활성도의 맵핑 및 심실 내 부위의 절제를 위한 시스템을 도시하는 개략도.
도 11은 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는데 사용하기 위한 다른 슬릿-팁 카테터 디자인을 갖는 카테터의 말단부의 사시도.
도 12는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 카테터의 다른 실시예의 말단부의 단면도.
도 13a는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 다른 디자인의 카테터의 개략도.
도 13b는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 다른 디자인의 카테터의 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의설명 *
20, 242: 카테터 24: 접촉 전극
25, 184: 기준 전극 28, 180: 위치 센서
29: 심실 33, 48: 리셉터클
34: 콘솔 36: 컴퓨터
38: 키보드 42: 디스플레이
210: 제어기 212: 멀티플렉서
본 발명은 심실 벽 등의 조직과 전극의 접촉을 검출하기 위한 신규한 시스템 및 신규한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 심실의 전기적 특성을 맵핑하기 위해 또는 심장 절제 등의 전기 요법 절차를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 사용하기에 특히 적절하다.
전극-조직 접촉을 검출하기 위한 본 발명의 방법 및 시스템은 차동 임피던스 측정에 기초한다. 심실 벽 등의 조직의 임피던스 값은 혈액의 임피던스보다 더 커지는 경향이 있다. 본 발명의 방법 및 시스템은 적합하게는 카테터 말단 팁 상에 위치하는 카테터 접촉 전극과 복귀 전극 사이의 임피던스를 측정한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 또한 기준 전극과 복귀 전극 사이의 임피던스를 동시에 측정한다. 기준 전극은 신체 내부에 있고, 조직과의 접촉이 방지되는 것이 적합하다. 기준 전극을 가로질러 복귀 전극으로 인가되는 임피던스에 대해 접촉 전극을 가로질러 복귀 전극으로 인가되는 임피던스를 동시에 측정하고 비교함으로써, 본 발명의 방법 및 시스템은 많은 종래 기술의 접촉 검출 방법의 상기 단점들을 극복하였다.
본 명세서에서 사용된 "조직"이라는 용어는 신체 내의 모든 고형 또는 반고형 세포질 물질, 예를 들면 근육, 신경, 연결 조직, 맥관 구조 및 골격을 의미한다. 혈액 및 기타 액체 물질, 예를 들면 림프액, 간질액 또는 기타 신체의 다른 체액이 본 명세서에 정의된 "조직"으로부터 분비된다.
일반적으로 도면 부호 18로 도시한 진단 맵핑 및 치료 전달 시스템 내에 포함되는 본 발명의 일 실시예는 도 1에 가장 잘 나타나 있다. 이 시스템은 인체, 적합하게는 인간의 심실(29)에 삽입하기 위한 카테터(20)를 포함한다(도 2). 카테터(20)는 말단부(22)를 갖는 카테터 본체(20a)를 포함한다. 말단부(22)는 심장 조직의 전기적 특성을 측정하기 위해 말단 팁(26)에 접촉 전극(24)을 포함한다. 접촉 전극(24)은 예를 들면 페이스(pace) 맵핑을 위한 진단 목적으로 및/또는 예를 들면 결함 있는 심장 조직을 절제하기 위한 치료 목적으로 심장에 전기 신호들을 전송하는데 역시 유용하다. 접촉 전극(24)은 심장으로부터 전기 신호들을 수신하고, 심장에 전기 신호들을 전송하는 작용을 수행할 때 조직과 접촉하게 되도록 설계되는 한편, 접촉 전극(24)은 조직과 항상 접촉하지는 않는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 접촉 전극(24)은 그것이 맥관 구조를 통해 심장으로 전진함에 따라 또는 그것이 심실 내의 하나의 지점에서 다른 지점으로 향하게 될 때 조직과 접촉하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법의 목적은 접촉 전극과 조직의 접촉을 검출하는 것이다.
카테터(20)의 말단부(22)는 기준 전극(25)이 혈액과 접촉하지만 조직과 접촉하지 않으면서 임피던스의 내부 기준 측정을 제공하기 위한 기준 전극(25)을 포함한다. 카테터(20)의 말단부(22)는 신체 내의 카테터의 위치 및 배향을 결정하기 위해 사용된 신호들을 발생시키는 위치 센서(28)를 또한 포함한다. 위치 센서(28)는 카테터(20)의 말단 팁(26)에 인접하는 것이 적합하다. 위치 센서(28), 팁(26) 및 전극(24)의 고정된 위치 및 배향 관계가 존재하는 것이 적합하다.
상기 카테터(20)는, 카테터(20)의 말단부(22)를 원하는데로 배치시키며 및/또는 배향시키도록 예를 들면 말단부(22)를 편향시키는 것과 같이 카테터(20)의 말단부(22)를 조향하는 제어부(32)를 포함하는 핸들(30)을 포함하는 것이 적합하다.
도 1 및 2에 도시한 시스템(18)은 카테터(20)의 작용을 사용자가 관찰하고 조절할 수 있게 하는 콘솔(34)을 또한 포함한다. 상기 콘솔(34)은 컴퓨터(36), 키보드(38) 및 디스플레이(42)를 포함하는 것이 적합하다. 컴퓨터(36)는 시스템의 제어 및 동작을 허용하고, 카테터의 팁 전극(24), 기준 전극(25) 및 위치 센서(28)로부터 데이터의 수집을 시작하고 종료하기 위한 제어 회로를 포함한다. 컴퓨터(36)는 또한 카테터 전극(24, 25) 및 위치 센서(28)에 의해 획득되고, 심실의 전기적 또는 전기 기계적 맵의 재구축 및 가시화에 있어서 신호 처리 회로(40)에 의해 처리되는 전기적 및/또는 기계적 및 위치 정보를 추가로 사용한다.
신호 처리 회로(40)는 전형적으로 위치 센서(28), 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)에 의해 발생된 신호들을 포함하며, 카테터(20)로부터 신호들을 수신하고, 증폭하고, 필터링하고, 디지털화시킨다. 상기 회로(40)는 위치 센서(28) 및 팁 전극(24)에 의해 발생된 신호들로부터 심실의 전기적 특성 뿐만 아니라 카테터의 위치 및 배향을 추가로 연산한다. 회로(40)는 또한 신체 표면 심전도 신호를 처리한다. 신호 처리 회로(40)에 의해 발생되는 디지털화된 신호들은 심실의 전기적 또는 전기 기계적 맵을 재구축하고 가시화시키기 위해 컴퓨터(36)에 의해 수신되고 사용된다. 회로(40)는 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하기 위한 회로 뿐만 아니라 팁 전극(24), 기준 전극(25) 및 복귀 전극(48)에 시험 신호들을 전송하는 신호 발생기(56)를 포함하는 접촉 검출 회로를 포함하기도 한다(도 3). 복귀 전극(48)은 케이블(49)을 통해 회로(40)에 결합되고, 여기서 복귀 전극(48)은 시험 신호들에 대한 싱크로서 작용한다.
도 2에 도시한 환자의 신체(110) 외부에 인가될 때, 복귀 전극(48)은 이 복귀 전극(48)과 신체(110) 사이에 낮은 임피던스를 제공하기 위해 비교적 큰 것이적합하다. 예를 들면, 약 130cm2의 면적을 갖는 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M에 의해 제공되는 전기 수술용 환자 플레이트 모델 1149F는 본 발명의 시스템 및 방법에서 복귀 전극으로서 만족스럽게 사용될 수 있다.
선택적으로, 적절한 회로는 회로(40)가 이미 증폭되고, 필터링되고 및/또는 디지털화된 신호들을 수신하도록 카테터(20) 자체와 관련될 수 있다.
카테터(20)는 그의 근접부에서 회로(40) 상의 짝을 이룬 리셉터클(46)에 끼워맞춰도록 적용된 커넥터(44)를 포함하는 확장 케이블(21)을 통해 회로(40)에 결합된다. 케이블(21)의 말단부는 카테터 핸들(30)에 접속하는 리셉터클(33)을 포함한다. 리셉터클(33)은 특정 모델의 카테터를 수용하도록 구성되는 것이 적합하고, 특정 모델의 사용자-확인 식별을 포함하는 것이 적합하다. 케이블(21)을 사용하는데 있어서 한 가지 장점은 상이한 핸들 구조를 갖는 카테터들과 같은 상이한 모델 및 형태의 카테터를 동일한 회로(40)에 접속시키는 능력이다. 상이한 케이블(21)은 각종 카테터를 회로(40)에 접속시키기 위해 사용될 수 있다. 별개의 케이블(21)을 갖는데 있어서 다른 장점은 케이블(21)이 환자와 접촉하지 않게 되고, 따라서 소독 없이 케이블(21)을 재사용할 수 있다는 사실이다.
회로(40)는 콘솔(34)로부터 환자와 접촉 중의 시스템의 모든 부분을 전기적으로 절연시키기 위한 절연 배리어를 포함한다. 회로(40)로부터 컴퓨터(36)로의 데이터 전송은 절연 변환기, 광학 결합기 등의 장치를 사용하여 실시된다.
본 발명의 카테터(20)를 갖는 시스템(18)에 사용된 추가의 부품들은 도 2에 개략적으로 예시한다. 의사(51)는 예를 들면 맥관내 접근법을 사용하여 맥관 조직내의 절개부를 통해 환자(110)의 심실(29)로 카테터(20)를 삽입함으로서, 말단 팁 전극(24) 및 위치 센서(28)가 심실 내부에 존재하게 된다. 1995년 1월 24일자로 출원된 PCT 특허 출원 WO 96/05768호 및 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,391,199호에 개시된 통상의 위치 센서에 따르면(이들 문헌을 본 명세서에 참고 문헌으로서 인용함), 센서(28)는 환자(110)에 인접한 수술 테이블(31)에 고정된 전자기장 발생기 코일(27)에 의해 발생되는 외부에서 인가되는 자기장에 응답하여 신호들을 발생시킨다. 센서(28)에 의해 발생되는 신호들의 크기는 인가된 자기장에서 센서의 위치 및 배향의 좌우된다. 자기장 발생기 코일(27)은 케이블(41)을 통해 신호 처리 회로(40)의 일부인 구동 회로에 접속된다. 회로(40)는 케이블(43)을 통해 컴퓨터(36)(도 1)에 접속된다. 컴퓨터(36)는 발생기 코일(27) 및 전체적인 시스템(18)의 작동을 제어한다.
선택적으로, 본 발명의 시스템은 카테터 내의 자기장 발생기 코일 및 환자 외부의 센서를 사용할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법에 사용된 카테터는 그의 말단 팁에 단일 접촉 전극 및 단일 기준 전극을 포함하는 것으로서 본 명세서에 기재되어 있지만, 본 발명의 시스템 및 방법은 상이한 디자인의 카테터를 사용할 수 있다. 예를 들면, 팁 전극은 단극자형 또는 쌍극자형 디자인일 수 있다. 쌍극자 구조에서, 카테터는 팁 전극에 인접한 다른 링 전극을 가질 수도 있다. 선택적으로, 카테터는 그의 길이를 따라 복수개의 링 전극을 가질 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 본 명세서에서 전자기 센서를 참조하여 기재하였지만, 3차원 위치 정보 및 임의로 배향 정보를 제공하는 임의의 기타 위치 센서가 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 역시 유용한 예시적인 센서들로는 음향 센서 및 자기 센서를 들 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 참조로서 인용되는 미국 특허 제 5,409,000호 및 PCT 출원 WO 99/05971호에 개시된 형태의 음향 센서는 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 사용될 수 있다.
미국 특허 제 5,391,199호에 개시된 바와 같이, 심장의 전기 활성도의 맵핑은 카테터(20)의 말단 팁(26)을 심장 내의 부위에 위치시키고, 그 부위에서 위치 및 전기적 정보를 감지하고, 데이터 포인트를 생성하기 위해 그 부위에서 감지된 위치 및 전기적 정보를 처리하고 심장의 전기적 경로의 맵을 생성하기 위해 충분한 시간 동안 이들 단계를 반복함으로써 수행된다. 심실의 전기적 활성도의 정확한 맵을 위해, 위치 및 전기적 데이터는 팁 전극(24)이 각각의 부위에서 심실 벽과 접촉할 때 감지되는 것이 적합하다.
결과적인 심실의 전기적 맵으로부터 이상한 전기적 경로에 대해 책임있는 병변을 식별함으로써, 이상한 경로는 병변 부위에서 심장내 표면을 절제함으로써 처리될 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 절제는 전형적으로 절제 전원(53)으로부터 회로(40) 및 케이블(21)을 통해 카테터(20)의 말단부(22)의 팁 전극(24)에 RF 에너지를 인가함으로써 수행된다. 절제는 팁 전극(24)이 심실 벽과 접촉하게 될 때 가장 효과적으로 수행된다. 심실 벽과 팁 전극(24)의 접촉의 부재(不在) 또는 불량한 접촉은 팁 전극의 오염 가능성 뿐만 아니라 혈액 내 RF 에너지의 방산을 유도한다. 따라서, 맵핑 및 절제 모두가 전극-조직 접촉을 검출하기 위한 방법 및시스템에 의해 수행되는 것은 중요하다.
도 1의 시스템과 연관된 전극-조직 접촉을 검출하기 위한 회로의 하나의 실시예는 도 3에 도시한다. 카테터(20)의 말단부(22)는 수직 단면으로 도시한다. 팁 전극(24), 기준 전극(25) 및 위치 센서(28)는 도선(50, 52, 54) 각각에 의해 카테터 핸들(30)에 접속되고, 그로부터 신호 처리 회로(40)로의 전기적 접속이 이루어진다. 회로(40) 내에 포함된 신호 발생기(56)는 적합하게는 약 10kHz 내지 약 100kHz의 주파수 범위의 큰 주파수 교류(AC) 신호를 고출력 임피던스 버퍼(58, 60) 각각을 통해 말단 팁 접촉 전극(24) 및 기준 전극(25)으로 전송한다. 약 50kHz의 신호 주파수가 가장 적합하다. 말단 팁 전극(24)으로 흐르는 전류는 기준 전극(25)으로 흐르는 전류와 동일하다. 복귀 전극(48) 또한 신호 발생기(56)에 의해 구동된다. 복귀 전극(48)으로의 신호는 먼저 인버터(62)에 의해 상 반전되고, 큰 출력 임피던스 버퍼(64)에 의해 조절된다. 팁 전극(24), 기준 전극(25) 및 복귀 전극(48)을 구동하는 신호들의 전류는 심장 조직을 자극할 수 있는 레벨 이하여야 한다. 50kHz에서, 일반적으로 허용되는 안전성 표준은 전류가 0.5mA를 초과하지 않도록 규정한다(예를 들면, 1988년 스위스 제네바에서 개체된 Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale, CEI IEC 601-1, Medical Electrical Equipment Part 1 - General Requirements for Safety 참조). 제 1 차동 증폭기(66)는 차동 신호, 특히 말단 팁 전극(24) 및 복귀 전극(48)을 가로지르는 전압을 측정한다. 제 2 차동 증폭기(68)는 기준 전극(25) 및 복귀 전극(48)을 가로지르는 전압을 측정하기 위해 사용된다. 차동 증폭기(66, 68)로부터 신호들은증폭기(70, 72) 각각에 의해 추가로 증폭된다. 증폭기(70, 72)의 출력은 다시 차동 증폭기(74)로 공급된다. 차동 증폭기(74)로부터 차동 출력 신호는 증폭기(76)에 의해 추가로 증폭된다. 증폭기(76)로부터 증폭된 신호는 AC 신호를 직류(DC) 신호로 변환시키고 또한 외부 잡음에 대한 시스템의 감도를 감소시키는 동기 검출기(78)로 전송된다. 이어서, 동기 검출기(78)로부터 신호는 신호 처리 회로(40)에 의해 사용된다.
팁 전극 및 기준 전극이 모두 공통 배지(medium), 즉, 혈액 중에 있을 때, 어떤 전극도 조직과 접촉하지 않고, 공통 복귀 전극에 대항하여 팁 전극 및 기준 전극에서 측정된 전압은 각각의 전극의 영역에 역으로 비례할 것이다. 따라서, 증폭기(70, 72)의 이득의 비율은 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)의 영역의 비율에 비례하도록 조절되는 것이 적합하다. 이러한 상태에서, 즉, 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)이 모두 혈액 중에 있고, 조직과 접촉하지 않을 때 및 증폭기 이득이 상기한 바와 같이 조절될 때, 신호를 남기는 증폭기(70, 72)는 동일한 전압을 가질 수 있고, 차동 증폭기(74, 76)의 출력은 0V의 널 신호일 수 있다. 팁 전극(24)이 혈액보다 큰 임피던스를 갖는 심실 벽 등의 조직과 접촉하게 될 때 및 기준 전극(25)이 혈액에 남아 있고, 조직과 접촉하지 않을 때, 팁 전극(24) 및 복귀 전극(48)을 가로지르는 전압은 기준 전극(25) 및 복귀 전극(48)을 가로지르는 전압을 초과하고, 차동 증폭기(74) 및 증폭기(76)로부터 0 이외의 전압 신호를 생성한다. 팁 전극(24)이 조직과 접촉할 때 카테터 팁 전극(24) 및 복귀 전극(48)을 가로지르는 임피던스의 변화를 검출하는 0 이외의 신호는 조직 접촉을 나타내는 가청 신호또는 가시 신호를 제공하기 위해 신호 처리 회로(40)의 시스템 전자 공학에 의해 사용된다.
조직 접촉은 각종 기술에 의해 신호로 알 수 있다. 조직 접촉의 신호화의 한가지 형태는 광선의 조사 또는 기구 패널 상의 LED이다. 선택적으로, 조직 접촉은 다른 시스템 파라미터들과 함께 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이된 미터기에 의해 신호로 알 수 있다.
다수의 변형이 본 발명의 시스템의 실시예에 대해 계획된다. 예를 들면, 상기 실시예에서, 기준 전극(25)은 말단 팁 전극(24) 및 위치 센서(28)를 포함하는 맵핑/절제 카테터(22) 상에 위치한다. 선택적으로, 기준 전극(25)은 맥관 구조에 포함된 별개의 카테터 상에 위치할 수 있다. 도 13a는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 대체 디자인의 카테터(20)의 개략도를 도시한다. 도 13a의 카테터(20)는 기준 전극을 포함하지 않는다. 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하는데 있어서, 기준 전극은 제 2 카테터(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 마찬가지로, 복귀 전극(48)은 말단 팁 전극(24) 및 위치 센서(28)를 포함하는 카테터(20) 상에 위치할 수 있고, 그 경우, 복귀 전극(48)은 사용하는 중에 신체에 제공될 수 있다. 도 13b는 기준 전극(25) 및 복귀 전극(48) 모두를 삽입한 다른 디자인의 카테터(20)의 개략도를 도시한다.
선택적으로, 카테터(20)는 절제하는 동안 전극 온도를 모니터링하고 절제하는 동안 전극으로 절제 에너지 전달을 조절하기 위해 말단 팁 전극(24)에 온도계가 장착될 수 있다.
도 3에 도시한 시스템은 신호 발생기(56)에 의해 구동되는 복귀 전극(48)을 나타낸다. 선택적으로, 복귀 전극(48)은 예를 들면 심전도(ECG) 장치의 절연 접지에 접속될 수 있다. 우측 레그 ECG 전극은 통상적으로 다수의 ECG 장치에서 절연 접지에 접속되고, 본 발명의 시스템 및 방법에서 복귀 전극으로서 만족스럽게 작용할 수 있다.
전극-조직 접촉을 검출하기 위한 회로의 추가의 실시예는 도 5 및 6에 도시된다. 이들 실시예의 회로는 도 4에 나타낸 회로들을 먼저 고려함으로써 가장 잘 이해할 수 있고, 여기서, 신호 발생기(90)는 브리지 회로(94)의 제 1 입력(92)에 접속된다. 브리지 회로(94)의 제 2 입력(96)은 레지스터(98)를 통해 절연 접지에 접속된다. 브리지 회로(94)는 제 1 레지스터(R1)(100), 제 2 레지스터(R2)(102), 제 3 레지스터(R3)(104) 및 제 4 레지스터(R4)(106)로 구성되어 있다. 제 1 브리지 출력(108) 및 제 2 브리지 출력(110)은 회로의 출력 전압의 측정을 위해 차동 증폭기(112)에 접속된다. 차동 증폭기(112)로부터 신호는 추가로 증폭기(114)에서 증폭되고, 그로부터 동기 검출기(116)로 통과한다.
도 4의 브리지 회로에 대해, 출력 지점(108, 110)을 가로지르는 브리지 회로의 출력 전압은 다음 관계가 충족될 때 0과 같다:
도 5는 본 발명의 방법 및 시스템에서 전극-조직 접촉을 검출하기 위해 사용된 브리지 회로의 일 실시예를 예시한다. 이 시스템은 도 3을 참조하여 기재한 바와 동일한 카테터를 사용한다. 도 5에 나타낸 실시예에서, 제 3 레지스터(R3)(도 4의 104)는 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 신호 경로에 의해 대체되고, 제 4 레지스터(R4)(도 4의 106)는 말단 팁 접촉 전극(24)으로부터 복귀 전극(48)으로의 신호 경로에 의해 대체된다. 도 4의 레지스터(98)는 피부로부터 복귀 전극(48)으로의 신호 경로로 대체된다. 복귀 전극(48)은 절연 접지에 접속되고, 예를 들면 ECG 장치 절연 접지에 접속되는 것이 적합하다. 명료화를 위해, 위치 센서(28)는 도 5, 도 6 및 도 7에 도시하지 않았다.
팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 혈액 중에 있는 경우 및 두 전극이 동일한 영역을 갖는 경우, 팁 전극(24)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스는 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스와 동일할 것이다. 이러한 상태에서 및 레지스터(R1)(100)의 저항이 레지스터(R2)(102)의 저항과 동일한 경우, 브리지 회로는 널 출력 전압을 가질 것이다. 팁 전극(24)과 혈액보다 큰 임피던스를 갖는 조직의 접촉은 팁 전극(24)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스를 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스보다 증가시켜, 차동 증폭기(112), 증폭기(114) 및 동기 검출기(116)로부터 0 이외의 전압 신호를 초래한다.
레지스터(R1, R2)가 동일한 저항을 갖고, 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)이 동일하지 않은 표면적을 갖는 경우, 회로의 각각의 레그에 따른 임피던스는 각각의 전극의 영역에 반비례할 것이다. 이러한 상태에서, 브리지 회로는 팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 혈액 중에 있고 어떠한 전극도 조직과 접촉하지않을 때 널 출력 전압을 갖지 않을 것이다. 적합하게는, 레지스터(100, 102)의 저항은 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)이 모두 혈액 중에 있고, 어떠한 전극도 조직과 접촉하지 않을 때 차동 증폭기(112)로부터 널 신호를 발생하도록 조절된다. 이러한 조절은 레지스터(102)에 대한 레지스터(100)의 저항 비율이 기준 전극(25)의 영역에 대한 팁 전극(24)의 영역의 비율에 비례할 때 달성된다.
접촉 검출 방법의 보다 큰 감도를 위해, 레지스터(100, 102)의 임피던스는 적어도 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스 및 말단 팁 전극(24)으로부터 기준 전극으로의 임피던스 이상인 것이 적합하다. 적합하게는, 레지스터(100, 102)의 임피던스는 기준 전극(25)을 가로질러 복귀 전극(48)으로 흐르는 임피던스 및 팁 전극(24)을 가로질러 복귀 전극(48)으로 흐르는 임피던스의 적어도 약 10배, 적합하게는 적어도 약 100배가 되어야 한다.
도 6은 본 발명의 시스템 및 방법에서 조직 접촉을 검출하기 위해 사용된 브리지 회로의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서, 도 5의 레지스터(100, 102)는 고출력 임피던스 버퍼(120, 122)로 대체된다. 상기 버퍼(120, 122)는 신호 발생기(90)로부터 정전압 신호를 정전류 신호로 변환시킨다. 도 5에 나타낸 회로에서와 같이, 팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 혈액 중에 존재하는 경우 및 두 전극이 동일한 표면적을 갖는 경우, 팁 전극(24)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스는 기준 전극(25)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스와 동일할 것이다. 이러한 상태에서 및 버퍼(120)의 출력 전류가 버퍼(122)의 출력 전류와 동일한 경우, 브리지 회로는 널 출력 전압을 가질 것이다. 팁 전극(24)과 혈액보다 큰 임피던스를갖는 조직의 접촉은 팁 전극(24)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스를 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스 이상으로 증가시켜, 차동 증폭기(112), 증폭기(114) 및 동기 검출기(116)로부터 0 이외의 전압 신호를 발생시킨다.
도 5의 회로에서와 같이, 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)이 동일하지 않은 표면적을 갖는 경우, 팁 전극(24)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스 및 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스는 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)이 모두 공통 배지 내에 존재할 때 각각의 전극의 영역에 반비례할 것이다. 고출력 임피던스 버퍼(120, 122)의 출력 전류는 각각의 버퍼의 변환 작용의 함수이다. 적합하게는 버퍼(120, 122)의 변환 작용은 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 혈액 중에 있고 어떠한 전극도 조직과 접촉하지 않을 때 차동 증폭기(112)로부터 널 신호를 생성하도록 조절된다. 이러한 조정은 버퍼(122)로부터 출력 전류에 대한 버퍼(120)로부터 출력 전류의 비율이 기준 전극(25)의 영역에 대한 팁 전극(24)의 영역의 비율에 비례할 때 달성된다.
팁 전극(24) 및 기준 전극(25)에 정전류를 제공하기 위해서 및 이러한 전류가 전극-조직 접촉에 의해 영향받지 않도록, 버퍼(120, 122)의 임피던스는 팁 전극(24)을 가로질러 복귀 전극(48)으로 디스플레이되는 신체 임피던스 및 기준 전극(25)을 가로질러 복귀 전극(48)으로 디스플레이되는 신체 임피던스의 적어도 약 1000배인 것이 적합하다.
도 7은 전극-조직 접촉을 검출하기 위한 회로의 또 다른 실시예를 도시한다.도 7에 도시한 실시예에서, 고주파수 신호는 카테터 말단 팁 접촉 전극(24)에 및 기준 전극(25)에 직접적으로 공급된다. 전류 센서(130, 132)는 기준 전극(25) 및 팁 전극(24) 각각으로 흐르는 전류를 모니터링한다. 전류 센서는 종래 기술에 공지된 임의의 형태일 수 있다. 예를 들면, 전류 변환기 및 홀 효과 센서는 본 발명의 시스템 및 방법을 실시하는데 사용될 수 있다. 전류 센서(130, 132)의 출력 전압 신호는 기준 전극(25) 및 팁 전극(24)으로의 상대적인 전류를 측정하기 위해 차동 증폭기(112)로 공급된다. 차동 증폭기(112)로부터 출력 신호는 증폭기(114)에 의해 추가로 증폭되고, 동기 검출기(116)로 전송된다.
상기 실시예들에 의해서와 같이, 팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 혈액에 존재한 경우, 어떠한 전극도 조직과 접촉하지 않는 경우, 두 전극이 동일한 표면적을 갖는 경우, 팁 전극(24)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스는 기준 전극(25)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스와 동일할 것이다. 이러한 상태에서, 전류 센서(130)에 의해 측정된 전류는 전류 센서(132)에 의해 측정된 전류와 동일할 것이고, 차동 증폭기(112)는 널 전압을 생성할 것이다. 팁 전극(24)과 혈액 보다 큰 임피던스를 갖는 조직의 접촉은 팁 전극(24)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스를 기준 전극(25)으로부터 복귀 전극(48)으로의 임피던스에 비해 증가시키고, 이는 다시 기준 전극(25)에 대해 말단 팁 전극(24)에 대해 낮은 전류를 초래한다. 기준 전극(25)에 대해 팁 전극(24)으로의 전류의 상대적인 감소는 차동 증폭기(112), 증폭기(114) 및 동기 검출기(116)로부터 0 이외의 전압 신호를 초래할 것이다.
상기 실시예에서와 같이, 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25)이 동일하지 않은 표면적을 갖는 경우, 팁 전극(24)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스 및 기준 전극(25)에서 복귀 전극(48)으로의 임피던스 및 그에 따른 전류 센서(130, 132)의 출력 전압은 팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 공통 배지에 존재하고, 어떠한 전극도 조직과 접촉하지 않을 때 각각의 전극의 영역에 반비례할 것이다. 적합하게는, 센서(130, 32)의 출력 전압은 말단 팁 전극(24) 및 기준 전극(25) 모두가 혈액 중에 존재하고, 어떠한 전극도 조직과 접촉하지 않을 때 차동 증폭기(112)로부터 널 신호를 생성하도록 조절된다. 이러한 조정은 센서(132)의 이득에 대한 센서(130)의 이득의 비율이 기준 전극(25)의 영역에 대한 팁 전극(24)의 영역의 비율에 비례할 때 달성된다.
기준 전극(25)은 조직과의 접촉이 방지되는 것이 적합하다. 기준 전극(25)이 조직과 접촉되는 것을 방지하는 한가지 방식은 다공성 또는 반투과성 박막(150)(도 8a)으로 기준 전극(25)을 피복하는 것이다. 기준 전극(25)을 피복하는 슬리브 형태의 박막(150)은 기준 전극(25)과 혈액의 접촉은 허용하지만 조직과의 접촉은 방지한다. 카테터 본체(20a)는 폴리우레탄, 폴리에테르이미드 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등의 비도전성의 무독성 물질로 제조된다. 선택적으로, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 기준 전극(25)은 카테터 본체(20a) 상의 채널(155)에 포함됨으로서 조직과 접촉하는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 방법은 맥관 구조의 절개부를 통해 신체 내로 카테터(20)를 도입함으로써 사용될 수 있다. 이어서, 카테터(20)는 목적하는 조직으로 또는 그 인접부로, 예를 들면 심실로 전진한다. 작동 중에, 전극-조직 접촉을 검출하는 본 발명의 시스템 및 방법은 간헐적으로 또는 적합하게는 연속 방식으로 사용될 수 있다. 전기 생리학 맵핑 절차 중에 연속적으로 사용되는 본 발명의 방법은 팁 전극(24)에 의해 심장 간 전기 기록도를 기록하면서 사용될 수 있다. ECG 신호들은 전형적으로 약 0.05Hz 내지 약 500Hz의 주파수 범위이다. 이와는 대조적으로, 신호 발생기(56 또는 90)에 의해 팁 전극(24)으로 전송되는 접촉 시험 신호들은 전형적으로 약 10kHz 내지 약 100kHz의 주파수 범위이다. 심전도 정보는 적절한 대역 필터를 사용함으로써 접촉 시험 신호로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 본 출원인에 양도된 미국 특허 제 5,546,951호, 미국 특허 출원 제 08/793,371호; 및 PCT 출원 WO 96/05768호에 기재된 바의 심실의 전기적 맵을 생성하는데 사용될 수 있으며, 이들 문헌을 본 명세서에 참조 문헌으로서 인용한다. 이들은 모두 미국 특허 제 5,738,096호에 개시된 바의 심실의 기계적 또는 전기 기계적 맵의 발생에 사용될 수 있고, 이는 참고 문헌으로서 본 명세서에 인용한다. 예를 들면 심실의 전기적 또는 전기 기계적 맵의 발생을 위한 전기 생리학 연구와 관련하여 사용될 때, 데이터 획득은 위치 및 전기적 정보가 팁 전극이 조직과 접촉되는 것으로 결정되지 않는 한 획득되지 못하도록 조절될 수 있다 선택적으로, 데이터의 일부가 팁 전극이 조직과 접촉하지 않는 상황하에 획득되는 것으로 결정되는 경우, 그러한 데이터는 생성된 전기적 또는 전기 기계적 맵에 저 중량(또는 제한하자면 중량 없음)으로 제공받을 수 있다. 마찬가지로, 심장 절제 절차에서, 절제 전원은 접촉 검출 시스템에 의해 상호 체결될 수 있음으로써절제 에너지는 팁 전극과 조직의 접촉이 검출될 때 팁 전극에 유일하게 제공된다.
도 9a, 도 9b, 도 9c 및 도 9d는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 카테터(20)의 다른 말단부의 실시예를 나타낸다. 카테터(20)는 말단 팁 전극 조립체(162)를 포함하는 말단부(160)를 갖는다. 말단 팁 전극 조립체(162)는 말단 팁(166)에 복수개의 각각의 말단 팁 전극(164)을 포함한다. 전극 조립체(162)에서 각각의 말단 팁 전극(164) 각각은 비도전체(168)에 의해 다른 각각의 말단 팁 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 예를 들면 폴리우레탄 등의 물질로 구성될 수 있다. 각각의 말단 팁 전극(164) 각각은 도선 보어 홀(170)을 갖고, 여기서, 도선은 제어 및 데이터 획득 회로와 통신하도록 납땜된다. 따라서, 본 실시예에서, 카테터(20)는 4개의 각각의 말단 팁 전극과 접속하는 4개의 도선을 포함한다{4개의 도선 중 2개(172, 174)는 도 9d에 나타냄}. 카테터(20)의 말단부(160) 또한 도선(186)을 통해 신호 처리 회로(40)와 통신하는 기준 전극(184) 뿐만 아니라 도선(182)을 통해 신호 처리 회로(40)에 접속되는 위치 센서(180)를 포함한다.
도 9a 내지 9d에 나타낸 실시예에서, 전극 조립체(162)는 4개의 뚜렷한 직각 위상에서 4개의 각각의 말단 팁 전극(164)을 포함한다. 선택적으로, 카테터 말단 팁(166)에서 전극 조립체는 4개 이하 또는 이상의 각각의 말단 팁 전극을 포함할 수 있다.
도 9a 내지 9d의 카테터는 도 3 내지 7에 나타낸 임의의 접촉 측정 회로와 함께 사용될 수 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 시스템(200)은 심실의 전기적 활성을 맵핑하기 위해서 및 도 9a 내지 9d에 나타낸 형태의 다중-전극 카테터 및도 3 내지 도 7에 나타낸 형태의 접촉 검출 회로를 사용하여 치료 상의 절제를 수행하기 위해 사용된다. 시스템(200)은 4개의 채널(202, 204, 206, 208)로 구성되어 있다. 각각의 채널은 도선(224, 226, 228, 230)을 통해 카테터(20)의 말단부(160) 상의 각각의 말단 팁 전극들 중의 하나(164)와 통신한다. 제 1 모드로 작동하는 제어기(210)는 채널(202, 204, 206, 208) 사이에 스위칭되도록 멀티플렉서(212)에게 명령하여 접촉 검출 회로(214)에 의해 각각의 팁 전극(164) 각각 및 복귀 전극(48)을 가로지르는 차동 임피던스 측정을 허용한다. 멀티플렉서(212)를 통한 각각의 팁 전극(164)과 통신하는 것 외에, 접촉 검출 회로(214)는 도선(225)을 통해 기준 전극(184)과 통신하고 도선(227)을 통해 복귀 전극(48)과 통신한다. 접촉 검출 회로(214)는 도 3 내지 도 7에 나타낸 임의의 회로를 포함할 수 있다. 접촉 검출 회로(214)와 연관된 신호 발생기는 멀티플렉서(212)를 통해 접촉 검출 신호를 말단 팁 전극(164) 각각에 순차로 전송한다. 차동 신호들은 각각의 팁 전극(164) 각각 및 복귀 전극(48)을 가로질러 측정되고, 이들 차동 신호들은 접촉 검출 회로(214)에 의해 기준 전극(184)을 가로질러 복귀 전극(48)에 이르는 차동 신호들에 비교된다. 각각의 팁 전극(164) 각각에 의한 조직 접촉의 검출은 상기한 바와 같이 수행된다. 제 2 모드로 작동하는 제어기(210)는 멀티플렉서(212)에게 스위칭 회로를 선택적으로 폐쇄하도록 명령하여 절제 전원(218)으로부터 조직과 접촉하게될 제 1 모드에서 결정된 전극들(164)로 절제 에너지가 흐를 수 있게 한다. 따라서, 시스템(200)은 각각이 선택된 팁 전극(164), 즉, 조직과 접촉하는 팁 전극들(164)에서 유일하게 선택적으로 절제된다.
시스템(200)은 각각의 말단 팁 전극(164)으로부터 전기 기록도의 모니터링 및 기록을 허용하기 위해 심전도(ECG) 모니터링 및 기록 회로(220)를 또한 포함한다. ECG 회로(220)는 외부 신체 표면 도선(222)으로부터 외부 신체 접촉 전기 기록을 모니터링하고 기록하기 위한 장치를 또한 포함한다.
도 11은 본 발명의 시스템 및 방법에 사용하기 위한 세그먼트화된 말단 팁 전극(236)을 포함하는 카테터(20)의 말단부(232)의 다른 실시예를 도시한다. 도 9a 내지 도 9d의 카테터에서와 같이, 카테터 말단 팁(236)은 카테터 말단 팁(236)의 원주 둘레에 동일한 각도로 간격을 유지하는 4개의 각각의 말단 팁 전극(234)을 포함한다. 각각의 전극(234)은 말단부(232)의 말단 팁 상에 위치하는 부분 및 카테터 말단부(232)의 본체(20a)의 수직축을 따라 배향된 수직 확장부를 갖는다. 각각의 말단 팁 전극(234)은 폴리우레탄 등의 절연 물질에 의해 다른 전극들로부터 전기적으로 절연된다. 각각의 말단 팁 전극(234)은 약 1.0mm의 폭, 및 약 2 내지 약 8mm 길이이고, 도선(도시하지 않음)을 통해 신호 처리 회로(40)에 접속된다. 또한, 카테터(20)의 말단부(232)는 기준 전극(184)을 포함한다. 각각의 말단 팁 전극(234)은 상기한 방식으로 임피던스 측정치에 기초하여 조직을 선택적으로 절제한다.
도 12는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용될 수 있는 카테터(20)의 다른 실시예의 말단부(240)를 나타낸다. 카테터(20)의 말단부(240)는 말단 팁(245)에 팁 전극(244) 및 말단 팁(245)으로부터 종방향으로 일정 간격을 두고 링 전극(246, 248, 250)을 갖는다. 링 전극(246, 248, 250)은 각각 약 3 내지 6mm 길이이고, 약2mm의 전극간 간격의 거리를 갖는 절연 영역에 의해 분리된다. 카테터(242)는 상술한 형태의 위치 센서(도시하지 않음)를 포함하는 것이 더욱 적합하다. 도 12의 카테터(20)는 상기한 바와 같이 심장 맵핑 및 절제에 있어서 도 10의 시스템(200)과 함께 사용될 수 있다. 카테터(242)는 전극들(244, 246, 248, 250) 각각과 조직의 접촉을 먼저 검출하고, 이어서 선택적 절제를 제공하기 위해 조직과 접촉할 것으로 결정된 각각의 전극에 RF 에너지를 동시에 또는 순차로 공급함으로서 심장 조직에서 "블록의 라인"을 발생시키는데 특히 유용하다.
도 12의 카테터 실시예(20)는 3개의 링 전극과 함께 도시한다. 선택적으로, 카테터(20)의 말단부(240)는 3개 이하 또는 그 이상의 링 전극을 포함할 수 있다. 시스템(200)에서 채널의 수는 시스템과 연관되어 사용되는 카테터 상에 포함된 전극의 수와 적어도 동일해야 한다.
도 9a 내지 도 9d, 도 11 및 도 12에 도시한 다중-전극 실시예에서 각각의 전극은 선택적인 절제 과정에서 전극들로의 에너지 전달을 조절하고 전극 온도를 모니터링하기 위한 온도계가 장착될 수 있다.
상기 적합한 실시예들은 예시적으로 설명되었고, 본 발명의 모든 범위는 하기의 특허 청구의 범위에 의해서만 제한되는 것임을 인식해야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 다중-전극 카테터 및 전극-조직 접촉을 검출하기 위해 카테터를 사용하는 시스템 및 방법과, 기준 전극에 비해 복수개의 접촉 전극들에 의해 전극-조직 접촉을 검출하는 차동 시스템 및 방법과, 조직과 접촉하지 않는 기준전극에 비해 복수개의 접촉 전극들에 의해 전극-조직 접촉을 검출하는 차동 시스템 및 방법과, 고도로 정확한 위치 센서를 포함하는 시스템에서 전극-조직 접촉의 검출 시스템 및 방법과, 심장 맵핑 절차에 사용하기 위한 복수개의 전극의 전극-조직 접촉을 검출하는 시스템 및 방법 및, 심장 절제 절차에 사용하기 위한 복수개의 전극의 전극-조직 접촉을 검출하는 시스템 및 방법이 제공된다.

Claims (82)

  1. i) 근접부 및, 말단 팁을 갖는 말단부를 갖는 본체와;
    ii) 전기 신호들을 수신하며 상기 전기 신호들을 전송하기 위해 조직과 접촉하도록 적용된 복수개의 접촉 전극과;
    iii) 상기 말단부의 위치에 응답하여 신호들을 발생시키는 위치 센서; 및
    iv) 기준 전극이 체액과 접촉하고 조직과 접촉하지 않을 때 전기적 특성을 측정하기 위한 기준 전극을 포함하는 카테터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 말단 팁에 위치하는 카테터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 본체를 따라 종방향으로 위치되는 카테터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 본체 둘레에 원주방향으로 위치하는 카테터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 카테터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 전극은 조직과의 접촉이 방지되는 카테터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 전극을 피복하는 박막에 의해 보호되며, 상기 박막은 상기 기준 전극이 혈액과 접촉하는 것은 허용하지만 상기 기준 전극이 조직과 접촉하는 것은 허용하지 않는 카테터.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 카테터 본체에 대해 함입되는 카테터.
  9. 제 1 항에 있어서, 복귀 전극을 또한 포함하며, 상기 복귀 전극은 상기 접촉 전극으로 및 상기 기준 전극으로의 시험 신호에 대한 싱크로서 작용하는 카테터.
  10. 전극과 조직의 접촉을 검출하는 시스템에 있어서,
    a) i) 근접부 및, 말단 팁을 갖는 말단부를 갖는 본체와;
    ii) 전기 신호들을 수신하며, 상기 전기 신호들을 전송하기 위해 조직과 접촉하도록 적용된 복수개의 접촉 전극; 및
    iii) 상기 말단부의 위치에 응답하여 신호들을 발생시키는 위치 센서를 포함하는 카테터와;
    b) 기준 전극이 체액과 접촉하고 조직과 접촉하지 않을 때 전기적 특성을 측정하기 위한 기준 전극; 및
    c) i) 상기 접촉 전극으로 및 상기 기준 전극으로 시험 신호들을 전송하기 위한 신호 발생기; 및
    ii) 상기 시험 신호들에 대한, 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 차동 전기 응답을 측정하는 회로를 포함하는, 전극과 조직의 접촉을 검출하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 말단 팁에 위치하는 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 본체를 따라 종방향으로 위치하는 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 본체 둘레에 원주방향으로 위치하는 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 카테터 상에 위치하는 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 기준 전극은 조직과의 접촉이 방지되는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 전극을 피복하는 박막에 의해 보호되며, 상기 박막은 상기 기준 전극이 혈액과 접촉하는 것은 허용하지만 상기 기준 전극이 조직과 접촉하는 것은 허용하지 않는 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 카테터 본체에 대해 함입되는 시스템.
  19. 제 10 항에 있어서, 복귀 전극을 또한 포함하며, 상기 복귀 전극은 상기 접촉 전극으로 및 상기 기준 전극으로의 시험 신호에 대한 싱크로서 작용하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 신체 내부에 위치하도록 적용되는 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 상기 카테터 상에 위치하는 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 신체 외부의 피부와 접촉하도록 적용되는 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 상기 접촉 전극 및 상기 기준 전극에 의해 차동 신호들을 측정하도록 전용되는 시스템.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 절연 접지에 접속되는 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 심전도 장치 절연 접지에 접속되는 시스템.
  26. 제 19 항에 있어서, 상기 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하기 위한 상기 회로는,
    i) 상기 접촉 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 1 전기 차동 신호를 측정하기 위한 제 1 차동 증폭기; 및
    ii) 상기 기준 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 2 전기 차동 신호를 측정하기 위한 제 2 차동 증폭기를 포함하는 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 접촉 전극 및 상기 기준 전극은 제 1 정전류 및 제 2 정전류를 각각 공급받고, 상기 제 1 정전류는 상기 제 2 정전류와 동일한 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 복귀 전극은 제 3 정전류에 의해 구동되며, 상기제 3 정전류는 상기 제 1 정전류 및 상기 제 2 정전류와 반대 위상인 시스템.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 차동 신호와 상기 제 2 차동 신호 사이의 전기 차동 신호를 측정하기 위한 제 3 차동 증폭기를 또한 포함하는 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 차동 증폭기는 상기 접촉 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 1 전압차를 측정하고, 상기 제 2 차동 증폭기는 상기 기준 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 2 전압차를 측정하며, 상기 제 3 차동 증폭기는 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압 사이의 전압차를 측정하는 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 제 3 차동 증폭기에 의해 측정된 상기 전기 차동 신호는 동기 검출기에 의해 정류되는 시스템.
  32. 제 26 항에 있어서, 상기 접촉 전극 및 상기 기준 전극 각각은 제 1 영역 및 제 2 영역 각각을 갖고, 상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기는 제 1 이득 및 제 2 이득을 각각 가지며, 상기 제 2 이득에 대한 상기 제 1 이득은 상기 제 2 영역에 대한 상기 제 1 영역에 비례하는 시스템.
  33. 제 26 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 시스템.
  34. 제 10 항에 있어서, 상기 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하기 위한 상기 회로는 브리지 회로를 포함하며, 상기 브리지 회로는 제 1 저항 소자 및 제 2 저항 소자를 포함하며, 상기 저항 소자들 각각은 제 1 측 및 제 2 측을 가지며, 상기 제 1 저항 소자의 상기 제 1 측은 상기 제 2 저항 소자의 상기 제 1 측과 접속되며, 상기 제 1 저항 소자의 상기 제 2 측은 상기 기준 전극과 접속되며, 상기 제 2 저항 소자의 상기 제 2 측은 상기 접촉 전극과 접속되며, 상기 브리지는 상기 제 1 저항 소자와 상기 제 2 저항 소자 사이의 제 1 입력부 및 상기 복귀 전극에 접속된 제 2 입력부, 및 상기 제 1 저항 소자와 상기 기준 전극 사이의 제 1 출력부 및 상기 제 2 저항 소자와 상기 접촉 전극 사이의 제 2 출력부를 갖는 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 제 1 저항 소자는 제 1 레지스터이며, 상기 제 2 저항 소자는 제 2 레지스터인 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 제 1 레지스터는 제 1 저항을 가지며, 상기 제 2 레지스터는 제 2 저항을 가지며, 상기 접촉 전극 각각은 팁 전극 영역을 가지며, 상기 기준 전극은 기준 전극 영역을 가지며, 상기 제 2 저항에 대한 상기 제 1 저항은 기준 전극 영역을 가지며, 상기 제 2 저항에 대한 상기 제 1 저항은 상기 기준 전극 영역에 대한 상기 접촉 전극 영역에 비례하는 시스템.
  37. 제 34 항에 있어서, 상기 제 1 저항 소자는 제 1 고출력 임피던스 버퍼이며, 상기 제 2 저항 소자는 제 2 고출력 임피던스 버퍼인 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 고출력 임피던스 버퍼는 제 1 출력 전류를 가지며, 상기 제 2 고출력 버퍼는 제 2 출력 전류를 가지며, 상기 접촉 전극 각각은 접촉 전극 영역을 가지며, 상기 기준 전극은 기준 전극 영역을 가지며, 상기 제 2 출력 전류에 대한 상기 제 1 출력 전류는 상기 기준 전극 영역에 대한 상기 접촉 전극에 비례하는 시스템.
  39. 제 34 항에 있어서, 상기 브리지 회로는 차동 증폭기에 접속되며, 상기 차동 증폭기는 조직과 상기 접촉 전극의 접촉을 나타내는 브리지 출력 전압을 측정하는 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 차동 증폭기는 동기 검출기에 의해 정류되는 출력을 갖는 시스템.
  41. 제 34 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 시스템.
  42. 제 10 항에 있어서, 상기 시험 신호에 대한 차동 전기 응답을 측정하기 위한 상기 회로는 상기 기준 전극으로의 전류를 측정하기 위한 제 1 전류 센서 및 상기접촉 전극으로의 전류를 측정하기 위한 제 2 전류 센서를 포함하는 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 전류 센서는 전류 변환기 및 홀 효과 센서로부터 선택되는 시스템.
  44. 제 42 항에 있어서, 상기 제 1 전류 센서는 제 1 이득을 가지며, 상기 제 2 전류 센서는 제 2 이득을 가지며, 상기 접촉 전극 각각은 접촉 전극 영역을 가지며, 상기 기준 전극은 기준 전극 영역을 가지며, 상기 제 2 이득에 대한 상기 제 1 이득은 상기 기준 전극 영역에 대한 상기 접촉 전극 영역에 비례하는 시스템.
  45. 제 42 항에 있어서, 상기 제 1 전류 센서 및 상기 제 2 전류 센서는 차동 증폭기에 접속된 출력을 가지며, 상기 증폭기는 조직과 상기 접촉 전극의 접촉을 나타내는 전압을 측정하는 시스템.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 차동 증폭기는 동기 검출기에 의해 정류된 출력을 갖는 시스템.
  47. 제 42 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 시스템.
  48. 제 10 항에 있어서, 상기 접촉 전극들로부터 국지 전기 기록도를 측정하기위한 회로를 포함하는 시스템.
  49. 제 10 항에 있어서, 신체 표면 전기 기록도를 측정하는 회로를 포함하는 시스템.
  50. 제 10 항에 있어서, 복수개의 채널을 포함하며, 상기 채널의 수는 상기 복수개의 접촉 전극 내의 전극들의 수에 대응하는 시스템.
  51. 제 10 항에 있어서, 상기 접촉 검출 회로와 통신하는 상기 접촉 전극들 각각을 스위칭하기 위한 멀티플렉서를 또한 포함하는 시스템.
  52. 제 10 항에 있어서, 절제 전원을 또한 포함하는 시스템.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 절제 전원과 통신하는 조직과 접촉하게 되는 접촉 검출 회로에 의해 결정된 상기 접촉 전극들 각각을 스위칭하기 위한 멀티플렉서를 또한 포함하는 시스템.
  54. 전극과 조직의 접촉을 검출하는 방법에 있어서,
    a) i) 근접부 및, 말단 팁을 갖는 말단부를 갖는 본체와;
    ii) 전기 신호들을 수신하며, 상기 전기 신호들을 전송하기 위해 조직과 접촉하도록 적용된 복수개의 접촉 전극; 및
    iii) 상기 말단부의 위치에 응답하여 신호들을 발생시키는 위치 센서를 포함하는 카테터를 제공하는 단계와;
    b) 기준 전극이 체액과 접촉하고 조직과 접촉하지 않을 때 전기적 특성을 측정하기 위한 기준 전극을 제공하는 단계와;
    c) 상기 접촉 전극으로 및 상기 기준 전극으로 시험 신호들을 제공하는 단계; 및
    d) 상기 시험 신호들에 대한, 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 차동 전기 응답을 측정하는 단계를 포함하는, 전극과 조직의 접촉을 검출하는 방법.
  55. 제 54 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 말단 팁에 위치하는 방법.
  56. 제 54 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 본체를 따라 종방향으로 위치하는 방법.
  57. 제 54 항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 전극은 상기 카테터 본체 둘레에 원주방향으로 위치하는 방법.
  58. 제 54 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 방법.
  59. 제 54 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 카테터 상에 위치하는 방법.
  60. 제 54 항에 있어서, 상기 기준 전극은 조직과의 접촉이 방지되는 방법.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 전극을 피복하는 박막에 의해 보호되며, 상기 박막은 상기 기준 전극이 혈액과 접촉하는 것은 허용하지만 상기 기준 전극이 조직과 접촉하는 것은 허용하지 않는 방법.
  62. 제 60 항에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 카테터 본체에 대해 함입되는 방법.
  63. 제 54 항에 있어서, 상기 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 단계는,
    a) 상기 접촉 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 1 전기 차동 신호 및 상기 기준 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 2 전기 차동 신호를 측정하는 단계; 및
    b) 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 검출하기 위해 상기 제 2 전기 차동 신호와 상기 제 1 전기 차동 신호를 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  64. 제 63 항에 있어서, 상기 접촉 전극으로 및 상기 기준 전극으로 제공된 상기시험 신호들은 정전류 신호들인 방법.
  65. 제 63 항에 있어서, 상기 제 1 전기 차동 신호를 상기 제 2 전기 차동 신호와 비교하는 단계는, 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 제 3 전기 차동 신호를 발생시키기 위해 상기 제 1 전기 차동 신호 및 상기 제 2 전기 차동 신호를 차동 증폭기로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
  66. 제 65 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기 차동 신호들은 상기 접촉 전극 및 상기 기준 전극이 혈액 중에 있고, 조직과 접촉하지 않을 때 상기 차동 증폭기로부터 널 차동 신호를 제공하도록 조절되는 방법.
  67. 제 63 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 방법.
  68. 제 54 항에 있어서, 상기 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 단계는,
    a) 제 1 저항 소자 및 제 2 저항 소자를 포함하는 브리지 회로를 제공하는 단계; 및
    b) 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 검출하기 위해 상기 브리지 출력을 가로지르는 신호를 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 저항 소자들 각각은 제 1 측 및 제 2 측을 가지며, 상기 제 1 저항 소자의 상기 제 1 측은 상기 제 2 저항 소자의 상기 제 1 측과 접속하고, 상기 제 1 저항 소자의 상기 제 2 측은 상기 기준 전극과 접속하며, 상기 제 2 저항 소자의 상기 제 2 측은 상기 접촉 전극과 접속하며, 상기 브리지는 상기 제 1 저항 소자와 상기 제 2 저항 소자 사이의 제 1 입력부 및 상기 복귀 전극에 접속된 제 2 입력부, 및 상기 제 1 저항 소자와 상기 기준 전극 사이의 제 1 출력부 및 상기 제 2 저항 소자와 상기 접촉 전극 사이의 제 2 출력부를 갖는 방법.
  69. 제 68 항에 있어서, 상기 제 1 저항 소자는 제 1 레지스터를 포함하며, 상기 제 2 저항 소자는 제 2 레지스터를 포함하는 방법.
  70. 제 68 항에 있어서, 상기 제 1 저항 소자는 제 1 고출력 임피던스 버퍼를 포함하며, 상기 제 2 저항 소자는 제 2 고출력 임피던스 버퍼를 포함하는 방법.
  71. 제 68 항에 있어서, 상기 브리지 출력을 가로지르는 상기 신호는 차동 증폭기에 의해 측정되는 방법.
  72. 제 71 항에 있어서, 상기 브리지 출력을 가로지르는 상기 신호는 상기 접촉 전극 및 상기 기준 전극이 혈액 중에 있고 조직과 접촉하지 않을 때 상기 차동 증폭기로부터 널 신호를 제공하도록 조절되는 방법.
  73. 제 68 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 센서인 방법.
  74. 제 54 항에 있어서, 상기 시험 신호에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 단계는, 제 1 전류 센서에 의해 상기 기준 전극으로의 전류를 측정하는 단계 및 제 2 전류 센서에 의해 상기 접촉 전극으로의 전류를 측정하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 전류 센서 및 상기 제 2 전류 센서는 차동 증폭기에 접속된 출력을 가지며, 상기 증폭기는 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 나타내는 전압을 측정하는 방법.
  75. 제 74 항에 있어서, 상기 전류 센서는 전류 변환기 및 홀 효과 센서로부터 선택되는 방법.
  76. 제 74 항에 있어서, 상기 전류 센서들은 출력 신호를 가지며, 상기 신호들은 상기 접촉 전극 및 상기 기준 전극이 혈액 중에 있고, 조직과 접촉하지 않을 때 상기 차동 증폭기로부터 널 신호를 제공하도록 조절되는 방법.
  77. 제 74 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 방법.
  78. 제 54 항에 있어서, 상기 시험 신호들에 대한 차동 전기 응답을 측정하는 단계는,
    a) 상기 접촉 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 1 임피던스 및 상기 기준 전극과 상기 복귀 전극 사이의 제 2 임피던스를 측정하는 단계; 및
    b) 상기 접촉 전극과 조직의 접촉을 검출하기 위해 상기 제 1 및 상기 제 2 임피던스를 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  79. 제 78 항에 있어서, 상기 위치 센서는 전자기 위치 센서인 방법.
  80. 제 54 항에 있어서,
    a) 상기 조직 상의 복수개의 지점에서 상기 접촉 전극에 의한 전기적 정보 및 상기 위치 센서에 의한 위치 정보를 수집하는 단계; 및
    b) 상기 전기적 및 위치 정보로부터 상기 조직의 전기적 맵을 발생시키는 단계를 또한 포함하며,
    상기 지점들 각각에서 상기 전기적 및 위치 정보는 상기 접촉 전극과 상기 지점에서 상기 조직 사이에서 검출되는 접촉에 따라 상기 맵 내에 가중되는 방법.
  81. 제 54 항에 있어서,
    a) 상기 조직 상의 복수개의 지점에서 상기 접촉 전극으로부터 전기적 정보 및 상기 위치 센서로부터 기계적 정보를 수집하는 단계; 및
    b) 상기 전기적 및 기계적 정보로부터 상기 조직의 전기 기계적 맵을 발생시키는 단계를 또한 포함하며,
    상기 지점들 각각에서 상기 전기적 및 기계적 정보는 상기 접촉 전극과 상기지점에서 상기 조직 사이에서 검출되는 접촉에 따라 상기 맵 내에 가중되는 방법.
  82. 제 54 항에 있어서, 조직과 접촉하고 있는 상기 접촉 전극들에 따라 상기 접촉 전극들에 절제 에너지를 전달하는 단계를 또한 포함하는 방법.
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