描述了一种使用时间分辨光学方法来提高评价具有与周围组织不同的光学特性的组织成分或毁损灶的深度的能力的方法。本发明专利技术可以特别地适合于使用专门设计的装置(导管)在RF消融(不可逆的组织改性/损害)期间评价毁损灶深度，所述专门设计的装置出于治疗原因在局部区域递送热量。该技术允许以与由稳态光谱法所提供的灵敏度相比更高的灵敏度增加评价被消融的毁损灶的深度或检测其他过程(诸如微泡形成和凝固)的存在的能力。该方法可以用于在组织消融或其他程序(其中需要关于毁损灶深度的信息)期间的体内实时监测。在医学应用中的组织消融、组织热损害、毁损灶和组织深度评估中存在示例性应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】使用时间分辨的光散射能谱法评估组织或毁损灶深度相关串请的交叉引用本申请是于2006年4月27日提交的题目为“组织改性的光纤评价”的美国申请号11/414，009(该申请通过引用结合于本文中)的部分继续申请，美国申请号11/414,009是于2 O O 5年11月17日提交的题目为“心脏组织消融的光纤评价”的美国申请号11/281，853 (该申请通过引用结合于本文中)的部分继续申请，美国申请号11/281，853要求于2004年11月17日提交的题目为“心脏组织消融的光纤评价和光谱法”的美国临时申请号60/629，166(该申请通过引用结合于本文中)的优先权。关于联邦资助的研究或开发的声明按照美国能源部和Lawrence Livermore Nat1nal Security，LLC 之间的用于Lawrence Livermore国家实验室运转的合同号DE-AC52-07NA27344，美国政府在本专利技术中具有权利。专利技术背景专利
本专利技术涉及医学诊断学。更特别地，本专利技术涉及用于在医学程序过程中实时研究组织改性的光学询问配置。_7] 相关技术描述在正常组织野中毁损灶的存在经常可以通过光与不同的组织成分相互作用的途中发生的变化检测到。例如，外科医生的视觉评估由不同的组织成分对光谱的可见部分中光的散射变化来决定。光谱的近红外(NIR)部分中的光也可以检测由组织成分的结构和生物化学组成的变化所引起的这种差异。NIR光的公认特性在于其可以较深地穿透至组织中，大约几厘米，主要是由于血液吸收减少导致，而且由于散射减少所致。光子的平均穿透深度作为不同组织成分中波长的函数形成了题目为“组织改性的光纤评价”的美国专利申请11/414，009 (母案)的基础(其通过引用并入本文)，该申请描述了使用NIR光谱仪进行毁损灶评估。具体地，该申请提供了实时表征关键参数的新方式，特别适合于在心脏组织射频(RF)消融期间的应用，该方式通过结合使用在经典消融导管上的光纤探头来实现。RF消融常常用来治疗房颤(一种导致异常电信号的心脏病况，已知是心律失常)，房颤在心内膜组织中产生导致心脏的不规则跳动。RF能量经由消融电极导管局部递送，所述消融电极导管可以在局部麻醉下经皮插入至股静脉、肱静脉、锁骨下静脉或颈内静脉并且定位在心脏内。目前的方法在实时测量毁损灶形成参数或相关的不良状况方面具有有限的有效性。母案能够实时获得导致待评价的毁损灶形成的过程的关键参数，包括诸如下面的参数:导管-组织接近性、毁损灶形成、毁损灶穿透深度、组织中毁损灶的横截面积、在消融期间形成炭、识别炭与非炭化组织、消融部位周围形成凝块、区分凝固与未凝固的血液、区分消融的与健康的组织，和识别组织中的微泡形成以防止蒸汽爆裂。这些评估借助于加入纤维来提供照明并聚集背散射光通过分析来自消融导管的尖端的漫反射光的光谱特征来实现。心律失常的最常见原因是心房或心室壁附近的心内膜组织中产生的电信号的异常路径选择。导管消融可以用来治疗当心律失常不能用药物疗法控制的病例，或不能耐受这些药物疗法的患者。使用具有能量发射元件的消融导管或类似的探头，通常为射频(RF)能量的形式，在怀疑的此电不应(electrical misfiring)中心的位置递送足量的能量，导致形成毁损灶。这些毁损灶意在通过建立异常电活动区域之间的非导电屏障来中止心脏的不规则跳动。成功的治疗取决于心脏内消融的位置以及毁损灶的空间特征。获得导管与组织的接触对于毁损灶的形成是至关重要的。已经开发了许多方法作为提供确认在手术期间建立了适宜接触的手段。这些手段包括监测导管电极和离散电极(其利用血液和心内膜之间的电阻率差异)之间的电阻抗以及监测导管尖端处的温度。然而，在目前的实践中，这些方法不能提供确定导管与组织的适宜接触的可靠工具。因此，执行该操作的电生理学家的经验和技能对于临床结果具有重要作用。毁损灶治疗的有效性通过对心脏中产生的电信号的消融后监测来评价。如果确定导致心律失常的信号仍然存在(提示毁损灶没有充分形成)，则可以建立额外的毁损灶以形成毁损灶线以阻断异常电流的通过。然而，目前没有方法来实时评估毁损灶如何形成。消融过程也可以导致不合乎需要的副作用诸如组织的炭化、局部血液凝固和组织水的蒸发(其可以导致蒸汽袋形成和随后的内爆(蒸汽爆裂(steam pop))，所述内爆可以导致严重的并发症)。如果操作者意识到这些副作用的发生，所有这些副作用可以通过调节导管的RF功率来减轻。很明显，局限于消融后评价是不合乎需要的，因为纠正要求额外的医疗操作同时外科医生关于不合乎需要的消融副作用了解很少。因此，存在着对开发可以有助于在组织中正在形成毁损灶时实时评价毁损灶形成参数的指导工具的需要。心肌的热凝固导致其光学特性显著改变。对于经由RF消融使心肌凝固的情况，Swartling等人报道近红外(NIR)光谱区中光学特性的改变包括散射系数增加(高^5%)、散射各向异性因数较小的减小(低?2% )和吸收系数增加(高?20% )。我们假设RF消融的心脏组织的光学特性的这些变化可以用来提供对毁损灶形成参数的体内监测。考虑到NIR光谱区中血液和心肌的吸收最小，我们假定体内监测可以基于NIR光散射能谱法。这样的方法可以通过脉管系统应用，优选地作为与RF消融导管附接的光纤。母案教导了使用近红外(NIR)光散射能谱法实时地经由RF(或其他类型的)消融评价毁损灶形成。消融导管被修改为结合了空间上分开的光发射和接收纤维，当在导管的尖端处形成毁损灶时所述纤维可以与组织接触。对由接收纤维所聚集的光的光谱分析允许检测关键参数，诸如，导管与组织的接触、毁损灶形成的开始、毁损灶穿透深度和消融期间炭和凝块的形成。发曰月概沐本专利技术描述了一种新的光学方法，该方法提供了提高的检测毁损灶深度的能力。以较高的准确度和增加的检出限获得这些深度。更具体地，如在母案中提供的结果所显示的那样，检测毁损灶深度的能力限于约5mm，同时存在值的分布，所述分布可以被认为是噪声。制约深度检出限的机制，并且部分地，噪声是现有技术的固有缺点，所述现有技术利用光谱信息并且将其转变成深度信息。当到达特定深度的光的强度随着深度几乎指数地减小时，从不同的深度检测到的信号甚至更快地减小。因此，检测到的大多数信号来自组织的顶层(1-2_)。因此，当毁损灶的深度增加时，检测到的信号连续减小，限制了表征比约5-8mm更深的毁损灶的深度的能力，并且也促成了数据中所观察到的“噪声”。为了解决此问题，本专利技术采用了新的方法，该方法通过使用脉冲式照明源(或同步激光源)补充了对光谱信息的分析用于利用时态信息的深度评估，所述脉冲式照明源(或同步激光源)产生具有足够宽的光谱的超短光脉冲或在足够宽的光谱范围内覆盖特定的谱域的光脉冲。为了理解此概念，需要考虑传播至组织的光的速度。假定组织的折射率为约1.4，在t = O注入的光子需要至少45ps以往返到达5mm毁损灶的底部，然后被回射以到达检测器(聚集纤维)，假定仅为没有多重散射的弹道传播。因此，如果测量的目的是获取位于该表面下方5mm的特征(诸如正常和消融的心脏组织之间的界面)的深度信息，则比约45ps更早到达的所有信号不含有有用的信息。当组织从正常转变至消融毁损灶时组织的散本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学时间分辨方法，其用于实时评价至少一种活体心脏组织毁损灶形成参数，该方法包括：在活体心脏组织中产生毁损灶；在产生毁损灶的步骤的同时，将光学询问辐射的脉冲引导至所述活体心脏组织的第一组织部位上以产生诱导的辐射；聚集所述诱导的辐射以产生具有至少一个强度相对于时间的信号时域廓线的聚集的辐射；将来自所述至少一个信号时域廓线的信号数据与来自至少一个参照时域廓线的参照数据之间的差值量化以产生至少一个量化参数(QP)；以及由所述QP确定所述活体心脏组织的至少一个瞬时状态。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯塔夫罗斯·G·迪莫斯，
申请(专利权)人：劳伦斯利弗莫尔国家安全有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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