JPH04501216A - 生体内心臓からの単相性活動電位を記録する装置及びその方法 - Google Patents

生体内心臓からの単相性活動電位を記録する装置及びその方法

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JPH04501216A
JPH04501216A JP1508258A JP50825889A JPH04501216A JP H04501216 A JPH04501216 A JP H04501216A JP 1508258 A JP1508258 A JP 1508258A JP 50825889 A JP50825889 A JP 50825889A JP H04501216 A JPH04501216 A JP H04501216A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 生体内心臓からの単相性活動電位を記録する装置及びその方法 (7)ユu1 本件は1987年4月16日提出の米国特許出願第038.974号の続編であ る。
^朋ヱロL1 本発明は単相性活動電位(MAP)の記録、詳しくは、小さな電極が加圧下で心 臓組織に接触することによりMAPを測定するための方法及び装置に関する。
人の心臓から得られる組織についての研究は進められており、これまでのところ 、安静状態の心臓細胞には約9(1mVの膜内外電圧差があることが知られてい る。該細胞の内部は、細胞外液に対して陰性であり、細胞の刺激に応じて活動電 位が起こる。活動電位は、次の5相から成る。第0相は急速脱分極、第1相は初 期脱分極、第2相は平坦相、第3相は拡張期の膜内外電圧への急速再分極、そし て第4相は拡張期である。
活動電位の時間−電圧経過は心臓細胞の種類により異なる。
個々の心筋細胞の外膜の電荷は膜電位として知られる。心臓が1回鼓動する間に 膜電位は放電され(脱分極し)、その後、ゆっくりと再負荷される(再分極する )。この定期的な脱分極と再分極の波形は「膜内性活動電位」と呼ばれる。機械 学的には、該活動電位は細胞膜を通過する整然と配列したイオン流動により生み 出される。
膜内性活動電位は、通常は、マイクロ電極により記録されている。マイクロ電極 とは、極細のガラス毛細管であり、単一の心筋細胞に突き刺すことができる。こ のガラス毛細管は壊れ易く、また、心臓細胞のサイズが小さいために、このよう な記録は、動物の心臓から切り取られた小片の分離組織試料を人工溶液が収容さ れた小室に押さえつけることによってのみ得ることができる。患者などの健全な 鼓動している心臓にこのマイクロ電極法を使用することは不可能である。
心臓の電気生理学的特性についての知識は、はとんどがマイクロ電極の使用に基 づいて得られたものである。しかし、マイクロ電極を人の心臓に使用することが できないために、試験管内の心臓、特に病んだ心臓とは異なると思われる人の生 体内心臓における基本的な過程に関するデータが不足している。
今世紀の初頭にはすでに、電極の1つを心臓の損傷部に、他の1つを健全な部分 に接触させると、後に発見きれた膜内外電位に類似した形状の電位を記録するこ とができることが知られていた。このような信号は、「損傷電位」またはその波 形から「単相性活動電位J (MAP)として知られるようになった。損傷が吸 引により形成されるということが分かると、いわゆるサクシコン電極が開発され た。このように、活発に鼓動している生体内心臓のようなマイクロ電極による記 録が困難あるいは不可能な試験状態において、局所的な電気活動の時間経過を調 べるために、サクション電極は頻繁に使用された。サクション電極で得られた信 号は単相性であり、振幅はより小さいが、隣接した細胞から記録される膜内性活 動電位の脱分極と全再分極相の開始を正確に反映する。また、サクシコン電極は 人体にも使用されてきたが、心内膜下の損傷およびS−T区の隆起に対する電位 は、臨床的に使用するには記録期間が2分以内と短く限定される。活動電位の形 状と持続時間は心臓の部位により変動するため、数回の基本サイクル長にわたっ ての、もしくは薬物処方に反応する心拍数効果などの長期にわたるMAPの変化 を評価するためには、単一心内膜地点からの記録時間をより長くする必要がある 。
しかし、このような長期的な記録は、組織に損傷を及ぼすため、サクション電極 では実行不可能である。主としてこの理由のために、サクション電極法は臨床的 に広く利用されるには至っていない。従って、動物の組織を取り出して行うマイ クロ電極の研究と健全な人の心臓において可能なものとの間の隔たりは依然とし て大きい。人の心臓自体においてこの信号を得る安全で信用度の高く、心筋層へ 損傷を与えず貴重な情報を提供することのできる方法は依然としてなかった。
本出願人は、局所的心筋損傷はMAPを生成する上では必要条件ではないこと、 またフィルターの設定を、0〜5000Hzのように広く開放した状態にしてお けば、心臓の内壁に対して端部で僅かな圧力を加えることにより信号の単相性隆 起が生じるであろうという認識を得た。信号様相とその形成の原因となる要因の 理論的評価に基づいて、出願人は、結合して増幅された直流(D C)を使用す ることにより確実に(すなわち変形せずに)この信号を記録することができるこ とを見い出した。
これまでは、心臓のベーシングカテーテルにより活性化される位置に隣接した部 分での心臓の電子生理学的活動を測定するための準備はされていなかった。その 上、心臓のMAPを測定すると同時に心臓の鼓動を整調することが望まれても、 患者に対して2箇所の入口を開けて2本のカナ1−チルを使用しなければならな いので、これは望ましいことではない。
心臓の電気的活動は複雑であるため、ベーシング電極を心臓に挿入して、その結 果として表れる心臓の活動電位を測定したいときには、その活性化部分から離れ た位置ではなく近接部分の電位を測定することができれば、極めて有用であるう 。
解決を必要とする別の問題としては、銀、プラチナなどの心臓内の電気信号を記 録するときに使用する従来の電気物質において電極分極により生じる緩やかなり Cドリフトがある。
これらの物質は分極可能であり、オフセットとドリフトを引き起こす。従来の心 臓内記録では、信号がAC結合でありオフセットやドリフトを排除するので、こ れは問題とはならない。しかし、MAPはDC形式で記録されるため、電極分極 による影響を受け易い。本出願人は、銀−塩化銀の電極物質を使用すれば、信号 が長期的に安定し、しかも騒音レベルが極めて低いという非常によい結果を生む ことを知った。
本出願におけるもう一つの重要な発見は、カテーテル先端電極は、心臓の内面に 対して、僅かな、しかも比較的一定の圧力を加えて保持されるべきであるという ことである。健全に鼓動している心臓にこれを実行するためには、ばね鋼スタイ レットを本発明のカテーテルのルーメンに挿入して伸縮コイルとして使用すると 、心臓サイクルを通して先端電極が心内膜と安定した接触圧で保たれる。これに より、信号安定性が大きく改善される。
このように、本発明のカテーテルの主な特徴は、MAPを生成し記録する非分極 性電極を心筋壁の内面と密接に安定して接触させることである。この特徴を実現 するために、電極は銀−塩化銀などの非分極性物質により形成され、また、先端 電極は心筋壁に対して、好ましくはばね状物を利用して、比較的一定の圧力で保 持される。本発明のカテーテルの心内膜への実施態様は、高度の弾性および順応 性を有するばね鋼ガイドワイヤーを有するので、カテーテルの先端が接触力を失 わず、また、外れることもなく、心臓の鼓動に従って心筋壁に接触し続けること ができる。心臓の内面には溝部と隆起部が線状に形成され(内柱と呼ばれる)、 これがばね入りカテーテルの先端を所望の位置に保持することに役立つ。先端電 極の心臓内壁に対する接触圧力は、MAPを生成するために必要とされる局所的 心筋脱分極の量を生み出すに十分な強さである。他方、この接触圧力は、心内膜 または心筋の損傷もしくはその他の併発症状を避けることができるほどに弱く穏 やかである。特に、カテーテルの使用中に心臓不整脈が観察されることはない。
通常、最初にカテーテル先端が該壁に接触するとき、鼓動が一度余計に起こるこ とが観察される。
これは、先端電極が心筋に対して安定して連続的に接触している結果であり、カ テーテル軸内のばねによりもたらされるものである。
MAP自体の生成と記録を引き受けるのは先端電極である。
電気回路を閉じるために必要な参照電極は、カテーテル軸内の先端電極から約3 〜5mmの位置に配置され、カテーテル軸と当接または僅かに(ぼむように該壁 にはめ込まれて、周囲の血液とのみ接触し、心臓の壁自体とは接触しないように される。
この参照電極は、先端電極とはかなり接近して配置される。
これは、心臓は全体として強力な電位生成器であり、これらの電位は心臓溝部の あらゆる場所に存在しているためである。
該参照電極が離れた位置に配置されていると、該増幅器の回路はQR8群を捕ら えてしまうことになる。
このMAPカテーテルの目的にとって重要なもう一つの設計特性としては、電極 先端が心臓内壁に対してほぼ垂直位置に保たれることである。この点に関しても ばね電極が役だっている。従来のカテーテルは、通常、略接線の方向で心臓壁と 接触する。このような従来のカテーテルは、MAPではなく単に心臓間の電位図 を記録するように設計されている。単相性活動電位カテーテルでは、先端電極と 心内膜とが直接接触される。これは、また、カテーテル軸に沿って配置される参 照電極を心筋から離れた位置に保持する。
人の心臓で処置が行われている間、カテーテルの操作を容易にするために、カテ ーテルの末端は、挿入時の間は比較的柔軟である必要があり、好ましくは、カテ ーテル末端の位置が安定した後に、弾性負荷の特性が活性化される。このように して、好ましい一実施態様においては、カテーテルは該カテーテルのルーメンに 配置されたばねワイヤーが伸縮自在であるように構成される。カテーテルを挿入 している間は、ばねワイヤーまたはスタイレットはその末端から約5cm退却し 、先端部を比較的柔軟にする。カテーテルの位置が決定すると、ばねワイヤーは 再びカテーテルへと戻り、カテーテルを堅固にして、上述した特徴にとって重要 である弾性特性を付与する。
本発明の重要な応用分野は、リアルタイムに、心臓での(例えば、プロカインア ミド、キニジンなどの抗不整脈剤のような)薬物効果の直接研究、心筋虚血、さ らには、特に局所的MAPの研究により心筋虚血の区域の正確な特定の研究、そ して脱分極後の結果から生じる虚血の性質と位置の診断などの分野である。これ ら脱分極後の結果は、これまではマイクロ電極が応用可能な動物の分離組織試料 においてのみ検知されていた。MAPカテーテルは臨床研究者が人の心臓にこの ような異常電位を検知することを可能にする器具であり、これによりこの虚血群 を診断する能力が著しく拡大される。
λ豆立炙且 従って、本発明の目的は、単相性活動電位を測定するための装置を提供すること にある。
本発明の他の目的は、一定の継続期間にわたって活動電位を正確に記録すること が出来るMAP測定装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、活発に鼓動する生体内心臓の活動電位を測定するこ とが出来るMAP測定装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、僅かに異なる修正を加えることで、心内膜および心 外膜両方の活動電位測定に使用することができるMAP測定装置を提供すること にある。
本発明のさらに他の目的は、MAPを記録するための装置を使用する方法を提供 することにある。
本発明のもう1つの目的は、MAPを感知することにより虚血を探知する方法を 提供することにある。
上記の目的に従って、本発明は生体内の鼓動する心臓の中の単相性活動電位を測 定する装置を有する。本装置は、先端部を持つ探針、および一部が外部に露出さ れるように該先端部の先端に配置された第1電極を有する。該第1電極から先端 部に沿って間隔をあけて第2電極が配置され、参照電位信号を供給する。該探針 は、心臓組織に顕著な肉眼で見えるほどの損傷を与えることなく、該第1ii! 極が正の圧力を加えて心臓組織と接触を保持するための、また、第2電極が心臓 組織から隔てられるように探針の方位を定めるための構造を備えている。
本発明のさらに別の面に従って、第1電極から第2電極を通じて受信される信号 を減算するために、第1および第2電極ニコンパレーターが結合される。該コン パレーターハ電極に対してDC結合され、約100kHzの周波数反応を持つ。
該両電極は非分極性であり、好ましくは、検査過程での直流ドリフトを避けるた め、銀−塩化銀により形成される。
本発明のさらに他の面に従って、心臓組織に対して先端部を保持するために柔軟 なカテーテルを使用してもよい。該第2電極は心臓内の流体に接触するように外 部に露出される。
該流体は、第2@極と、第1電極に接触する組織に近接した組織との間の連続性 を確立するための容量誘導体として機能する。該先端部を導く補助となるように 、収縮可能なガイドワイヤーを該カテーテルの中に配備してもよい。1つの好ま しい実施例における該ガイドワイヤーは、少なくとも一方向への曲げ抵抗が別の 方向への曲げ抵抗より大となるように、長方形あるいはその他の非円形の断面と され、これにより該カテーテルの定置および位置的安定性に寄与する。
一つの実施例においては、該第1電極は絶縁リムに対して凹部を形成し、該絶縁 リムにより血液など周囲の電気伝導媒体から絶縁される。
該探針はまた、電極間、および第2電極と、第11!極に接触する組織に近接し た組織との間に電気的連続性を確立するための手段を含んでもよい。この連続性 確立手段には、食塩水を発泡物質に吸収したものを有していてもよい。この食塩 水を含んだ発泡物質は容量誘導体として血液の代わりとなる。
第1電極の露出表面はさしわたし約1+im、2つの電極間の距離は約3〜5■ 嘗である。
該先端部はまた、第1電極露出部の周りに突起周縁部を形成する絶縁物質を有し ており、第1電極の露出部は、通常は平面でよい。
一つの実施態様においては、本発明のカテーテルの末端部には該カテーテルの主 要部より柔軟な物質が使用される。この実施態様においては、スタイレットの少 なくとも一部が該末端部から退却するようにされ、該末端部がそれ自体、はね戻 ることにより、該カテーテルが、損傷を加えることなく障害(三尖弁、大腿血管 の分枝など)を通過して挿入され、血管穿孔その他の損傷を避けることができる 。 7本発明の一実施態様には、S形末端部芯が含まれる。これは心内膜に対す るカテーテルの望ましい力および略垂直な位置を保持する上で有利である。
本発明のさらに別の実施態様には、心臓の鼓動整調活動の効果を極めて局所的に 研究するためのベーシングおよびMAP両用カテーテルが提供される。
本発明によれば、カテーテルの先端電極が心内膜を押圧する力を測定するための 方法および装置が提供される。ここでは、該カテーテルはダラム圧力ゲージに相 対する位置に固定される一方、該末端部は該ゲージのレバーアームと接触スる位 置に置かれ、その結果、得られる圧力の指示数は、末端部の圧力を受けないとき の形状と、該末端部がレバーアームに接触するときの圧力を受けた形状の両方に 依存する。電極が生体内心臓に実際に付加する力は、良好な信号を得るために心 筋が十分に局地的に分極化されることと、心臓組織への損傷を避けることとを比 較検討して決定される。
本発明による方法は、第11!極が心臓組織に対して加圧力を加えて保持される ように、また、第2ii極が心臓組織から隔てられるように探針の位置決めを行 うことを含む。この方法は、第1N極からの信号を第28極からの参照信号と比 較することを含む。
本発明の方法に対する別の態様によれば、両電極は、心臓組織と接触する前に食 塩水に浸すことにより短絡される。
該探針が柔軟なカテーテルを有するときは、本方法の位置決めの段階には経皮カ テーテルの挿入が含まれる。
第111極を心臓組織と接触状態に置くために加えられる圧力は、該第1311 極の露出部全体で約20〜50gであるのがよい。
このような圧力を正確に測定する方法および装置は、本明細書において、本発明 のカテーテル末端部を圧力ゲージのレバーアームに対して所定の物理的形態に配 置することにより提供される。
設面μff11哩 本発明の上述の目的およびその他の目的は、付属図面を参照した、以下に詳述す る説明によりさらに容易に理解されるであろう。尚、付属図面では、図面を通じ て類似の参照番号は類似の部分を示す。
図1は心外膜表面の単相性活動電位を探知するための本発明の測定装置の斜視図 である。
図2は図1の装置の先端部の立面断面図である。
図3は操作中の図1の装置を示す概略図である。
図4は心内膜表面の単相性活動電位を測定するための本発明の装置を示す部分断 面斜視図である。
図5は図4の装置の先端部の拡大断面図である。
図6は操作中の図4の装置を示す概略図である。
図7は改良先端電極の形状を示す拡大図である。
図8は図7の先端電極形状の立面断面図である。
図9は本発明の装置の回路接続を示す概略図である。
図1OAは非虚血部位からのMAPの実際の記録を示す、時間対ミリボルトのグ ラフである。
図10Bは非虚血部位からの図10Aの記録と同時に得られた単極DC結合電位 図の実際の記録を示す、時間対ミリボルトのグラフである。
図11Aは虚血/梗塞誘引の1時間後のチアノーゼ可視境界からの指定距離にお ける単極DC電位図を示す、距離対ミリボルトのグラフである。
図11Bは図11Aの記録と同時に取られた単相性活動電位を示す、距離対ミリ ボルトのグラフである。
図11Cは図11Bの単相性活動電位の時間導関数を示す、距離対ボルト7秒の グラフである。
図12は、7体の犬の465記録地点からのチアノーゼ可視境界内外の、単相性 活動電位振幅、最大導関数および全S−7区電圧の平均値を示す、ミリボルト( 左)およびボルト7秒(右)対距離のグラフである。
図13Aは、1時間と3時間の間隔でチアノーゼ可視境界内外で記録されたS− T区電圧における虚血時間の効果を示す、距離対ミリボルトのグラフである。
図13Bは1時間と3時間の間隔で単相性活動電位における虚血時間の効果を示 す、距離対ミリボルトのグラフである。
図13Cは1時間と3時間の間隔で最大導関数における虚血時間の効果を示す、 距離対ボルト7秒のグラフである。
図14は本発明の別の実施態様の等胸回である。
図15は図14の円弧15−15により囲まれた該装置の末端部の拡大断面図で ある。
図16は図14の円弧16−16により囲まれた該装置の中間部の拡大断面図で ある。
図17は本発明の別の実施態様の斜視図である。
図17Aは図17の装置の末端部の別の実施態様を示す拡大図である。
図18は本発明のカテーテルのための別の末端部の斜視図図19は図18の線1 9−19に沿った断面図である。
図20は図18の線20−20に沿った断面図である。
図21は本発明のカテーテルの末端部に対する別の実施態様の一部が断面形状の 斜視図である。
図22は図21のカテーテルの使用中の状態を示す図である。
図23は図21のカテーテルの別の使用中の状態を示す図である。
図24は本発明のカテーテルの末端部により加えられる力を測定するための方法 および装置を示す模式図である。
な 、 の−なセ日 図1および図3は本発明における探針10を示す。該探針1゜は比較的硬い柔軟 なワイヤー14の端部に接続された先端部12を有する。先端部12に接着され るワイヤー14の端部はL形状となっている。ワイヤー14は、また、ばね部1 6を形成するために、2つのループに湾曲されている。ワイヤー14のもう一方 の端部はコネクター18に接続されている。ワイヤー14の周りには、一対の電 気導線20.22が覆われている。導線20.22は先端部12からコネクター 18へ延びており、コネクター18の端子に接続されている。コネクター18は 従来の電気コネクターであり、増幅及び表示回路(後述)へ延びる導線と接続し ている。
ワイヤー14における、ばね16の上下の部分はそれぞれプラスチック外装24 .26に納められている。外装24.26は図1の断面図にのみ示されている。
ワイヤー14は従来のステンレスばね鋼でよく、ばね部16との共同して、先端 部12が生体内心臓の急速な鼓動に抗して保持されるときに、該先端部にて約2 0〜30gの一定持続力が生成される。外装26はテフロン管等でよい。コネク ター18は導線20.22を保持する通常の電気コネクターである。
図2は先端部12をより詳細に示l、たものである。ワイヤー14は一部が該先 端部内に入って終結している。外装26は、ワイヤー14の終結部を越えてエポ キシ樹脂30で満たされる。該エポキシ樹脂はワイヤー14および該外装にしっ かりと接着される。先端電極32は先端部12の最先端でエポキシ樹脂にはめ込 まれている。電極32は銀−塩化銀の小球であり、直径約1+n+aの滑らかな 球状面を形成するように突出している。近接電極34もまた、先端電極32から 先端部12に沿って約3〜5mm離れた地点でエポキシ樹脂30内にはめ込まれ ている。該近接電極34もまた、直径約1Hの銀−塩化銀の小球である。近接電 極34は外装26の開口部35を通して接近可能である。電極32.34は銀− 塩化銀の非分極性マトリックスを有する。これらの電極は、「ビボ メトリック  システムズ オブ カリフォルニア(Vivo Metric System s of Ca1ifornia) J社製の部品番号r E205Jによる1 +u+の小球により構成可能である。
電気線20.22はそれぞれ電極32.34に接続されており、該電極とコネク ター18中の該端子とを電気的に結合している。
外装26は上記電極34から電極32の長手方間にほぼ等しいレベルまで延びる フオームラバ一層36で覆われている。このフオームラバーは略円筒形状であり 、0.9%の食塩水が吸収されている。該7オームラパーを利用する主たる目的 は、近接電極34と、先端電極32に接触する組織に近接する組織との間の電気 伝導性を提供するように、食塩水を懸濁することである。
これについては後述する。
さて、図2および図3に関連して、探針10の使用についての一例を以下に述べ る。
体重20〜30gの雑種犬を、ベンドパルビタール・ナトリウム(25+sg/  kg)またはフロラローズ(60mg/ kg)の静脈注射により麻酔させた 。バーバード人工呼吸器によりカフ付き気管内管を通じて室内空気での呼吸を維 持させた。左開胸により心臓を露出し、心膜離被架に懸垂した。
探針10は、心臓が鼓動している間、先端電極32が約20〜30gの圧力で心 外膜40に接触するように該心外膜に対して配置された。この圧力は、ばね鋼ワ イヤ−14および該ワイヤー14中に形成されるばね16により保持された。
心外膜MAPの記録は、該先端電極および近接電極を、図9に示すように、入力 インピーダンスが約1011オーム、周波数領域が直流から100kHzまでの 差動プリアンプ42に結合するDCにより得られた。本適用例においては、直流 から約soo。
Hzまでの周波数領域を有するプリアンプで十分であることが注目されるであろ う。前置増幅された信号は、テクトロニ。
クス(Tektronix)、ストレージオシロスコープ44に表示され、マル チチャンネル写真レコーダー46に書き出された。
探針10は、据え付は式、携帯式にかかわりな(、単一の心外膜地点から長時間 にわたって、安定した振幅、滑らかな輪郭、そして等電位の拡張期基本線を有す るMAPの連続記録を提供した。図1OAは心外膜MAPの記録の一例である。
矢印は接触圧が付加された時間を示す。図10Bは、探針10の近接電極34を 第2DC結合増幅器42°(図9)に、末端参照電極50(図3)を増幅器42 ′の負極入力に、それぞれ結合することにより記録された。対応する心外膜単極 心電図を示す。
図1OAおよびIOBでは、各図の前半は秒速101111%後半は秒速50m mで記録された。
末端参照電極50は大動脈板に縫い付けられた別の銀−塩化銀電極により提供さ れた。MAP記録の0参照電位の安定性は、各試験の最初および介入の間に、大 動脈板で記録される拡張期電位と比較することによりチェックされた。
接触電圧MAPの発生を引き起こす正確なメカニズムは明確に理解されてはいな い。MAPの記録は、先端電極32により心外膜40の小区域に対して圧力を加 えることにより得られたということは理論付けられている。これは、おそらく、 再生脱分極および再分極に積極的に参加することができないほどに多くの心筋細 胞を脱分極化する。先端電極32の直下の脱電極細胞と近接した正常な細胞の間 の電位差から生じる局部的電流の大きさと方向は、細胞外MAP記録の振幅と極 性を決定することになる。しかし、電流の大きさは電極先端の真下と近接の細胞 間との膜電位における差異にのみ左右されるものではないかもしれない。脱分極 され、その結果、電流発生に関わりを持つ細胞数、利得の限度における細胞の電 子結合の程度、記録限界周囲の細胞内外の媒体の伝導係数などの他の要因も、お そら(細胞外電流およびMAPの大きさに影響を与えている。
再度、図2において、食塩水を吸収したフオームラバー36の目的は、近接電極 34と、先端電極32の周囲の心外膜4oとの間の伝導通路を提供することであ る。つまり、該フオームラバーは近接電極34の延長として作用するが、心外膜 に圧力を加えて心筋の脱分極を引き起こすことはない。測定される実際の電位は 、先端電極32の直下の脱分極された心筋とその周囲の組織との間の電位のよう である。
図4は心内膜地点からMAPの2極測定に使用されるカテーテル60を示す。カ テーテル60は、図5でさらに詳細に示される先端部64を有する。先端部64 は先端電極74および近接電極74を有している。カテーテル60は、記憶性を 有するテフロンその他の耐性材質である可撓性チューブ62を有している。
チューブ62は心臓の鼓動に応じて容易に曲がるように十分に柔軟性があり、し かも、カテーテルの先端部64が概算で約20〜30gの力で心内膜との接触を 維持できるように十分に弾力性がなければならない。ステンレススチールのガイ ドワイヤー66がチューブ62に挿入され、これが管の弾力性を強めてカテーテ ルの先端部分64の位置決めを補助する。一対の電気導線68.70もまた、チ ューブ62内に延びており、先端電極72および近接電極74それぞれと接触す る。電気導線68.7oの他方の端部はそれぞれ電気コネクター76.78に接 続されている。
図5に示すように、先端部64は、周囲に7オームラバーは配置されないが、そ の他は探針1oの先端部12と同じである。
先端電極72は、先端電極32と同様、直径約1+u+の焼結した銀−塩化銀小 球であり、先端部64の最先端部から突出している。
この電極72はエポキシセメント80、あるいは好ましくは、比較的不活性で生 物学的適合性があると認められているアクリル酸シアン接着剤により定位置に固 定される。先端電極72から銀ワイヤー82が延びており、地点84で絶縁導線 68にはんだ付けされる。同様に、近接電極74は、電極72から先端部64に 沿って上方に約5m+oの距離に配置されており、エポキシ80により定位置に 固定されて銀ワイヤー86に結合される。この銀ワイヤー86は地点88で絶縁 導線70にはんだ付けされる。近接電極74はチューブ62の開口部90を通し て接近可能であり、心内膜ではなく心臓内の外部媒体(血液)とのみ接触するよ うに、カテーテル内において幾分窪みを形成している。
カテーテル60の先端電極および近接電極は、コネクター76.78を通してプ リアンプ42(図9)に接続しており、MAPのオシロスコープや記録表示を提 供する。遠位電極は熱から離れた皮下組織、すなわちカテーテル挿入位置に配置 され、腔内電気記録図を提供する。
カテーテルは、長さ約100〜150 am、全外径的1.3cmのものが使用 された。ばね鋼ガイドワイヤーは直径約0.012〜0.013インチのものが よい。
カテーテル60の使用例は提示しない。
カテーテルを挿入する前に、電極72.74を半電池の電位バランスを取るため に短絡した導線と共に1時間、殺菌処理した0、9%の食塩水に浸した。この処 置により、測定期間中は観察可能なほどの直流ドリフトは発生しなかった。腔内 電気記録図の拡張期基本線は、通常、全記録時間(1〜3時間)の間、%1+l V以内に安定する。臨床電気生理学にて従来使用されているステンレススチール 又はプラチナ電極は、最初の30分間に160■Vまでのかなりの基本線ドリフ トを生成することに注目されたい。セルディンガー(Se Idinger)法 にょる経皮的カテーテル挿入と、蛍光透視法による心臓内でのカテーテルの位置 決めの後、電極導線は殺菌済みケーブルと共に作動プリアンプ42へ接続される 。心内膜表面へ先端電極が確実に接近していることは、単相性活動電位の記録が 、数回の鼓動の間、振幅及び持続時間において安定していたことにより示された 。
図6は心臓のいくつかの異なった心室地点でMAPを測定するカテーテル60を 示す。本図では、測定部分は1から6までの数字で示される。各測定において、 カテーテルの先端部分の位置決めは蛍光透視法による制御によった。
図7および図8は、探針lOの電極32又はカテーテル6oの電極72に置換し て使用することができる先端電極9oの他の実施態様を示す。先端電極90もま た、露出面の直径が約1mmの焼結銀−塩化銀である。しかし、露出面92はほ ぼ平面であり、周縁を絶縁物質の小隆起部94が取り囲んでいる。この先端の設 計は単相性活動電位を長期にわたって安定して記録するには最も効果的であるこ とが証明されている。隆起部94は、近接した組織および流体から電極90の接 触を遮断することを助、ける。この参照電極の設計は前に述べた通りである。つ まり先端から軸に沿って3〜5mmの位置に配置される。
隆起部94の高さは約0.1+a+a程度とする。隆起部94の目的は周囲の組 織から電極90を遮断することであり、電極が心筋を加圧することを妨げること ではない。電極90は圧力を生成し、しかも、加圧した組織の電圧を感知しなけ ればならない。隆起部90の高さが高すぎると、電極90が十分な圧力を生成す ることを妨げることになる。
隆起部90は加圧された組織とその周囲の組織の間に高い抵抗力を生じさせる。
隆起部94の厚さもまた、電極が隆起により形成される境界に近くなるようにそ れほど厚くすべきではない。
再び図1および図4において、探針lOとカテーテル60との主要な相違は、探 針10は食塩水を吸収したフオームラバー36を有するということはいうまでも ない。探針10において、食塩水は近接電極と先端電極32により加圧された組 織を取り囲む組織の間の電気的連続性を確立する容量誘導体として作用する。カ テーテル60では、心臓自体の内部の流体く血液)がこの目的のための容量誘導 体である。従って、伝導性物質を加える必要はない。
公知の吸引電極カテーテルでは、吸引地点で数分以内で焦 一点出血が生じると いうこともまた知られている。これに対して、本発明の連続接触電極の研究にお いては、肉眼で見えるほどの組織への損傷は観察されていない。さらに、長期の 記録期間にわたって接触電極MAPが安定していることは、電気的分離へと導く 細胞変質が最小限であるということを間接的に証明しているとみなしてもよい。
このように、本発明を使用したMA?記録は、安全で、他の電気生理学的測定お よび薬理学的干渉のための通常の心臓カーテル挿入をおこなっている間に容易に 実施することができる。本発明で記録されたMAPはまた、急性心筋虚血の感覚 指数を提供することができる。
゛ を した の−l 6外膜MAPの記録による心筋虚血の部位の位置確認を行う能力を8体の犬にて 実験し、標準心外膜S−7区マツピングと比較した。犬の心臓に経壁虚血及び梗 塞を生じさせるために、左前下降環状動脈(LAD)を第一対角線技に近接して 永久的に結紮し、生物学的に不活性で非再吸収性のポリマー(歯科用ゴム)を動 脈ルーメンに注入した。この結紮は、図3では参照番号100で示される。この 小動脈へと延長する血管塞栓形成法は、これまでは犬の心臓に明白な組織構造上 の境界を持った経壁梗塞を形成するために提示されてきた。この注入物は白色で あるので、LA−Dの血管分布の測定にも役立った。結紮に先立ち、心外膜MA P及び単極電位図(エレクトログラム)の6〜8回の対照測定を、想定される虚 結部位の内側および外側の指定部分から行った。LAD閉塞および梗塞形成から 1時間後、心外膜マツピングを始め、15分以内で終了した。手動式の記録用探 針10は、チアノーゼが観測される領域の内側、外側および近接の複数の地点に 連続して配置した。番犬に対して、45〜645地点でチアノー七が観測される 境界(図3参照)に近いほど記録の頻度を増して測定した。記録地点からチアノ ーゼが観測される境界までの距離は、弾性のある定規で測定し、心外膜面の地図 として空間的に記録された。平均データをグラフで示すために、MAPの大きさ およびdV/at raaxs そして全S−7区電圧(T−Q降下プラス「真 性j S−T上昇)の平均値が、チアノーゼが観測される領域の内側および外側 で2mmの間隔で示された。図12にこのデータを示す。説明は後で行う。
心電図測定における虚血時間の効果を評価するために、1時間で行われるマブビ ング研究に似た地点で、冠状動脈の結紮と塞栓形成の3時間後に、心外膜マツピ ングを2体の犬について繰り返しおこなった。この結果により得られたデータを 図13に示す。これについても後で説明をおこなう。
図10は、虚血の前に犬の左心室の心外膜面から得られたMAPの記録(A)と 標準の単極電位図(b)の例である。
一般に、MAPの信号は、電極と心筋面とが安定して接触した後、5〜10回鼓 動する間に「十分な」振幅を示した。接触時点を図10の矢印で示す。その後、 MAPの記録は、1時間以上の連続記録期間にわたって、振幅、dV/ dt  waxs および形状が安定したままであった。非分極性の銀−塩化銀電極およ びDC増幅を利用すれば、有意な接触圧を加える前に、測定した心外膜面の記録 の拡張期基本線から得られる対照の零に関連して陰極拡張期電位および陽極収縮 期電位を示すことが可能であった。左心室心外膜面から記録される対照MAPの 全振幅は、35〜55mV (42%4mV、平均%S、 V、 )の範囲であ り、これは膜内性活動電位に対してこれまでに記録されている振幅(120mV )よりかなり小さい。さらに、細胞内記録よりMAPの方が全振幅に対する正i !(オーバーシュート)の比は大きい。90%の再分極(MAPDaa)で測定 された全MAP持続時間は、120%5/mfnの一定自発心拍数で測定して1 44%12 m5ecであった。同様の持続時間は、犬の心室心筋の膜内性活動 電位に対しても報告されている。
局所的心筋虚血の位置確認のためのMAP記録の精度をさらに検査するために、 上述したように、心外膜MAPの記録を、医科用ゴムを用いて、冠状動脈結紮お よび末端の塞栓形成により経壁虚血された部位の境界の内外にわたって手動式探 針lOにておこなった。図11は、経壁虚血/梗塞が誘引されて1時間経過した 後のチアノーゼ境界からの様々な距離における、元来のMAPの記録(B)、そ れらの最初の導関数(dV/dt) (C)、そして近接部の同時に記録された 単極心外膜電位図(A)を示す。チアノーゼの可視境界の外側20nm以上で記 録されたMAPは、末端の地点で記録されたもの、また閉塞前に同地点で記録さ れたものに匹敵する振幅、持続時間、形状およびav、、” dt wax値を 示した。チアノーセ境界の外側10o+m以内の地点で記録された心外膜のMA Pは、プラトー振幅および持続時間において著しい減少を、また、最終再分極相 (第3相)の勾配において減少を示し、その結果、全持続時間が増大するにつれ て、MAPの形状はさらに三角形に近づく。dV/dt wax値もまた、これ らの地点で減少が目立った。該MAP記録探針がチアノーゼ境界を越えて移動す るにつれて、MAPの振幅は著しく減少し、dy/dt +aax値は境界の2 mm内側でOに近づいた。MAPの振幅の減少は拡張期(陰極)、収縮期(陽極 )の両電位における損失によるものであった。虚血部位の中心においては、−i 5〜−5a+I/の範囲の陰極電位でほぼ等電位の記録が得られた。これに対し 、心外膜S−7区電圧はチアノーゼ境界のすぐ内側で最高となり、虚血部位の中 央へ向かうにつれて段階的に減少した。図11Aに示すように、全S−7区電圧 の増加は「真性のJS−T特表千4−501216 (9) 上昇とT−Q区降下の組合せによるものであった。しかし、T−Q区降下の相対 的な役割は、虚血部位内部(ここでのMAP記録においては拡張期電位が著しく 低かった)の記録における方が大であった。これに対し、チアノーゼ境界の外側 では真正のS−T区上昇が全S−T区変化の中で最大の役割を果たした。
図12において、経壁虚血の誘引の1時間後、8体の犬に対してチアノーゼの側 面境界の内外でおこなわれたMAPと全S−T区の記録の概要を示す。著しいS −T区上昇を示す単極心外膜電位図がチアノーゼ境界から41111内側で記録 された。虚血部位の中心近くで記録された心外膜電位図において、T−Q、S− T区置換の大きさは共に該境界のすぐ内側で記録されたものより小さいことが分 かった。これらの中心により近い虚血部位における全S−7区電圧(16〜22 mV)は該境界(P、13)から4〜6mm外側で測定されたものに比べ、大き さにそれほど著しい相違はなかった。虚血部位の中心で記録された単極電位図は 該境界のすぐ外側で、ただし減少R波電圧および/またはQ波の存在下で、記録 されたものと相違はなかった(図11)。特に、図12において、虚血部位を通 じてMAP振幅およびdV/dtに均一な損失があることは注意すべきである。
これは虚血部位の中心に向かうに従ってS−T区電圧が減少することと対照をな す。
チアノーゼ部位の側面境界内外の血流量の分布は、放射極小体法を使用して6体 の犬にて測定された。心筋血流量は、チアノーゼの可視端から2〜4)外側の心 外膜下層において1.42%0.35m1/ win/g、心内膜下層において 0.65%0.28であり、チア/−ゼ境界から2〜4mn+内側においては0 .01%0.05およびo、 oi%0.02へ増加した。これらの流量データ は、犬の心臓に経壁梗塞を形成するために使用するこの方法により、虚血の側面 境界は僅か6mmの幅内で血流が正常からOへと移行する激12いものであるこ とを示す。虚血の持続時間がチアノーゼ境界内外のMAPの移行(transi  t ton)および対応するS−T区の記録におよぼす影響について、さらに 3体の犬により研究された。これらの結果を、図13に示す。最初のマツピング 研究の2時間後に繰り返されたMAPの振幅と、dV/dt waxの測定は、 虚血の1時間後に比べ、さらにチアノーゼ境界の端に接近し、0に近い値を示し た。同時に、該境界のすぐ外側ではさらに減少した。これに対し、心外膜S−1 区上昇の大きさは同じ期間にわたって全体的に減少を示し、境界の位置確認はよ り不明瞭となった。
探針10を用いて記録される局所的心外膜S−T区電圧電圧虚血部位の輪郭を描 くための心外膜S−7区マツピングの能力について先に報告したものと一致する 。S−T区上昇はチアノーゼ境界から20mm以上外側で見いだされ、該境界の すぐ内側で最大値に達した。前述の研究にて示したように、中央虚血部位におい て記録されたS−T区上昇の大きさは、減速流量域から5〜10+im外側の地 点で記録されたものと著しい相違はなかった。理論上は、該境界内外の心外膜S −7区電圧の移行のゾーンの幅が広いこと、および虚血部位の中心におけるS− T区電圧の損失が予測される。正常心筋と虚血心筋間の流量によりS−T区置換 が引き起こされる。電位勾配とこれによる損傷流量は虚血部位と正常部位との間 より隣接した虚血部位間における方が少ないので、虚血区域の中心よりも虚血境 界に近いほうがS−T区電圧が大きい結果となる。
これに対し、心外膜MAP振幅およびdV/dt rrraxの損失は虚血部位 を通じて均一であり、従って、流れの存在しない状態とより関連していることが 分かる。
チアノーゼ境界内外のMAP記録のほぼ0からほぼ正常への移行は8mmより小 さい距離にわたって起こった。この電気的移行の幅は、約61の流量移行より僅 かに大きかった。流量、代謝または電気生理学的変数の移行が検知される境界「 ゾーン」の幅は、これら変数を測定するために使用される方法の解像力に依存す る。流量、代謝または電気生理学的変化の中間値の結果は、正常細胞と虚血細胞 の混合、もしくは中程度の変化を有する細胞の均一な組成物のいづれかにより得 られる測定の結果である。MAP変化が流量移行に比べ僅かに幅広であるという ことは、おそら<MAP記録の解像力が制限されるということを示すか、もしく は12++++a幅の組織サンプルによりおこなわれる極小体流量測定(mic rophere flowmeasurement)に関係する分布を反映して いる。他方、チアノーゼ境界のすぐ外側で記録された正常MAPは、必ずしも記 録に使用I、た組織が損傷していることを示すものではない。
虚血組織と非虚血組織間の流量は、振幅を減少させ、非虚血細胞の膜内性活動電 位の速度を向上させるかも知れない。
虚血持続期間でのS−T区電圧の減少(図13)は実験段階においても臨床段階 においても報告されている。豚の心臓の心外膜および壁内のS−T区電位が、冠 状動脈結紮の7〜IS分後に最大値に達し、以降、代謝状態は徐々に悪化するに も関わらず、時間と共に減少する。急性心筋梗塞後の最初の24時間にわたって 患者のS−T区上昇が実質的に低下することは、心筋梗塞の自然経過の一部とし て報告されている。このS−T区電圧及び代謝と組織的悪化の間の矛盾は、損傷 心筋と正常心筋の間に段階的電気的分離が生じ、一定した電気勾配にもかかわら ず、損傷流量が衰退し最後には停止するためであると説明されてきた。対照的に 、虚血により誘引されたMAP振幅およびdV/dt waxの損失は、冠状動 脈梗塞および末端塞栓形成の3時間後も存続し、1時間後よりさらに顕著にさえ なった。このことはMAP記録から得られた虚血損傷についての情報が、ECG のような電気分離により相殺されないことを示し、かつ、MAP記録が虚血/梗 塞心筋の空間的範囲を決定するための、より正確であるだけでなくより信頼性の ある電気生理学的指数として使用可能であることを意味する。
一般に、本発明の装置および方法は、心臓の電極均衡における変化によりイオン 不均衡を、そして血流の減少により虚血を探知するためにも使用することができ る。
単相性活動電位(MAP)の記録はこれまでのところ、はとんどサクシ冒ン電極 でおこなわれてきた。しかし、本発明の「接触電極」法はサクション電極より安 定したMAP記録を提供し、そして、組織の損傷なしにヒトの被検体において安 全で長期にわたるMAP記録を可能にすることを示した。
本発明を利用した心内膜および心外膜のMAP記録は膜内性活動電位に類似して いることが見いだされており、局部的虚血の誘引またはカリウムイオン濃度の変 化に続いて、細胞内の記録において既述したものと同様の変化を受ける。MAP マツピングによる心筋虚血部位の位置確認はS−7区マツピングより正確で、か つ虚血の持続時間への依存がより少ない。
心臓カテーテル法の実験室における心内膜MAPマツピングおよび心臓手術室に おける心外膜と心内膜との両方のMAPマツピングにより、人の局所的虚血の位 置認識が可能になり、かつ、重大な虚血傷害を低減するように考えられた治療の 深刻な効果を査定することが可能になるはずである。
図14、図15および図16に、生体内鼓動心臓における単相性活動電位測定の ための本発明による器具の他の実施態様を示す。本器具もまた、探針として識別 される心臓内接触電極カテーテル101として示される。カテーテル101は、 近位端部103および末端部104を備えた柔軟な細長部102を有している。
この柔軟な細長部102は外被又は外体106と、内被又は内体107とからな る。外被106と内被107は、例えば、ポリエチレンのような熱収縮性プラス チックなど、適切な物質により形成することができる。内被107は構造的補強 管108へと延長している。この補強管108は、ステンレススチールのような 適切な物質により形成される23ゲージの皮下注射針ストックの形状のものでよ い。護管108はカテーテル101の近位端部103から、カテーテル101の 末端部104に近い部分、例えば、末端部104から8cm以内、へと延長して いる。このように、長さ約100cmのカテーテル101を例に取れば、管10 8の長さは約92cmで、図14および図16に示すように、中間部109まで 延長している。
追加芯部111は、特に図15で示すように、カテーテルの末端部104から管 108の末端部へと延びている。該芯部11Jもまた、直径約0.016インチ の焼戻しステンレススチール針などの適切な物質により形成することができる。
該芯部は、図15に示すように、末端部104から管108に形成された穴部1 12へ、また、カテーテルのほぼ全長にわたって延びることができる。芯部11 1は、芯部111の末端部が近位端部よりはるかに柔軟になるように、先細にな っており段階的柔軟性を与えている。芯部111の先細部はS形部156の内部 に完全に含まれるのがよい。
これにより、芯部111はその近位端部とS形部間がほぼ一定した直径となる。
該芯部111は、補強の追加が必要ないところでは省略可能であるのは言うまで もない。
円筒状電極外被121が内被107の末端部に配備され、その近位端部は内被1 07の末端部と接合し接着剤などの適当な手段により固定される。電極外被12 1と外被107とをうまく接着するために、環状凹部122が外被106の末端 部に、そして、環状凹部123が、ポリカーボネートなどの適切な物質により形 成され適切な接着剤により接着されるスリーブを受ける電極外被121に設けら れる。
外被121には、長さ約0.064インチ、幅約0.046インチの卵型凹部1 28が形成されている。外被121の末端部には、ポリカーボネートなどの適切 な物質により形成され接着剤などの適切な手段により保持される円筒状先端保持 器131を保持する環状凹部129が形成されている。保持器131には、前方 に面した開口部132が設けられている。穴112には、ヘッド134を有する 円錐型くさび133が納められ、内被107の同位端部へと延長して、先端保持 器131と確実にかみ合って、圧力によるはめ合いがおこなわれている。
保持器131には、好ましくは、開口部132を限定し先端電極139の周縁よ り僅かに突き出たリム131aを有している。この設計であれば、先端電極が心 内膜地点に対して所定の位置にあるとき、リム131aはその地点の周囲の心内 膜に接触し、先端電極139が心臓内の血液と電気的に接触することを防ぐ。周 知のように、側面電極141の外周がリム131aの絶縁物質に覆われるように 、凹部128内に僅かに後退している。このリム131aにより側面電極141 と血液の間の遮断が可能となる。これにより、先端電極が確実に電気的に側面電 極141から絶縁され、正確で信頼のおけるMAP記録がおこなわれる。
絶縁銅などの適切な物質から形成可能な一対の電気伝導体136.137が備え られており、信号線として作用する。伝導体136.137は、それぞれS形端 部136a、 137aを備えて、これらは適切な伝導物質にそれぞれ埋設され て電気的に接触しており、先端電極139および側面電極141を提供する。先 端電極139および側面電極141の形成には、銀基の伝導エポキシまたはその 他の接着剤を利用し、これに重量で約20%の銀−塩化銀を加えるのが好ましい ことが分かった。この銀−塩化銀は1〜2時間超過した時間にわたって安定した 相殺電位を提供することが分かった。
アクリル酸シアン接着剤により接着された銀−塩化銀の薄片(粉末より良い)を 使用すれば、特に好ましい構成の電極139が得られる。これにより、特別に伝 導力のある電極が製造される。また、アクリル酸シアンは生物学的適応性のある 比較的不活性の強力な接着剤である。
このような電極マトリックスは、先端電極の製造が比較的容易になるという点で 特に満足のできるものであることが分かった。先端電極は、配置された後に、例 えば、側面電極141が凸型であるように、望ましい形に加工される。このよう に加工されることは、電極の形成においてと同様に、後述されるように装置また は器具を使用するとき、電極が心臓と直接接触するように銀−塩化銀結晶を露出 するので、この点でも有利であると思われる。該物質は成型され伝導体136. 137のS形光端部136a、137aの周りに押圧され、その後、伝導性接着 剤により固定することができる。側面電極141を先端電極139の近くに、適 切な距離、例えば3〜5ao++たけ離して配置するのが望ましいことが分かっ た。
伝導体136.137は近位端部において、それぞれアダプター151.152 内まで延びている伝導性のある柔軟な絶縁導線148.149に接続している。
カテーテル101の近位端部103には熱収縮性プラスチックのような適切な物 質により形成されるスリーブ153が設置され、導線148.149および伝導 体136.137間の結合(図示せず)を包み込む。
特に図14に示すように、カテーテル101の近位端部には緩やかなS形湾曲部 156が形成されており、心臓が鼓動している開先端電極139が心筋と接触を 保つことができるように弾性を付与する。上述の実施態様に関連して述べたよう に、カテーテル電極外被121はカテーテルが心筋とかみ合う地点にほぼ垂直な 方向に配置されるのが望ましい。こうすれば、先端電極139が心臓の表面に適 合し、側面電極146は血液媒体内に自由に放置される。これにより、伝導媒体 として作用する血液を通じる以外は、電極間に短絡が起こらないことが保証され る。
S形湾曲156は、先に述べた垂直性が得られるようにカテーテル101の末端 部と心臓との正しい整合を促進させる点で重要である。さらに、S形湾局部15 6は、心臓が鼓動するとき、心内膜に対してほぼ一定の接触圧が確実に加わるよ うに一定量の弾力を提供する。
このようにして、本発明においては、心臓が鼓動している間でも、はぼ一定した 力と方向で心臓を押圧することができるカテーテルが提供されることが分かる。
S形溝局部は、弾性ばねのように鼓動している心臓の動きに適応すると同時に、 心臓に対しほぼ一定の圧力を維持するものであり、これにより、電極はより正確 で高精度の信号を得ることができる。従って、例えば1〜2時間など比較的長時 間にわたって安定した信号を記録することができる。
図17に本発明の別の実施態様として、ベーシングカテーテルとMAPカテーテ ルを組み合わせたカテーテル20oを示す。
このように、ベーシング電極210.220をカテーテル200の末端部230 に装備した新しい組合せカテーテルが実現された。さらに、図5で示した構成の ように、先端電極240および側面電極250が装備されており、それぞれプラ グ260.270のような接合体に電気的に接続される。
ベーシング電極210.220も同様に、それぞれプラグ280.290に接続 される。プラグ280.290は標準型プラグである。活性化用電極210.2 20などのベーシング電極を使用する方法は、標準的な構成のベーシング電極カ テーテルにおいては公知のものである。すなわち、標準型ベーシングカテーテル に配置されるものと同じタイプの電気信号を本発明の電極210.220に配置 してもよい。電極210.220.240.250への必要な電気導線が図17 内に包含されているのは明かであろう。さらに、他の実施態様に関連して示され るスタイレットその他の要素を含んでもよい。
プラグ260〜290用の接合子300が配置され、カテーテル200内に含ま れる電気導線へのプラグ間の接合を確実にする。この接合子300は好ましくは ポリカーボネートなどの硬質な物質から形成され、カテーテル200に比較して 直径が大きい。これにより、カテーテルの使用者がカテーテルを心臓に挿入し心 内膜に対する先端電極の位置決めをおこなうとき、強力なトルク制御が提供され る。
接合子300に加えて、部付ノブ310をカテーテル200の近位端部320に 結合してもよい。ノブ310は好ましくは、ノブ310の軸回転がカテーテル2 00に同様の軸回転を生じさせるように、非回転的にカテーテル200に接続さ れる。図17に示すように、ノブ310は、一般的には構成上は円筒形がよいが 、手で捻るこ・ とができるような他の形状でもよい。
カテーテル200の末端部230の他の実施例を、図17Aに末端部235とし て示す。この実施態様においては、2つのベーシング電極(典型的にはプラチナ により形成される) 215.225が配備され、ベーシング電極215は末端 部235の先端に配置される。本実施態様では、先端電極255のサイズは(先 端電極240に比較して)小さいが、側面電極225は図17で示す構成と同じ である。図17の実施態様と同様に、図17Aに示す各電極215.225.2 55.265にはカテーテルの近位端部のプラグに接続するそれぞれの電気接続 体が含まれる。
図17Aの構成の顕著な利点は、ベーシング電極215が先端電極255に直接 隣接して配置されているということである。上述のように、現在入手可能な装置 では、活動電位測定のすぐ隣でベーシングをおこなうことは不可能であるが、図 17、図17Aの構成は共に初めてこれを可能にするものである。
図17において、ベーシング電極210.220は好ましくは、可能な限り先端 電極240に接近して配置され、一方、図17Aの構成では、電極215.25 5は極めて接近し、カテーテルの2つのルーメンのように、1層の絶縁体285 により隔てられるだけである。このように、ベーシングは活動電位測定と同じ領 域の心筋で行うこともできるので、整調に対する心臓の反応が測定できるという 、新しいこれまでは得られなかった方法が提供される。
該ベーシング/MAP結合カテーテルの特に有用な利点の一つは、心臓の有効無 反応期間、すなわち心臓に与える2度の刺激において2番目の刺激が心臓活性化 不能であるときのその2つの刺激の間の最長の時間を測定することである。つま り、有効無反応期間とは、心臓が脱分極の効果から回復するために必要とされる 期間である。有効無反応期間(はぼ250m5)と活動電位との間には相互関係 があり、双方とも心臓内の地点により著しく変動する。従って、該結合カテーテ ル200の重要な適用として、心臓内の特定の地点で生じる有効無反応期間とM APとの間の相互関係を探知することがあげられる。この適用については、M、  Franz (本願の申請者の一人)およびA、Co5tardによる論文「 犬の生体内心臓における活動電位期間と無反応性間の関係におけるキニジンの周 波数依存効果(Frequency−dependent effects o f quinidine on therelationship betwe en action potential duration andrefr actoriness in the canine heart in 5i tu )、C1rculation、 77、 No、5.1177−1184 .108 (コピーを付属文書Aとして添付、又本文中に参考のために援用され ている)」にて詳細に述べられている。留意すべきは、付属文書Aの該論文では 2つの電極を利用する方法について述べられている。
しかし、4つの電極を有する本発明による上記実施態様(図17及び図17A参 照)もまた、この方法を利用することができ、それぞれベーシング電極とMAP 電極用の別々の電極を僅かの距離をおいて使用することが利点となっている。
図18〜20に本発明によるさらに別の実施態様を示す。
この実施態様におけるカテーテル330は、他の実施態様に関連して述べられた ものと同様な構成であり、電気接触体350を持つ先端電極340と、電気接触 体を持つ側面電極360を有する。
該カテーテル330は2つの異なった物質、主要部380はポリウレタンなどの 比較的硬質の物質と、先端部390はダウ・ケミカル社製のポリウレタン製品r PELLETHANE 2363−8OA (商標)」などのより軟質な物質と により作製される。
先端部390は、好ましくは、図19に示すように、ルーメン400.410. 420が中を貫通する本質的に中空でない断面を有する。図19に示すように、 ルーメン400.420は、一般ニハ円形断面で、電気接続部または導線350 .370を収容する。該ルーメン400.420は、接続部350.370の断 面形状を収容できる限り他の断面形状のものでもよい。
ルーメン410は断面形状が非円形であり、この好ましい実施態様ではほぼ長方 形である。弾力性のある芯が先端部390の末端部から主要部380までルーメ ン410を通って延びている。芯430は、所望の配置となるように永久的に湾 曲されて、ばねの弾性の特徴を有する金属リボンその他の物質であり、カテーテ ル320の末端部440に軽く圧力を加えたときに、リボン430は曲がるが圧 力を解除すると元の形に戻るようにされる。しかし、末端部440にもっと大き な圧力、すなわちリボンをその第一端部450と第二端部460との間に形成さ れた弓形が本質的に変化するほどに曲げると、リボン430は医師や他のカテー テル330の使用者が望む通りの異なった形状に変形する。
カテーテル330の主要部380は好ましくは、図18および図20に示すよう に、一体形成またはその他の方法でポリウレタン物質の内側に形成された金属ブ レード470を含む。主要部380は、ポリウレタンの2つの同心円管(個別に は図示せず)から標準的な方法で形成される。つまり、ブレード470は外管内 の所定の位置に置かれ、内管はブレード470内の所定の位置に突出する。
主要部380は、図20に示すように、接着剤490により接合点480で先端 部390に結合される。弾性芯430の第一端部450は、好ましくは主要部3 80へ短い距離だけ延びており、接合点480で互いに当接する両部380およ び390の端部を接着してシールし、また、接合点480から芯430の第一端 部450へ延長するために、十分な接着剤490が与えられる。これにより、芯 と、一方では電気接触部350.370との間の、また、他方では主要部380 との間の接着を確実なものにする。接着剤4900はエポキシ、アクリル酸シア ン関係の接着剤もしくはその他適切な接着剤でよく、硬化されると、芯430の 第一端部450も安定化するように作用して、実質上主要部380に対して固定 させる。
カテーテル330を使用するには、医師はまず先端部390を所望の構成に曲げ る。一般的に、C形状の先端部が操作性がよいことが知られている。芯430の 第一、第二端部450.460の間の弓形の湾曲度は患者のサイズにより決める のがよい。先端部390は芯430がその短側面520.530ではなく長側面 500.510に沿って弓を描くように曲げる方がよい。すなわち、図18の観 点では、面520は用紙の平面に平行であり、一方、面500.510は用紙の 平面に垂直である。このように面520.530は平行な平面上にあり、幅広面 500.510が芯430の第一、第二端部450.460の間に円弧を描く。
これは、カテーテルを所定の位置に操作するときのトルク制御に置いて大いに有 利である。これは(図18のように)面500.510に沿って曲げたとき、幅 狭面520.530に沿って曲げたときに比べて曲げ抵抗がはるかに小さいため である。他の実施態様と同様に、カテーテル330は放射線不透過性であり、心 臓内の末端部440の位置決めのためには蛍光透過装置が使用される。図18〜 20の構成では、先端部390が、位置決めの途中で障害又は血管接合点に出会 ったときどのように曲がるかを容易に予測することができる。これにより、医師 によるカテーテル330の位置決めが容易になり、さらにMAP測定のため、心 内膜に対して末端部440を位置決めする際にも役立つものである。
図21〜23に示す本発明のさらに別の実施態様は、カテーテル540を有する 。カテーテル540は、他の実施態様と同様に、カテーテル540の近位端部で プラグ(個別に図示せず)に電気的に接続された先端電極550および側面電極 560を含む。
図5に示す実施態様と同様に、カテーテル540は先端部570および伸縮自在 のガイド線またはスタイレット580を有する。カテーテル540はまた、ポリ ウレタンなどの柔軟な物質により形成される主要部590を有する。先端部57 0もまた、柔軟な物質からなるが、先端部570.590の材質は、主要部が先 端部570よりかなりの程度硬質であるように選定される。主要部590は、生 物学的に適応性のある接着剤595により先端部570に接続される。
カテーテル540は次のように利用される。カテーテル540の近位端部から制 御されるスタイレット58oは、図21に示すように、その最も遠い位置に配置 される。湾曲度は医師が決定し、図18に示した芯430と同様に、該ガイドワ イヤー580の末端部に形成される。次にカテーテル540を、例えば大腿血管 を通じて体内に挿入する。カテーテルを蛍光透視装置により観察しながら、図2 2に示すように、工大静脈へと導くのがよい。図22に示すように、肝血管と工 大静脈600の間などの血管接合点に達すると、医師はスタイレッl−580を 収縮させるかどうか決定することができる。先端部570の材質は十分に柔軟性 があるので、血管の組織を損傷したり穴を開けることなく直ちに湾曲部方向へ曲 がる。この障害を乗り越えると、医師は次にスタイレット580をその最適位の 位置で置換するがどうか選択することができる。
図23は本発明によるこの実施態様の最も重要な利用法を示す。カテーテル54 0が右心室630への三尖弁620に達するとスタイレット580は先端部57 0から退却する。これにより、先端部570は右心房640へ挿入され、先端部 570は軟質で柔軟性があるために、損傷を与えず三尖弁620に対して押圧す ることができる。三尖弁が開口すると、先端部570は所定の位置に、はね戻る ため、末端部が右心室630に入る。その時点で、カテーテル540はさらに右 心室630内へ押され、心内膜650および心外膜660からMAP測定をおこ なうために、先端電極を心内膜650に対して位置決めすることもできる。この 時点で、医師はガイドワイヤーまたはスタイレット580を完全に退却させ、S 形末端部156(図14にカテーテル外側から示す)と共に、図15に示した芯 111など別のガイドワイヤーを挿入することもできる。上述のようにS形湾曲 はカテーテルの先端を(図23の電極550におけるように)心内膜に対して維 持するために、また、心臓の鼓動に合わせて心内膜との接触を保つために、適切 な弾性またははずみ力を付与することに非常に役に立つ。
本発明のカテーテルの先端の心内膜に対する押圧は、好ましくは20〜50gの 力の範囲内である。この圧力値は相対する2つの配慮を均衡させることにより得 られたものである。っまり、1つは、先端電極(例えば、図18に示したカテー テル330の先端電極340)は先端電極340に隣接した心筋細胞が信頼のお ける方法で脱分極されるように十分に強く内心膜に接触すべきであるという配慮 である。これは、先端電極340は心筋を貫通もしくは損傷してはならないとい うもう1つの配慮との間に均衡がとられている。
図14〜23で示した実施態様など、本明細書で述べた実施態様のそれぞれの適 用分野としては、病気の診断、特に心臓における薬物効果(抗不整脈など)の測 定、およびベーシング電極に与えられる多様な種類の信号に対する心筋の反応測 定などのその他の診断的利用があり、非常に有用である。
このような適用については、E、 Platia、 M、 Weisfeldt およびM、 Franz (本願の申請者)による論文「環状動脈病における単 相性活動電位による抗不整脈薬物効果の即時計量(Immedtate Qua ntftation of Antiarrhythmic Drug Eff ectby Monophasic Action Potential Re cording in CoronaryArtery Disease)、1 9811.61.1284−1287 Jに述べられている。
本論文のコピーは付属文書Bとして添付し、また参考として本文中に援用されて いる。
図24は、カテーテル330が所定の位置にあるとき、先端部340が心筋を押 圧することにより生じる力の量を標準化するための装置である。本装置とその使 用法は、本発明のカテーテルのその他の実施態様にも同様に適用することができ る。
図のカテーテル圧力ゲージ670は、カテーテル330を保持するための溝69 0を持つカテーテル保持ブロック680を搭載している。ブロック680の上に はクランプ700が、軸710にて回転可能に配備されており、ネジ付きノブま たはその他の従来の締め付は手段により固定するのがよい。
グラム圧力ゲージ730はカテーテル圧力ゲージの測定部を有し、ブロック68 0に対して固定位置に配置される。該ゲージ730は測定アーム740および従 来設計のダイアル指示器を含み、該アーム740に対する力により、ポインター 760がダイアル指示器750上の圧力量を示す。
このカテーテル圧力ゲージ670を利用するには、ノブ720を緩め、クランプ 700を回して溝690からずらす。次にカテーテル330を、主要部380と 先端部390の接合部480とが溝690の左上端部770に置かれるように溝 に納める。そして、クランプ700を回してカテーテルの上に置き、ノブ720 を締め付けてカテーテル330を溝の中にしっかりと固定する。その後、先端電 極340をアーム740のカップ状容器の中に置く。先端電極340と接合部4 80との間に形成される弓部の長さはアーム740と溝690の左上端部770 との間の距離dより幾分長くなければならないことはいうまでもない。好ましい 実施態様においては、弓部a(すなわち先端電極340と接合部480との間の カテーテル330の長さに沿った距離)は4インチ、距離dは3インチである。
先端電極が容器780の中に置かれると、圧力指示数がダイアル指示器750に 表れる。この圧力は芯430の構成および使用された材質の種類、そしてカテー テルの末端部が湾曲して形成される弓の形(すなわち、張力の働いていないとき に保持される形)により異なる。例えば、弓が30度の曲線のようなかなり平坦 な曲線であれば、先端電極340が容器780にはめ込まれたとき、図4に示す ようにダイアル指示器に、例えば22gという指示数が表示されるかも知れない 。しかし、カテーテル330の末端部の湾曲が、40度の弓形等のようにきつい ものであれば、カテーテル330をゲージ670に置いたとき、ダイアル指示器 750はもっと低い指数を示すことになる。これは先端電極340を容器780 の中に置くとき、弾性芯430に与える必要のある張力が小さくて済むからであ る。このようにして、芯およびカテーテルの末端部の湾曲の半径を様々に変えて 圧力の測定をおこなうとよい。例えば、一定の構成のカテーテル330に対して 、22g力のような望ましい力を生み出すために必要なおおよその湾曲度が分か るようになれば、医師は、カテーテル330を生体の心臓に挿入するとき、蛍光 透視装置上のカテーテル330の末端部を観察することにより、先端電極340 が芯内膜に与える圧力量を予測することができる。
以上述べた説明は本発明を明らかにする目的でおこなわれたものである。しかし 、本発明は、添付請求項に示されている範囲から外れることな(多くの変更をお こなうことが可能であるのは明白である。
FIG、 6 FIG、θ 替 寸 < −一一一一−−−−−−−−−/ MAP a’ri /ST ’t& (mV)F/に、13 F/θ、17 F/θ、1?A 1o/11 国際調査報告 1゜、□。、1.。1.1A。。1.。、1.。。、。PCT/[158910 3255「IIIIIf^暑I+0L1a−^o酔(畠11OLINOPCTI US89103255

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.患者の生体心臓内の単相性活動電位を探知するための装置であって、 近位端部と、先端を有する末端部と、外面とを有しており、前記電位を探知する ために患者に挿入するべく使用されるカテーテルと、 前記心臓の表面組織における電位を測定するために該末端部に配置される第1電 極と、 参照電極信号を供給するために該カテーテル上の該第1電極から離れて配置され る第2電極と、 該第1電極に近接した心臓の細胞を損傷を与えることなく脱分極するために、該 表面組織に対して実質的に垂直な構成でほぼ一定の圧力を与えて該末端部を保持 するべく該カテーテルに配置される手段と、 該活動電位を表す信号を発生させるための該第1及び第2電極に結合される第1 電気手段と、 を具備する装置。
  2. 2.前記カテーテルは第1ルーメンを有しており、前記保持手段は、該ルーメン 内に配置されて、該カテーテル末端部内に配置される柔軟な末端部を有するスタ イレットを有しており、該スタイレットは異なる形態へと湾曲させることができ 、また、該スタイレット端部は生体内心臓との接触力により反対方向に湾曲する ことができるような限度の弾性を有する請求項1に記載の装置。
  3. 3.前記スタイレット末端部は該カテーテル末端部から退却することが出来る請 求項2に記載の装置。
  4. 4.前記スタイレット末端部は非円形の断面を有しており、該スタイレットは一 方向への曲げ抵抗が他方向への曲げ抵抗より大きい請求項2に記載の装置。
  5. 5.前記断面は略長方形である請求項4に記載の装置。
  6. 6.前記スクイレット末端部が該カテーテル末端部から退却しているとき、該カ テーテル挿入中に該カテーテル末端部が障害に接触するときに患者への損傷を与 えることなく湾曲することができるように、該カテーテル末端部は柔軟な物質に より形成される請求項3に記載の装置。
  7. 7.前記カテーテル上の該第1電極から第1の距離だけ離れた地点に配置される 第3電極と、 該カテーテル上の該第3電極から第2の距離だけ離れた地点に配置される第4電 極と、 該第3および第4電極へ心臓ペーシング信号を供給するための第2電気手段と、 をさらに有しており、該第3および第4電極は心臓の鼓動整調のためのべーシン グ電極を有しており、第1および第2電極が該ペーシング信号に対する心臓の単 相性活動電位反応をほぼ歪みなく探知するように前記該第1および第2の距離が 最小限にされる請求項1に記載の装置。
  8. 8.前記第1電極は前記先端部に配置されており、前記該第3および第4電極は 該カテーテルの該第1電極および該第2電極の中間の地点の前記外面に配置され る請求項7に記載の装置。
  9. 9.前記第1および第3電極は前記先端部に配置されており、 前記第4電極はカテーテルの第1電極および第2電極の中間の地点の外面に配置 される請求項7に記載の装置。
  10. 10.前記第1電気手段は、第1電極を通じて受信される信号から第2電極を通 じて受信される信号を減算するための手段を有する請求項1に記載の装置。
  11. 11.前記先端部はリムを有しており、前記第1電極は該先端部のリムに対して 凹状に配置され、該リムが第1電極と表面組織との間の接触面を取り囲む伝導物 質から第1電極を絶縁する請求項1に記載の装置。
  12. 12.前記カテーテル末端部は放射線不透過物質により形成される請求項1に記 載の装置。
  13. 13.近位端部および末端部を有し、該末端部に第1電極を、また、該第1電極 から離れた表面に第2電極を配置したカテーテルを使用して、生体心臓内の単相 性活動電位を探知するための方法であって、 該末端部を心臓に挿入する工程と、 該第1電極が該第1電極に隣接した心筋細胞を脱分極するために十分な圧力で心 臓の心内膜に接触し、該第2電極は該心内膜に接触しないようにように、該心内 膜に対する該末端部の位置決めをする工程と、 該第1および第2電極により、心臓の活動電位に関係を有する信号を発生させる 工程と、 を包含する方法。
  14. 14.前記位置決めの工程が、末端部を心内膜にほぼ垂直に保持する工程階を含 む請求項13に記載の方法。
  15. 15.前記カテーテルは少なくとも1つのルーメンが貫通しており、さらに、位 置決めの工程が、挿入時に該カテーテルの末端部内に位置する第1端部を有する 第1スタイレットを該ルーメンに挿入する工程と、該カテーテルの末端部を患者 の入口地点に挿入する工程と、末端部を心臓方向に向くように該第1スタイレッ トを繰り返し位置決めをすることで該末端部を心臓方向へと操作する工程と、 前記信号が発生している間、心内膜に対して該カテーテル末端部を保持する工程 と、 包含する請求項13に記載の方法。
  16. 16.前記末端部を位置決めした後であって信号発生工程の前に、心内膜に対し てカテーテル末端部を略一定角度および略一定圧力で保持するように調整された 第1端部を有する第2スタイレットに、前記第1スタイレットを置換する工程を さらに包含する請求項15に記載の方法。
  17. 17.前記第1スタイレットの第1端部がほぼC形状になっており、第2スタイ レットの第1端部がほぼS形状になっている請求項16に記載の方法。
  18. 18.前記カテーテルの末端部は柔軟性物質により形成されており、患者への損 傷を防ぐべく該カテーテルの末端部が障害と接触すると湾曲し得るように、前記 操作工程が、障害に出会うとスタイレットがカテーテルの末端部から部分的に退 却する工程を包含する請求項15に記載の方法。
  19. 19.末端部を挿入する工程の前に、 第1スタイレットの第1端部を第1の形状に適合させる工程と、 該第1端部が第2の形状に湾曲されるときに該第1端部により加えられる圧力を 測定する工程と、該圧力が所定の範囲内に到るまで該第1端部の形状を変更して 測定工程を繰り返す工程と、を包含しており、さらに、心内膜に対して該カテー テル末端部を維持する工程が、該カテーテルの末端部が第2の形状になるように 該心内膜に対して該カテーテル末端部を押圧する工程を包含する請求項15に記 載の方法。
  20. 20.前記所定範囲は20〜50g圧力である請求項19に記載の方法。
  21. 21.前記カテーテルは第1電極の近くに配置される複数のペーシング電極を有 しており、また、信号発生工程が、該ペーシング電極を越えて心臓に供給される ペーシング信号により心臓の鼓動を整調する工程と、該べーシング電極の隣接部 の活動電位を探知する工程と、を包含するる請求項13に記載の方法。
  22. 22.前記第1電極は接着剤により接着された銀−塩化銀薄片により形成されて いる請求項1に記載の方法。
  23. 23.前記第1電極はアクリル酸シアン接着剤により接着された銀−塩化銀のマ トリックスを有することからなる請求項1に記載の方法。
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