带有血液O2/CO2浓度测量的导管的制作方法

带有血液o2/co2浓度测量的导管
技术领域
1.本发明整体涉及医疗探头，并且具体地涉及导管中的血气浓度测量。

背景技术：

2.在专利文献中提出了用于测量患者血液的o2和/或co2浓度的各种侵入式医疗探头。例如，美国专利3,814,081描述了用于测量活体的血液中的氧饱和度的光学测量导管。导管利用了沿着彼此紧密布置的照明光纤系统和光接收光纤系统，两者的前端适于一起被插入其中有血液流动的活体器官中。由于hb的吸收光谱与hbo2的吸收光谱不同这一事实，因此血液中的氧饱和度由入射到血液中并被反射从而被光接收光纤光学系统接收的光决定。
3.又如，美国专利4,201,222描述了一种光学导管，其包括吸收室和可扩张的半透隔膜，其公开用于同时测量血气、血压和脉搏率。
4.美国专利申请公开2011/0105869描述了一种强度足以承受体内直接组织压力的耐用的组织ph/pco2和/或组织氧敏感探头，该探头包括位于分别一起容纳在单个室或独立的室中的生物相容性透气膜内的一个或多个传感器室；ph敏感荧光团，当激发荧光团并测量所得荧光时，从ph敏感荧光团计算出pco2水平；和/或氧敏磷光体溶液，该氧敏磷光体溶液在激发时产生氧可猝灭的磷光。还提供了一种包括该探头的组织ph/pco2和/或组织氧检测和测量系统。
5.美国专利4,476,870描述了一种被植入人体组织中的光纤探头，该光纤探头用于生理研究，包括测量和监测流经身体特定血管的血流中的气态氧分压。探头的使用基于染料荧光氧气猝灭的原理。在结构上，探头包括两股塑料光纤，其末端是一段多孔聚合物管，用作光纤的护套或外壳。管装有合适的可荧光激发染料，置于多孔吸附性颗粒聚合物载体上。管或护套通常由疏水性透气商业材料制成。

技术实现要素：

6.下文描述的本发明的实施方案提供了一种用于插入患者的器官中的探头，该探头包括医疗装置和光学传感器。该医疗装置装配在该探头的远侧端部处并且被配置成执行电生理(ep)感测和对器官内组织的消融中的一者或两者。该光学传感器被配置成局部采集指示器官中的血液中的至少一种气体的浓度的光信号。
7.在一些实施方案中，至少一种气体包括氧气和二氧化碳中的一种或两种。
8.在一些实施方案中，光学传感器包括对至少一种气体敏感的荧光元件。
9.在一个实施方案中，组织为心脏组织。
10.根据本发明的另一个实施方案，还提供了一种医疗系统，该医疗系统包括探头、电光测量单元和处理器。该探头被配置成用于插入患者的身体的血管中，其中该探头包括(i)远侧端部医疗装置，该远侧端部医疗装置被配置成执行电生理(ep)感测和对身体内组织的消融中的至少一者，以及(ii)光纤，该光纤被配置成引导光信号以与血管中的血液交互，并
且输出与血液交互的光信号。电光测量单元被配置成收集和测量所输出的光信号。处理器被配置成通过分析来自探头的所测量的光信号来估计血液中的至少一种气体的浓度。
11.在一些实施方案中，医疗系统还包括呼吸机，该呼吸机被配置成基于血液中的至少一种气体的所估计的浓度而为患者通气。
12.在一些实施方案中，医疗系统还包括光纤的远侧端部处的光学传感器，该光学传感器被配置成局部采集指示血液中的至少一种气体的浓度的信号。
13.在一个实施方案中，组织为血管的壁组织。
14.在另一个实施方案中，远侧端部医疗装置包括一个或多个感测电极。
15.在又一个实施方案中，远侧端部医疗装置包括一个或多个消融电极。
16.根据本发明的另一个实施方案，还提供了一种方法，该方法包括将探头插入患者的器官中。使用装配在探头的远侧端部处的医疗装置，执行电生理(ep)感测和对器官内组织的消融中的一者或两者。使用装配在探头中的光学传感器，局部采集光信号，该光信号指示器官中的血液中的至少一种气体的浓度。
17.结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
18.图1是根据本发明的实施方案的用于心脏电生理(ep)诊断和/或消融的系统的示意性图解，该系统包括装配有光纤以采集血液o2/co2浓度指示信号的导管。
19.图2是根据本发明的一个实施方案的被包括在图1的系统中的血液o2/co2浓度检测子系统的结合框图的示意性图解；并且
20.图3是示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的用于使用图2的子系统为患者通气的方法的流程图。
具体实施方式
21.概述
22.在一些侵入式探测程序(例如，手术导管插入术)中，在执行静脉内程序时，对患者进行气管插管。在程序期间，例如，为了使呼吸机递送气管插管空气的正确流速，测量气管插管患者的血液氧(o2)和二氧化碳(co2)气体浓度。
23.用于评估气管插管患者的呼吸状态的金标准是使用例如专用动脉导管进行的动脉血气分析。血液o2和co2浓度可以通过其他独立装置进行测量，诸如患者脉搏血氧仪和/或通过测量患者呼出的空气。然而，通常需要专用探头以便局部测量o2和co2浓度(例如，在心腔内)，这既使此类侵入性探测程序复杂化，也使其成本更高。
24.例如，报导了床边动脉血气(abg)监测系统，该系统在血液ph值、pco2和po2的测量中使用荧光光学传感器。定点照护(point-of-care)abg系统由通过optical sensors制造的sensicath
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光学传感器单元组成。又如，用于连续实时、动脉内监测动脉血气和酸碱状态(abg)的系统是optex biosentry systemoptex biomedical,incorporated,the woodlands,texas,u.s.a。该系统由三个独立的光纤通道以及外部监视器组成，该通道具有埋入单个探头中的含有荧光的和吸收性化学分析物，并且能够插入20号留置动脉导管
(optex optode sensor)内。
25.作为又一个示例，davenport等人在the analyst,142(10),pp.1711-1719的一篇题为“dual po2/pco fiber optic sensing film”的论文中报告了一种使用对氧气和二氧化碳都敏感的末端涂层溶液进行生物医学感测应用的光纤多传感器。将基于八乙基卟啉铂(ptoep)的氧敏感磷光猝灭络合物与基于8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐(hpts)的二氧化碳敏感磷光化合物组合。当被蓝光(470nm)激发时，所得涂层在515nm(绿)和645nm(红)处具有两个荧光峰，其分别响应于co2和o2的分压。该传感器在体外进行了测试，结果表明能够同时且实时测量co2和o2。在o2和co2测量中未发现显著的交叉敏感性或重叠。
26.下文描述的本发明的实施方案提供了探头(例如，导管)，除了执行诊断和/或体内组织之外，这些探头包括用于局部测量患者的血液中的至少一种气体浓度(诸如o2和/或co2浓度)的装置。因此，当探头执行其预期任务(例如，心脏标测和/或消融)时，它们另外用作用于测量o2和/或co2浓度的专用探头。
27.可以并入用于使用所公开的技术局部测量o2和/或co2浓度的装置的探头的示例包括局灶性导管，以及在可膨胀框架上具有多个电极的导管。然而，所公开的技术可以通过其他侵入式工具进行必要的修改来实现。
28.在一个实施方案中，提供了一种探头，该探头包括医疗装置，该医疗装置装配在探头的远侧端部处并且被配置成执行电生理(ep)感测和对器官内组织的消融中的一者或两者。远侧端部还包括光学传感器，该光学传感器被配置成局部采集指示器官中的血液中的至少一种气体的浓度的光信号。
29.在一个示例性实施方案中，例如冠状窦(cs)导管的远侧端部医疗装置(其在电生理(ep)标测检查期间定期用于心脏感测和起搏)还包括用于测量患者的心脏血液中的o2和/或co2浓度的光纤。该组织可以是血管的壁组织或心腔的壁组织。
30.上述用于局部测量(例如，采集指示血液o2和/或co2浓度的信号)的装置可以是商业可用技术，例如光学(例如，使用光纤)、光化学(例如，使用远侧传感器)，还有其他潜在的商业可用技术。因此，探头可以在近侧耦合到外部分析仪，该分析仪是电光的，或者通过一些其他方式耦合，以分析指示o2和/或co2浓度的信号。
31.在一个实施方案中，所公开的探头并入了光纤，其中光纤远侧边缘将返回光传输到在远侧光学耦合的o2和/或co2敏感荧光元件中并该敏感荧光元件中收集返回光，该敏感荧光元件与探头的远侧端部周围的血液流体接触。光纤在光纤的近侧端部处耦合到外部光学o2和/或co2分析仪。分析仪将光传输到光纤中，并通过对(例如，反射回光纤中的)返回光的分析来确定局部o2和/或co2血液浓度。
32.在另一个实施方案中，将光化学传感器合并在光纤远侧端部处，从传感器向近侧传输光化学信号(例如荧光)，以供外部电光单元分析。
33.通过在被配置成执行其他任务的导管中并入血液o2/co2浓度检测能力，所公开的技术可以简化基于导管的(例如，心脏)诊断和。
34.系统描述
35.图1是根据本发明的实施方案的用于心脏电生理(ep)诊断和/或消融的系统20的示意性图解，该系统包括装配有光纤以采集血液o2/co2浓度指示信号的导管28。在插图25中看到的导管28的远侧端部32包括一个或多个电极50和具有切割边缘51的光纤40，以将返回
光传输和收集到在远侧光学耦合的血液po2和pco2敏感荧光元件515，该荧光元件与周围的血液液体接触。
36.医生26将导管28穿过血管插入患者22的心脏24的腔室中，并且操纵导管，使得导管的远侧端部32进入待诊断/的心腔。如图所示，在整个静脉心脏手术过程中，使用气管插管用管66对患者22进行气管插管。
37.在一些实施方案中，使用位置跟踪系统，处理器41准确地确定心脏26内的导管的电极50的位置坐标。在所示的实施方案中，处理器41基于(导管上的)电极与体表电极(未示出)之间的测量阻抗来确定位置坐标。使用系统20的电极位置感测的方法在各种医疗应用中实现，例如在由biosense webster公司(加利福尼亚州欧文市(irvine,california))生产的carto
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系统中实现，并且在美国专利7,756,576、7,869,865和7,848,787中有详细描述，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文。
38.在将远侧端部32定位在心腔中之后，医师26可以使用电极50采集ep信号和/或使用控制台42中的消融发生器44通过电缆38向心脏组织施加消融能量(例如，rf)，以执行消融。
39.光纤40的近侧端部被耦合到控制台42中的光学o2/co2分析仪48。分析仪(通常是电光测量单元)将分析光投射到光纤中，并通过对返回(例如，反射)回光纤并在光纤的远侧端部处输出的光进行分析，在所示的示例中使用由处理器41运行的算法来确定心腔的血液中的o2和/或co2浓度。
40.处理器41通常在软件中编程以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。具体地，处理器41运行使处理器41能够执行图3所示的步骤的专用算法。
41.尽管图示的实施方案具体描述了包括单个rf消融电极末端的局灶性导管的使用，但是本文描述的技术可以与如上所述的各种探头和侵入性工具一起应用。
42.将血液o2/co2浓度采集添加到导管
43.图2是根据本发明的一个实施方案的被包括在图1的系统20中的血液o2/co2浓度检测子系统21的结合框图的示意性图解。
44.如插图55所示，导管28的远侧端部32(例如，其为包括电极50的局灶性心脏导管)包括光纤40，该光纤具有对po2和/或pco2液体敏感的荧光远侧元件515，以检测血液中的o2和co2浓度。光纤40的切割边缘51使得光能够传输到对血液o2和/或co2敏感的荧光元件515并且将返回的荧光光耦合到光纤中。
45.光纤40的近侧端部被耦合到可商购获得的o2/co2电光分析仪48，其通常测量荧光信号以估计o2/co2的分压。分析仪将分析光传输到光纤中，并将返回(例如，反射)光接收回光纤中并在光纤的近侧端部处输出。分析仪分析光(例如，其衰减水平或其光谱变化)以估计心腔血液中的o2和co2的浓度。以分压值给出的成人正常血气浓度为80-100mm hg的po2和35-45mm hg的pco2。轻度至重度低氧血症的特征在于低于80mm hg的po2和降至低于40mm hg的po2。呼吸性酸中毒的特征在于po2升高超过10mmhg。呼吸性碱中毒的特征在于po2下降超过10mmhg。在所示的示例中，使用由处理器41运行的可商购获得的算法执行所需的计算，以分析来自元件515的荧光光。
46.将估计的血液o2和/或co2浓度输入到呼吸机60的处理器，该处理器在气管插管期间根据浓度调整通气功率。
47.为简单和清晰起见，图2仅示出了与所公开的技术有关的元件。例如，未示出诸如用于麻醉的附加设备。
48.图3是示意性地示出根据本发明的示例性实施方案的用于使用图2的子系统21为患者通气的方法的流程图。根据所提出的实施方案，该算法执行过程，该过程在患者22被气管插管和通气时从患者通气步骤70开始。
49.一旦对患者通气，医师26在探头导航步骤70处经由血管将探头(如导管28)导航到患者22体内的目标位置。
50.如图3所示，步骤74-78在整个程序中连续发生，即与步骤70-72并行。此外，步骤80可以取决于来自步骤74-78的输入，该输入将指示患者处于稳定的呼吸状态。
51.在光信号采集步骤74处，探头采集指示血液中o2和/或co2浓度的光信号。
52.在血液o2和/或co2浓度估计步骤76中，光学感测系统分析所采集的光信号以估计这些浓度。如上所述，检测血液o2/co2浓度的一种方法是照射并收集来自与周围血液流体连通的荧光元件515的荧光。
53.在通气调整步骤78处，呼吸机60根据所估计的血液o2/co2浓度调整对患者22的通气。该过程返回到步骤74以采集新的光信号。
54.最后，医师26在诊断和/或步骤80处操作探头以执行诊断和/或目标位置处的实体组织。
55.图3中所示的示例性流程图完全是为了概念清晰而选择的。可以包括附加步骤，诸如插入其他侵入式医疗装置。
56.尽管本文所述的实施方案主要涉及心脏应用，但本文所述的方法和系统也可用于其他医疗应用，诸如神经学和肾神经切除。
57.因此，应当理解，上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本技术的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。

技术特征：

1.一种用于插入患者的器官中的探头，所述探头包括：医疗装置，所述医疗装置装配在所述探头的远侧端部处并且被配置成执行电生理(ep)感测和对所述器官内组织的消融中的一者或两者；以及光学传感器，所述光学传感器被配置成局部采集指示所述器官中的血液中的至少一种气体的浓度的光信号。2.根据权利要求1所述的探头，其中，所述至少一种气体包括氧气和二氧化碳中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的探头，其中，所述光学传感器包括对所述至少一种气体敏感的荧光元件。4.根据权利要求1所述的探头，其中，所述组织为心脏组织。5.一种医疗系统，包括：探头，所述探头用于插入患者的身体的血管中，所述探头包括：远侧端部医疗装置，所述远侧端部医疗装置被配置成执行电生理(ep)感测和对所述身体内组织的消融中的至少一者；以及光纤，所述光纤被配置成引导光信号以与所述血管中的血液交互，并且输出与所述血液交互的所述光信号；电光测量单元，所述电光测量单元被配置成收集和测量所输出的光信号；以及处理器，所述处理器被配置成通过分析来自所述探头的所测量的光信号来估计所述血液中的至少一种气体的浓度。6.根据权利要求5所述的医疗系统，其中，所述至少一种气体包括氧气和二氧化碳中的一种或两种。7.根据权利要求5所述的医疗系统，并且包括呼吸机，所述呼吸机被配置成基于所述血液中的所述至少一种气体的所估计的浓度而为所述患者通气。8.根据权利要求5所述的医疗系统，其中，所述光纤的边缘被耦合到对所述至少一种气体敏感的荧光元件。9.根据权利要求5所述的医疗系统，并且包括所述光纤的远侧端部处的光学传感器，所述光学传感器被配置成局部采集指示所述血液中的所述至少一种气体的浓度的信号。10.根据权利要求5所述的医疗系统，其中，所述组织为心脏组织。11.根据权利要求5所述的医疗系统，其中，所述组织为所述血管的壁组织。12.根据权利要求5所述的医疗系统，其中，所述远侧端部医疗装置包括一个或多个感测电极。13.根据权利要求5所述的医疗系统，其中，所述远侧端部医疗装置包括一个或多个消融电极。14.一种方法，包括：将探头插入患者的器官中；使用装配在所述探头的远侧端部处的医疗装置，执行电生理(ep)感测和对所述器官内组织的消融中的一者或两者；以及使用装配在所述探头中的光学传感器，局部采集指示所述器官中的血液中的至少一种气体的浓度的光信号。

技术总结

本发明题为“带有血液O2/CO2浓度测量的导管”。本发明提供了一种用于插入患者的器官中的探头，该探头包括医疗装置和光学传感器。该医疗装置装配在该探头的远侧端部处并且被配置成执行电生理(EP)感测和对器官内组织的消融中的一者或两者。该光学传感器被配置成局部采集指示器官中的血液中的至少一种气体的浓度的光信号。度的光信号。度的光信号。