RU2822118C2

RU2822118C2 - Method and device for determining sufficiency of ablation effect on biological tissues

Info

Publication number: RU2822118C2
Application number: RU2022117322A
Authority: RU
Inventors: Ольга Алексеевна Терешенкова; Алексей Андреевич Ким; Владимир Андреевич Тимофеев; Лев Юрьевич Маслов; Евгений Николаевич Михайлов; Дмитрий Сергеевич Лебедев; Леандро Эбер Иван Кондори; Александр Дмитриевич Вахрушев
Original assignee: Акционерное общество "Лазерные системы"
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2024-07-01

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: method of determining sufficiency of ablation effect on biological tissues involves illumination of tissue subjected to ablation effect with light energy. Ablated tissues are illuminated with broadband light in the visible range. Intensity and spectral characteristic of the optical signal backscattered from the ablation region is measured in real time. Intensity and spectral characteristics of the signal are compared by normalizing the current characteristic with respect to the base characteristic obtained before the beginning of the ablation exposure. In case of abrupt change of normalized intensity and spectral characteristic of optical signal back-scattered from the area of ablation effect in relation to base characteristic, ablation effect is stopped. Device for implementing the method comprises a light energy source, a light guide connected to a light energy source configured to output the light energy to the ablative effect area and receive the optical signal backscattered from the ablation effect area, and means for measuring backscattered from the ablation effect area of the optical signal. Light energy source used is broadband light source of visible range, and a device for measuring spectral and photometric values is used as a measuring device for the optical signal backscattered from the ablation effect region.

EFFECT: group of inventions enables to expand the range of tools for determining and assessing the degree of ablation effect during catheter operations and provide control during minimally invasive catheter interventions in various fields of medicine.

7 cl, 1 dwg

Description

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике и может быть использована в кардиологии, сердечно-сосудистой хирургии, флебологии, при рентген-эндоваскулярных вмешательствах для определения и оценки степени абляционного воздействия при проведении катетерных операций и обеспечении контроля при проведении малоинвазивных катетерных вмешательств в различных областях медицины.The group of inventions relates to medicine and medical technology and can be used in cardiology, cardiovascular surgery, phlebology, during X-ray endovascular interventions to determine and assess the degree of ablation effects during catheter operations and to provide control during minimally invasive catheter interventions in various fields of medicine .

Известен способ оценки уровня лазерного воздействия с помощью измерения разности потенциалов между электродами на кончике оптоволоконного абляционного катетера и/или снижению импеданса ткани во время лазерной абляции (за счет нагрева ткани) [Н. Weber, L. Schmitz, A. Heinze, L. Ruprecht, M. Sagerer-Gerhardt The Development of a laser catheter with improved monitoring of lesion formation during arrhythmia ablation // Nova Science Piblishers, Inc. 2017, P. 4-49].There is a known method for assessing the level of laser exposure by measuring the potential difference between the electrodes at the tip of a fiber optic ablation catheter and/or reducing the tissue impedance during laser ablation (due to tissue heating) [N. Weber, L. Schmitz, A. Heinze, L. Ruprecht, M. Sagerer-Gerhardt The Development of a laser catheter with improved monitoring of lesion formation during arrhythmia ablation // Nova Science Piblishers, Inc. 2017, P. 4-49].

Указанный способ является эмпирическим и косвенным, вынуждающим проводить анализ по недостаточно точным данным. Так, изменение импеданса может не наблюдаться при недостаточно плотном контакте электрода катетера с тканью, а также не всегда соответствует эффективной абляции миокарда; снижение амплитуды электрического потенциала не всегда наблюдается ввиду специфики расположения контактов электродов вне зоны повреждения лазерным лучом и технически сложной задачей размещения контактов электродов внутри зоны абляции. В связи с этим обратная связь во время проведения операции оказывается недостаточной и замедленной.This method is empirical and indirect, forcing analysis based on insufficiently accurate data. Thus, a change in impedance may not be observed if the contact of the catheter electrode with the tissue is not tight enough, and also does not always correspond to effective myocardial ablation; a decrease in the amplitude of the electrical potential is not always observed due to the specific location of the electrode contacts outside the zone of damage by the laser beam and the technically difficult task of placing the electrode contacts inside the ablation zone. In this regard, feedback during the operation is insufficient and slow.

Также известен способ верификации гибели ткани и клеток in vivo, а также обнаружение остаточных жизнеспособных клеток в пределах зоны абляции (US 2009292211 от 26.11.2009 «Methods and Apparatus for Optical Spectroscopic Detection of Cell and Tissue Death»). Способ основан на регистрации спектра отраженного излучения и спектра флуоресценции никотинамидадениндинуклеотида (NADH) в тканях при радиочастотной абляции тканей.There is also a known method for verifying tissue and cell death in vivo, as well as detecting residual viable cells within the ablation zone (US 2009292211 dated November 26, 2009 “Methods and Apparatus for Optical Spectroscopic Detection of Cell and Tissue Death”). The method is based on recording the spectrum of reflected radiation and the fluorescence spectrum of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) in tissues during radiofrequency ablation of tissues.

Недостатком описанного способа является необходимость использования двух источников излучения определенного диапазона для возбуждения флуоресценции и получения отраженного спектра или дополнительного использования системы ультразвукового мониторинга.The disadvantage of the described method is the need to use two radiation sources of a certain range to excite fluorescence and obtain the reflected spectrum or the additional use of an ultrasonic monitoring system.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату являются способ и устройство мониторинга абляции тканей (WO 2016/073476 А1 от 12.05.2016 «SYSTEM AND METHOD FOR LESION ASSESSMENT»). Способ основан на регистрации спектра флуоресценции восстановленного NADH, возбуждаемой в тканях оптическим излучением с длиной волны от 300 до 400 нм и от 450 до 470 нм одновременно с оказанием абляционного воздействия. Излучение, возбуждающее флуоресценцию NADH, подводят через световод к месту оказания абляционного воздействия, которое может осуществляться оптическим, радиочастотным, термическим, акустическим, крио- и другими методами абляции. Излучение флуоресценции тканей принимается оптическим световодом и направляется на устройство спектрального анализа. Степень абляционного воздействия определяют по интенсивности сигнала флуоресценции и по ее динамике.The closest to the claimed invention in terms of use, technical essence and achieved technical result are the method and device for monitoring tissue ablation (WO 2016/073476 A1 dated 05/12/2016 “SYSTEM AND METHOD FOR LESION ASSESSMENT”). The method is based on recording the fluorescence spectrum of reduced NADH, excited in tissues by optical radiation with a wavelength from 300 to 400 nm and from 450 to 470 nm simultaneously with the provision of an ablative effect. Radiation that excites NADH fluorescence is supplied through a light guide to the site of the ablation effect, which can be carried out by optical, radio frequency, thermal, acoustic, cryo- and other ablation methods. Fluorescence emission from tissues is received by an optical light guide and directed to a spectral analysis device. The degree of ablation effect is determined by the intensity of the fluorescence signal and its dynamics.

Устройство, реализующее способ, помимо источника энергии, оказывающей абляционное воздействие, содержит источники оптического излучения с длиной волны в диапазоне от 300 до 400 нм и от 450 до 470 нм, соединенные с оптическим световодом, доставляющим это излучение к месту абляционного воздействия, устройство спектрального анализа излучения, полученного от области абляционного воздействия. Устройство сконфигурировано таким образом, чтобы собирать и анализировать излучение флуоресценции, полученное от области абляционного воздействия.The device implementing the method, in addition to the energy source that has an ablative effect, contains sources of optical radiation with a wavelength in the range from 300 to 400 nm and from 450 to 470 nm, connected to an optical fiber that delivers this radiation to the site of the ablative effect, a spectral analysis device radiation received from the area of ablative action. The device is configured to collect and analyze fluorescence emission from the ablation area.

Недостатки прототипа заключаются в следующем. Способ подразумевает использование как минимум двух источников излучения определенного спектрального диапазона для возбуждения флуоресценции, или же одного широкополосного источника совместно со спектральными фильтрами. Это усложняет конструкцию устройства и делает его неудобным при применении. Вследствие относительно малой интенсивности излучения флуоресценции предъявляются высокие требования к спектральной чувствительности прибора, регистрирующего спектр флуоресценции NADH. При недостаточной интенсивности сигнала флуоресценции возникает необходимость в продолжительном накоплении и осреднении замеров сигнала и, как следствие, это приводит к снижению быстродействия системы. При достаточно малых значениях интенсивности флуоресценции время накопления и обработки сигнала может быть соизмеримым с временем, необходимым для принятия решения о прекращении абляционного воздействия. В такой ситуации возможно чрезмерное воздействие и повреждение тканей. Компенсация указанных недостатков приводит к усложнению и удорожанию способа.The disadvantages of the prototype are as follows. The method involves the use of at least two radiation sources of a certain spectral range to excite fluorescence, or one broadband source together with spectral filters. This complicates the design of the device and makes it inconvenient to use. Due to the relatively low fluorescence emission intensity, high demands are placed on the spectral sensitivity of the device that records the NADH fluorescence spectrum. If the fluorescence signal intensity is insufficient, there is a need for prolonged accumulation and averaging of signal measurements and, as a consequence, this leads to a decrease in system performance. At sufficiently low values of fluorescence intensity, the time of signal accumulation and processing can be comparable to the time required to make a decision to stop the ablation effect. In this situation, overexposure and tissue damage may occur. Compensating for these shortcomings leads to the complication and cost of the method.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение арсенала технических средств для определения степени абляционного воздействия на биологические ткани.The technical result of the claimed invention is to expand the arsenal of technical means for determining the degree of ablative effects on biological tissues.

Заявленный технический результат достигается использованием заявленного способа определения степени абляционного воздействия на биологические ткани, в соответствии с которым ткани, подвергаемые абляционному воздействию, освещают широкополосным светом видимого диапазона, измеряют интенсивность и спектральную характеристику света, обратно рассеянного от области абляционного воздействия, и степень абляционного воздействия на биологические ткани определяют по изменению в режиме реального времени интенсивности и спектральной характеристики света, обратно рассеянного от области абляционного воздействия.The claimed technical result is achieved using the claimed method for determining the degree of ablative action on biological tissues, according to which the tissues subjected to ablative action are illuminated with broadband light in the visible range, the intensity and spectral characteristics of light backscattered from the area of the ablative action are measured, and the degree of ablative action on biological tissues are determined by real-time changes in the intensity and spectral characteristics of light backscattered from the area of the ablation effect.

Денатурирование белковых структур тканей в результате абляционного воздействия приводит к существенным изменениям оптических свойств тканей, в том числе, в видимом оптическом диапазоне. При катетерном вмешательстве, проводимом для абляции (деструкции) биологических тканей посредством лазерного, радиочастотного, криотермического, ультразвукового или иного воздействия, осуществляемого посредством введения катетера, освещение области абляционного воздействия широкополосным светом видимого диапазона, измерение в режиме реального времени интенсивности и спектральной характеристики сигнала, обратно рассеянного от области абляционного воздействия, позволяет определить степень абляционного воздействия на биологические ткани по изменению интенсивности и спектральной характеристики обратно рассеянного света.Denaturation of protein structures of tissues as a result of ablative action leads to significant changes in the optical properties of tissues, including in the visible optical range. During catheter intervention carried out for ablation (destruction) of biological tissues through laser, radio frequency, cryothermal, ultrasound or other effects carried out by inserting a catheter, illumination of the area of ablation action with broadband light in the visible range, real-time measurement of the intensity and spectral characteristics of the signal, back scattered from the area of the ablative effect, allows you to determine the degree of the ablative effect on biological tissues by changes in the intensity and spectral characteristics of the backscattered light.

Предпочтительно при проведении катетерной абляции с использованием лазерного излучения, доставляемого к тканям посредством световода, доставку широкополосного света видимого диапазона на область абляционного воздействия, а также прием обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала и передачу оптического сигнала на устройство измерения интенсивности и спектральной характеристики, осуществлять по упомянутому световоду.Preferably, when carrying out catheter ablation using laser radiation delivered to tissues through a light guide, the delivery of broadband light in the visible range to the area of the ablation effect, as well as the reception of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect and the transmission of the optical signal to the device for measuring the intensity and spectral characteristics, is carried out along the mentioned light guide.

Также для достижения заявленного технического результата заявлено устройство для оценки степени абляционного воздействия на биологические ткани, содержащее источник широкополосного света видимого диапазона, световод, соединенный с указанным источником света, выполненный с возможностью вывода световой энергии на область абляционного воздействия и приема обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала, и устройство измерения спектральных или фотометрических величин обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала.Also, to achieve the stated technical result, a device is claimed for assessing the degree of ablative effect on biological tissues, containing a source of broadband light in the visible range, a light guide connected to the specified light source, configured to output light energy to the area of the ablative effect and receive backscattered energy from the area of the ablative effect optical signal, and a device for measuring the spectral or photometric values of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect.

Целесообразно в качестве устройства измерения спектральных или фотометрических величин использовать дисперсионный спектрометр.It is advisable to use a dispersive spectrometer as a device for measuring spectral or photometric quantities.

При абляционном воздействии энергией лазерного излучения предпочтительно устройство, в котором световод доставки широкополосного света видимого диапазона на область абляционного воздействия одновременно является средством доставки упомянутой энергии лазерного излучения. Для реализации указанной функции устройство содержит оптическую систему, осуществляющую объединение энергии лазерного излучения, оказывающего абляционное воздействие, с излучением широкополосного света видимого диапазона, а также отделение обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала и его передачу на устройство измерения спектральных или фотометрических величин.When performing ablative exposure to laser radiation energy, it is preferable to have a device in which the optical fiber for delivering broadband light in the visible range to the area of the ablation effect is simultaneously a means of delivering said laser radiation energy. To implement this function, the device contains an optical system that combines the energy of laser radiation that has an ablation effect with the radiation of broadband light in the visible range, as well as separating the optical signal backscattered from the area of the ablation effect and transmitting it to a device for measuring spectral or photometric values.

Оптическая система содержит светоделительный оптический элемент, дихроический оптический элемент, первый коллимирующий оптический элемент, второй коллимирующий оптический элемент, первый фокусирующий оптический элемент, второй фокусирующий оптический элемент, при этом источник широкополосного света видимого диапазона в направлении этого излучения оптически связан со световодом катетера последовательно через первый коллимирующий оптический элемент, светоделительный оптический элемент, дихроический оптический элемент и первый фокусирующий оптическим элемент; источник лазерного излучения в направлении этого излучения оптически связан со световодом катетера последовательно через второй коллимирующий оптический элемент, дихроический оптический элемент и первый фокусирующий оптическим элемент; световод катетера в направлении обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала и обратно прошедшего через световод катетера, оптически связан со входом устройства измерения спектральных или фотометрических величин последовательно через первый фокусирующий оптический элемент, дихроический оптический элемент, светоделительный оптический элемент и второй фокусирующий оптический элемент.The optical system contains a beam splitting optical element, a dichroic optical element, a first collimating optical element, a second collimating optical element, a first focusing optical element, a second focusing optical element, and a source of broadband visible light in the direction of this radiation is optically connected to the catheter light guide in series through the first a collimating optical element, a beam splitting optical element, a dichroic optical element and a first focusing optical element; the laser radiation source in the direction of this radiation is optically connected to the catheter light guide in series through a second collimating optical element, a dichroic optical element and a first focusing optical element; The catheter light guide, in the direction of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect and back passed through the catheter light guide, is optically connected to the input of the device for measuring spectral or photometric quantities in series through the first focusing optical element, the dichroic optical element, the beam splitting optical element and the second focusing optical element.

Сущность изобретения поясняется фигурой со схемой устройства для определения степени абляционного воздействия на биологические ткани.The essence of the invention is illustrated by a figure with a diagram of a device for determining the degree of ablative effect on biological tissues.

Устройство содержит оптическую систему 1, источник широкополосного света видимого диапазона 2, дисперсионный спектрометр 3 в качестве устройства измерения спектральных или фотометрических величин, вычислитель (ЭВМ) 4, а также дисплей 5 для отображения информации. Устройство для определения степени абляционного воздействия на биологические ткани применяется совместно с системой оказания абляционного воздействия на биологические ткани, содержащей источник лазерного излучения 6, катетер 7, имеющий в своем составе световод 8, подводимый к области абляционного воздействия 9, а также систему орошения 10, подающую орошающую жидкость в катетер 7.The device contains an optical system 1, a source of broadband light in the visible range 2, a dispersive spectrometer 3 as a device for measuring spectral or photometric quantities, a computer (computer) 4, and a display 5 for displaying information. A device for determining the degree of ablative effect on biological tissues is used in conjunction with a system for providing an ablative effect on biological tissues, containing a laser radiation source 6, a catheter 7 containing a light guide 8, supplied to the area of the ablation effect 9, as well as an irrigation system 10 supplying irrigation fluid into the catheter 7.

Оптическая система 1, в свою очередь, содержит светоделительный оптический элемент 11, дихроический оптический элемент 12, первый коллимирующий оптический элемент 13, второй коллимирующий оптический элемент 14, первый фокусирующий оптический элемент 15, второй фокусирующий оптический элемент 16. Коллимирующие оптические элементы 13, 14 и фокусирующие оптические элементы 15, 16 могут быть выполнены в виде линзы, в т.ч. асферической, группы линз, линзовой склейки или зеркала, в т.ч. внеосевого параболического.The optical system 1, in turn, contains a beam splitting optical element 11, a dichroic optical element 12, a first collimating optical element 13, a second collimating optical element 14, a first focusing optical element 15, a second focusing optical element 16. Collimating optical elements 13, 14 and focusing optical elements 15, 16 can be made in the form of a lens, incl. aspherical, group of lenses, lens gluing or mirror, incl. off-axis parabolic.

Оптические элементы 11-16 взаимно ориентированы и оптически связаны между собой таким образом, что:Optical elements 11-16 are mutually oriented and optically connected to each other in such a way that:

1) Широкополосный свет видимого диапазона, излучаемый источником 2, коллимируется в параллельный пучок первым коллимирующим оптическим элементом 13 и направляется им на светоделительный оптический элемент 11, где большая его часть отражается и направляется через оптическую ось дихроического оптического элемента 12, прозрачного для широкополосного света видимого диапазона, на первый фокусирующий оптический элемент 15, который фокусирует свет и осуществляет его ввод в световод 8 катетера 7.1) Broadband light in the visible range emitted by source 2 is collimated into a parallel beam by the first collimating optical element 13 and directed by it to the beam splitting optical element 11, where most of it is reflected and directed through the optical axis of the dichroic optical element 12, transparent to broadband light in the visible range , to the first focusing optical element 15, which focuses the light and introduces it into the light guide 8 of the catheter 7.

2) Лазерное излучение, излучаемое источником лазерного излучения 6, коллимируется в параллельный пучок вторым коллимирующим оптическим элементом 14 и направляется им на дихроический оптический элемент 12, отражающий лазерное излучение на первый фокусирующий оптический элемент 15, который фокусирует лазерное излучение и осуществляет его ввод в световод 8 катетера 7 совместно с широкополосным светом видимого диапазона.2) Laser radiation emitted by the laser radiation source 6 is collimated into a parallel beam by the second collimating optical element 14 and directed by it to the dichroic optical element 12, which reflects the laser radiation onto the first focusing optical element 15, which focuses the laser radiation and inputs it into the light guide 8 catheter 7 together with broadband light in the visible range.

3) Обратно рассеянный от области абляционного воздействия оптический сигнал, обратно прошедший через световод 8 катетера 7, коллимируется в параллельный пучок первым фокусирующим оптическим элементом 15 и через оптическую ось дихроического оптического элемента 12, прозрачного для широкополосного света видимого диапазона и отражающего лазерное излучение, направляется на светоделительный оптический элемент 11 и фокусируется вторым фокусирующим оптическим элементом 16 на вход дисперсионного спектрометра 3.3) The optical signal backscattered from the area of the ablation effect, back passed through the light guide 8 of the catheter 7, is collimated into a parallel beam by the first focusing optical element 15 and through the optical axis of the dichroic optical element 12, transparent to broadband light in the visible range and reflecting laser radiation, is directed to beam splitting optical element 11 and is focused by the second focusing optical element 16 to the input of the dispersive spectrometer 3.

Дисперсионный спектрометр 3 подключен к вычислителю (ЭВМ) 4, который отображает информацию посредством дисплея 5.Dispersive spectrometer 3 is connected to a computer (computer) 4, which displays information via display 5.

Источник лазерного излучения 6, источник широкополосного света видимого диапазона 2, дисперсионный спектрометр 3, световод 8 катетера 7 подключают к оптической системе 1. Перед началом операции в катетер 7 с помощью системы орошения 10 подают орошающую жидкость, если это предусмотрено процедурой проведения операции. Широкополосный свет видимого диапазона, излучаемый источником 2, проходит через оптическую систему 1 и подключенный к ней световод 8 катетера 7 к месту абляционного воздействия 9 и освещают область абляционного воздействия 9. Обратно рассеянный от области абляционного воздействия оптический сигнал проходит через световод 8 и оптическую систему 1 на вход дисперсионного спектрометра 3. С помощью дисперсионного спектрометра 3 и вычислителя (ЭВМ) 4 производят замер спектральной или фотометрической характеристики обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала и отображают ее на дисплее 5. В момент, предшествующий началу абляционного воздействия, производят запись интенсивности и спектральной характеристики обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала, а результат измерения отражается на дисплее 5 и записывается. Затем начинают оказывать абляционное воздействие, при этом во время оказания абляционного воздействия в масштабе реального времени производят постоянную запись интенсивности и спектральной характеристики сигнала, обратно рассеянного от области абляционного воздействия, одновременно сравнивая текущую интенсивность и спектральную характеристику упомянутого сигнала с характеристикой, полученной в момент, предшествующий началу абляционного воздействия. Сравнение интенсивности и спектральной характеристики сигнала производят путем нормировки текущей характеристики по отношению к базовой характеристике, полученной в момент, предшествующий началу абляционного воздействия. Результаты сравнения непрерывно визуализируются в виде двумерного или трехмерного графика и непрерывно записываются. По динамике изменения результата сравнения оптических характеристик делают вывод о достаточности абляционного воздействия. Постепенное возрастание нормированной интенсивности и спектральной характеристики обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала по отношению к базовой характеристике ассоциируют с началом абляционного процесса, приводящего к денатурации белковых соединений и омертвению тканей. Стабилизацию нормированной интенсивности и спектральной характеристики обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала по отношению к базовой характеристике ассоциируют со стабилизацией степени приповерхностной абляции тканей и с началом распространения абляционного процесса вглубь тканей, при этом длительность абляционного воздействия при стабилизации упомянутой нормированной характеристики соотносят с глубиной распространения абляционного воздействия. Резкое изменение нормированной интенсивности и спектральной характеристики обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала по отношению к базовой характеристике ассоциируют с чрезмерным абляционным воздействием, приводящим к локальному обугливанию (карбонизации) тканей, вскипанием внутритканевой жидкости, разрушением тканей, локальным кровотечением и т.п. В случае начала резкого изменения нормированной интенсивности и спектральной характеристики обратно рассеянного от области абляционного воздействия оптического сигнала по отношению к базовой характеристике абляционное воздействие немедленно прекращают.The laser radiation source 6, the broadband visible light source 2, the dispersive spectrometer 3, the light guide 8 of the catheter 7 are connected to the optical system 1. Before the operation, irrigating liquid is supplied to the catheter 7 using the irrigation system 10, if this is provided for by the operation procedure. Broadband light of the visible range, emitted by the source 2, passes through the optical system 1 and the light guide 8 of the catheter 7 connected to it to the site of the ablation effect 9 and illuminates the area of the ablation effect 9. The optical signal backscattered from the area of the ablation effect passes through the light guide 8 and the optical system 1 to the input of the dispersive spectrometer 3. Using the dispersive spectrometer 3 and the computer (computer) 4, the spectral or photometric characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect are measured and displayed on the display 5. At the moment preceding the start of the ablation effect, the intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect, and the measurement result is reflected on the display 5 and recorded. Then they begin to exert an ablative effect, and while providing an ablative effect, a constant recording of the intensity and spectral characteristics of the signal backscattered from the area of the ablative effect is made, while simultaneously comparing the current intensity and spectral characteristics of the said signal with the characteristic obtained at the moment preceding the beginning of the ablative effect. Comparison of the intensity and spectral characteristics of the signal is made by normalizing the current characteristic in relation to the basic characteristic obtained at the moment preceding the start of the ablation effect. The comparison results are continuously visualized as a 2D or 3D graph and continuously recorded. Based on the dynamics of changes in the result of comparison of optical characteristics, a conclusion is drawn about the sufficiency of the ablative effect. A gradual increase in the normalized intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect in relation to the basic characteristic is associated with the beginning of the ablation process, leading to the denaturation of protein compounds and tissue necrosis. Stabilization of the normalized intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablative effect in relation to the basic characteristic is associated with the stabilization of the degree of near-surface ablation of tissues and with the beginning of the propagation of the ablation process deep into the tissues, while the duration of the ablative effect when stabilizing the mentioned normalized characteristic is correlated with the depth of propagation of the ablative effect impact. A sharp change in the normalized intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablative effect in relation to the basic characteristic is associated with excessive ablative action, leading to local charring (carbonization) of tissues, boiling of interstitial fluid, tissue destruction, local bleeding, etc. In the event of a sharp change in the normalized intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect in relation to the basic characteristic, the ablative effect is immediately stopped.

С использованием заявленной группы изобретений были проведены эксперименты Для экспериментов использовали свиные сердца со вскрытыми левым и правым желудочками, каждое сердце помещали в полимерный контейнер при комнатной температуре с 500 мл раствора NaCl 9%. Специально изготовленный лазерный катетер подключали к устройству определения степени абляционного воздействия, а от него к лазерному источнику. Выполняли постоянное орошение катетера раствором NaCl 9% через внутренний просвет с помощью перистальтического насоса со скоростью 10 мл/мин и со скоростью 40 мл/мин при абляции. Катетер устанавливали под углом 45-90 градусов на эндокардиальной поверхности, абляцию выполняли мощностью от 5 до 15 Вт, наносили от 6 до 9 аппликаций в левом и правом желудочках продолжительностью от 5 до 120 секунд. Во время каждой аппликации с помощью специально разработанного программного обеспечения проводили постоянный контроль спектра отраженного света от поверхности миокарда. Моменты увеличения амплитуды отраженного спектра, а также снижения амплитуды спектра более 10% отмечались. После каждой аппликации сердце обследовали для определения характеристик повреждения миокарда, измеряли диаметр и глубину каждого повреждения, а также площадь и объем повреждения с помощью формул. Проводили диссекцию миокарда через середину точек абляции, измерения диаметра и глубины повреждения проводили с помощью миллиметровой линейки. Всего было нанесено 30 аппликаций. Было отмечено, что рост амплитуды отраженного спектра строго соответствует изменению цвета области воздействия на белый. В то же время, резкое снижение амплитуды спектра строго соответствует обугливанию ткани внутри зоны воздействия. Обугливание происходило на всех испытанных мощностях воздействия (от 5 до 15 Вт), при этом длительность аппликации до момента обугливания укорачивалась при увеличении мощности воздействия.Using the claimed group of inventions, experiments were carried out. For the experiments, pig hearts were used with the left and right ventricles opened, each heart was placed in a polymer container at room temperature with 500 ml of a 9% NaCl solution. A specially made laser catheter was connected to a device for determining the degree of ablation effect, and from it to a laser source. The catheter was continuously irrigated with 9% NaCl solution through the internal lumen using a peristaltic pump at a rate of 10 ml/min and at a rate of 40 ml/min during ablation. The catheter was installed at an angle of 45-90 degrees on the endocardial surface, ablation was performed with a power of 5 to 15 W, and 6 to 9 applications were applied in the left and right ventricles for a duration of 5 to 120 seconds. During each application, using specially developed software, the spectrum of reflected light from the myocardial surface was constantly monitored. Moments of an increase in the amplitude of the reflected spectrum, as well as a decrease in the amplitude of the spectrum by more than 10%, were noted. After each application, the heart was examined to determine the characteristics of the myocardial damage, the diameter and depth of each damage, as well as the area and volume of the damage were measured using formulas. The myocardium was dissected through the middle of the ablation points, and the diameter and depth of the damage were measured using a millimeter ruler. A total of 30 applications were applied. It was noted that the increase in the amplitude of the reflected spectrum strictly corresponds to a change in the color of the affected area to white. At the same time, a sharp decrease in the amplitude of the spectrum strictly corresponds to charring of the tissue inside the impact zone. Charring occurred at all tested exposure powers (from 5 to 15 W), while the duration of application until the moment of charring was shortened as the exposure power increased.

В 18 случаях из 19 (94,7%) момент потемнения области воздействия (обугливания) сопровождался резким снижением амплитуды отраженного спектра - более 10% в течение 1 с. В то же время, в 26 из 30 (86,7%) случаев изменение цвета миокарда на белый в зоне воздействия сопровождалось значительным увеличением амплитуды отраженного спектра - более 10% за 3-4 с. Изменение цвета миокарда на белый сопровождалось повреждением более глубоких слоев миокарда на 1-5 мм.In 18 cases out of 19 (94.7%), the moment of darkening of the affected area (charring) was accompanied by a sharp decrease in the amplitude of the reflected spectrum - more than 10% within 1 s. At the same time, in 26 out of 30 (86.7%) cases, the change in myocardial color to white in the impact zone was accompanied by a significant increase in the amplitude of the reflected spectrum - more than 10% in 3-4 s. The change in myocardial color to white was accompanied by damage to the deeper layers of the myocardium by 1-5 mm.

Таким образом, проведенные с использованием заявленной группы изобретений экспериментальные исследования позволили с высокой вероятностью получить положительную обратную связь об эффективности лазерной аппликации (абляционное воздействие на миокард) и развивающимся негативном следствии перегрева миокарда - обугливании.Thus, experimental studies carried out using the claimed group of inventions made it possible with a high probability to obtain positive feedback on the effectiveness of laser application (ablation effect on the myocardium) and the developing negative consequence of myocardial overheating - charring.

Группа изобретений позволяет расширить арсенал средств для определения и оценки степени абляционного воздействия при проведении катетерных операций и обеспечить контроль при проведении малоинвазивных катетерных вмешательств в различных областях медицины.The group of inventions makes it possible to expand the arsenal of tools for determining and assessing the degree of ablation effects during catheter operations and to provide control during minimally invasive catheter interventions in various fields of medicine.

Claims

1. A method for determining the adequacy of the ablative effect on biological tissues, including illuminating the tissue subjected to the ablative effect with light energy, characterized in that the tissues subjected to the ablative effect are illuminated with broadband light in the visible range; in real time, measure the intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect; compare the intensity and spectral characteristics of the signal by normalizing the current characteristic in relation to the basic characteristic obtained before the start of the ablation effect; if there is a sharp change in the normalized intensity and spectral characteristics of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect in relation to the basic characteristic, the ablative effect is stopped.

2. The method according to claim 1, characterized in that when carrying out catheter ablation using laser radiation delivered to the tissues via a light guide, the delivery of broadband light in the visible range to the area of the ablation effect, as well as the reception of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect and transmission optical signal to the device for measuring intensity and spectral characteristics is carried out through the mentioned light guide.

3. Device for implementing the method according to claims. 1, 2, containing a source of light energy, a light guide connected to the source of light energy, configured to output light energy to the area of the ablation effect and receive an optical signal backscattered from the area of the ablation effect, and a means for measuring the optical signal backscattered from the area of the ablation effect, characterized in that a source of broadband light in the visible range is used as a source of light energy, and a device for measuring spectral and photometric values is used as a means of measuring the optical signal backscattered from the area of the ablation effect.

4. The device according to claim 3, characterized in that a dispersive spectrometer is used as a device for measuring spectral and photometric quantities.

5. The device according to claim 3, characterized in that during ablative exposure to laser radiation energy, the optical fiber for delivering broadband light in the visible range to the area of the ablation effect is simultaneously a means of delivering said laser radiation energy.

6. The device according to claim 5, characterized in that it contains an optical system that combines the energy of laser radiation that has an ablation effect with the radiation of broadband light in the visible range, as well as separating the optical signal backscattered from the area of the ablation effect and transmitting it to the device measurements of spectral and photometric quantities.

7. The device according to claim 6, characterized in that the optical system contains a beam splitting optical element, a dichroic optical element, a first collimating optical element, a second collimating optical element, a first focusing optical element, a second focusing optical element, and a source of broadband light in the visible range in the direction of this radiation, it is optically coupled to the light guide of the catheter in series through a first collimating optical element, a beam splitting optical element, a dichroic optical element and a first focusing optical element; the source of laser radiation in the direction of this radiation is optically connected to the light guide of the catheter in series through a second collimating optical element, a dichroic optical element and a first focusing optical element; The catheter light guide, in the direction of the optical signal backscattered from the area of the ablation effect and back passed through the catheter light guide, is optically connected to the input of the device for measuring spectral and photometric quantities in series through the first focusing optical element, the dichroic optical element, the beam splitting optical element and the second focusing optical element.