[发明专利]使用导管式光散射光谱法对心脏组织进行表征

说明书

公开了使用光散射光谱法表征组织的装置、系统和方法。一种组织表征探头，包括：细长构件，具有近端和设置在远端处的多个远侧探头尖端。多个照明光纤穿过所述细长构件延伸到所述远侧探头尖端，使得每个远侧探头尖端包括至少一个照明光纤。多个检测光纤也延伸穿过所述细长构件，使得每个探头尖端包括至少一个检测光纤。所公开的装置和系统有益地能够表征大于100μm的深度内的组织。所公开的装置和系统还能够有效表征各向异性组织，诸如心肌。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年12月17日提交的美国临时专利申请序列号为No.62/949,290、题为“Cardiac Tissue Characterization Using Catheterized Light ScatteringSpectroscopy”的优先权和权益，其公开的全部内容通过引用并入本文中。

关于联邦资助的研究的声明

本发明是在National Institutes of Health授予的授权号Nos.HL128813和HL135077下由政府资助完成的。政府对本发明享有一定的权利。

背景技术

心脏病给社会带来了很大的疾病负担。异常心脏组织微结构通常与心脏病相关。与微结构异常相关的心脏病包括异体移植排斥、心肌炎、淀粉样变性、肥大和其它心肌病。

这种重塑的一个特定类型是纤维化，其作为对代谢、血液动力学和缺血性应激的不适应反应而发生。纤维化被定义为结缔组织的过度形成，其特别包括细胞外基质、成纤维细胞和肌成纤维细胞。在纤维化的发展期间，细胞外基质蛋白(包括胶原蛋白-1和纤连蛋白-1)被过度产生并释放到心房组织中。纤维化显著改变了心脏组织的机械性质。一种效果是纤维化降低了心肌机械功能，如例如通过径向应变和射血分数所量化的心肌机械功能。

与纤维化相关的心脏病的重要例子是心肌梗塞和心房颤动(AF)。在心肌梗塞时，肌肉组织被纤维化组织取代，这会引起心律失常。纤维化也被认为会维持心律失常，诸如AF。典型的AF治疗包括使用药物(诸如β受体阻滞剂)控制心率和使用抗凝剂防止血栓栓塞。然而，对于仍有症状的患者，通常选择利用抗心律失常药物和/或经导管消融来控制节律。导管消融涉及选择性地破坏组织区域，该过程通常通过施加射频(“RF”)能量以加热组织来实现。若干试验已经表明，导管消融可导致AF患者维持长期窦性心律。然而，消融后AF的复发率高达50％。此外，20-40％的AF患者将经历多次消融手术。

心脏病的其它重要例子的特征在于由于浸润和增殖而引起的细胞及其细胞核的密度变化。这些例子包括心肌炎和同种异体移植排斥。类似地，心脏肥大的特征在于心肌细胞密度的变化。

如果可以改善心脏组织表征和绘图(mapping)，则可能会增强与微结构异常相关的心脏病(诸如AF、同种异体移植排斥、心肌炎、肥大和淀粉样变性)的诊断和/或治疗。不幸的是，用于识别和诊断心脏组织的常规方法不能提供有效的表征。

心脏组织的宏观区域可以使用磁共振成像(MRI)(例如，晚期钆增强MRI)来可视化。然而，不是所有的护理中心都可以使用必需的且相对较昂贵的MRI设备，并且这样的过程与高成本相关联。此外，虽然MRI成像可以在宏观尺度上检测某些组织异常，但是其具有有限的分辨率并且不提供对微结构异常的微观分布和组成的深入了解。

光纤共焦显微法(FCM)可以用作对心脏组织成像的光学方法。然而，合适的FCM系统需要昂贵的硬件。此外，FCM具有有限的穿透深度，因此不能提供关于深度超过大约100μm的感兴趣组织的信息。

用于评估心脏组织微结构的已确立的临床工具是心内膜心肌活检(EMB)，其需要侵入性过程用于组织提取。此外，由于其高并发症率，该过程很少在心房进行。

因此，长期以来一直存在对能够在相关组织深度处和微结构尺度上表征心脏组织的装置和方法的需求。这种进步将有益地改善结果并减轻疾病负担。

发明内容