Abstract Radiofrequency (RF) ablation is a minimally invasive therapy for heart arrhythmia, including atrial fibrillation (A-fib), which creates lesions using an electric current to isolate the heart from abnormal electrical signals. However, conventional RF procedures do not involve intraoperative monitoring of the area and extent of ablation-induced necrosis, making the assessment of the procedure completeness challenging. Previous studies have suggested that spectroscopic photoacoustic (sPA) imaging is capable of differentiating ablated tissue from its non-ablated counterpart based on PA spectrum variation. Here, we aim to demonstrate the applicability of sPA imaging in an in vivo environment, where the cardiac motion presents, and introduce a framework for mapping the necrotic lesion using cardiac-gated sPA imaging. We computed the degree of necrosis, or necrotic extent (NE), by dividing the quantified ablated tissue contrast by the total contrast from both ablated and non-ablated tissues, visualizing it as continuous colormap to highlight the necrotic area and extent. To compensate for tissue motion during the cardiac cycle, we applied the cardiac-gating on sPA data, based on the image similarity. The in vivo validation of the concept was conducted in a swine model. As a result, the ablation-induced necrotic lesion at the surface of the beating heart was successfully depicted throughout the cardiac cycle through cardiac-gated sPA (CG-sPA) imaging. The results suggest that the introduced CG-sPA imaging system has great potential to be incorporated into clinical workflow to guide ablation procedures intraoperatively.

Abstract Radiofrequency (RF) ablation is a minimally invasive therapy for atrial fibrillation. Conventional RF procedures lack intraoperative monitoring of ablation‐induced necrosis, complicating assessment of completeness. While spectroscopic photoacoustic (sPA) imaging shows promise in distinguishing ablated tissue, multi‐spectral imaging is challenging in vivo due to low imaging quality caused by motion. Here, we introduce a cardiac‐gated sPA imaging (CG‐sPA) framework to enhance image quality using a motion‐gated averaging filter, relying on image similarity. Necrotic extent was calculated based on the ratio between spectral unmixed ablated tissue contrast and total tissue contrast, visualizing as a continuous color map to highlight necrotic area. The validation of the concept was conducted in both ex vivo and in vivo swine models. The ablation‐induced necrotic lesion was successfully detected throughout the cardiac cycle through CG‐sPA imaging. The results suggest the CG‐sPA imaging framework has great potential to be incorporated into clinical workflow to guide ablation procedures intraoperatively.

Background: Atrial fibrillation (AF) is a significant burden worldwide, and the existing treatments leave much to be desired. There are, however, opportunities to improve the safety and efficacy of the most popular treatment, radiofrequency (RF) cardiac ablation, using conductive hydrogels as an ablation mediator. Methods: Lesions were created in ex vivo ventricular tissues using bare metal traditional RF catheters and three different hydrogels with varying conductivities to assess the effect of conductivity on lesion formation. Similar procedures were performed in atrial/esophageal tissue stacks to mimic physiological AF ablation and demonstrate the initial safety profile of conductive hydrogel-mediated ablation. Results: The hydrogel mediated lesions were overall shallower and narrower than bare metal, and also exhibited less char and improved lesion homogeneity. The hydrogel also eliminated steam pops. Finally, the hydrogel appeared to be more thermally protective of the esophagus in the atrial/esophageal tissue stack, greatly reducing the lesion formation on the esophagus while still achieving transmural lesions in the atrial tissue. Conclusions: Hydrogel-mediated RF ablation holds promise as a novel method to improve ablation outcomes for AF patients. Future work will confirm this in vivo and establish the chemistry required to create a conductive hydrogel coating for RF ablation catheters.