CZ20012532A3

CZ20012532A3 - Sledování stavu síní a stimulace na více místech jako zákrok při síňové fibrilaci

Info

Publication number: CZ20012532A3
Application number: CZ20012532A
Authority: CZ
Inventors: Morton M. Mower
Original assignee: The Mower Family Chf Treatment Irrevocable Trust
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2002-01-16
Also published as: IL144260A; BR0007477A; EE200100365A; ATE288300T1; AU769602B2; NO20013446L; IL144260A0; NO20013446D0; DE60017873T2; HUP0105060A2; WO2000041765A1; WO2000041765A8; ZA200105918B; AP2001002229A0; DE60017873D1; CA2359285A1; JP2002534232A; NZ513225A; US6178351B1; MXPA01007040A

Description

Sledováni stavu síní a stimulace na více místech jako zákrok při síňové fibrilaci

Oblast techniky

Vynález se týká elektronických stimulačních zařízení pro ovlivňování srdeční činnosti, zvláště činnosti srdcí s patologickými změnami, které ovlivňuji normální rytmicitu, elektrickou vodivost a/nebo kontraktilitu. Vynález se týká zvláště kardiostimulátorů pro překonávání síňové (atriální) fibrilace pomocí: 1) sledování stavu síní; 2) elektrické zkušební stimulace síni; a 3) stimulace na více místech, při které jsou různé oblasti síní pomalu strhávány (převáděny) do normální srdeční frekvence tak, aby se obnovila elektrická/funkční konformita, tj. kardioverze, která v každém případě končí buď spontánní reverzí do normálního síňového rytmu nebo snížením požadavku na energii pro reverzaci elektrickým šokem.

Dosavadní stav techniky

Rizika spojená s nesprávnou funkcí síní, ačkoliv nejsou bezprostředně život ohrožující, jsou vysoká. Poruchy funkce nebo rytmicity síní (jako jsou například síňová fibrilace, různé síňové arytmie, A-V blokáda nebo jiná abnormalita vodivosti) mohou vést k trombóze, embólii, mrtvici a/nebo selhání srdce, z nichž kterákoliv znamená pro pacienta významné ohrožení na životě.

Sledování stavu síní: Pro nápravu nesprávné funkce nebo poruchy rytmicity síní a z nich vyplývacích poruch komor lze použít kardiostimulátor. Jsou známy i složité systémy, v nichž je kardiostimulátor schopen určit povahu konkrétní síňové poruchy a také, zda porucha vychází ze síní nebo komor. Jeden ze známých postupů využívá ke sledování stavu komor měření/určování funkce hustoty pravděpodobnosti (pdf • ·

probability density function) v jednotlivých okamžicích. Například U.S. patent č. 5,163,429 (Cohen) popisuje použití úzkopásmových pdf dat jako jednoho z kritérii pro hodnocení komorové (ventrikulárni) srdeční funkce. Použití pfd dat pro určování komorové fibrilace je popsáno také v článku Implantable Cardioverter-Defibrillators (N.A. Estes III, A. Manolis & P. Wang, ed.).

U.S. patent č. 5,421,830 (Epstein a kol.) (je rozveden dále v tomto textu) popisuje použití pdf dat jako jedné množiny z množství typů dat, které se dohromady použijí pro vyhodnocení srdeční funkce. Použiti funkce hustoty pravděpodobnosti pro vyhodnocování síňové srdeční funkce dosud popsáno nebylo, a jak je uvedené dále, je třeba počítat s určitými obtížemi.

Elektrická zkušební stimulace síní: V nemnoha případech byly v dosavadním stavu techniky použity kardiostimulační protokoly, ve kterých se na síně působilo elektrickými zkušebními podněty a sledovala se fyziologická odezva na ně. Cílem tohoto postupu je napomoci určení nej lepšího nebo nejvhodnějšího protokolu po vyvolání, odstranění nebo zlepšení existující srdeční poruchy. Například U.S. patent č. 5,620,471 (Duncan) popisuje tři základní protokoly pro určeni, zda jsou zjištěné komorové nepravidelnosti způsobeny síňovou arytmií. Jeden protokol zahrnuje elektrickou zkušební stimulaci síní a všechny tři protokoly sledují jak síňový, tak komorový rytmus ve třech parametrech: síňová a komorová spouštěcí frekvence, stabilita spouštěni/ stahů síní a komor a zda komorové spouštění následuje síňové spouštění. V prvním protokolu se při zjištěni stavu, kdy komorová spouštěcí frekvence je menší než síňová spouštěcí frekvence (což naznačuje, že komory nenásledují síňové stahy) a spouštěcí frekvence jsou stabilní, předpokládá komorová tachykardie a spustí se komorová stimulace. Ve druhém protokolu, kdy komorová spouštěcí frekvence stabilní není, se předpokládá

• · · · · · • · · · · ϋ3τ51,9ρο·..· sinová arytmie a spustí se síňová stimulace. Třetí protokol je založen na skutečnosti, že když se komorová spouštěcí frekvence rovná sinové spouštěcí frekvenci, mohou nebo nemusí komory následovat siňové spouštěni. Zda jde o komorové následování či nikoliv se určí z toho, zda komory následují předčasnou stimulaci síni kardiostimulátorem. Pokud se komorové následování síňového spouštění zjistí, předpokládá se, že mechanismem arytmie je síňová tachykardie. Pokud komory předčasné siňové spouštění nenásledují, lze předpokládat, že jde o komorovou tachykardii, a nasadit komorovou stimulaci.

U.S. patent č. 5,421,830 (Epstein a kol.) přináší obecný prostředek pro zaznamenávání, zkoušeni a analýzu srdečních funkcí založený na údajích z pacientova kardiostimulátoru (který provádí i elektrickou zkušební stimulaci) a údajích z dalších snímačů sledujících hemodynamické a jiné tělesné funkce. Lze zaznamenávat a analyzovat celkový vnitrosrdeční elektrogram (který odráží stav síní i komor) nebo jen vybraná data (např. P-P nebo R-R intervaly, tepovou frekvenci, dobu trvání arytmie, frekvenci otáčení, funkce hustoty pravděpodobnosti, apod.). Lze zaznamenávat také siňové a komorové odezvy na elektrické zkušební pulzy. Systém podle tohoto patentu je prostředkem, který umožňuje snadno přizpůsobit nastavení kardiostimulátoru optimálním způsobem konkrétnímu pacientovi nebo konkrétní situaci (např. cvičení nebo námaze), v níž se konkrétní pacient nachází.

U.S. patent č. 5,215,083 (Drané a kol.) popisuje také použití elektrické zkušební stimulace pro jemné doladění a vyhodnocení různých stimulačních protokolů kardiostimulátoru. Elektrické zkušební pulzy se využívají zejména pro vyvolání komorové fibrilace nebo tachykardie, na kterých se poté vyhodnocuje účinnost alternativních léčebných postupů.

• · • 9 ·

υ.3_Γ5Λ§ρο·..· .

Stimulace síní na více místech: V dosavadním stavu techniky se stimulace síní na více místech používá pro různé účely, jako jsou defibrilace, kardioverze, periodická stimulace nebo vytváření stejnosměrného (ss) elektrického pole. Jedním z příkladů je U.S. patent č. 5,562,708 (Combs a kol.), který popisuje využiti velkoplošných elektrod (z nichž každá je vlastně několikanásobnou elektrodou), které se implantují do jedné nebo obou síní a dávají prodloužené nízkoenergetické elektrické impulzy. Elektrickými impulzy se působí zároveň na více místech povrchu siní a síňová fibrilace se přeruší postupným převáděním stále větších částí síňové tkáně do žádoucího stavu. Takové kardiostimulační elektrody lze použít i pro jiné účely než periodickou stimulaci, například pro defibrilaci nebo kardioverzi.

U.S. patent č. 5,649,966 (Nořen a kol.) popisuje použití násobných elektrod pro aplikaci podprahového stejnosměrného pole pro překonání fibrilace. Frekvence působení ss pole je dostatečně nízká, takže se nedosáhne akčního potenciálu. Periodicky se může měnit i polarita. V jednom provedení se čtyři elektrody v srdci umístí do jedné roviny, takže je možné v rámci této roviny dosáhnout pole s téměř libovolnou orientací.

U.S. patent č. 5,411,547 (Causey, III) popisuje použití složených mřížkových elektrod pro kardioverzi-defibrilaci. Každá elektroda se skládá z anodové mřížky a katodové mřížky. Takové elektrody umožňují dvousměrné působení.

U.S. patent č. 5,391,185 (Kroll) popisuje použití násobných elektrod pro síňovou defibrilaci. Možnost vyvolání komorové fibrilace v průběhu síňové defibrilace se značně sníží synchronizací síňové stimulace tak, aby spadala do QRS fáze komorového cyklu.

• · · · ♦ • · · · · · • · ♦ · · ♦ · · · · · wšr-319po··’

U.S. patent č. 5,181,511 (Nickolls a kol.) popisuje použiti násobných elektrod při antitachykardické stimulaci. Elektrody neslouží jen k elektrickému zjišťování místa ektopického ohniska, ale dohromady i vytváří virtuální 5 elektrodu pro stimulaci místa ektopického ohniska.

Existující potřeby: V oblasti síňových poruch rytmicity je žádoucí přinést prostředek, který umožní strhávání (postupné převedení léčené tkáně z vlastního rytmu na rytmus 10 stimulace) síní na více místech v kombinaci se schopností sledovat stav síní a měřit hodnoty, provádět zkušební stimulaci síní a získané výsledky analyzovat. Sinová zkušební stimulace a schopnost analýzy mají sloužit zejména pro lepší porozumění povaze poruchy a výběr nejpravděpodobnější a 15 nej zaručenější léčebné metody. Potřeba síňová zkušební stimulace je kritická zejména z toho základního důvodu, že lékař nemůže a priori vědět, jak bude dané srdce (nebo dané srdce za konkrétních medicínských nebo patologických podmínek) reagovat na vybraný stimulační režim a to i v 20 případě, že vybraný stimulační režim je pro jiné pacienty vhodný. Kardiostimulátory, jejichž tradiční stimulační režimy nejsou s to pomoci občas se vyskytujícím refraktorním pacientům, by měly mít schopnost zkoušení metodou pokusu a omylu. Schopnost stimulace na více místech je výhodná tím, že 25 umožňuje rychlejší a účinnější kardiokonverzi síní při arytmii, fibrilaci apod. Sledování stavu síní a naměřené údaje dávají lékaři a/nebo řídicím obvodům kardiostimulátoru informace o fyziologickém stavu srdce, tj . zda je ve stavu arytmie nebo fibrilace, kde leží ektopické ohnisko, apod. 30 Existuje tedy potřeba přinést kardiostimulátor, který bude v sobě zahrnovat všechny tři schopnosti: sledování stavu síní a schopnost měření; elektrickou zkušební stimulaci síní a schopnost analýzy; a schopnost stimulace na více místech.

Na konec: existuje i potřeba přinést stimulační protokol, který zajistí rychlejší postup signálu po myokardiu

LřS^L5*ř9po a který zajisti zlepšené strhávání srdeční tkáně spolu s možnosti působit z větší vzdálenosti.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je přinést kardiostimulátor, který bude schopen stimulovat síně na více místech.

Dalším cílem vynálezu je přinést kardiostimulátor, který bude schopen pomalu strhávat síně jejich stimulací na více místech tak, aby se dosáhlo elektrické a funkční konformity síní, která povede ke zvýšení čerpací účinnosti srdce.

Dalším cílem vynálezu je přinést kardiostimulátor, který bude schopen zjišťovat přítomnost síňové fibrilace a síňových arytmií pomocí stimulace síní a zjišťováním a měřením vyvolaných účinků na síňových a komorových funkcích.

Dalším cílem vynálezu je přinést kardiostimulátor, který bude schopen ze síní získávat a analyzovat data funkce hustoty pravděpodobnosti tak, aby mohl určovat sinovou stahovou frekvenci a vyhodnocovat síňovou fyziologickou funkci.

Dalším cílem vynálezu je přinést elektronické stimulační zařízení pro stimulaci síní na více místech, kde elektrody elektronického stimulačního zařízení lze zavést vnitrožilně.

Dalším cílem vynálezu je přinést elektronické stimulační zařízení pro stimulaci síní na více místech, kde každá elektroda zařízení má nezávislý generátor.

Dalším cílem vynálezu je přinést elektronické stimulační zařízení pro stimulaci síní na více místech, kde se každé místo strhává samostatně a rychle se přivede do stejné fáze.

• ·

Ufe-51*9pó.....

Dalším cílem vynálezu je přinést elektronické stimulační zařízení pro stimulaci síní na více místech, kde sekvence stimulace míst napodobuje normální srdeční stah.

Dalším cílem vynálezu je určování srdečního záchytu pomocí sledování srdeční aktivity a zaznamenání, když základna takové aktivity opustí nulovou úroveň.

Dalším cílem vynálezu je snížení zvýšení prahových hodnot vlivem nahromadění fibrózní tkáně.

Uvedených cílů vynálezu se dosáhne kardiostimulátorem s unikátní kombinací vlastností a schopností. Konkrétně, prostředkem pro strhávání síní na více místech jsou vícenásobné elektrody. Vícenásobné elektrody nezajišťují jen schopnost stimulace na více místech, ale i možnost snímání na více místech (včetně měření pdf), kterážto schopnost s pomocí triangulace v podstatě umožňuje určit místo (nebo místa) sinového ektopického ohniska.

místech, je kardioverzi stimulace strhávání na více a/nebo

Systém, přímo síní který má předurčen k v případě doplňkem ke místech síní schopnost účinnému apod.

fibrilace, stimulace/snímání

Přirozeným na více arytmie, schopnosti je prostředek pro a omylu a analýzu takto k určení provádění zkoušek získaných výsledků, stimulačního stimulačního metodou pokusu který slouží protokolu, k protokolu a/nebo k fyziologickém/patologickém stavu pacienta nebo j emnému nastavení nej lepšího doladění protokolu obecného daného v reakci na změny ve jeho srdce.

Využití dvoufázových stimulačních pulzů ve vynálezu přináší další výhody, jako jsou zmenšení zápalů srdeční tkáně, snížení nebo eliminace zvýšení prahových hodnot vlivem nahromadění fibrózní tkáně a prodloužení životnosti baterie elektrod.

··· ·····♦ ·· ···· ^r«J€>-519po·· ···

Schopnost provádět zkoušení metodou pokusu a omylu včetně schopnosti analyzovat takto získaná data umožňuje úplnější a konkrétnější určení fyziologického stavu srdce; pokud je proces pomocí odpovídajícího softwaru automatizován, může určování stavu probíhat prakticky v reálném čase.

Vynález přináší kardiostimulátor, který má širší možnosti použití než kardiostimulátory podle dosavadního stavu techniky. Větší pokrytí síni, kterého se dosáhne strategickým rozmístěním více elektrod, dovoluje rychlejší nápravu sinové arytmie, fibrilace, apod. Použití vícenásobných elektrod umožňuje přesnější určení skutečného stavu, včetně lokalizace místa síňového ektopického ohniska, takže je možné nasadit účinnější léčebný postup. Schopnost zkoušet a analyzovat odezvy na různé stimulační režimy umožňuje rychlé zjištění a nápravu poruch elektrické vodivosti, srdeční kontraktility, rytmicity, atd.

Vynález představuje pokrok v oblasti těch léčebných postupů srdce, které využívají kardiostimulátorů. Konečným výsledkem pro pacienta je kvalitnější léčba a tudíž nadějnější prognóza díky lepší a rychlejší léčbě.

Způsob a zařízení pro dvoufázovou stimulaci zahrnují první a druhou stimulační fázi, každá stimulační fáze má polaritu, amplitudu, průběh nebo tvar a dobu trvání. V přednostním provedení mají první a druhá fáze různé polarity.

V prvním alternativním provedení mají první a druhá fáze různé amplitudy. V druhém alternativním provedení mají první a druhá fáze různé doby trvání. Ve třetím alternativním provedení se první fáze skládá z několika samostatných impulzů. Ve čtvrtém alternativním provedení amplituda první fáze nabíhá postupně. V pátém alternativním provedení se první fází působí 200 milisekund po ukončení srdečního cyklu.

V přednostním alternativním provedení je první fází stimulace anodický pulz s maximální podprahovou amplitudou s dlouhou

• 9 ·· • Φ · · • · · • ♦ · ΦΦΦ

ΦΦ ΦΦΦΦ <Jg-5<L9pcf·’ dobou trváni a druhou fázi stimulace je kratší katodický pulz s velkou amplitudou. Rozumí se, že výše uvedená alternativní provedení se mohou různými způsoby kombinovat. Rozumí se také, že alternativní provedení jsou pouze příkladná, a vynález se na ně v žádném případě neomezuje.

Zlepšené činnosti myokardia se dosáhne dvoufázovou stimulací podle vynálezu. Kombinace katodických a anodických pulzů buď stimulující nebo stav upravující povahy si zachovává zlepšenou vodivost a kontraktilitu anodické stimulace a odstraňuje nevýhodu zvýšení stimulačního prahu. Výsledkem je depolarizační vlna se zvýšenou rychlostí šíření. Zvýšení rychlosti šíření depolarizační vlny vede k lepší synchronizaci a snížení heterogenicity depolarizace vede k lepší kontrakci srdce a tudíž zlepšení krevního oběhu. Zlepšení stimulace na nízkých napěťových úrovních přináší také: 1) omezení hromadění zjizvené tkáně, čímž se omezuje sklon ke zvyšováni prahu záchytu; 2) snížení spotřeby energie a následnému prodloužení životnosti zdrojů kardiostimulátoru; a 3) omezení možnosti obtěžování pacienta nežádoucí stimulací brániční pleteně nebo mezižeberních svalů.

Přehled obrázků

Na obr. 1 je zobrazeno umístění vodičů a elektrod v lidském srdci;

Na obr. 2 je zobrazeno alternativní umístění vodičů a elektrod v lidském srdci;

Na obr. 2A je blokové schéma hlavních prvků implantovaného kardiostimulátoru;

Na obr. 3 je schematické znázornění dvoufázové stimulace s první fází anodickou;

• · • · · ·· ·· • · · · • · · ♦ · · ♦· ···♦ • · • · · · · 9 <?S-ei9pd·*

Na obr. 4 je schematické znázorněni dvoufázové stimulace s první fází katodickou;

Na obr. 5 je schematické znázornění první anodické stimulace nízké úrovně a dlouhé doby trvání, po které následuje obvyklá katodická stimulace;

Na obr. 6 je schematické znázornění první anodické stimulace s postupně nabíhající amplitudou nízké úrovně a s dlouhou dobou trvání, po které následuje obvyklá katodická stimulace;

Na obr. 7 je schematické znázornění první anodické stimulace nízké úrovně a krátké doby trvání rozdělené do série několika pulzů, po které následuje obvyklá katodická stimulace;

Na obr. 8 je blokové schéma algoritmu způsobu podle vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

Elektrická stimulace se provádí přes vodiče či elektrody. Vodiče mohou být epikardiální (po vnějším povrchu srdce) nebo endokardiální (po vnitřním povrchu srdce), případně kombinované epikardiální a endokardiální. Vodiče jsou odborníkům dobře známy. Systém vodičů může být unipolární nebo bipolární. Unipolární vodič tvoří jedinou elektrodu - katodu. Proud teče z katody, stimuluje srdce a vrací se do anody na obalu pulzního generátoru, která obvod uzavírá. Bipolární vodič má dva póly, které leží na vzdáleném (od pulzního generátoru) konci vodiče nedaleko od sebe. Obě elektrody se nachází přímo v srdci.

Na obr. 1 je schématický pohled na implantovatelné elektronické stimulační zařízení 102 a jemu příslušný systém ·»·* »♦·» »»· • « · »»·»· • · » ♦··»·

...... Cre-3*L9po” * vodičů a elektrod spolupracujících s lidským srdcem 104. Zařízení zahrnuje pravosíňový okrajový vodič 106, pravosíňový septální vodič 108, první koronární sinový vodič 110 a druhý koronární sinový vodič 112. Každou z těchto čtyř elektrod lze zavést vnitrožilně a každé přísluší nezávislý generátor.

Na obr. 2 je schématický pohled na implantovatelné elektronické stimulační zařízení 102, který ukazuje alternativní umístění vodičů a elektrod v lidském srdci 104. Zařízení zahrnuje pravosíňový okrajový vodič 106, pravosíňový septální vodič 108, první koronární sinový vodič 110, druhý koronární sinový vodič 112 a vodič 204 volné levé stěny. Každou z násobných elektrod lze zavést vnitrožilně a každé přísluší nezávislý generátor. Díky použití nezávislých generátorů lze každou elektrodu časovat nezávisle. V přednostním provedení se vodič 204 vede otvorem proraženým v přepážce (septum) 206 až k volné levé straně srdce. Uvedené rozmístění elektrod je pouze příkladné a nikoliv omezující. Vynález uvažuje s umístěním násobných elektrod do různých míst srdce.

Každé místo (oblast umístění vodiče) se může strhávat samostatně a poté přivést do stejné fáze. V přednostním provedení se každé z míst převádí do stejné fáze postupně, v určitých situacích si však lze představit, že bude stimulovaná místa potřeba převést do stejné fáze rychle. V alternativním provedení se mohou místa stimulovat tak, že budou napodobovat sekvenci normálního srdečního stahu. Vedle možnosti stimulace na více místech poskytuje vynález i schopnost snímání na více místech. K tomu slouží snímací obvody elektrod. Pomocí triangulace hodnot získaných snímáním na více místech lze určit místo nebo místa síňového ektopického ohniska.

Na obr. 2A je blokové schéma implantovaného kardiostimulátoru 102 se zobrazením hlavních funkčních prvků.

φφ ·· φ φ φ φ φ φ ·

Φ φφ • φ φ φφ φφφφ

P£^JW9pC>..· φ φφφ

Stimulační/řídicí obvod 500 ve spolupráci s mikroprocesorem 501 zjišťuje výskyt tachykardie (a/nebo bradykardie) a v případě potřeby řídí přes řídicí sběrnici 512 aplikaci různých stimulačních terapií. Mikroprocesor 501 zjišťuje také výskyt atriální fibrilace. Detekci síňové fibrilace mikroprocesor 501 provádí jednou z metod, které jsou odborníkům dobře známy. Obecně se síňová fibrilace projevuje prodlouženou řadu sinových depolarizací s vyšší frekvencí. Pokud je žádoucí konkrétnější výsledek, lze analyzovat pravidelnost průběhu vlny a frekvenci. Odeznění síňové fibrilace se projeví snížením frekvence síňových depolarizací a/nebo zvýšením jejich pravidelnosti.

Mikroprocesor 501 vykonává program, který je uložen v ROM (read only memory - paměť jen pro čtení) paměti 505 a RAM (random access memory - paměť pro čtení a zápis) paměti 503. Činnost zařízení lze změnit zásahem do programu uloženého v paměti 503 pomocí obvodů řízení a telemetrie, které jsou obvyklou výbavou implantovatelných zařízení. Komunikaci mezi mikroprocesorem 501, pamětmi 503, 505 a řídicí logikou 500 zajišťuje adresová/datová sběrnice 507.

Obvodem 509 sledováni síní může být libovolný zesilovač ekvivalentní obvodům známým z dosavadního stavu techniky.

Implantovaný kardiostimulátor 102 má spínací matici 516, která umožňuje selektivní dodávku stimulačních pulzů z síňového stimulačního členu 514 do elektrod. Matice 516 se může provést jednoduše jako soustava jednoho nebo více FET tranzistorů a/nebo SCR spínačů, která je ovládána ze stimulačního/řídicího obvodu 500 tak, aby stimulační impulzy šly do elektrod 106 a 108 nebo do elektrod 110 a 112 nebo do jiné libovolné kombinace elektrod. Tedy sinovou stimulaci pro léčbu tachykardie nebo bradykardie lze provádět pomocí vybrané kombinace stimulačních elektrod.

	··		··	•	··		4 ·
*		♦	• ·	·♦	• ♦	•		•	• ·
•		•	•	•	* ·	•		•
•		•	•	•	• ·	•		•
	··			w	-W 9	DC	...		♦ ·

V přednostním provedeni se stimulace provádí s prahovou úrovní, dokud nedojde k záchytu, a poté s úrovní podprahovou. V alternativních provedeních stimulace: 1) zahájí se s prahovou úrovní a po záchytu zůstane prahová; 2) zahájí se s podprahovou úrovní a po záchytu zůstane podprahová; 3) je konvenční před záchytem a pokračuje jako dvoufázová; 4) je dvoufázová před záchytem a pokračuje jako konvenční; 5) je dvoufázová před záchytem i po něm.

Prahovou úrovní (či prahem) se označuje nejmenší úroveň napětí (nebo šířka pulzů při konstantním napětí), při které se podaří stimulace (záchyt) myokardia. Záchytem se rozumí srdeční stah vyvolaný stimulem. Tedy, ke stahu by nedošlo, pokud by mu nepředcházel stimulační pulz. Pulzy, která nevyvolají záchyt, jsou podprahové (i když se mohou projevovat jistým narušením membránového potenciálu). Podprahové pulzy mohou ovlivňovat následnou vodivost, ale ne mechanismus spuštění stahu. Obecně se prahová hodnota určuje tak, že se napětí (nebo šířka pulzu) mění směrem nahoru nebo dolu tak dlouho, až se záchyt projeví nebo ztratí.

Konvenční stimulace je odborníkům dobře známa. Konvenční stimulace obvykle zahrnuje jednofázové pulzy (katodické nebo anodické), případně i vícefázové vlny, v nichž nestimulační pulzy mají minimální velikost a slouží například pouze k rozptýlení zbytkového náboje na elektrodě.

Na obr. 3 až 7 jsou zobrazeny různé dvoufázové stimulační protokoly. Více podrobností lze nalézt v U.S. patentové přihlášce č. 08/699,522 (Mower), která je tímto odkazem jako celek zahrnuta do této přihlášky.

Na obr. 3 je znázorněna dvoufázová elektrická stimulace, jejíž první fází je anodický podnět 302 s amplitudou 304 a dobou trvání 306. Po první stimulační fázi bezprostředně ·· ·· φ♦ · φ φ φφ φφ · φ • φφ φφ φφφφ • ·· ·Φφ •φφφ · ·φφ • φ φ φ φφ • · φ · φ φφ φ · φ φ ·φ «β-519ρο.....

následuje druhá stimulační fáze, kterou je katodická stimulace 308 stejné intenzity a doby trváni.

Na obr. 4 je znázorněna dvoufázová elektrická stimulace, jejíž první fází je katodický podnět 402 s amplitudou 404 a dobou trvání 406. Po první stimulační fázi bezprostředně následuje druhá stimulační fáze, kterou je anodická stimulace 408 stejné intenzity a doby trvání.

Na obr. 5 je přednostní provedení vynálezu, v němž první stimulační fázi tvoří nízkoúrovňová a dlouho trvající anodická stimulace 502 s amplitudou 504 a dobou trvání 506. Na první stimulační fázi bezprostředně navazuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 508 obvyklé intenzity a doby trvání. V různých alternativních provedeních vynálezu má anodická stimulace 502: 1) maximální podprahovou amplitudu; 2) amplitudu menší než 3 V; 3) dobu trvání asi 2 až 8 ms; a/nebo 4) vykonává se více než 200 ms po srdečním stahu. Maximální podprahová amplituda se pro účely této přihlášky definuje jako maximální stimulační amplituda, kterou lze působit bez vyvolání kontrakce. V přednostním provedení má anodická stimulace napětí asi 2 volty a dobu trvání asi 3 milisekundy. V různých alternativních provedením má katodická stimulace 508: 1) krátkou dobu trvání; 2) dobu trvání 0.3 až 1.5 ms; 3) velkou amplitudu; 4) amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V a/nebo 5) dobu trvání menší než 0.3 ms a napětí větší než 20 V. V přednostním provedení má katodická stimulace napětí asi 6 V, kterým se působí po dobu asi 0.4 ms.

Ve způsobech podle těchto provedení, případně jejich alternativ a úprav zřejmých z uvedeného popisu, se v první fázi stimulace dosáhne maximálního potenciálu membrány, avšak bez její aktivace.

• · *· Η · * * « · • · · · ♦

9 9 9 9 9 • <iáw^l9po* *

Na obr. 6 je alternativní přednostní provedení vynálezu, v němž první stimulační fázi tvoří anodická stimulace 602 s postupně se zvětšující amplitudou 606 a dobou trvání 604. Průběh stoupající intenzity 606 může být lineární nebo nelineární a sklon se může měnit. Na anodickou stimulaci bezprostředně navazuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 608 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativních provedeních vynálezu anodická stimulace 602; 1) stoupá k maximální podprahové amplitudě, která je menší než 3 V; 2) trvá po dobu asi 2 až 8 ms a/nebo 3) vykoná se více než 200 ms po stahu srdce. V dalších alternativních provedeních vynálezu katodická stimulace 608: 1) má krátkou dobu trvání; 2) má dobu trvání asi 0.3 až 1.5 ms; 3) má velkou amplitudu; 4) má amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V; a/nebo 5) má dobu trvání menší než 0.3 ms a napětí větší než 20 V. Ve způsobech podle těchto provedení, případně jejich alternativ a úprav zřejmých z uvedeného popisu, se v první fázi stimulace dosáhne maximálního potenciálu membrány, avšak bez její aktivace.

Na obr. 7 znázorněna dvoufázová elektrická stimulace, jejíž první stimulační fázi tvoří série 702 anodických pulzů s amplitudou 704. V jednom provedení je klidová perioda 706 stejně dlouhá jako stimulační perioda 708 a její amplituda má základní (nulovou) hodnotu. V alternativním provedení se délka klidová periody 706 liší od délky stimulační periody 708 a její amplituda má základní hodnotu. Klidová perioda 706 následuje za každou stimulační periodou 708 s výjimkou poslední stimulační periody, za kterou bezprostředně následuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 710 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativních provedeních vynálezu: 1) celkový náboj předaný sérií 7 02 anodické stimulace má maximálně podprahovou úroveň; a/nebo 2) první stimulační pulz série 702 se provede více než 200 ms po stahu srdce. V dalších alternativních provedeních vynálezu katodická stimulace 710: 1) má krátkou dobu trvání; 2) má • ·· ·· *00 0 ·0*

0 4 ·♦

0 0 · 00 •^:0S*-519*po’ * dobu trvání asi 0.3 až 1.5 ms; 3) má velkou amplitudu; 4) má amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V; a/nebo 5) má dobu trvání menší než 0.3 ms a napětí větší než 20 V.

Na obr. 8 je znázorněn algoritmus práce zařízení podle vynálezu. Sledováním stavu nebo snímáním 802 se určí, zda došlo k síňové fibrilaci. Snímání může být přímé nebo nepřímé. Přímé snímání může být například založeno na údajích od násobných síňových snímacích elektrod. Snímací elektrody sledují srdeční aktivitu, kterou lze znázornit elektrickými signály. Například je odborníkům známo, že k R vlně dojde při depolarizaci komorové (ventrikulární) tkáně a k P vlně při depolarizaci tkáně síňové (atriální). Sledováním těchto elektrických signálů může řídicí/časový obvod implantovaného kardiostimulátoru změřit frekvenci a pravidelnost úderů pacientova srdce a tudíž určit, zda se srdce nachází v nenormálním stavu. Určení arytmie může například vyplývat z měření frekvence výskytu R vlny a/nebo P vlny a porovnání takto určené frekvence z referenční hodnotou.

Přímé snímání může být založeno na různých kritériích, jako jsou například primární frekvence, náhlá změna a stabilita. Při použití primární frekvence je jediným kritériem úderová frekvence srdce. Pokud úderová frekvence překročí předem stanovenou mez, zahájí se léčba. Snímací elektronika náhlé změny (derivační) ignoruje pomalé a postupné změny a léčbu spouští pouze v případě, kdy dojde k změně náhlé, například jako při bezprostřední paroxysmatické arytmii. Tento typ kritéria tedy nezachytí například tachykardii sinu. Stabilita tepové frekvence se může také použít jako důležité kritérium. Například, léčení komorovým zařízením nemusí být účinné pro měnící se vysoké frekvence, kdy lze však uvažovat s použitím síňového zařízení.

V alternativních provedeních může být snímání nepřímé. Nepřímé snímání může být založeno na libovolném jiném ♦

parametru, jako je tepenný krevní tlak, frekvence odchylek elektrokardiogramu nebo funkce hustoty pravděpodobnosti (pdf) elektrokardiogramu. Použití pdf na celkový elektrokardiogram a/nebo na R vlnu je odborníkům známo. Neočekávaně se však zjistilo, že pdf základní hodnoty lze použít jako ukazatel síňových abnormalit. V zařízení podle vynálezu jsou elektrody příslušné pouze síním a údaje patřící R vlně se neuvažují. Tedy, rozhodování, zda nasadit léčbu či nikoliv, lze ovlivnit i pdf sledováním doby, po kterou se velikost signálu pohybuje v okolí základní hodnoty.

Určit, zda je arytmie způsobena síněmi nebo komorami, lze nakonec určit také zkušebním impulzem nebo impulzy aplikovaným do jednoho z prostorů a pozorováním, zda dojde k záchytu a narušení rytmu. Například, na komorovém rytmu by se neměl projevit sinový zkušební impulz, který ale může způsobit záchyt síní. Pokud dojde k zachycení síňového zkušebního impulzu, projeví se to změnou časování všech následných stahů v síňovém rytmu (či sinovém rytmu). K určení záchytu impulzu se zkoumá základní hodnota bezprostředně po stahu. Pokud se liší od nuly (nebo základní referenční hodnoty), impulz lze považovat za zachycený. Navíc lze záchyt pozorovat i na změně pdf vzoru rytmu.

Tedy, v přednostním provedení je snímání a sledování založeno na několika kritériích. Vynález předvídá zařízení, která budou pracovat ve více než jednom srdečním prostoru, takže odpovídající léčbu budu možné provádět buď do síně nebo komory podle toho, jak různá kritéria, včetně těch, která jsou popsaná výše, i jiných, odborníkům známých, vyhodnotí elektronika kardiostimulátoru.

Pokud dojde k síňové fibrilaci, základní hodnota srdeční aktivity, či referenční hodnota, se zaznamená v kroku 804. Reference může být založena za různých parametrech, jako jsou data elektrokardiogramu, mechanický pohyb a/nebo funkce ♦

·· • · · > • · ·	• ♦· ·· · · • · ·	·· · • · ·· • · ·
• · ·	• · i	9 9 ·
·· ····

hustoty pravděpodobnosti. V alternativním provedení se reference ustaví poté, co dojde k záchytu.

Stimulace se zahájí v kroku 806. V přednostním provedení se stimulace provádí až do záchytu s prahovou hodnotou, poté se pokračuje s hodnotou podprahovou. V alternativních provedeních stimulace: 1) zahájí se s prahovou úrovni a zůstane prahová; 2) zahájí se s podprahovou úrovní a zůstane podprahová; 3) je konvenční před záchytem a pokračuje jako dvoufázová; 4) je dvoufázová před záchytem a pokračuje jako konvenční; 5) je dvoufázová před záchytem i po něm.

V průběhu počáteční fáze stimulace se síně v kroku 808 sledují na určení stavu záchytu. Záchyt lze určit mnoha prostředky. Za prvé, záchyt nebo jeho ztrátu lze určit ze sledování srdečního rytmu. Ztráta záchytu může způsobit změny v časování srdečního stahu. Za druhé, záchyt nebo jeho ztrátu lze určit ze sledováni výše popsané reference. Pokud se jako reference uloží stav poté, co dojde k záchytu, znamená změna v referenční hodnotě ztrátu záchytu. Referenci lze ustavit a/nebo aktualizovat prakticky kdykoliv.

Po záchytu se v kroku 810 nastaví stimulační protokol strhávaných míst. V prvním provedení se stimulační frekvence strhávaných míst simultánně zpomalí a poté zcela zastaví. V druhém provedení se zpomaluje rozšiřování vodivosti. V třetím provedení se zvýší stimulační rychlost a poté se stimulace zastaví. Vedle nastavení stimulačních frekvencí po záchytu se může stimulační protokol nastavit také tak, že: 1) pokud se před záchytem působilo stimulací konvenční povahy, působí se po záchytu dvoufázovou stimulací; 2) pokud se před záchytem působilo dvoufázovou stimulací, působí se po záchytu konvenční stimulací; nebo 3) pokud se před záchytem působilo dvoufázovou stimulací, pokračuje se dvoufázovou stimulací i po záchytu.

* ·· ·· · · · · · • · · * ·

0· ·· • · · · · • · ♦ • · · · ·· ···· ••0S«519ptf ·

Z výše popsaného základního konceptu vynálezu je jistě odborníkům zřejmé, že uvedený popis provedení vynálezu je pouze příkladný, nikoliv omezující. Odborníkům jsou jistě zřejmé mnohé možné změny, zlepšení či úpravy, které v této patentové přihlášce popsány nejsou. Všechny takové změny, zlepšení či úpravy by proto měly být posouzeny v duchu a rozsahu připojených patentových nároků. Dále, stimulační pulzy podle vynálezu jsou v možnostech správně naprogramované stávající elektroniky kardiostimulátorů. Proto se vynález 10 omezuje pouze na následující nároky a jejich ekvivalenty.

;4

1. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce, které zahrnuj e:

množinu elektrod (106, 108) uzpůsobených pro umístění do blízkosti tkáně síně;

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY elektrický stimulační člen (514) spojený s nejméně jednou z množiny elektrod tak, aby mohl stimulovat tkáň síně; a procesorový obvod (501) naprogramovaný tak, aby mohl určit stav záchytu stimulace; vyznačujíce se tím, snímací zesilovač z množiny elektrod (106, fibrilaci; že dále zahrnuje (509) spojený s nejméně jednou 108) tak, aby mohl zjišťovat síňovou je elektricky propojena se snímacím uložení základní hodnoty srdeční aktivity; kde, elektrický stimulační v případě, stimulační kde, stimulační protokol, v případě člen (514) použije určení stavu záchytu, pozáchytový elektrický stimulační protokol, a kde předzáchytový stimulační stimulační protokol zahrnují postup, skupiny, která se skládá z: prahové předzáchytové stimulace s protokol a kde postup pozáchytový se vybere ze prahovou pozáchytovou stimulací, podprahové předzáchytové stimulace s podprahovou pozáchytovou stimulací a prahové předzáchytové stimulace s podprahovou pozáchytovou stimulací.

1, vyznačující se tím, že postup používá dvoufázové pozáchytové stimulace.

• ·

2.

Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku

3. Zařízeni pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 1, vyznačující se tím, že postup používá dvoufázové předzáchytové stimulace.

4. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 1, vyznačující se tím, že postup používá dvoufázové předzáchytové stimulace s dvoufázovou pozáchytovou stimulací.

5. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 2, vyznačující se tím, že dvoufázová stimulace zahrnuje: aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na srdeční tkáň, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze; a kde druhá stimulační fáze má polaritu, která je opačná než polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze.

6. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 5, vyznačující se tím, že polarita první fáze je kladná.

7. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 3, vyznačující se tím, že dvoufázová stimulace zahrnuje: aplikaci první stimulační fáze a druhé stimulační fáze bezprostředně po sobě na srdeční tkáň, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze; a kde druhá stimulační fáze má polaritu, která je opačná než polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze.

8. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 7, vyznačující se tím, že polarita první fáze je kladná.

• ·

9. Zařízeni pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 4, vyznačující se tím, že dvoufázová stimulace zahrnuje: aplikaci první stimulační fáze a druhá stimulační fáze bezprostředně po sobě na srdeční tkáň, kde první stimulační fáze má polaritu první fáze, amplitudu první fáze, tvar první fáze a dobu trvání první fáze; a kde druhá stimulační fáze má polaritu, která je opačná než polarita první fáze, amplitudu druhé fáze, tvar druhé fáze a dobu trvání druhé fáze.

10. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že polarita první fáze je kladná.

11. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že amplituda první fáze je menší než amplituda druhé fáze.

12. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že amplituda první fáze se zvětšuje postupně od základní hodnoty na druhou hodnotu.

13. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 12, vyznačující se tím, že druhá hodnota je rovná amplitudě druhé fáze.

14. Zařízeni pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 12, vyznačující se tím, že druhá hodnota je rovná maximální podprahové amplitudě.

15. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 14, vyznačující se tím, že maximální podprahová amplituda je asi 0.5 až 3.5 voltu.

16. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 11, vyznačující se tím, že doba trvání první fáze je nejméně tak dlouhá, jako doba trvání druhé fáze.

* · «<

• · · · · *

-^:US«519pč’ '

17. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 11, vyznačující se tím, že doba trvání první fáze je asi jedna až devět milisekund. 18. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku

11, vyznačující se tím, že doba trvání druhé fáze je asi 0.2 až 0.9 milisekundy.

19. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 11, vyznačující se tím, že amplituda druhé fáze je asi dva až dvacet voltů.

20. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 11, vyznačující se tím, že doba trvání druhé fáze je kratší než 0.3 milisekundy a amplituda druhé fáze je větší než 20 voltů.

21. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že první stimulační fáze dále zahrnuje sérii stimulačních pulzů s předem určenou amplitudou, polaritou a dobou trvání.

22. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 21, vyznačující se tím, že první stimulační fáze dále zahrnuje sérii klidových period.

23. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku

22, vyznačující se tím, že aplikace první stimulační fáze dále zahrnuje aplikaci klidové periody se základní amplitudou po nejméně jednom stimulačním pulzu.

24. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku

23, vyznačující se tím, že klidová perioda má stejnou dobu trvání jako stimulační pulz.

··

9 · • » · 9 · · • •«š^šiopó*

25. Zařízeni pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že amplituda první fáze je maximální podprahová amplituda.

26. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 25, vyznačující se tím, že maximální podprahová amplituda je asi 0.5 až 3.5 voltu.

27. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že doba trvání první fáze je nejméně tak dlouhá, jako doba trvání druhé fáze.

28. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku

9, vyznačující se tím, že doba trvání první fáze je asi jedna až devět milisekund.

29. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku

9, vyznačující se tím, že doba trvání druhé fáze je asi 0.2 až 0.9 milisekundy.

30. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že amplituda druhé fáze je asi dva až dvacet voltů.

31. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že doba trvání druhé fáze je kratší než 0.3 milisekund a amplituda druhé fáze je větší než 20 voltů.

32. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 9, vyznačující se tím, že první stimulační fáze se zahájí více než 200 milisekund po dokončení cyklu úderu srdce.

33. Zařízeni pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 1, vyznačující se tím, že zjišťování síňové fibrilace zahrnuje sledování parametrů vybraných ze skupiny, která se skládá z:

tepenného krevního

5 elektrokardiogramu a elektrokardiogramu.

tlaku, frekvence odchylek funkce hustoty pravděpodobnosti