ES2952383T3

ES2952383T3 - Controlador para un dispositivo de estimulación

Info

Publication number: ES2952383T3
Application number: ES22702776T
Authority: ES
Inventors: Ashok Singh Chauhan; Graham John Fisher
Original assignee: Ceryx Medical Ltd
Current assignee: Ceryx Medical Ltd
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2042-01-28
Also published as: GB2603192A; EP4054708B1; CA3209093A1; EP4054708A1; CN117062651A; US20240091542A1; AU2022214417A1; GB202101363D0; WO2022162388A1; JP2024505082A

Abstract

Un controlador para un dispositivo de estimulación, configurado para; recibir datos de sensores que comprenden datos respiratorios; determinar una arritmia sinusal respiratoria, RSA, factor de una señal de estimulación basándose en los datos del sensor; determinar un factor de sincronización de fase cardiorrespiratoria, CRPS, de la señal de estimulación basándose en los datos del sensor; y proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Controlador para un dispositivo de estimulación

Campo

La presente divulgación se refiere a un dispositivo de estimulación, y en particular, aunque no exclusivamente, a un controlador para un marcapasos cardíaco para estimular el corazón de un paciente.

Antecedentes

En la técnica se conocen comúnmente dispositivos de estimulación para aplicar una señal de estimulación para controlar la estimulación del corazón de un paciente. Los dispositivos de estimulación, tales como marcapasos cardíacos internos, pueden incluir: uno o más sensores para detectar datos fisiológicos relacionados con el paciente; un controlador para generar la señal de estimulación basándose en los datos fisiológicos; y electrodos para aplicar la señal de estimulación al corazón del paciente. Tales unidades funcionales se conocen generalmente en la técnica y, por lo tanto, no se analizarán necesariamente en detalle en el presente documento.

El uno o más sensores de un dispositivo de estimulación pueden incluir un sensor cardíaco. El sensor cardíaco puede comprender una disposición de electrodos que comprende electrodos cardíacos que pueden colocarse en, sobre o alrededor del corazón para detectar la actividad eléctrica cardíaca de una o más cámaras del corazón. En algunos dispositivos de estimulación, los electrodos también pueden usarse para proporcionar adicionalmente la señal de estimulación al corazón. Los electrodos pueden comprender cables de estimulación cardíaca implantados en el corazón, por ejemplo, en el ventrículo derecho o el ventrículo izquierdo.

Los sensores de un dispositivo de estimulación también pueden incluir un sensor respiratorio. El controlador puede utilizar datos respiratorios del sensor respiratorio para determinar la señal de estimulación. Por ejemplo, puede determinarse una demanda metabólica de un paciente monitorizando la respiración del paciente. El sensor respiratorio puede comprender uno o más de: un sensor de flujo de aire, un sensor de movimiento, tal como un sensor de movimiento abdominal torácico, un sensor de impedancia transtorácica que comprende electrodos colocados en el abdomen, un sensor visual para visualizar el movimiento del abdomen o una galga extensiométrica colocada en el pecho del paciente. Los datos respiratorios también pueden determinarse mediante análisis informático de formas de onda arteriales. Los datos respiratorios pueden incluir ciclos respiratorios determinados a partir de cruces por cero de la impedancia transtorácica.

Los dispositivos de estimulación conocidos también pueden recibir datos de actividad de un sensor de actividad. El sensor de actividad puede comprender el sensor cardíaco y/o el sensor respiratorio. Por ejemplo, los datos de actividad pueden determinarse monitorizando la frecuencia cardíaca o la frecuencia respiratoria del paciente. El sensor de actividad también puede comprender uno o más sensores, tales como acelerómetros, oxímetros de pulso, sensores de transpiración, sensores de vídeo, sensores de temperatura u otros sensores conocidos en la técnica. El controlador puede aumentar o disminuir la frecuencia de pulsos de una señal de estimulación dependiendo de los datos de actividad.

El controlador puede comprender uno o más procesadores, que pueden ser uno o más microprocesadores. El uno o más procesadores pueden funcionar como una máquina de estados, un generador de patrón central (CPG) o mediante cualquier otra implementación conocida en la técnica. El controlador puede generar pulsos de estimulación auricular y/o ventricular bajo demanda como señal de estimulación para su aplicación por medio de los electrodos.

El documento US6141590 (A) describe un sistema y un método para proporcionar estimulación cardíaca que incorpora la modulación de la frecuencia de estimulación para minimizar las variaciones en la salida de potencia ventricular, por ejemplo, la variación relacionada con las fases respiratorias del paciente. En una realización preferida, la frecuencia de estimulación aumenta durante la inspiración en relación con la espiración, restaurando una medida de la modulación de frecuencia normal que se produce en una persona normal.

Sumario

La invención se define por las reivindicaciones.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente divulgación, se proporciona un controlador para un dispositivo de estimulación, configurado para:

recibir datos de sensor que comprenden datos respiratorios;

determinar un factor de arritmia sinusal respiratoria, RSA, de una señal de estimulación basándose en los datos de sensor;

determinar un factor de sincronización de fase cardiorrespiratoria, CRPS, de la señal de estimulación basándose en los datos de sensor; y

proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS.

El controlador puede configurarse para determinar un nivel de actividad del paciente basándose en los datos de sensor. El controlador puede configurarse para determinar el factor RSA basándose en el nivel de actividad del paciente.

Los datos de sensor pueden comprender además uno o más de: datos cardiológicos, datos de oxímetro de pulso, datos de acelerómetro, datos de temperatura corporal, datos de transpiración, datos de cámara, un nivel de trifosfato de adenosina, ATP y un nivel de adrenalina.

El factor RSA puede comprender uno o más parámetros de la señal de estimulación que proporcionan una frecuencia cardíaca que es mayor durante una parte de inspiración de un ciclo respiratorio que durante una parte de espiración del ciclo respiratorio. El factor RSA puede comprender uno o más parámetros de la señal de estimulación que definen la medida en que la frecuencia cardíaca es mayor durante una parte de inspiración de un ciclo respiratorio que durante una parte de espiración del ciclo respiratorio.

El factor CRPS puede comprender uno o más parámetros de la señal de estimulación que proporcionan pulsos de latidos cardíacos con valores de fase respiratoria que se repiten durante un número entero de ciclos respiratorios. Un valor de fase de un pulso de latido cardíaco puede repetirse durante un número entero de ciclos respiratorios si varía de un valor de fase medio en menos de un umbral de CRPS.

El controlador puede configurarse para determinar el factor CRPS basándose en el factor RSA.

El controlador puede configurarse para proporcionar la señal de estimulación de acuerdo con el factor RSA controlando la temporización de los pulsos en la señal de estimulación de acuerdo con:

una primera frecuencia cuando los datos respiratorios indican inspiración; y

una segunda frecuencia cuando los datos respiratorios indican espiración,

en donde la primera frecuencia es mayor que la segunda frecuencia.

Los datos de sensor pueden comprender datos cardiológicos. El controlador puede configurarse para determinar una frecuencia cardíaca basal a partir de los datos cardiológicos. El controlador puede configurarse para establecer la primera frecuencia y la segunda frecuencia en función de la frecuencia cardíaca basal.

El controlador puede configurarse para establecer una razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia basándose en la frecuencia cardíaca basal.

El controlador puede configurarse para determinar un nivel de actividad del paciente basándose en los datos de sensor. El controlador puede configurarse para establecer una razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia basándose en el nivel de actividad del paciente.

El controlador puede configurarse para proporcionar la señal de estimulación de acuerdo con el factor CRPS controlando la temporización de los pulsos en la señal de estimulación para que se corresponda con el mismo conjunto de ángulos de fase respiratoria en una secuencia de repetición durante un número entero de ciclos respiratorios.

El controlador puede configurarse para establecer la primera frecuencia y la segunda frecuencia para controlar la temporización de los pulsos en la señal de estimulación para que se corresponda con el mismo conjunto de ángulos de fase respiratoria en una secuencia de repetición durante un número entero de ciclos respiratorios.

El controlador puede configurarse para determinar un nivel de actividad del paciente basándose en los datos de sensor. El controlador puede configurarse para determinar el factor RSA basándose en el nivel de actividad del paciente. El controlador puede configurarse para establecer una razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia basándose en el factor RSA. El controlador puede configurarse para determinar el factor CRPS como valores de la primera frecuencia y la segunda frecuencia que proporcionan la secuencia de repetición basándose en la razón, una frecuencia cardíaca basal de los datos de sensor y una frecuencia respiratoria de los datos respiratorios. El controlador puede configurarse para proporcionar la señal de estimulación basándose en la primera frecuencia y la segunda frecuencia.

El controlador puede configurarse para determinar una primera frecuencia y una segunda frecuencia que proporcionan una frecuencia cardíaca basal modificada en la señal de estimulación para proporcionar la secuencia de repetición.

El controlador puede configurarse para ajustar la razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia para determinar el factor CRPS como valores de la primera frecuencia y la segunda frecuencia que proporcionan la secuencia de repetición.

El controlador puede configurarse para determinar la primera frecuencia y la segunda frecuencia basándose en la razón y la frecuencia cardíaca basal accediendo a una tabla de consulta.

El controlador puede configurarse para determinar el factor CRPS para reducir el número de ciclos respiratorios durante los cuales se repite la señal de estimulación.

El controlador puede configurarse para controlar la temporización de los pulsos en la señal de estimulación para que se corresponda con el mismo conjunto de ángulos de fase respiratoria dentro de un umbral de desviación aceptable. El controlador puede configurarse para determinar un número basal de latidos cardíacos por ciclo respiratorio y/o ángulos de fase basal basándose en los datos cardiológicos y los datos respiratorios. El controlador puede configurarse para determinar el conjunto de ángulos de fase respiratoria basándose en el número basal de latidos cardíacos y/o los ángulos de fase basal.

El controlador puede configurarse para determinar el factor RSA y el factor CRPS basándose en una frecuencia respiratoria de los datos respiratorios.

Los datos de sensor pueden comprender datos cardiológicos y el controlador puede configurarse para determinar el factor RSA y el factor CRPS basándose en los datos cardiológicos.

El controlador puede configurarse para determinar el factor RSA y el factor CRPS basándose en la frecuencia cardíaca de los datos cardiológicos.

El controlador puede configurarse para determinar el factor RSA y el factor CRPS basándose en un valor de latidos por intervalo de tiempo de los datos cardiológicos.

El controlador puede configurarse para determinar el factor RSA y el factor CRPS basándose en un valor de latidos por respiración determinado a partir de los datos cardiológicos y los datos respiratorios.

Los datos respiratorios pueden comprender datos de ventilación por minuto.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema de marcapasos que comprende:

cualquier controlador divulgado en el presente documento;

uno o más sensores para proporcionar los datos de sensor; y

uno o más electrodos de estimulación para aplicar la señal de estimulación al corazón del paciente.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método para proporcionar una señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente, comprendiendo el método:

recibir datos de sensor que comprenden datos respiratorios;

proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón del paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente divulgación, se proporciona un producto de programa informático que almacena instrucciones ejecutables para realizar cualquier método divulgado en el presente documento.

De acuerdo con un aspecto adicional de la divulgación, se proporciona un método para proporcionar una señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente, comprendiendo el método:

recibir datos de sensor que comprenden datos respiratorios;

establecer un modo de estimulación del controlador como:

un modo RSA; y/o

un modo CRPS,

dependiendo de los datos de sensor; y

proporcionar la señal de estimulación de acuerdo con el modo de estimulación.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán una o más realizaciones a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1A ilustra un gráfico de la amplitud de la arritmia sinusal respiratoria (RSA) frente al tiempo para un individuo sano antes de, durante y después del ejercicio físico;

la figura 1B ilustra un gráfico de la amplitud de RSA frente al tiempo para un individuo de edad avanzada antes de, durante y después del ejercicio físico;

la figura 2A ilustra un gráfico de sincrograma correspondiente al gráfico de RSA de las figuras 1A;

la figura 2B ilustra un gráfico de sincrograma correspondiente a los gráficos de RSA de la figura 1B;

la figura 2C ilustra datos cardiorrespiratorios simulados para un corazón sano que presenta RSA y un corazón enfermo que no presenta RSA;

la figura 2D ilustra datos cardiorrespiratorios simulados para un corazón enfermo que no presenta RSA;

la figura 3 ilustra un diagrama de bloques esquemático de un sistema de marcapasos cardíaco;

la figura 4 ilustra un gráfico de secuencias de pulsos frente al tiempo durante dos ciclos cardíacos sucesivos; y la figura 5 ilustra un método para proporcionar una señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente.

Descripción detallada

La presente divulgación se refiere a un controlador para un marcapasos cardíaco y a un método de estimulación asociado. El método de estimulación se deriva de las observaciones del inventor de la estimulación natural tanto en sujetos sanos como en aquellos con una gama de condiciones fisiológicas bajo diversos niveles de ejercicio físico. El esquema de estimulación propuesto tiene como objetivo responder a las demandas físicas del sujeto emulando la estimulación natural observada en sujetos sanos en tales condiciones.

La regulación natural de los latidos cardíacos del cuerpo está en fase con el ciclo de respiración o respiratorio. La sincronización entre el corazón y los pulmones es indicativa de un sistema cardiorrespiratorio sano. La fuerza de acoplamiento entre el corazón y los pulmones es uno de los factores clave detrás del aumento de la sincronización y la disminución de la fuerza de acoplamiento, por ejemplo, a través del envejecimiento y en pacientes con insuficiencia cardíaca y otros trastornos cardiorrespiratorios, da como resultado una disminución de la sincronización entre el corazón y los pulmones.

Un ejemplo de sincronización entre el corazón y los pulmones incluye una reducción en la frecuencia cardíaca durante la espiración (exhalación) y un aumento en la frecuencia cardíaca durante la inspiración (inhalación). Esto se denomina arritmia sinusal respiratoria (RSA). La pérdida de RSA es un factor de predicción del riesgo cardiovascular y un indicador pronóstico de múltiples enfermedades, incluida la insuficiencia cardíaca.

Pueden proporcionarse sistemas de estimulación de ejemplo para restaurar, mantener o potenciar artificialmente la RSA para obtener un perfil de un individuo sano. Las solicitudes GB 1913050.9 y PCT/GB2020/052149 divulgan tales sistemas.

Los sistemas de ejemplo pueden controlar la temporización de las señales de estímulo (la señal de estimulación) de acuerdo con una función no lineal. La función no lineal puede generarla un oscilador neuronal proporcionado por un generador de patrón central o una simulación digital.

Las figuras 1A y 1B ilustran gráficos de amplitud de RSA frente al tiempo para los individuos primero y segundo respectivos antes de, durante y después del ejercicio físico. Los datos de la figura 1A se adquirieron de un individuo sano (edad 24+, altura 180,5 cm, peso 88 kg, IMC 27,0) mientras que los datos de la figura 1B se adquirieron de un individuo de edad avanzada, por lo demás sano (edad 64+, altura 178 cm, peso 93 kg, IMC 29,4). En ambas figuras, los sujetos están en reposo en el tiempo = 0 segundos. En la figura 1A, el inicio del ejercicio ocurre en el tiempo = 180 segundos y el período de ejercicio termina en el tiempo = 800 segundos. En la figura 1B, el inicio del ejercicio ocurre en el tiempo = 300 segundos y el período de ejercicio termina en el tiempo = 800 segundos.

La figura 1A indica un nivel de RSA saludable de ~ 0,5 Hz de amplitud de pico a pico para el primer individuo en reposo. El primer individuo se sometió a una intensidad de ejercicio gradualmente creciente de 180 a 800 s. La amplitud de RSA permanece alta antes del inicio del ejercicio (es decir, antes de 180 s) y durante la fase inicial del ejercicio (es decir, entre 180 s y 400 s). La amplitud de RSA disminuye, hasta menos de 0,1 Hz, a mayor intensidad de ejercicio (es decir, entre 500 s y 800 s). En el tiempo de recuperación (es decir, después de 800 s), la amplitud de RSA comienza a aumentar de nuevo en amplitud.

La figura 1B indica un nivel no saludable de RSA de ~ 0,05 Hz de amplitud de pico a pico para el segundo individuo en reposo. Como se observa en la figura, la amplitud de RSA también disminuye después del inicio del ejercicio y se recupera nuevamente después del final del ejercicio. La tendencia de la figura 1B es menos obvia que la de la figura 1A porque el nivel en reposo de RSA es relativamente bajo para comenzar, por lo que hay una alta razón señal/ruido.

Las figuras 1A y 1B ilustran que la RSA disminuye durante la actividad física para individuos con sistemas cardiorrespiratorios sanos y enfermos. La amplitud de RSA es alta en sujetos sanos en reposo y disminuye con niveles de esfuerzo aumentados. Los individuos con un sistema cardiorrespiratorio enfermo tienden a tener una amplitud de RSA más baja, incluso en reposo, que disminuye aún más con el aumento del esfuerzo.

Las figuras 2A y 2B ilustran gráficos de sincrogramas correspondientes a los gráficos de RSA respectivos de las figuras 1A y 1B. Un sincrograma representa gráficamente casos de latidos cardíacos, en el tiempo, en el eje x con respecto a una fase respiratoria en el eje y. En este caso, la fase respiratoria define un ángulo de fase instantáneo del ciclo respiratorio, en relación con el inicio del ciclo respiratorio. La fase respiratoria varía o experimenta ciclos entre 0 y 2n radianes durante un solo ciclo respiratorio de la misma manera que un sistema oscilante convencional.

Para el primer individuo (figura 2A), puede observarse un patrón regular de latidos cardíacos con aproximadamente 12 latidos cardíacos por ciclo respiratorio durante el período anterior al inicio del ejercicio a los 180 segundos. Esta frecuencia cardíaca regular y un alto número de latidos cardíacos por ciclo respiratorio corresponden al período de RSA de alta amplitud. A medida que el ejercicio progresa y la amplitud de RSA disminuye, un segundo tipo de sincronización se vuelve identificable en el gráfico de sincrograma: sincronización de fase cardiorrespiratoria (CRPS). Pueden observarse regiones de CRPS 202, 204 en el diagrama de sincrograma como regiones en las que la fase respiratoria de los latidos cardíacos correspondientes en ciclos respiratorios adyacentes tienen una fase sustancialmente constante. En otras palabras, el corazón late o pulsa en los mismos ángulos de fase repetitivos en ciclos respiratorios consecutivos. Las regiones de CRPS 202, 204 puede identificarse en el diagrama de sincrograma como líneas o mesetas sustancialmente horizontales formadas por los casos de latidos cardíacos en ciclos respiratorios adyacentes. La CRPS no se limita necesariamente a latidos cardíacos que tienen los mismos ángulos de fase en ciclos respiratorios consecutivos o adyacentes y que la secuencia de repetición de ángulos de fase puede extenderse durante un número entero de ciclos respiratorios (por ejemplo, hasta uno de 2, 3, 4, 6 o más ciclos respiratorios). Como se explica a continuación en relación con las figuras 2C y 2D, la CRPS tiende a estar continuamente presente sujeta a interrupciones en el ciclo respiratorio debido a la ingestión, bostezos, hipo, etc. Por lo tanto, la figura 2A incluye regiones de CRPS que no son identificables inmediatamente porque la frecuencia cardíaca es relativamente baja (por ejemplo, antes del inicio del ejercicio) y/o porque la secuencia de repetición de los ángulos de fase se realiza durante varios ciclos respiratorios.

Para el segundo individuo (figura 2B), hay regiones identificables de CRPS 206, 208, 210, 212 tanto antes del inicio del ejercicio como durante el ejercicio. Hay aproximadamente de cuatro a cinco latidos cardíacos por ciclo respiratorio antes del inicio del ejercicio aumentando hasta de cinco a seis latidos por ciclo respiratorio durante el ejercicio.

Las figuras 2C y 2D ilustran respectivamente datos cardiorrespiratorios simulados para un corazón sano que presenta RSA y un corazón enfermo que no presenta RSA. Los datos cardiorrespiratorios se representan gráficamente con la fase del ciclo respiratorio representado gráficamente en el eje horizontal (en una escala de 0 a 1 equivalente a de 0 a 2n radianes en los gráficos de las figuras 2A y 2B) y la desviación de la onda R de la media representada gráficamente en el eje vertical. En este caso, la desviación de la onda R se refiere a la desviación del intervalo R-R (o período de latidos cardíacos) del intervalo R-R medio.

La RSA puede observarse claramente en la figura 2C como un ciclo en la desviación de la onda R de un valor positivo a un valor negativo y de vuelta a un valor positivo. Por el contrario, la figura 2D no observa variación en la desviación de la onda R indicativa de una ausencia de RSA.

Se muestran latidos cardíacos en cada gráfico de las figuras 2C y 2D para múltiples ciclos respiratorios y puede verse que los datos forman agrupaciones 214. Las agrupaciones definen una pluralidad de latidos cardíacos que se producen en la misma fase respiratoria durante varios ciclos respiratorios. En otras palabras, los datos ilustran CRPS tanto para el corazón que presenta RSA como para el corazón donde está ausente RSA. En ambos ejemplos de las figuras 2C y 2D, la secuencia de repetición de los ángulos de fase se produce durante más de un ciclo respiratorio, como se evidencia por el gran número de latidos por ciclo respiratorio. Por ejemplo, cada otra agrupación 214 ilustrada puede corresponder a un primer ciclo respiratorio con las agrupaciones 214 intermedias correspondientes a un segundo ciclo respiratorio, si la secuencia de repetición es durante dos ciclos respiratorios.

Las figuras 2A a 2D ilustran que tanto los corazones sanos como los enfermos tienden de manera natural a presentar CRPS 202 - 210 independientemente de la presencia de RSA. La figura 2A ilustra que la CRPS está presente en un individuo sano cuando el sistema cardiorrespiratorio se estresa durante el ejercicio, la figura 2B ilustra que está presente CRPS en un sistema cardiorrespiratorio enfermo tanto en reposo como durante el ejercicio y las figuras 2C y 2D ilustran que está presente CRPS tanto en presencia como en ausencia de RSA.

Por lo tanto, puede considerarse que un corazón tiene tres estados operativos: (i) no sincronizado sin CRPS ni RSA, particularmente prevalente cuando el corazón está bajo estrés intenso y/o hay una interrupción en la respiración; (ii) CRPS de fase sincronizada sin RSA, particularmente prevalente cuando una persona está realizando una actividad tal como ejercicio; y (iii) CRPS de fase sincronizada con RSA, prevalentemente cuando un corazón sano está en reposo o realizando una cantidad moderada de actividad en relación con una condición física subyacente. En diversas realizaciones de la presente divulgación, se proporcionan controladores para dispositivos de estimulación que pueden tender a elevar el estado del corazón del estado (i) al estado (iii) dependiendo de la demanda del corazón (actividad, etc.) en relación con una condición física y/o salud tisular subyacente.

La presente divulgación proporciona controladores para dispositivos de estimulación que representan los dos tipos de sincronización cardiorrespiratoria natural en individuos sanos: RSA en reposo (y bajos niveles de actividad en relación con el nivel de condición física de un individuo) y una tendencia continua hacia CRPS. La presente divulgación proporciona controladores para sistemas de estimulación que pueden proporcionar una señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente con un componente de RSA mientras se mantiene la CRPS. Específicamente, el controlador puede determinar: (i) un factor RSA de una señal de estimulación para inducir RSA en el paciente; y (ii) un factor de sincronización de fase cardiorrespiratoria, CRPS, de la señal de estimulación para inducir CRPS en el paciente. El controlador puede determinar los dos factores basándose en los datos de sensor relacionados con el paciente. Los datos de sensor incluyen datos respiratorios para ayudar a la sincronización de la temporización de la señal de estimulación de acuerdo con el factor r Sa y el factor CRPS.

En algunos ejemplos, el controlador puede determinar el factor RSA basándose en un nivel de actividad del paciente indicado por los datos de sensor. El controlador puede reducir la cantidad de RSA en la señal de estimulación en proporción a (o como una función no lineal de) un aumento en el nivel de actividad. A medida que el nivel de actividad aumenta más allá de un límite superior (seguro) para la salud tisular/condición física individual de un paciente, el controlador puede determinar el factor RSA como cero (o uno dependiendo de la implementación) para proporcionar una señal de estimulación que no induzca ninguna RSA. De esta manera, el controlador puede no intentar inducir RSA cuando los datos de sensor indican que un sistema cardiorrespiratorio está bajo estrés aumentado temporalmente, tal como durante un ejercicio intenso u otra actividad extenuante. Como resultado, el controlador proporciona una señal de estimulación que replica ventajosamente la estimulación natural de un sistema cardiorrespiratorio sano en reposo y a medida que aumenta el nivel de estrés.

El controlador puede proporcionar ventajosamente una señal de estimulación para inducir tanto RSA como CRPS. De esta manera, el controlador puede inducir tanto RSA como CRPS cuando los datos de sensor indican que el sistema cardiorrespiratorio no está bajo estrés aumentado, tal como cuando el paciente está en reposo o realizando niveles moderados de actividad.

En algunos ejemplos, el controlador también puede determinar el factor RSA y el factor CRPS para que no induzcan ni RSA ni CRPS si los datos de sensor indican que el paciente está bajo un nivel de estrés intenso más allá de un umbral de seguridad. El controlador tampoco puede inducir ningún tipo de sincronización durante un modo de calibración o modo de funcionamiento libre durante el cual el controlador puede determinar la salud o condición física basal de un paciente basándose en un conjunto basal de datos de sensor. Por ejemplo, el controlador puede determinar el estado patológico/condición física subyacente de un paciente entrando en un modo de diagnóstico durante el cual el paciente realiza una actividad conocida, por ejemplo, una prueba de caminata de 6 minutos. El controlador puede determinar entonces una frecuencia de pulso media basal y el nivel de ajuste del factor RSA y CRPS para aplicar a la señal de estimulación por unidad de cambio en la frecuencia respiratoria. En el modo de calibración, el controlador puede determinar un conjunto de datos de relación cardiorrespiratoria que definen relaciones entre datos de sensor cardiológico y datos de sensor respiratorio durante un intervalo de niveles de actividad. Por ejemplo, el controlador puede configurarse para determinar, para un paciente particular, una frecuencia cardíaca ideal en función de los datos de sensor no cardiológico basándose en la relación entre los datos de sensor cardiológico y los datos de sensor no cardiológico durante el modo de calibración.

Un dispositivo de estimulación que implementa un controlador como se divulga en el presente documento, puede ralentizar la progresión de la enfermedad, revertir el daño al músculo cardíaco (remodelación del miocardio) u obtener una mejor función de bombeo cardíaco del músculo cardíaco viable restante para mejorar los resultados de calidad de vida para el sujeto del dispositivo cardíaco.

La figura 3 ilustra un diagrama de bloques esquemático de un sistema de marcapasos cardíaco 300 que comprende un dispositivo de estimulación 302 que tiene un controlador 308 de acuerdo con una o más realizaciones de la presente divulgación. El sistema de marcapasos cardíaco 300 comprende un dispositivo de estimulación cardíaca 302, uno o más sensores 304 y uno o más electrodos de estimulación 306. El sistema de estimulación 300 es un dispositivo electrónico para inducir artificialmente tanto: (i) el proceso de RSA biológico presente en un individuo sano en reposo; como (ii) el proceso de CRPS biológico hacia el que tienden todos los corazones en ausencia de interrupción respiratoria o cardíaca. La provisión de tales dispositivos también puede resultar ventajosa, cuando se produce algo de RSA y/o CRPS de manera natural en el paciente, para aplicar RSA y/o CRPS a niveles más altos o más regularmente que los que se producen de manera natural usando tal dispositivo.

El uno o más sensores 304 pueden comprender un sensor respiratorio para proporcionar datos respiratorios como datos de sensor al controlador 308. El sensor respiratorio puede comprender un sensor de electromiografía o un sensor de impedancia torácica, por ejemplo. El sensor respiratorio puede configurarse para detectar una señal indicativa de la respiración del sujeto. El uno o más sensores 304 pueden comprender además un sensor cardíaco y/o un sensor de actividad para proporcionar datos cardiológicos y/o datos de actividad respectivos relacionados con el sujeto. El uso de tales datos por el controlador 308 se analiza más adelante.

Los datos respiratorios pueden comprender datos de ventilación por minuto. El controlador puede configurarse para determinar un parámetro de ventilación por minuto basándose en los datos de ventilación por minuto. La ventilación por minuto (VE) se define como el volumen de gas inhalado (ventilación por minuto inhalada) o exhalado (ventilación por minuto exhalada) de los pulmones de una persona por minuto. La ventilación por minuto puede escribirse como:

VE = TV x f

donde, TV = volumen corriente

f = frecuencia de respiración

El volumen corriente es una medida del volumen de aire desplazado entre la inhalación normal y la exhalación sin esfuerzo adicional. La ventilación por minuto (VE) es proporcional al esfuerzo respiratorio y la frecuencia de respiración. El controlador 308 puede determinar el nivel de actividad basándose en el parámetro de ventilación por minuto.

Cualquiera del uno o más sensores 304 puede proporcionarse por sensores convencionales usados en la técnica (tales como los descritos en la sección de antecedentes anterior) y puede incluir mecanismos o adhesivos para acoplar el uno o más sensores 304 al sujeto. El dispositivo de estimulación cardíaca 302 puede configurarse para comunicarse con el uno o más sensores 304 a través de un enlace de comunicaciones inalámbricas o por cable. Por ejemplo, un enlace de comunicaciones de campo cercano podría funcionar a través del tejido del paciente de modo que uno de i) el dispositivo de estimulación cardíaca 302 y ii) el uno o más sensores 304 se proporciona internamente y el otro se proporciona externamente.

El uno o más electrodos de estimulación 306 pueden proporcionarse mediante electrodos de estimulación convencionales que están configurados para aplicar un estímulo eléctrico al sujeto. El uno o más electrodos de estimulación 306 pueden comprender un mecanismo o adhesivo para unir el uno o más electrodos de estimulación 306 al sujeto. El uno o más electrodos de estimulación 306 también pueden proporcionar la funcionalidad de un sensor cardíaco.

El dispositivo de marcapasos cardíaco 302 comprende un controlador 308 y un generador de estímulos eléctricos 310. El controlador 308 puede comprender uno o más procesadores. El uno o más procesadores pueden funcionar como una máquina de estados, un generador de patrón central (CPG) o mediante cualquier otra implementación conocida en la técnica. El controlador 308 puede generar pulsos de estimulación auricular y/o ventricular bajo demanda como señal de estímulo para su aplicación por medio de los electrodos de estimulación 306.

El controlador 308 está configurado para recibir datos de sensor que incluyen los datos respiratorios del uno o más sensores 304 en una entrada de señal del sensor 312. El controlador 308 está configurado para determinar un factor RSA y un factor CRPS de una señal de estimulación basándose en los datos de sensor y proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS. El controlador 308 puede proporcionar la señal de estimulación al generador de estímulos eléctricos 310 que proporciona una señal de estímulo correspondiente al corazón del paciente por medio del uno o más electrodos de estimulación 306. En otros ejemplos, el generador de estímulos eléctricos puede formar parte del controlador 308 y el controlador puede proporcionar la señal de estimulación como una señal de estímulo directamente al uno o más electrodos de estimulación 306. La señal de estimulación y la señal de estímulo pueden comprender una secuencia de pulsos con una temporización correspondiente a una temporización de un latido cardíaco inducido en el corazón del paciente.

El dispositivo de estimulación cardíaca 302 puede ser un dispositivo implantable. Por ejemplo, el dispositivo de estimulación cardíaca 302 puede tener un alojamiento, que puede ser biológicamente inactivo, o no reactivo. El alojamiento puede tener dimensiones de 10 cm o menos por 5 cm o menos, por ejemplo. El dispositivo de estimulación cardíaca 302 puede incluir una fuente de energía para alimentar el dispositivo 302.

El generador de estímulos eléctricos 310 está configurado para generar la señal de estímulo basándose en la señal de estimulación proporcionada por el controlador 308. El generador de estímulos eléctricos 310 puede proporcionarse por hardware de generación de pulsos convencional, por ejemplo, y está configurado para proporcionar la señal de estímulo al uno o más electrodos de estimulación 306.

El controlador 308 puede proporcionarse por hardware, software o una combinación de hardware y software. En un ejemplo, el controlador 308 puede proporcionarse como módulos de software que se ejecutan por hardware, por ejemplo.

De acuerdo con el primer aspecto, el controlador 308 del dispositivo de estimulación 302 está configurado para recibir datos de sensor que comprenden datos respiratorios. El controlador 308 puede recibir los datos de sensor del uno o más sensores 304. El controlador 308 está configurado para determinar un factor RSA de una señal de estimulación basándose en los datos de sensor y determinar un factor CRPS de la señal de estimulación dependiente de los datos de sensor, y proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS.

Como se describió anteriormente, el controlador 308 puede determinar el factor RSA y, en consecuencia, proporcionar una señal de estimulación para inducir artificialmente RSA en el paciente. La señal de estimulación puede comprender una secuencia de pulsos, induciendo cada pulso un latido cardíaco en el paciente. El controlador 308 puede controlar la temporización de los pulsos en la señal de estimulación de acuerdo con el factor RSA basándose en la información de temporización en los datos respiratorios. Por ejemplo, el controlador 308 puede controlar la temporización de los pulsos con una primera frecuencia cuando los datos respiratorios indican inspiración y con una segunda frecuencia cuando los datos respiratorios indican espiración, en donde la primera frecuencia es mayor que la segunda frecuencia. Por ejemplo, la primera frecuencia puede ser mayor que la segunda frecuencia en de 0,1 a 1,0 Hz, preferiblemente de 0,2 a 0,5 Hz. En otro ejemplo, la primera frecuencia puede aumentarse en de 10 a 15 latidos por minuto (BPM) para un nivel superior de RSA. Un nivel superior puede corresponder a un aumento de 15 BPM en una frecuencia cardíaca de 100 BPM. Un nivel más bajo puede corresponder a un aumento de 15 BPM en una frecuencia cardíaca de 45 BPM.

Alternativamente, la primera frecuencia puede escalarse en relación con la segunda frecuencia. Por ejemplo, la primera frecuencia puede ser del 5 al 100 % más alta que la segunda frecuencia. El factor RSA puede corresponder a una razón entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia.

Los datos de sensor pueden comprender además datos cardiológicos relacionados con el corazón del paciente. El controlador 308 puede recibir los datos cardiológicos de un sensor cardíaco. El sensor cardíaco puede comprender los electrodos de estimulación 306. El controlador 308 también puede determinar el factor RSA basándose en la información de temporización en los datos cardiológicos. Por ejemplo, puede determinarse una frecuencia cardíaca basal a partir de los datos cardiológicos y la primera frecuencia y la segunda frecuencia pueden basarse en la frecuencia cardíaca basal.

Como se analiza más adelante, los datos de sensor pueden comprender además datos de actividad representativos de un nivel de actividad del paciente. El controlador 308 puede determinar el factor RSA basándose en los datos de actividad. Por ejemplo, el controlador 308 puede escalar la primera frecuencia y/o la segunda frecuencia basándose en un nivel de actividad indicado por los datos de actividad.

El controlador 308 puede escalar una magnitud del factor RSA (primera frecuencia dividida entre la segunda frecuencia) basándose en cualquier combinación de: los datos respiratorios, los datos de cardiología o el nivel de actividad del paciente. Por ejemplo, el controlador puede ajustar la magnitud del factor RSA con el aumento de la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria y/o el nivel de actividad del paciente. El controlador puede escalar adicionalmente la magnitud del factor RSA basándose en uno o más de: edad, condición física y comorbilidades.

El controlador 308 puede determinar el factor CRPS para inducir o mantener la CRPS en el paciente. El controlador 308 puede determinar el factor CRPS basándose en la información de temporización en los datos respiratorios. Por ejemplo, el controlador 308 puede controlar la temporización de la secuencia de pulsos en la señal de estimulación para que se produzca en el mismo conjunto de ángulos de fase durante ciclos respiratorios sucesivos o durante un número entero de ciclos respiratorios. De esta manera, el controlador 308 puede controlar la temporización de los pulsos de modo que una fase respiratoria de los latidos cardíacos correspondientes en ciclos respiratorios adyacentes o conjuntos adyacentes de ciclos respiratorios sea sustancialmente constante. En esta caso, sustancialmente constante puede definirse como una variación en el ángulo de fase entre los latidos cardíacos correspondientes en ciclos respiratorios adyacentes que es menor que un umbral de CRPS, por ejemplo 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 o 0,5 radianes.

El controlador 308 también puede determinar el factor CRPS basándose en la información de temporización en los datos cardiológicos. Por ejemplo, el controlador 308 puede determinar los latidos cardíacos basales por ciclo respiratorio a partir de los datos cardiológicos y establecer los ángulos de fase de los pulsos basándose en los latidos cardíacos basales por ciclo respiratorio. El controlador también puede determinar un conjunto de ángulos de fase basales y establecer los ángulos de fase de los pulsos basándose en el conjunto de ángulos de fase basales. Los ángulos de fase basales pueden corresponder a ángulos de fase promedio durante varios ciclos respiratorios adyacentes o varios conjuntos adyacentes de ciclos respiratorios. Como ejemplo simplificado sin RSA presente, el controlador 308 puede determinar unos latidos cardíacos basales por ciclo respiratorio de 5,5 latidos por ciclo respiratorio y ángulos de fase promedio de 0, 2n/11, 4n/11, 6n/11, 8n/11, 10n/11, n/11, 3n/11, 5n/11, 7n/11 y 9n/11 durante conjuntos adyacentes de dos ciclos respiratorios. El controlador 308 puede controlar la temporización de los pulsos de la señal de estimulación de acuerdo con el factor CRPS para mantener un número predeterminado (por ejemplo, 5,5) latidos por ciclo respiratorio y los ángulos de fase promedio para cada ciclo respiratorio. El factor CRPS puede comprender uno o más parámetros que proporcionan el conjunto repetitivo de ángulos de fase respiratoria durante un número entero de ciclos respiratorios. Por ejemplo, el factor CRPs puede comprender cualquiera de: el conjunto de ángulos respiratorios; un período de ángulo respiratorio correspondiente a una diferencia entre ángulos de fase respiratoria consecutivos en el conjunto de ángulos respiratorios; y valores de la primera frecuencia y la segunda frecuencia que proporcionarán el conjunto de ángulos respiratorios o un conjunto desplazado de ángulos respiratorios con el mismo período de ángulo respiratorio que el conjunto de ángulos respiratorios con un desplazamiento temporal fijo.

En uno o más ejemplos, el controlador puede determinar el factor CRPS basándose en el factor RSA. Por ejemplo, el controlador puede determinar el factor RSA basándose en el nivel de actividad del paciente. El controlador puede determinar entonces una razón de la primera frecuencia (para la señal de estimulación durante la inspiración) con respecto a la segunda frecuencia (para la señal de estimulación durante la espiración) basándose en el factor RSA. Por ejemplo, el controlador puede establecer la razón igual al factor RSA. La dependencia del factor RSA del nivel de actividad puede calibrarse o predeterminarse según el paciente y puede depender de factores tales como la edad, IMC, condiciones de salud, etc. El controlador puede determinar el factor CRPS basándose en la razón o el factor RSA. El controlador puede determinar el factor CRPS basándose en la razón (factor RSA) y una frecuencia cardíaca basal medida a partir de datos cardiológicos de los datos de sensor.

El controlador puede establecer la primera frecuencia y la segunda frecuencia de la señal de estimulación de modo que se mantenga la frecuencia cardíaca basal (promedio) y con la razón/factor RSA determinado. Sin embargo, en algunos ejemplos, esto puede no dar como resultado CRPS porque los valores resultantes de la primera y segunda frecuencia no dan como resultado una secuencia de repetición de valores de fase respiratoria durante un número entero de ciclos respiratorios ni CRPS que se repite solo durante un número muy grande de ciclos respiratorios. Por lo tanto, el controlador puede ajustar la razón determinada basándose en el factor RSA para determinar el factor CRPS como valores de la primera frecuencia y la segunda frecuencia que darán como resultado una secuencia de repetición durante un número reducido de ciclos respiratorios. Alternativamente, o además, el controlador puede ajustar la primera frecuencia y/o la segunda frecuencia (el factor CRPS) para proporcionar una señal de estimulación con una frecuencia de pulso basal (promedio) que difiere de la frecuencia cardíaca basal medida de modo que dará como resultado una secuencia de repetición durante un número reducido de ciclos respiratorios.

El controlador puede definir un conjunto de modos de funcionamiento estables con un factor CRPS fijo con una primera y segunda frecuencia fija. El factor CRPS puede corresponder a secuencias de repetición que se producen solo durante unos pocos ciclos respiratorios (como 1, 2, 3 o 4 ciclos respiratorios). Cada modo de funcionamiento estable puede corresponder a un intervalo de frecuencias cardíacas basales y un intervalo de factores RSA. Por ejemplo, un primer modo de funcionamiento estable puede corresponder a una primera frecuencia de 6,0 latidos por ciclo respiratorio y una segunda frecuencia de 5,0 latidos por ciclo respiratorio. La razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia es de 1,2. La frecuencia cardíaca basal es de 5,5 latidos por ciclo respiratorio y los ángulos de fase se repetirán durante cada conjunto de dos ciclos respiratorios. El controlador puede determinar un factor RSA como 1,19 basándose en un nivel de actividad del paciente y medir una frecuencia cardíaca basal de 5,48. El controlador puede seleccionar el primer modo de funcionamiento estable porque el factor RSA y la frecuencia cardíaca basal caen dentro de un intervalo umbral de valores del primer modo de funcionamiento estable. De esta manera, el controlador determina el factor CRPS como el modo de funcionamiento estable con un intervalo que abarca el factor RSA determinado y la frecuencia cardíaca basal medida. El controlador puede comprender una tabla de consulta con un conjunto de factores CRPS o modos de funcionamiento estables correspondientes a intervalos de factores RSA y frecuencias cardíacas basales. El controlador puede acceder a la tabla de consulta para determinar el factor CRPS. La tabla de consulta puede predeterminarse basándose en los datos históricos del paciente, incluidos, por ejemplo, datos de frecuencia cardíaca observada, o datos modelados.

En funcionamiento, puede haber cambios en la temporización de los latidos cardíacos de un latido a otro debido a procesos biológicos. Sin embargo, durante CRPS, los valores de fase promediados a corto plazo tenderán a repetirse durante un número entero de períodos de respiración. En otras palabras, puede considerarse que un valor de fase de un pulso de latidos cardíacos se repite durante un número entero de ciclos respiratorios si varía de un valor de fase medio en menos de un umbral de CRPS.

El controlador puede configurarse para monitorizar dos promedios a corto plazo diferentes para determinar si la señal de estimulación debe pasar a un nuevo modo de funcionamiento estable. En primer lugar, el controlador puede configurarse para monitorizar una diferencia entre la frecuencia cardíaca media a corto plazo (por ejemplo, durante un período de tiempo corto, tal como de cinco a diez segundos, durante uno, dos, tres o más ciclos respiratorios, o durante un número entero de latidos cardíacos) generada por el dispositivo y una frecuencia cardíaca basal ideal (determinada usando cualquiera de los métodos descritos anteriormente, por ejemplo, basándose en datos respiratorios y los datos de relación determinados en el modo de calibración). Si la diferencia excede un umbral durante un período de tiempo predeterminado, el controlador puede establecer los parámetros de estimulación para que correspondan al siguiente modo de funcionamiento estable. De esta manera, el controlador puede mantener una condición de funcionamiento estable mientras que la frecuencia cardíaca promedio a corto plazo es sustancialmente igual a una frecuencia cardíaca ideal, determinada a partir de los datos no cardiológicos y los datos de calibración, y cambiar a una nueva condición de funcionamiento cuando una frecuencia cardíaca promedio está persistentemente por encima de un umbral de error de CRPS.

Como segunda opción, el controlador puede monitorizar una diferencia de valor de fase media a corto plazo. Para una buena coincidencia entre el patrón de estimulación y la respiración, la media a corto plazo debe ser de alrededor de 0 (es decir, fase bloqueada pero con fluctuación y procesos biológicos que provocan que varíe la diferencia media. Puede medirse una diferencia de fase media a corto plazo en un período de menos de 1,2 o 5 ciclos cardíacos, por ejemplo, o durante un período predeterminado. Si la diferencia excede un umbral para el período predeterminado y en una dirección sesgada (que puede estar consistentemente por encima de un umbral positivo), el controlador puede pasar al siguiente modo de funcionamiento estable.

El controlador puede integrar o filtrar a largo plazo los datos cardiológicos para determinar valores promedio durante el período predeterminado. De esta manera, el controlador puede mantener una condición de funcionamiento estable mientras que el valor de fase promedio a corto plazo es sustancialmente constante y cambia a una nueva condición de funcionamiento cuando una diferencia de fase promedio está persistentemente por encima de un umbral de error de CRPS. El controlador puede incluir una capacidad de detección sensible a la fase basándose en los cambios en la ventana de respiración. El controlador puede implementar una red neuronal para tal capacidad de detección sensible a la fase.

La figura 4 ilustra un gráfico de secuencias de pulsos en modo CRPS frente al tiempo durante dos ciclos respiratorios sucesivos 402, 404. El gráfico es un gráfico de sincrograma del tipo descrito anteriormente con referencia a las figuras 2A y 2B, en el que los casos de latidos cardíacos, en el tiempo, en el eje x se representan gráficamente con respecto a una fase respiratoria en el eje y. En este ejemplo, cada ciclo respiratorio contiene cinco latidos cardíacos. Cada latido cardíaco en el primer ciclo respiratorio 402 está en fase con un latido cardíaco respectivo en el segundo ciclo respiratorio posterior 404. Cada latido cardíaco ocurre en un momento particular con respecto al inicio de su ciclo respiratorio (es decir, después de que haya transcurrido un período de tiempo). El latido cardíaco correspondiente del ciclo respiratorio posterior se produce al mismo tiempo con respecto al inicio de su ciclo respiratorio. La CRPS es evidente con una secuencia de repetición durante cada ciclo respiratorio.

Volviendo a la figura 3, en uno o más ejemplos, el controlador 308 puede configurarse para funcionar en un modo de funcionamiento libre durante uno o más ciclos respiratorios y no proporcionar una señal de estimulación o proporcionar una señal de estimulación sin pulsos. De esta manera, el controlador 308 puede monitorizar los cambios en la frecuencia cardíaca basal, el número basal de latidos cardíacos por ciclo respiratorio o los ángulos de fase basal.

En uno o más ejemplos, el controlador 308 puede calibrarse. Por ejemplo, los datos de sensor, incluidos los datos cardiológicos, pueden monitorizarse para un paciente que se somete a niveles de intensidad variable de ejercicio para determinar un conjunto de datos cardiológicos basales para un intervalo de frecuencias respiratorias. El controlador 308 puede almacenar el conjunto de datos cardiológicos basales. En funcionamiento, el controlador 308 puede controlar la temporización de los pulsos de la señal de estimulación basándose en una frecuencia respiratoria y el conjunto de datos cardiológicos basales.

Como se explicó anteriormente, el controlador 308 puede configurarse para controlar la temporización de pulsos en la señal de estimulación de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS para inducir ambos RSA mientras se mantiene la CRPS. Por ejemplo, el controlador puede controlar la temporización de los pulsos de acuerdo con la primera frecuencia durante la inspiración, según la segunda frecuencia durante la espiración y con un conjunto fijo de ángulos de fase para una pluralidad de ciclos respiratorios adyacentes o conjuntos adyacentes de ciclos respiratorios.

El controlador 308 puede controlar además la temporización de pulsos en la señal de estimulación de acuerdo con métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, el controlador puede controlar la temporización de las señales de estímulo de acuerdo con una función no lineal que puede proporcionar, por ejemplo, un oscilador neuronal. El oscilador neuronal puede proporcionarse por circuitos analógicos que implementan, por ejemplo, un CPG, o mediante una simulación digital como se divulga en las solicitudes de patente en tramitación junto con la presente GB 1913050.9 y PCT/GB2020/052149.

El controlador 308 está configurado para proporcionar la señal de estimulación basándose en los datos de sensor. El controlador 308 puede determinar un factor RSA mayor de 1 (razón > 1) para inducir RSA por medio de la señal de estimulación si los datos de sensor indican que el sistema cardiorrespiratorio está funcionando dentro de un intervalo normal sin aumento significativo en el estrés o la carga. El controlador puede determinar el factor RSA como igual a 1 (razón igual a 1) si los datos de sensor indican que el sistema cardiorrespiratorio está funcionando bajo un aumento temporal del estrés o la carga. El sistema cardiorrespiratorio puede estar funcionando bajo un aumento temporal del estrés cuando el paciente realiza un esfuerzo físico, tal como durante el ejercicio o la elevación de una carga pesada. También puede estar presente un aumento del estrés cuando el paciente está mentalmente estresado o después de la ingestión. El estrés cardiorrespiratorio también puede depender de uno o más de: temperatura ambiente, contenido de O²(aire ligero), posición del cuerpo, deshidratación, fiebre, inanición, ruido, exposición al frío, hemorragia (ciclo menstrual), factores psicológicos, factores inmunológicos, dolor y enfermedad. El sistema puede comprender uno o más sensores para determinar un nivel de uno o más de estos factores de estrés.

El controlador 308 puede determinar un nivel de actividad del paciente basándose en los datos de sensor y determinar el factor RSA dependiendo del nivel de actividad. El nivel de actividad puede indicar un aumento temporal del estrés sobre el sistema cardiorrespiratorio.

El controlador 308 puede determinar el nivel de actividad del paciente basándose en los datos respiratorios. Por ejemplo, el controlador puede determinar el nivel de actividad basándose en los datos de ventilación por minuto como se describió anteriormente y determinar el factor RSA en consecuencia. Como ejemplo adicional, el controlador puede determinar el factor RSA como mayor de 1 si la frecuencia respiratoria es menor o igual que un umbral de frecuencia respiratoria y determinar el factor RSA como igual a 1 si la frecuencia respiratoria es mayor que el umbral de frecuencia respiratoria.

Los datos de sensor pueden comprender datos cardiológicos y el controlador 308 puede determinar el nivel de actividad del paciente basándose en los datos cardiológicos. Por ejemplo, el controlador puede determinar el factor RSA como mayor de 1 si la frecuencia cardíaca es menor o igual que un umbral de frecuencia cardíaca y determinar el factor RSA como igual a 1 si la frecuencia cardíaca es mayor o igual que el umbral de frecuencia cardíaca. El controlador también puede establecer el modo de estimulación dependiendo de un número de latidos por ciclo respiratorio indicado por los datos respiratorios y los datos cardiológicos.

Los datos de sensor pueden comprender otros datos para indicar el nivel de actividad del paciente. Por ejemplo, el controlador 308 puede recibir datos de sensor que comprenden uno o más de: datos cardiológicos, datos de oxímetro de pulso, datos de acelerómetro, datos de temperatura corporal, datos de transpiración, datos de cámara, niveles de trifosfato de adenosina, ATP, niveles de adrenalina u otros datos adecuados para determinar un nivel de actividad como se conoce en la técnica. Los otros datos de sensor pueden recibirse de uno o más sensores correspondientes como se conocen en la técnica, tal como un acelerómetro, un oxímetro de pulso, un termómetro o una cámara. Los sensores pueden formar parte del sistema de marcapasos cardíaco 300 o pueden ser externos al sistema.

La figura 5 ilustra un método 500 para determinar señales de estímulo eléctrico periódicas o cíclicas moduladas temporalmente por una señal de respiración, que puede realizar el controlador descrito anteriormente con referencia a la figura 3.

El método 500 para proporcionar una señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente, comprendiendo el método:

recibir 502 datos de sensor que comprenden datos respiratorios;

determinar 504 un factor RSA de una señal de estimulación basándose en los datos de sensor;

determinar 506 un factor CRPS de la señal de estimulación basándose en los datos de sensor; y

proporcionar 508 la señal de estimulación de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS.

El uso de la primera señal de entrada indicativa de respiración para controlar la generación de la temporización de las señales de estímulo significa que el método 500 proporciona retroalimentación fisiológica directa.

Un controlador puede configurarse para realizar cualquier método descrito en el presente documento, incluido el método 500 como un método implementable por ordenador. El controlador puede comprender uno o más procesadores y memoria, comprendiendo la memoria código de programa informático configurado para hacer que el procesador realice cualquier método descrito en el presente documento.

Puede proporcionarse un programa informático, que cuando se ejecuta en un ordenador, hace que el ordenador configure cualquier aparato, incluido un controlador para que un marcapasos cardíaco realice cualquier método divulgado en el presente documento. El programa informático puede ser una implementación de software. El ordenador puede comprender hardware apropiado, incluidos uno o más procesadores y memoria que están configurados para realizar el método definido por el programa informático.

De acuerdo con un aspecto adicional de la divulgación, se proporciona un medio de almacenamiento legible por ordenador que comprende código de programa informático configurado para hacer que un procesador realice cualquier método implementable por ordenador descrito en el presente documento. El medio de almacenamiento legible por ordenador puede ser un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio. El programa informático puede proporcionarse en un medio legible por ordenador, que puede ser un medio físico legible por ordenador tal como un disco o un dispositivo de memoria, o puede realizarse como una señal transitoria. Tal señal transitoria puede ser una descarga de red, incluida una descarga de Internet.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un controlador para un dispositivo de estimulación, configurado para:

recibir datos de sensor que comprenden datos respiratorios;

determinar un factor de arritmia sinusal respiratoria, RSA, de una señal de estimulación para inducir un nivel de RSA en un paciente, basándose en los datos de sensor;

determinar un factor de sincronización de fase cardiorrespiratoria, CRPS, de la señal de estimulación para inducir CRPS en el paciente, basándose en los datos de sensor; y

proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón de un paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS en donde el factor RSA comprende uno o más parámetros de la señal de estimulación que definen la medida en que la frecuencia cardíaca es mayor durante una parte de inspiración de un ciclo respiratorio que durante una parte de espiración del ciclo respiratorio, en donde el factor CRPS comprende uno o más parámetros de la señal de estimulación que definen pulsos de latidos cardíacos con valores de ángulo de fase respiratoria que se repiten durante un número entero de ciclos respiratorios.

2. El controlador según la reivindicación 1, configurado para:

determinar un nivel de actividad del paciente basándose en los datos de sensor; y

determinar el factor RSA basándose en el nivel de actividad del paciente.

3. El controlador según cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador está configurado para determinar el factor CRPS basándose en el factor RSA.

4. El controlador según cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador está configurado para proporcionar la señal de estimulación de acuerdo con el factor RSA controlando la temporización de pulsos en la señal de estimulación de acuerdo con:

una primera frecuencia cuando los datos respiratorios indican inspiración; y

una segunda frecuencia cuando los datos respiratorios indican espiración,

en donde la primera frecuencia es mayor que la segunda frecuencia.

5. El controlador según la reivindicación 4, en el que los datos de sensor comprenden datos cardiológicos y el controlador está configurado para:

determinar una frecuencia cardíaca basal a partir de los datos cardiológicos; y

establecer la primera frecuencia y la segunda frecuencia basándose en la frecuencia cardíaca basal, opcionalmente en donde el controlador está configurado para establecer una razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia basándose en la frecuencia cardíaca basal.

6. El controlador según cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador está configurado para proporcionar la señal de estimulación de acuerdo con el factor CRPS controlando la temporización de pulsos en la señal de estimulación para que se corresponda con el mismo conjunto de ángulos de fase respiratoria en una secuencia de repetición durante un número entero de ciclos respiratorios.

7. El controlador según la reivindicación 6 dependiente de la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en donde el controlador está configurado para establecer la primera frecuencia y la segunda frecuencia para controlar la temporización de los pulsos en la señal de estimulación para que se corresponda con el mismo conjunto de ángulos de fase respiratoria en una secuencia de repetición durante un número entero de ciclos respiratorios.

8. El controlador según la reivindicación 7, en el que los datos de sensor comprenden datos cardiológicos y en donde el controlador está configurado para:

determinar un nivel de actividad del paciente basándose en los datos de sensor;

determinar el factor RSA basándose en el nivel de actividad del paciente;

establecer una razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia basándose en el factor RSA;

determinar el factor CRPS como valores de la primera frecuencia y la segunda frecuencia que proporcionan la secuencia de repetición basándose en la razón, una frecuencia cardíaca basal de los datos de sensor y una frecuencia respiratoria de los datos respiratorios; y

proporcionar la señal de estimulación basándose en la primera frecuencia y la segunda frecuencia.

9. El controlador según la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado para determinar una primera frecuencia y una segunda frecuencia que proporcionan una frecuencia cardíaca basal modificada en la señal de estimulación para proporcionar la secuencia de repetición.

10. El controlador según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en donde el controlador está configurado para ajustar la razón de la primera frecuencia con respecto a la segunda frecuencia para determinar el factor CRPS como valores de la primera frecuencia y la segunda frecuencia que proporcionan la secuencia de repetición.

11. El controlador según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que los datos de sensor comprenden datos cardiológicos y el controlador está configurado para:

determinar un número basal de latidos cardíacos por ciclo respiratorio y/o ángulos de fase basal basándose en los datos cardiológicos y los datos respiratorios; y

determinar el conjunto de ángulos de fase respiratoria basándose en el número basal de latidos cardíacos y/o los ángulos de fase basal.

12. Un sistema de marcapasos que comprende:

el controlador según cualquier reivindicación anterior;

uno o más sensores para proporcionar los datos de sensor; y

13. Un producto de programa informático que almacena instrucciones ejecutables para realizar un método que comprende:

recibir datos de sensor que comprenden datos respiratorios;

proporcionar la señal de estimulación para estimular el corazón del paciente de acuerdo con el factor RSA y el factor CRPS,

en donde el factor RSA comprende uno o más parámetros de la señal de estimulación que definen la medida en que la frecuencia cardíaca es mayor durante una parte de inspiración de un ciclo respiratorio que durante una parte de espiración del ciclo respiratorio, en donde el factor CRPS comprende uno o más parámetros de la señal de estimulación que proporcionan pulsos de latidos cardíacos con valores de fase respiratoria que se repiten durante un número entero de ciclos respiratorios.