JP2006506189A - 不整脈を防止するストレス低減ペーシング・モード - Google Patents

Abstract

ペーシング治療で心臓不整脈を防止する装置及び方法が開示される。埋め込み式心臓リズム管理デバイスは、不整脈前状態を検出すると、ストレスを受けた部位と識別されている特定の心筋層部位、及び不整脈の起点となる可能性が高い位置を事前興奮させる方法で、ペーシング治療を施すように構成される。このようなペーシングの結果、収縮期にこれらの部位の心筋層壁ストレスが低下し、不整脈発生の確率が低下する。

Description

本発明は、心臓疾患の診断と治療の装置及び方法に関し、さらに心臓ペースメーカなどの心臓に電気刺激を供給するデバイスに関する。

頻脈性不整脈は、通常１分当たりの拍動（ｂｐｍ）の単位で表す急速な心拍数を特徴とする異常な心臓リズムである。これは、いずれかの、又は両方の心腔（つまり心室又は心房）で生じることがある。頻脈性不整脈の例は、洞頻脈、心室性頻脈、心室性細動（ＶＦ）、心房性頻脈、心房性細動（ＡＦ）を含む。頻脈性不整脈は、通常の歩調取り組織pacemaker tissue)、異所性興奮巣又は再入現象による異常興奮のせいであることもある。頻脈は、心臓が比較的正常ではあるが高速で収縮する場合に発生し、細動は、腔が、心電図に反映されるような異常脱分極波形で無秩序に脱分極する場合に発生する。

心室に加える電気除細動ショックを使用して、興奮性の心筋層を脱分極し、これを無反応性にすることによって、大部分の頻脈性不整脈を終了させることができる。埋め込み型電気除細動器（ＩＣＤ）は、デバイスが細動を検出した場合に、心臓に衝撃パルスを送ることによって、この種の治療を提供する。ＩＣＤは、心房性又は心室性頻脈性不整脈、あるいはその両方を治療するように設計することができ、心臓ペーシング機能も組み込んでよい。最も危険な頻脈性不整脈は、心室性頻脈性不整脈や心室性細動であり、ＩＣＤは、これらの症状の治療に適用することが最も一般的であった。不整脈の別のタイプの電気的治療は、頻脈防止ペーシング（ＡＴＰ：anti-tachycardi pacing）である。ＡＴＰでは、頻脈を引き起こす興奮回帰性回路を中断しようと、１つ又は複数の歩調取りパルスで心臓を拮抗的に調整する。現代のＩＣＤは、通常はＡＴＰ機能を有し、したがって不整脈を検出すると、ＡＴＰ治療を施し、細動が発生すると、衝撃パルスを送る。

ＩＣＤは、心房性細動や心房性粗動などの心房性頻脈性不整脈を検出し、不整脈を終了させるために心房に衝撃パルスを送ることもできる。即座に生命を脅かすものではないが、幾つかの理由で心房性細動を治療することが重要である。第１に、心房性細動は、室房同期の喪失を伴う。これは血行力学的な妥協であり、呼吸困難、疲労、眩暈、アンギナなどの症状を引き起こすことがある。心房性細動は、左心房に形成される塞栓から生じる発作の素因となることもある。薬物療法及び／又は院内電気除細動作が、心房細動で許容可能な治療様式であるが、心房性細動を治療するように構成されたＩＣＤは、便宜性及び効率向上など、特定の患者にとって幾つかの利点を提供する。

上述したように、埋め込み式心臓リズム管理デバイスは、検出された特定の不整脈を終了するために、適切な治療を施すことができる。しかし、このような治療は、必ず成功するものではなく、成功した場合でも、不整脈が最終的に終了するまで、反復的に適用する必要があることもある。除細動ショックは、患者に多少の不快感も与える。埋め込み型デバイスは、不整脈前の状態が存在する場合はそれを検出し、まず不整脈が発生するのを防止する方法で、電気刺激療法を施すと、さらに都合がよい。

心臓不整脈の開始の原因となる一つの要因は、収縮期の収縮中に心臓の脆弱な領域に加わる力学的ストレスである。本発明は、収縮期に１つ又は複数の選択した心筋層領域の負荷を他の領域に対して力学的に除去する方法で、ペーシング治療を適用することによって、このようなストレスを緩和する装置及び方法に関する。心臓の様々な区域の非対応性ストレスも、心不全患者の望ましくない心筋層再造形の原因となる。ストレスを受けた心筋層領域の負荷を除去するペーシング治療は、このような再造形の防止又は逆転に都合がよいが、特定の患者では、このようなペーシング治療の連続的使用が望ましくない。心臓が鼓動するために血行力学的に最も効果的な方法ではないからである。不整脈を防止するために、心筋層壁のストレスを緩和するのに最適であるペーシング速度で連続的にペーシングすることも、望ましくない。本発明によると、心臓リズム管理デバイスは、不整脈前状態を検出したら、ストレス軽減モードに切り換え、１つ又は複数の識別されたストレス心筋層領域の負荷を力学的に除去するペーシング治療を施すように構成される。このような不整脈前状態が存在しない場合、デバイスは、従来の徐脈又は再同期ペーシングなどの別のペーシング・モードを使用するか、いかなるペーシング治療も施さない。

特定の患者において、心臓不整脈は、心筋層領域が収縮期の収縮中に発生するような力学的及び／又は低酸素ストレスを受けた場合に、特にこのような領域で発生する傾向がある。本発明によると、多部位ペーシングを使用して、このような脆弱な領域の負荷を力学的に除去し、これが不整脈を開始する可能性を低下させるために、収縮期に心室が経験する壁ストレスの分布を変化させる。埋め込んだ心臓リズム管理デバイスは、様々な手段が検出する不整脈前状態の発生に応答して、このようなペーシング治療を施すように構成することができる。

１．ストレス緩和ペーシング治療
心筋層繊維が収縮する前に伸張する程度を、前負荷と呼ぶ。筋肉繊維の最大張力と短縮速度は、前負荷の増加とともに増大する。前負荷の増加とともに心臓の収縮性反応が増加することは、フランク−スターリングの原則として知られている。心筋層領域が、他の領域より遅れて収縮する場合、対向する領域のうち早い方の収縮が、後に収縮する領域を伸張し、その前負荷を増加させる。心臓筋肉繊維が収縮するにつれ、それに加わる張力又はストレスの程度を、後負荷と呼ぶ。心室内の圧力は、血液が大動脈及び肺動脈へと給送されるにつれ、心拡張値から心収縮値へと迅速に上昇するので、心房の最初に収縮する部分も、心房の後に収縮する部分より小さい後負荷に対して、これを実行する。本明細書でストレス軽減ペーシング又は事前興奮(pre-excitation)ペーシングと呼ぶものは、規定のパルス出力シーケンスで送出した１つ又は複数のペーシング・パルスで、心房（又は心室）の１つ又は複数の部位をペーシングすることによって、収縮期に心筋層壁ストレスを再分布させるために、この現象を利用する。１つ又は複数のペースは、経験する後負荷と前負荷が小さくなるように、収縮期の早期に、以前にストレスを受けた心筋層の領域を興奮させる方法で送られる。他の領域に対して、以前にストレスを受けた領域がこのように事前興奮すると、この領域の力学的ストレスが除去され、その領域の細胞が本来の固有活性を呈して、不整脈を引き起こす可能性を低下させる。前負荷と後負荷の増加も、筋肉にエネルギ消費を増加させる必要があり、これで灌流要件が増加し、その結果、虚血になることがある。虚血領域の事前興奮は、このように領域の血液要求量を減少させ、さらに収縮期にこの領域が受ける力学的ストレスを低下させ、不整脈の可能性を低下させる。

事前興奮ペーシングは、心不全の治療にも有利な効果を有することがある。心不全や心室機能不全に伴う伝導の遅れは、心筋層の様々な領域を他の領域より遅く収縮させ、したがって収縮期にこれらの領域へのストレスを増大させる。前負荷と後負荷の増大から生じる不均一なストレスに対する心臓の初期生理反応は、心筋層のこれらの後期収縮領域における代償性肥大である。再造形の後期段階では、これらの領域がストレス増加のために萎縮性変化を経験し、壁が薄くなる。このプロセスを心臓再造形と呼び、これは心不全患者の死亡率増加と強く結びつく。不整脈防止効果に加えて、以前にストレスを受けた心筋層領域又は肥大心筋層領域の事前興奮ペーシングも、このような再造形を防止するか、逆転させることができる。

上述したような事前興奮ペーシングは、徐脈の治療に使用するような従来の同期ペーシング・モードと組み合わせて施すことが好ましい。適切に機能すると、埋め込んだペースメーカは、最低心拍数を強化することによって代謝要求に応じるために、心臓が適切なリズムでペーシングできない状態を補う。心臓リズム管理デバイスは、心不全の治療のためにも開発され、これは心房及び／又は心室収縮の協調を改善しようと、１つ又は複数の心腔に多部位ペーシングの同期を与える。これは心臓再同期治療と呼ばれる。多部位再同期ペーシングでは、より協調された収縮をもたらす興奮の拡散に作用するため、心房又は心室を複数の部位でペーシングする。両室ペーシングは、両方の心室を、その個々の収縮を同期させるためにペーシングする多部位ペーシングの一例である。

不整脈を防止するために事前興奮ペーシング治療での治療に適した患者は、徐脈及び／又は再同期ペーシングの効果も受ける。しかし、このような状況では、特定の患者に徐脈又は再同期治療を施す最適の方法は、不整脈を防止するために事前興奮ペーシングを施す最適の方法と矛盾することがある。再同期ペーシングの場合、心不全患者の血行動態を改善するために使用する特定のペーシング部位及びペーシング・パルスのタイミングは、不整脈を防止するために最適に適用する事前興奮治療のペーシング部位とペーシング・パルス・タイミングとは異なることがある。例えば、患者によっては、選択した幾つかのペーシング部位を同期興奮させることによって、血行力学的により効果的な収縮が獲得されることがあり、その結果、以前にストレスを与えた心筋層は事前興奮されない。事前興奮ペーシングは、事前興奮ペースが施される収縮期にのみ効果的でもある。したがって、事前興奮ペーシングは、同期徐脈ペーシング・モードとの組み合わせで最適に施され、ここで１つ又は複数の補充収縮間隔は、ペーシング率が本来の心拍数より大きくなるような間隔となる。しかし、このような過剰駆動ぺーシングを連続的に使用することは望ましくない。患者によっては、連続的な一切のペーシングが望ましくないことさえある。このような状況に対処するために、上述したような心臓リズム管理デバイスは、不整脈前状態を検出した場合のみ、不整脈を防止する最適な事前興奮治療を施すように構成することができる。

２．ハードウェア・プラットフォーム
ペースメーカなどの心臓リズム管理デバイスは通常、患者の胸部に皮下的に埋め込まれ、感知とペーシングに使用する電極にデバイスを接続するために静脈を通して心臓に差し込んだリード線を有する。プログラム可能な電子制御装置が、経過した時間間隔と感知した電気的活性（つまりペーシング・パルスの結果ではない固有の心拍）に応答して、ペーシング・パルスを出力させる。ペースメーカは、感知すべき腔の付近に配置した内部電極によって、本来の心臓電気活性を感知する。ペースメーカが検出する心房又は心室の本来の収縮に伴う脱分極波を、それぞれ心房センス又は心室センスと呼ぶ。本来の心拍がない状態で、このような収縮を引き起こさせるために、特定のペーシング閾値を上回るエネルギのペーシング・パルス（心房ペース又は心室ペース）を腔に送る。

図１は、本発明の実践に適したマイクロプロセッサに基づく心臓リズム管理デバイス又はペースメーカのシステム図を示す。デバイスは、心房又は心室の複数の部位を感知し及び／又はペーシングするように物理的に構成された複数の感知及びペーシング・チャネルを装備している。ペースメーカの制御装置１０は、双方向データ・バスを介してメモリ１２と通信するマイクロプロセッサである。メモリ１２は通常、プログラムを記憶するＲＯＭ（読み取り専用メモリ）及びデータを記憶するＲＡＭ（ランダムアクセス・メモリ）を備える。制御装置は、ある状態の機械タイプの設計を使用して、他のタイプの論理回路（例えば個別部品又はプログラム可能な論理アレイ）によって実現することができるが、マイクロプロセッサ系のシステムが好ましい。本明細書では、「回路」という用語は、個別の論理回路又はマイクロプロセッサのプログラミングを指すものとする。

図面には、「ａ」から「ｄ」で支持された４つの例示的感知及びペーシング・チャネルが図示されている。これらは輪形電極３３ａ〜ｄと先端電極３４ａ〜ｄとを有する双極リード線、感知増幅器３１ａ〜ｄ、パルス発生器３２ａ〜ｄ、チャネル・インタフェース３０ａ〜ｄを備える。このように、各チャネルは、電極に接続されたパルス発生器として構成されたペーシング・チャネル、及び電極に接続された感知増幅器として構成された感知チャネルを含む。チャネル・インタフェース３０ａ〜ｄは、マイクロプロセッサ１０と双方向で通信し、各インタフェースは、感知増幅器からの感知信号入力をディジタル化するアナログ・ディジタル変換器と、ペーシング・パルスを出力し、ペーシング・パルスの振幅を変更して、感知増幅器に合わせて利得及び閾値を調節するために、マイクロプロセッサによって書き込むことができるレジスタとを含んでいる。ペースメーカの感知回路は、特定のチャネルが発生する電位図信号（電極が感知し、心臓電気活性を表す電圧）が特定の検出閾値を超えると、心房センス又は心室センスの腔センスを検出する。特定のペーシング・モードで使用するペーシング・アルゴリズムは、このようなセンスを使用して、ペーシングをトリガするか、制止し、心房センスと心室センスそれぞれの間の間隔を測定することにより、本来の心房及び／又は心室速度を検出することができる。

各双極リード線の電極は、リード線内の導体を介して、マイクロプロセッサに制御されたＭＯＳスイッチング・ネットワーク７０に接続される。スイッチング・ネットワークは、本来の心房活性を検出するためには、感知増幅器の入力部へ、及びペーシング・パルスを送るためにはパルス発生器の出力部へと電極を切り換えるために使用される。スイッチング・ネットワークによって、デバイスは、デバイスのハウジング又は缶６０が接地電極として働く状態で、リード線の輪形電極と先端電極の両方を使用する双極モードか、リード線の電極の一方のみ使用する単極モードで感知又はペーシングすることもできる。以下で説明するように、デバイスがペーシングの空間分布を変更する一つの方法は、単極から双極のペーシングへ（又はその逆へ）切り換えるか、双極リード線のどの電極が双極ペーシング中に陰極及び陽極であるかを交換することである。衝撃パルス発生器５０は、衝撃性頻脈性不整脈を検出すると、一対の衝撃電極５１を介して心房又は心室へと除細動衝撃を送るために、制御装置ともインタフェースをとる。

制御装置１０は、メモリに記憶されたプログラム済み命令に従ってデバイスの全体的動作を制御する。これはペーシング・チャネルを介したペースの送出を制御することと、感知チャネルから受信した感知信号を解釈すること、補充収縮間隔及び感覚不応期を決めるタイマを実現することとを含む。実働レベル・センサ３３０（例えば加速度計、毎分換気センサ、又は代謝要求に関連するパラメータを測定する他のセンサ）によって、制御装置は、患者の身体活動の変化に従ってペーシング速度を適用することができる。遠隔インタフェース４０も設け、これによって制御装置は外部プログラマと通信することができる。

制御装置は、感知した事象や間隔の終了に応答してパルスを出力する方法を規定する幾つかのプログラムしたペーシング・モードで、デバイスを操作することができる。徐脈を治療する大部分のペースメーカは、いわゆる要求モードで同期作動するようにプログラムされ、ここでは決められた間隔内で発生し、感知された心臓事象が、ペーシング・パルスをトリガするか、制止する。制止された要求ペーシング・モードは、補充収縮間隔を使用して、感知した本来の活動に従ってペーシングを制御し、したがってペーシング・パルスは、腔による本来の心拍が検出されない規定の補充収縮間隔が終了した場合のみ、心臓周期中に心腔に送り出される。心室ペーシングの補充収縮間隔は、心室又は心房の事象によって再開することができ、後者によってペーシングは本来の心房心拍を辿ることができる。徐脈モードに従って心臓をペーシングし、しかも選択した部位に事前興奮を与えるために、心臓周期中に複数の興奮性刺激パルスを複数の部位に送ることができる。

図１で示すデバイスは、ストレスを受け、かつ不整脈を発生しやすいと識別されている心筋層の少なくとも１つの領域を事前興奮する方法で、１つ又は複数の心臓部位を感知及び／又はペーシングするように、ストレスを軽減するペーシングをするように構成させることができる。本発明によると、デバイスは、不整脈前状態を検出すると、ストレス軽減ペーシングを施すストレス軽減モードへとモード切り換えを実行するように構成される。

ストレス軽減モードへの切り換えは、ストレスを受けた心筋層領域を事前興奮させるために、デバイスのペーシング・パルス出力構成及び／又はパルス出力シーケンスを変更することを含み、パルス出力構成は、ペーシング・パルスを送るために使用する使用可能な電極の特定のサブセットを指定し、パルス出力シーケンスは、パルス間のタイミング関係を指定する。パルス出力構成は、ペーシング・パルスの出力に使用するために特定のペーシング・チャネルを選択する制御装置によって、及びスイッチ・マトリクス７０でチャネルが使用するために特定の電極を選択することによって規定する。ストレス軽減モードへの切り換えは、より頻繁に心臓をペーシングするためにペーシング速度を決定する補充収縮間隔などの、１つ又は複数のペーシング・パラメータを調節することも含む。通常の動作モードでは、不整脈前状態がない場合、デバイスは、治療を全く施さないか、異なるペーシング構成、異なるパルス出力シーケンス及び／又は異なるペーシング・パラメータ設定のペーシング治療を施すことができる。

３．ストレスを受けた心筋層部位の識別
ストレスを受け、ストレス軽減モードで事前興奮ペーシングを適用すべき心筋層部位は、撮像調査や電気生理学的検査から取得した解剖学的情報などの様々な手段によって臨床的に識別することができる。図１で示すデバイスは、埋め込み後に感知／ペーシング電極が配置されたこれらの部位でストレスの程度を測定するように構成することができる。心筋層繊維の活動電位継続時間は、力学的ストレスとともに減少することが知られている。本明細書で活動回復間隔とも呼ばれる収縮期中の心筋層領域の集合的活動電位継続時間は、感知チャネルによって生成された電位図で検出された脱分極と検出された再分極との間の時間として測定することができる。感知チャネルは、脱分極（つまり従来の心房センス又は心室センス）と再分極との両方を検出するように設計することができる。図２は、心室感知チャネルにこれを実装する方法を示す。チャネルが心室センスを待っている場合、電位図信号は心室の脱分極の周波数内容と一致するように選択された通過帯域特性を有するＲ波帯域フィルタ（２６ａ又は２６ｂ）を通る。次に、心室脱分極感知回路（２８ａ又は２８ｂ）が、フィルタリングした電位図信号を閾値と比較して、心室センスがいつ発生したかを検出する。心室センスが発生した後、チャネルは指定された時間枠（例えば心室の脱分極後５０ミリ秒から５００ミリ秒）の間、心室の再分極を待つ。この時間の間、電位図信号は、通常は心室の脱分極のそれより低い心室の再分極の周波数内容と一致する通過帯域特性を有するＴ波帯域フィルタ（２７ａ又は２７ｂ）を通る。次に、心室再分極感知回路（２９ａ又は２９ｂ）が、フィルタリングした電位図信号を閾値と比較して、再分極がいつ発生したかを判断する。チャネルは、再分極が感知される場合、この時間に脱分極をモニタし続けることができる。心房再分極を検出するために、心房脱分極及び再分極帯域フィルタ及び感知回路を有する同様の体系を実現することができる。

図２の帯域フィルタは、電極から受信した電位図信号に基づいて直接作動するか又は電位図信号をサンプリングするコンデンサ・タイプのフィルタを、次にフィルタリングされる個別の時間信号に切り換えるアナログ・フィルタとして実装することができる。あるいは、電位差信号は、制御装置１０によって実行されたコード、又は専用プロセッサによってディジタル領域に実現された帯域フィルタリングとのチャネル・インタフェースのＡ／Ｄ変換器でサンプリングし、ディジタル化することができる。

複数の心筋層部位で活動回復間隔を測定した後、ストレスを受けている部位を、活動回復間隔に適用した規定の閾値基準で識別することができる。つまり、部位は、測定されたその活動回復間隔が規定の閾値より低い場合に、ストレスを受けていると識別される。心臓の活性電位は通常、心拍数とともに変動するので、心拍数が規定の範囲内にある場合のみ心筋層ストレスを評価する目的で、固有心拍数の間に活動回復間隔を測定することが望ましい。活動回復間隔は、ペーシング・パルスを規定の速度で送出しながら、ペーシングした心拍の間に測定することもできる。ペーシングした心拍の場合、脱分極は感知チャネルの検出した誘発応答に対応し、再分極は、固有心拍と同様である。あるいは、活動回復間隔に基づいて心筋層壁ストレスを評価する閾値基準は、測定した固有心拍数又はペーシング速度に従って調節してよい。

４．不整脈前状態の検出
ストレス軽減モードをトリガする不整脈前状態とは、心房又は心室性不整脈が発生する可能性を増大させるとされる全ての状態である。以下で説明するように、デバイスの制御装置は、心臓活動を検出するために使用する感知チャネル、さらに使用可能な他の感知様式によって収集したこのような状態形式情報を検出するようにプログラムすることができる。

ａ．異所性拍動周波数
異所性心拍の周波数の増加は、特定の状況で不整脈の発現に先行することが知られている。したがって、心室性期外収縮又はＰＶＣなど、検出された異所性拍動の周波数が規定の閾値レベルより上まで上昇した場合に、ストレス軽減に切り換えるようにデバイスを構成させることができる。

ｂ．交感神経活動の評価
交感神経系の活動の増加が、このような不整脈がさらに高い可能性で開始させ、特定の患者ではこのような事象のトリガとして働くことがよく知られている。交感神経の活動レベルは、連続した心室センス間の間隔（つまりＲＲ間隔）が規定の最小閾値より低くなると、増加した交感神経活動が検出されるように、心室感知チャネルを介して心拍数をモニタすることによって評価することができる。しかし、交感神経活動レベルは、交感神経と副交感神経の活動の相対的レベルによって影響を受けることが知られている心拍数の変動を測定することによって、さらに個々に評価してもよい。心拍数変動のスペクトル分析を使用して、被験者の交感神経活動と副交感神経活動の相対的レベルを測定できることが判明している。心拍数変動とは、洞律動中に（つまり正常に作動し、伝導された心拍数で）発生する心拍数の変化を指し、これは主に、交感神経系と副交感神経系との相互作用によるものである。心拍数の低い周波数変動は、副交感神経（又は迷走神経）と交感神経との両方の活動によるものであり、高い周波数変動は主に、副交感神経の活動のみによるものである。したがって、低い周波数変動と高い周波数変動との比率を、自律神経バランスのレベルの指標として使用することができる。

心拍数変動性のスペクトル分析を実行するために、ある期間又は規定の心拍数について、ＲＲ間隔と呼ばれる連続する心室センス間の間隔を測定し、収集するように、埋め込んだデバイスをプログラムする。その結果得られる一連のＲＲ間隔値を、次に別個の信号として記憶し、心拍数で索引を付けた状態で直接使用するか、時間隔を等しくするために、規定したサンプリング周波数としてリサンプリングすることができる。次に、ＲＲ間隔信号を分析して、規定された高周波帯域と低周波帯域でそのエネルギを判断することができる。０．０４から０．１５Ｈｚの範囲にある低周波数（ＬＦ）帯域の信号出力量は、交感神経系と副交感神経系との両方の活動レベルから影響を受けるが、０．１５から０．４０Ｈｚの範囲にある高周波数帯域（ＨＦ）の信号出力量は、主に副交感神経活動の関数であることが判明している。したがって、ＬＦ／ＨＦ率と称される信号出力の比率は、自律神経バランスの良好な指標であり、高いＬＦ／ＨＦ率は、例えば交感神経活動の増加を示す。ＲＲ間隔信号のスペクトル分析は、周波数領域で直接実行することができるが、計算の経済性の理由から、規定の高周波及び低周波帯域で信号出力を測定する時間領域の技術を使用することが好ましい。しかし、自律神経バランスの状態を評価し、次にストレス軽減モードをトリガするために、閾値レベルを規定することができる。

ｃ．電気的交代拍動
特定の状況では、人間の心臓の電気的興奮パターンは連続する心拍間に振動を示す。このような心拍間の振動は、心筋層活動電位の振幅、持続時間及び／又は形態、さらに外部で記録され、心拍中の心筋層の脱分極と再分極を反映する波形（例えばＥＫＧ）に関連する。この現象は電気的交代拍動と呼ばれ、通常は潜在的に危険な心臓不整脈が発生する可能性がさらに高くなる病的状態を示す。したがって、電気的交代拍動の存在を、ストレス軽減モードをトリガする不整脈前状態として使用することができ、埋め込み式心臓リズム管理デバイスは、このような電気的交代拍動を検出するためにその感知チャネルを使用するように構成する。感知チャネルは、感知電極を配置した位置の付近の局所的心臓部位の電気活性を反映する電位図信号を生成し、このような局所的電気活性は、電気的交代拍動中に振動を示す。１つの実施形態では、デバイスは、心室感知チャネルからの電位図信号における脱分極の開始と再分極の終了（つまり、表面ＥＫＧのＱ波及びＴ波それぞれに対応する）を検出し、その間の時間隔を測定する。このように測定した間隔は、心臓の局所的部位の活動電位持続時間に対応する。次に、デバイスは、連続する心拍の間に測定した間隔が規定の閾値を超え、その差が規定の時間の長さ又は拍数にわたって持続している場合、電気的交代拍動の存在を検出する。他の実施形態は、電位図信号を処理して、振幅又は波形の形態などの他の特徴に関して振動が存在するか判断し、次に振動が十分な大きさ及び持続時間を有する場合、電気的交代拍動を検出する。電気的交代拍動は、心房感知チャネルからの電位図信号を処理することによっても検出することができる。

図３は、制御装置によって実現できるＲ−Ｔ間隔の測定に基づいて、電気的交代拍動を検出する例示的アルゴリズムを示す。ステップＳ１で、デバイスはＲ波（つまり心室センス）を待つ。Ｒ波が検出されると、デバイスは次に、ステップＳ２で適切な時間ウィンドウの間、心室感知チャネルでＴ波を探す。心臓周期中にＲ波とＴ波との両方を検出したら、ステップＳ３で２つの間の時間隔を測定する。現在の心臓周期のＲ−Ｔ間隔と、前の心臓周期のＲ−Ｔ間隔との差を、ステップＳ４で計算する。Ｒ−Ｔ間隔の差が、ステップＳ５で判断した状態で規定の閾値を超えた場合、連続するＲ−Ｔ間隔で閾値を超える差があるものの数を追跡するカウンタが、ステップＳ８で増加する。それ以外の場合、ステップＳ６で電気的交代拍動がない状態が検出され、ステップＳ７でカウンタがリセットされて、ステップＳ１でデバイスが次のＲ波を待つ。Ｒ−Ｔ間隔の差が閾値を超えた場合、ステップＳ８でカウンタが増加した後、ステップＳ９でカウンタの値を閾値計数値と比較する。閾値計数値は、電気的交代拍動が検出される前にＲ−Ｔ間隔の差が閾値を超えねばならない連続心拍の数を規定する。カウントがカウント閾値を超えた場合、ステップＳ１０で電気的交代拍動が検出される。次にデバイスはステップＳ１へと戻り、次のＲ−Ｔ間隔を測定する。

電気的交代拍動は、心臓の機械的機能の振動とも高度に相関し、その結果、交互脈と呼ばれる脈圧の交代が生じる。心臓のポンピング作用は、心筋層細胞の電気的脱分極とその機械的収縮との間の電気機械的結合によるものであるので、電気的交代拍動と交互脈は、特定のケースでは背景に同じ現象があっても異なって発現することがある。したがって、電気的交代拍動を検出する別の方法は、適切に装備した埋め込み型デバイスが、脈圧を反映するパラメータを測定し、そのパラメータに振動が存在するか確認することである。このようなパラメータは、加速度計が測定した心音の強度や、インピーダンス測定回路が測定した１回拍出量を含む。

５．不整脈を防止するストレス軽減モード
上述したように、ストレスを受けていると識別された１つ又は複数の心筋層ペーシング部位は、ストレスを受けた１つ又は複数の部位を心筋層の他の領域に対して事前興奮させるような方法で、１つ又は複数のペーシング・パルスを送ることによって、収縮期中に力学的に負荷を除去することができる。このようなペーシングにより、ストレスを受けた部位が受ける前負荷が減少し、収縮期には後負荷を受け、したがって壁のストレスが減少する。不整脈を防止するために心筋層壁ストレスを軽減するペーシングは、プログラムされた徐脈ペーシング・モードに従って施され、したがって徐脈の治療も行う。このようなペーシングは、心臓の再同期治療も行う目的の多部位ペーシングを含んでも、含まなくてもよい。局所的ストレス軽減を実行するのは、収縮期に他の領域に対して１つ又は複数の心筋層領域を事前興奮させることである。これは、特定の状況では、単一部位のペーシングで、他の状況では多部位再同期ペーシングで達成され、これは心臓のポンピング機能も改善する。後者の場合、最適な再同期を生成するペーシング・パルスの出力構成とシーケンスは、心筋層壁ストレスを軽減する最適な治療を施しても、施さなくてもよい。

例示的実施形態では、図１で示すようなデバイスには、心室性不整脈を防止するために１つ又は複数の選択した電極部位に事前興奮ペーシングを施すように、両方の心室でこのような部位に配置した複数のペーシング／完治電極を構成する。代替実施形態は、心房性不整脈を防止するために、心房部位に事前興奮ペーシングを施すように構成することができる。デバイスは、通常のペーシング・モードでプログラムして、パルス出力構成と呼ばれる使用可能なペーシング電極のうち選択された１つに、パルス出力シーケンスと呼ばれる特定の時間シーケンスでペーシング・パルスを送ることができる。不整脈前状態を検出すると、デバイスは、ストレス部位と予め識別されている使用可能な電極部位のうち選択した１つ又は複数でストレス軽減ペーシングを開始するようにプログラムされる。ストレス軽減モードへの切り換えは、通常モードで使用しているものから、ペーシング・パルスを送る際に使用するスイッチ・マトリクス７０を介して異なるペーシング・チャネル及び／又は電極を選択することによって、パルス出力構成を変更することを含む。例えば、双極ペーシング中に双極リード線の電極を陰極と陽極を交代させることによって、ペースを異なる部位に送ることができる。ストレス軽減モードは、ストレスを受けた部位で所望の事前興奮を達成させるために、異なるパルス出力シーケンスを有することもできる。ストレス軽減モードは、心房追跡ペーシング・モードの場合の心房・心室間隔又は心室補充収縮間隔など、心室部位に事前興奮ペースを送るために使用する特定の徐脈ペーシング・モードで使用する１つ又は複数の補充収縮間隔を調節することも含むことができる。補充収縮間隔は、ストレス軽減モードにて、ペーシング速度が測定した固有速度より速くなるように調節される。このような過剰駆動ペーシングは、ペーシングしたサイクルの周波数を増加させ、したがって不整脈を防止する際のストレス軽減治療の有効性を向上させる。

一例では、デバイスは通常、１つの心室部位に徐脈ペーシングを施す。ストレス軽減モードを開始すると、デバイスは、ペーシング構成を切り換えて、ペーシング・パルスを、ストレスがかかった部位と識別されている別の電極部位に送る。この部位では心室を事前興奮させる単一部位ペーシングの結果、興奮波がペーシングした部位から広がるにつれ、心室心筋層の他の領域より前に、ストレスを受けた部位が興奮される。別の例では、デバイスは、通常のモードで、心臓周期中に一方又は両方の心室に施される複数のペースで、再同期ペーシングを施すようにプログラムされる。ストレス軽減モードに切り換えると、パルス出力構成は、必要に応じて１つ又は複数のストレス部位を含むように変更され、興奮波が複数のペーシング部位から広がるにつれ、ストレスを受けた１つ又は複数の部位が他の領域より前に興奮されるように、パルス出力シーケンスが選択される。

本発明を上記の特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者には多くの代替形態、変形、及び変更が明白である。このような代替形態、変形及び変更は、請求の範囲に入るものとする。

本発明を実践する例示的な心臓リズム管理デバイスのブロック図である。 心室の脱分極及び再分極を検出する感知チャネル構成要素のブロック図である。 電気的交代拍動を検出するアルゴリズムの例示的実践を示す。

Claims (19)

1. 複数の心筋層部位で心臓電気活性を感知する感知チャネルと、
   前記複数の心筋層部位のうち１つ又は複数にペーシング・パルスを送るペーシング・チャネルと、
   プログラムされたペーシング・モードに従ってペーシング・パルスの前記送出を制御する制御装置と、
   不整脈前状態を検出する回路と、
   不整脈前状態を検出すると、デバイスの動作モードを通常モードからストレス軽減モードに切り換える回路と
   を備え、前記ストレス軽減モードは、前記ストレスを受けた部位で心筋層壁ストレスを軽減するために、事前興奮ペーシングを特定の識別されたストレス心筋層部位に、通常モードより大きい程度まで送るモードである心臓リズム管理デバイス。
2. ストレス軽減モードに切り換える前記回路が、ペーシング・サイクル中にペーシング・パルスを出力する順序を規定するパルス出力シーケンスを変更し、変更されたパルス出力シーケンスが、収縮期中に他の心筋層領域より前に、識別されたストレス心筋層部位を興奮させる請求項１に記載のデバイス。
3. 収縮期中に他の心筋層領域より前に、識別されたストレス部位が興奮されるように、ストレス軽減モードに切り換える前記回路が、ペーシング・サイクル中にどのペーシング・チャネルを使用するか規定するパルス出力構成を変更する請求項１に記載のデバイス。
4. ストレス軽減モードに切り換える前記回路が、ペーシングの周波数を増加させるために１つ又は複数のペーシング・パラメータを変更する請求項２に記載のデバイス。
5. 不整脈前状態を検出する前記回路が、電気的交代拍動を検出する回路である請求項１に記載のデバイス。
6. 不整脈前状態を検出する前記回路が、心拍数変動のスペクトル分析を実行する回路である請求項１に記載のデバイス。
7. 不整脈前状態を検出する前記回路が、異所性拍動を測定する回路である請求項１に記載のデバイス。
8. さらに、
   複数の心筋層部位で心筋層壁ストレスを示す活動回復間隔を測定する回路と、
   測定した前記活動回復間隔に基づいて１つ又は複数のストレスを受けた心筋層部位を識別する回路とを備える請求項１に記載のデバイス。
9. さらに、感知チャネルが生成した電位図の検出された脱分極と検出された再分極との間の時間として、活動回復間隔を測定する回路を備える請求項８に記載のデバイス。
10. 心臓リズム管理デバイスを動作させる方法であって、
    複数の心筋層部位で心臓の電気活性を感知することと、
    プログラムされたペーシング・モードに従って前記複数の心筋層部位のうち１つ又は複数のペーシング・パルスを送ることと、
    不整脈前状態を検出するために、１つ又は複数の生理学的パラメータを監視することと、
    不整脈前状態を検出すると、前記デバイスの動作モードを通常モードからストレス軽減モードへと切り換えることと
    を含み、ストレス軽減モードは、前記ストレスを受けた部位で心筋層壁ストレスを軽減するために、事前興奮ペーシングを特定の識別されたストレス心筋層部位に、通常モードより大きい程度まで送るモードである方法。
11. ストレス軽減モードに切り換えることが、ペーシング・サイクル中にペーシング・パルスを出力する順序を規定するパルス出力シーケンスを変更し、変更されたパルス出力シーケンスが、収縮期中に他の心筋層領域より前に、識別されたストレス心筋層部位を興奮させる請求項１０に記載の方法。
12. 収縮期中に他の心筋層領域より前に、識別されたストレス部位が興奮されるように、ストレス軽減モードに切り換えることが、ペーシング・サイクル中にどのペーシング・チャネルを使用するかを決めるパルス出力構成を変更する請求項１０に記載の方法。
13. ストレス軽減モードに切り換えることが、ペーシングの周波数を増加させるために１つ又は複数のペーシング・パラメータを変更する請求項１０に記載の方法。
14. 不整脈前状態が、電気的交代拍動の検出によって検出される請求項１０に記載の方法。
15. 不整脈前状態が、心拍数変動のスペクトル分析を実行することによって検出される請求項１０に記載の方法。
16. 不整脈前状態が、異所性拍動を測定することによって検出される請求項１０に記載の方法。
17. さらに、
    複数の心筋層部位で心筋層壁ストレスを示す活動回復間隔を測定することと、
    測定した前記活動回復間隔に基づいて１つ又は複数のストレスを受けた心筋層部位を識別することとを備える請求項１０に記載の方法。
18. さらに、感知チャネルが生成した電位図の検出された脱分極と検出された再分極との間の時間として、活動回復間隔を測定することを含む請求項１７に記載の方法。
19. 複数の心筋層部位で心臓の電気活性を感知する手段と、
    前記複数の心筋層部位のうち１つ又は複数にペーシング・パルスを送る手段と、
    不整脈前状態を検出するために１つ又は複数の生理学的パラメータを監視する手段と、
    ストレスを受けた心筋層部位を識別する手段と、
    不整脈前状態の検出に応答して、特定の識別されたストレス心筋層部位への事前興奮ペーシングの送出を開始する手段と
    を備え、事前興奮ペーシングが、収縮期中に他の心筋層領域より前に、識別されたストレス心筋層部位を興奮させることを特徴とする装置。

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