JP2010505529A - 心臓血管疾患の治療のための分散型神経調節システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図7
Description
引用により本明細書に組み込まれる、2006年10月6日に出願された米国特許出願第11/539,301号に基づく優先権が主張される。
図1は、例示的な神経調節ユニットの電子部品の系統図である。部品は、その刺激及び/又は検知機能を実行するために適切な位置に埋め込むことができる埋込み型ハウジング内に収容することができる。神経調節ユニットは、外部デバイスとしてもよい。図示された実施形態においては、プログラム可能な電子コントローラ200をパルス発生回路205にインターフェース接続して、神経刺激パルスの出力を制御し、かつ検知回路305にインターフェース接続して、生理学的変数を検知する。コントローラは、ユニットのネットワーク機能を可能にするRFテレメトリ・トランシーバ270にもインターフェース接続される。同様にハウジング内に収容されているバッテリ220が、デバイスに動力を供給する。一実施形態において、バッテリは、再充電可能であり、経皮的に再充電することができる。コントローラ200は、メモリと通信するマイクロプロセッサで構成することができ、そこで、メモリは、プログラム格納のためのROM(読み取り専用メモリ)と、データ格納のためのRAM(ランダム・アクセス・メモリ)とを含むことができる。コントローラは、状態機械タイプの設計を用い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論理アレイ)によって実行することもできる。本明細書において用いられるコントローラのプログラミングという用語は、マイクロプロセッサによって実行されるコードか、又は特定の機能を実行するためのハードウェア部品の特定の構成のことをいう。コントローラは、経過時間間隔を常時監視するのに用いられるクロック信号を生成するための回路を含み、規定されたデューティ・サイクル又はスケジュールに従って神経刺激を送出する。パルス発生回路205は、心臓ペースメーカーに用いられるものと同様なものとすることができ、電気刺激パルスを1つ又はそれ以上の神経刺激電極215に送出する。電極は、両極性又は単極性とすることができ、ユニット・ハウジングに一体化させることもできるし、或いは例えば、皮下的に又は血管内に埋め込むことができるリードによってパルス発生回路に接続することもできる。本実施形態におけるパルス周波数、パルス幅、パルス振幅、パルス極性、バースト持続時間及び両極性/単極性刺激構成は、プログラム可能なパラメータであり、これらの最適設定は、刺激部位及び刺激電極のタイプによって決まる。検知回路305は、1つ又はそれ以上の電極315、又は神経刺激の影響を受け及び/又は自立神経バランスを反映する生理学的変数を検知するための他のタイプのトランスデューサに接続される。この場合、ユニットは、これらの変数、並びにネットワーク内の他のユニットによって検知されて、神経刺激の送出を制御するための変数を使用するようにプログラムすることができる。種々の実施形態において、検知回路305及び電極315又は他のトランスデューサは、心臓の電気的活動を検出するための検知チャネル、分時換気量センサ、加速度計、経胸腔的インピーダンス・センサ、化学センサ、又は圧力センサとすることができる。これらの種々の検知モダリティを用いて測定することができる生理学的変数の例には、心拍数、心拍変動性、呼吸数、活動レベル、血中酸素濃度、血中電解質濃度、心臓出力及び血圧が含まれる。
神経調節ユニットは、ペースメーカー又は埋込み型電気除細動器/除細動器のような埋込み型心臓デバイスに組み込まれてもよい。心臓再同期治療(CRT)と呼ばれる、心不全患者の心房収縮及び/又は心室収縮の協調を改善しようとして、適切にタイミング調整された電気刺激を1つ又はそれ以上の心腔に提供する埋込み型心臓デバイスが開発された。直接筋変力性ではないが、再同期が、心室のより協調した収縮をもたらすことができ、ポンピング効率が改善され、心臓出力が増加するので、心室再同期は、心不全を治療するのに有用である。現在のところ、CRTの最も一般的な形態は、同時か又は指定された両心室オフセット間隔だけ離すかのいずれかで、かつ内因性心房収縮の検出に対して指定された房室遅延間隔後か又は心房ペースの送出後に、刺激パルスを両心室に印加する。上述されたもののような神経調節ユニットは、通常の除脈ペーシング、抗頻脈性不整脈治療及び/又はCRTを供給するように構成された埋込み型心臓デバイスに組み込むこともできる。CRTを適用して、心室の特定の領域を早期興奮させると、心臓のポンピング・サイクル中に心室が遭遇する壁応力の分布の変化の結果としてMI後患者及び心不全患者において生じる可能性がある有害な心室リモデリングを減少させるのにCRTが有益となり得ることも見出された。心室内の1つ又はそれ以上の部位をペーシングすることで、CRTは、そうでなければ、収縮期中に後で活性化され、増加した壁応力に遭遇することになる心筋領域の早期興奮を提供する。他の領域に対するリモデリングされた領域の早期興奮が、機械的応力からこの領域の負荷を除き、リモデリングの逆転又は予防が行われることを可能にする。
図3及び図4は、図1及び図2におけるパルス発生器のような、上述の神経刺激パルス列を送出するための回路の異なる実施形態を示す。図3において、電流源パルス出力回路2003は、コントローラ1351からのコマンド入力に従って刺激電極1258Aと1258Bとの間に電流パルスを出力する。ユーザがプログラムし、かつ測定された生理学的変数に従って調整することができるコントローラからのコマンド入力が、パルス周波数、パルス幅、電流振幅、パルス極性、及び単極性か又は両極性のいずれの刺激を送出すべきかを指定する。図4は、容量性放電パルス出力回路2001を用いて、コントローラ1351からのコマンド入力に従って刺激電極1258Aと1258Bとの間に電圧パルスを出力する別の実施形態を示す。この実施形態においては、ユーザがプログラムすることができるコントローラからのコマンド入力が、パルス周波数、パルス幅、電圧振幅、パルス極性、及び単極性か又は両極性のいずれの刺激を送出すべきかを指定する。コントローラがパルスについて所望の電流振幅をもたらす電圧振幅を指定するために、リード・インピーダンスは、リード・インピーダンス測定回路2002によって測定することができる。次に、パルス出力回路の出力キャパシタは、パルス毎に適切な電圧に充電することができる。リード・インピーダンスを監視するために、コントローラは、周期的に、又はテレメトリを介したユーザからのコマンドによって、知られている電圧レベルに出力キャパシタを充電し、出力キャパシタを刺激リードに接続して刺激パルスを送出し、キャパシタ電圧がある量だけ(例えば、初期値の半分まで)減衰するのにかかる時間を測定するようにプログラムされる。患者の不快感を最小にするために、リード・インピーダンス手順は、できるだけ低い電圧を用いて実行されるべきである。一実施形態において、コントローラは、第1の電圧振幅(例えば、1ボルト)を使用し、次いで測定カウント(すなわち、キャパシタ減衰時間)を指定された最小値CntZMinと比較するようにプログラムされる。測定カウントがCntZMinを下回る場合には、テスト中に送出された電流は、あまりに小さくて、測定が正確でないと判断される。この場合、第2の測定パルスが、それより高い第2の電圧(例えば、2ボルト)で送出される。そのカウントが再度CntZMinを下回る場合には、第3の測定パルスがさらに高い第3の電圧(例えば、4ボルト)で送出される。典型的な刺激リードでは、この手順により、測定電流は、およそ0.6mAから1mAまでの間に制限される。
上述の複数の神経調節ユニットは、テレメトリ通信チャネルを介して互いに通信し、各々の神経調節ユニットがネットワーク・ノードである神経調節ネットワークを形成するように構成することができる。個々の神経調節ユニットは、異なる検知モダリティをもつように構成して、複数の生理学的変数を測定することができ、その測定値は、ネットワーク内の他のユニットと共用することができる。神経刺激機能を有する神経調節ユニットを異なる解剖学的位置に配置して、共用される生理学的変数測定値に従って異なるタイプの刺激を送出することを可能にすることができる。
図7は、3つの神経調節ユニットを含む例示的な分散型神経調節システムを示す。埋込み型心臓デバイス700は、HF又はMIを治療するための抗リモデリング治療として迷走神経刺激を送出するように構成される。デバイス700は、除脈ペーシング、不整頻脈検出及び治療、並びに再同期ペーシングのような他の機能を実行するように構成することもできる。デバイス700は、腎神経を抑制し、腎機能を改善するように刺激パルスを送出する腎刺激器703とネットワーク701を介して通信する。デバイス700はまた、抗高血圧圧治療として血圧を慢性的に低下させるための受容器刺激器702ともネットワーク701を介して通信する。
205:PG回路
220:バッテリ
270:テレメトリ・トランシーバ
305:検知回路
Claims (20)
- 神経調節治療を供給するためのシステムであって、
複数の埋込み型神経調節ユニットを備え、各々のユニットは、プログラム可能なコントローラと、神経刺激器,及び神経刺激によって影響を受ける生理学的変数を測定するためのセンサ,のうちの少なくとも一方と、通信チャネルを介して通信するためのテレメトリ・トランシーバと、を含んでおり、
前記神経調節ユニットは、ネットワーク・ノードとしてテレメトリを介して互いに通信するようにプログラムされて、協調して神経調節治療を供給することができる神経調節ユニットのネットワークを形成し、
前記神経調節ユニットは、1つ又はそれ以上の神経調節ユニットが稼働中又は非稼動中であるときに、前記ネットワークが自動的に再構成されるようにプログラムされていることを特徴とするシステム。 - 前記埋込み型神経調節ユニットの1つは、埋込み型心調律管理デバイスであることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記神経調節ユニットは、自己組織化して前記ネットワークを形成するためにアドホック方式で接続するようにプログラムされることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記神経調節ユニットは、前記ユニット間での通信用に複数の時間スロットにさらに分割されたフレームに時間を分割するビーコンを伝送するネットワーク・コーディネータとして機能する1つの特定の神経調節ユニットによる時間分割多重化によって前記ネットワークを介して通信することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 生理学的変数を測定するためのセンサを有するユニットは、前記ネットワークを介して前記測定値を他のユニットに伝送するようにプログラムされていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 神経刺激器を有するユニットは、直接取得した又は前記ネットワークを介して受信した1つ又はそれ以上の生理学的変数の測定値に従って、送出する神経刺激の量を調整するようにプログラムされていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 神経刺激器を有するユニットは、神経刺激状態と非神経刺激状態との間で交互に替わるデューティ・サイクルに従って、神経刺激パルスのバーストを送出するようにプログラムされていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 神経刺激器を有するユニットは、前記生理学的変数測定値に従って、前記神経刺激状態及び前記非神経刺激状態の持続時間を調整するようにプログラムされていることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 前記生理学的変数測定値は、指定された期間にわたって生成される患者の生理学的変数に関連する信号の平均であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 神経刺激器を有するユニットは、前記ネットワークを介して受信された複数の測定された生理学的変数の加重平均に従って、神経刺激の量を調整するようにプログラムされていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記神経調節ユニットは、経皮的に再充電することができる再充電可能なバッテリでバッテリ駆動されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 経皮的に神経刺激を送出するように構成された1つ又はそれ以上の外部神経調節ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の神経調節ユニットは、ネットワーク接続を介してデータを伝送し、及び/又は患者管理サーバからコマンドを受信するようにさらにプログラムされていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 神経調節治療を供給するための方法であって、
複数の埋込み型神経調節ユニットを埋め込むステップを含み、各々のユニットは、プログラム可能なコントローラと、神経刺激器,及び神経刺激によって影響を受ける生理学的変数を測定するためのセンサ,のうちの少なくとも一方と、通信チャネルを介して通信するためのテレメトリ・トランシーバと、を含んでおり
前記方法は、
ネットワーク・ノードとしてテレメトリを介して互いに通信して、協調して神経調節治療を供給することができる神経調節ユニットのネットワークを形成するように前記神経調節ユニットをプログラムするステップと、
1つ又はそれ以上の神経調節ユニットが稼働中又は非稼動中であるときに、前記ネットワークが自動的に再構成されるように前記神経調節ユニットをプログラムするステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。 - 前記埋込み型神経調節ユニットの1つは、埋込み型心調律管理デバイスであることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- アドホック方式で接続して、自己組織化して前記ネットワークを形成するように前記神経調節ユニットをプログラムするステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記ユニット間での通信用に時間スロットにさらに分割されたフレームに時間を分割するビーコンを伝送するネットワーク・コーディネータとして機能する1つの特定の神経調節ユニットによる時間分割多重化によって前記ネットワークを介して通信するように前記神経調節ユニットをプログラムするステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 生理学的変数を測定するためのセンサを有するユニットを、前記ネットワークを介して前記測定値を他のユニットに伝送するようにプログラムするステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 神経刺激器を有するユニットを、直接取得されたか又は前記ネットワークを介して受信された1つ又はそれ以上の生理学的変数の測定値に従って、送出する神経刺激の量を調整するようにプログラムするステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 神経刺激器を有するユニットを、神経刺激状態と非神経刺激状態との間で交互に替わるデューティ・サイクルに従って、神経刺激パルスのバーストを送出するようにプログラムするステップと、
神経刺激器を有するユニットを、前記生理学的変数測定値に従って、前記神経刺激状態及び前記非神経刺激状態の持続時間を調整するようにプログラムするステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
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