JP2014504907A - 両心室ペースメーカーを調整するためのアドミタンス測定 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2010年12月10日出願の米国仮出願第61/459,280号の優先権の利益を主張し、それが参照によりここで組み込まれる。
ペーシングアルゴリズムが正確に動作しているか否かを決定するための主な方法は、心臓16がどのように効率的に血液を送り出しているかに基づくべきである。従って、最大効率性は、最大心拍出量と同等である。
1.心外膜アドミタンスを用いて、1回拍出量、収縮末期容積及び駆出率を決定する。
2.以下のいずれかを用いて心臓16をペーシングする。
a.周知のペーシング方法(非特許文献41によるペーシング「アルゴリズム」方法ガイドを参照。)。
b.各心室が第1のペースと第2のペースとの間の可変時間遅延を用いて別々にペーシングされる両心室ペーシングアルゴリズム。
c.心房ペーシングと心室ペーシングとの間の遅延を考慮するペーシング方法。
d.上記のうちのいくつかの組み合わせ。
3.アルゴリズム変更後に1回拍出量、収縮末期容積及び駆出率を測定する。
4.ステップ3をステップ1と比較して、1回拍出量及び駆出率が最大化され、収縮末期容積が最小化されるまで、2−4を反復する。
1.例えば非特許文献41において説明されたアルゴリズムなどの周知のペーシングアルゴリズムはしばしば、移植のときに患者に対して選択される。しかしながら、患者は彼らの活動(アクティビティ)、長期の健康状態、もしくは他の要因に基づいてペーシングアルゴリズムを変更することからの利点が得られるであろうことが保証される。これらの周知のペーシングアルゴリズム間の切り替えは、(例えば運動しているときなどの)短期的な利点と、(例えば改善された心臓リモデリングなどの)長期的な利点との両方を提供することができる。マイクロコントローラ18がペーシングユニットと直接的に接触しているので、スイッチングアルゴリズムは、異なるペーシングパターンをペーシングユニットに出力することの問題である。ペーシングするときにおけるスイッチをトリガーするであろう特定の事象(イベント)は、心拍出量に対する適応しきい値未満に低下することである。時間にわたって、もし患者が改善すれば、積極的治療に対するしきい値が変更されてもよい。治療に対するしきい値のこの適応性によって、ペーサーを長期間にわたって発生する変化に対して適応させることを可能とする。心拍出量、1回拍出量、駆出率及び収縮末期容積がアドミタンスシステムを用いて直接的に測定される。従って、もし(メドトロニック社からのOptivol(登録商標)のように)心拍出量、1回拍出量及び駆出率があるしきい値において低下し始めれば、ペーシングアルゴリズムは、再度心拍出量、1回拍出量及び駆出率を最大化するように切り替えられるであろう。血流力学変数を使用しない他の現在配置されたアプリケーションは、増加された患者の動きが存在していることを決定するために、ペースメーカー30内に加速度計を含み、それ故により高い要求がより急速なペーシングのために必要となる。
2.冠状静脈(LVリード)及びRV心尖部(RVリード)の両方においてリードを使用して心臓16をペーシングすることが可能である。もしLVリードがRVリードから別々にペーシングされれば、LVリードとRVリードとの間のゼロでない時間遅延が(例えば心臓再同期療法デバイスなどの)上述された両心室ペーシングを用いるよりもさらに良好な心拍出量、1回拍出量(SV)及び駆出率(EF)を発生させることができる。別々にペーシングすることは、複数のペーシング回路がマイクロコントローラ18によって制御されることの問題である。ほとんどの電流ペースメーカー内にはマイクロコントローラがすでに存在している。この測定は、マイクロコントローラ18及び複数のペースメーカー、又は電極につき1つ接続された複数のペーシング回路を用いて実行される。
1.1回拍出量及びEFが最大化され、ESVが最小化されるか否かに基づき、フィードバックを提供する回路をプログラミングし、もしくは同等の決定を行うマイクロコントローラ18。種々の周知の制御アルゴリズムがここで使用され、それらのアプリケーションは当業者に対して周知である。決定処理を有する新しいフィードバックループが図4に図示される。
伝導率測定は、1981年以来、瞬時のLV容積を検出するための侵襲的器具として利用可能であった(非特許文献30)。電気伝導率測定によって瞬時の容積を決定するために、LVチャンバー内に位置するカテーテル上に通常設置される。伝導率システムは、電流源を用いて電場を発生し、瞬時のリターンする電圧信号から容積が決定される。伝導率は、抵抗(もしくはインピーダンス)により測定されるのが望ましい。その理由は、それが容積との(逆数でない)直接的な関係を有するからである。伝導性電極は、本発明において実行されるように、LV血液量をインタロゲートする(問い合わせる)ために、LV心外膜上に前もって設置されなかった。
心外膜アドミタンスは、複素平面で取られた測定であり、振幅
本発明を有効にするように使用された標準の容積測定は、2次元(2D)ソノミクロメトリ(心内膜の)クリスタルである。2Dの心内膜クリスタルは、2つの短軸が距離において等しい場合に大きな動物の心臓における3Dの心エコー検査法に対して受け入れられる代替手段であり(非特許文献33−35)、この距離は急性LV拡張の間は保持される。さらに、豚心筋は不整脈を起こす傾向があり、中隔を通して第3のクリスタル平面を設置することに関する重大な外傷(トラウマ)が存在する。結果的に、2D心内膜クリスタルは、実用的なアプローチである。2次元には、LV心筋を貫いた刺し傷を通り抜けて心内膜表面上に位置決めされ、巾着縫合によって固定された一対の2ミリのピエゾ電気超音波振動子によって前後方向面と心尖部基準面とで測定されたものが含まれる。2次元クリスタルのペアは、デジタルソノミクロメータ(カナダのオンタリオ州ロンドンにあるソノメトリクス社製)に対して取り付けられ、次に複数の点を長楕円形にフィッティングすることにより、デジタル出力は容積に変換された(非特許文献33,35)。
本発明は、アメリカ合衆国食品医薬品局(FDA)の医薬品安全性試験実施基準規制(21 CFR パート58)を遵守して実施され、続いてテキサス健康科学センターサンアントニオの大学における動物実験委員会の承認を受けた。研究されたn=15のヨークシャー豚に対して(15頭のヨークシャー豚に対して)、体重は42kgら78kg(平均値=60±12.6kg)であり、14頭が雄であり、1頭が雌であった。豚はテラゾール4mg/kgIMで落ち着かせて、挿管され、麻酔が100%の酸素と1−2%のイソフルランとによって保持された。右首が頸静脈及び頸動脈に対するアクセスを得るために切り裂かれた。胸骨切開が実行され、心膜が部分的に開けられた。150mgのアミオダロンIVが30分にわたって与えられ、後に30分繰り返された。続いて、アミオダロンを投与し、リドカイン点滴がプロトコルの残余に対して1μg/分で開始された。このアプローチから予想された心筋抑制が存在するのだが、豚のモデルが低い心室細動しきい値を有することのより大きな関心事が存在した。
(MNのミネアポリスのメドトロニック社製の)白金−白金黒電極がそれらの低い電極インターフェースインピーダンスのために実験のために選択された。電極位置は、RVAICD心内膜リード及び外側LV心外膜上の両心室リードの近似的な位置をシミュレーションするために選択された。1cm間隔で離されて置かれた2つのセットの4つの電極がフェルトバッキング上に縫合され、それぞれがLV心外膜上に縫合された。前部電極はRVAICDリードをシミュレーションするために遠位LADと平行に縫合され、後部電極は両心室リードをシミュレーションするために左辺縁静脈と平行に縫合された。電極のペアは、前部心外膜と後部心外膜との両方の上に電流を発生させて電圧をセンシングする電極を有する交差(クロス)心室チャンバーの4極性測定のために選択された。
心外膜プローブは、インタクトビーティング開胸心臓の表面に対して印加された。刺激電流は、上述した器具を用いて発生された(非特許文献36)。リアルタイムで
ネオシネフリンは、心不全患者において発生するであろうようなLV血液量拡張をシミュレーションするための容量応答法において後負荷を増加させ、二次的にLVを拡張させるように選択された。ネオシネフリンは、最初のn=2の豚において、75,150及び300μg/分の一定レートで点滴された。後のn=9の豚に対しては、37.5μg/分のより少ない投与量が、この同一の点滴プロトコルに対して追加された。ベースラインと、LV拡張が心内膜クリスタルによって定義されたように起こるネオシネフリンの少なくとも2つの投与量からのデータが分析において使用されるためのデータに対して必要とされた。ネオシネフリンのいくつかの投与量は結果としてLV拡張を生じず、これはすべての豚において変化した。従って、結果のセクションにおいて与えられた投与量は、ベースラインと、LV拡張が得られるネオシネフリンの高い投与量と低い投与量との平均値とである。ネオシネフリンの各投与量は、定常状態を得るために10分間点滴され、次にデータは後に続く5分にわたって取得され、1回の投与量あたり全体で15分かかった。
LV拡張が心外膜アドミタンスによって検出されるか否かを決定するために、2つの付加的な標本が調べられた。すなわち、急性LAD閉塞とトランジェント大動脈閉塞とである。
縫合糸が心外膜アドミタンス電極に対して近位にある中間LADの下に設置され、中間及び遠位の前部心筋の急性拡張を発生させるために縫合された。取得されたデータは、ネオシネフリンプロトコルと同一であった。心室細動のために、完全なデータがn=6の豚の研究だけにおいて取得された。
トランジェント大動脈閉塞がn=11の豚において成功して実行された。閉塞が生理食塩水のオクルーダー内への注入によって制御され、成功した閉塞は下行胸部大動脈流の1L/分未満への減少によって定義された。フロープローブは常にバルーンオクルーダーの遠位に接した。
胸水は、心不全患者において一般的であり、例えばOptivol(登録商標)(非特許文献15,18,21)やCorVue(登録商標)などのシステムによる肺伝導率の測定におけるアーチファクトの一般的なソースである。その理由は、これらのデバイスによって発生された電場が肺の中にまで及ぶからである。心外膜アドミタンスは電場を発生させ、それはLVにわたって広がりそれ故にアーチファクトのこのソースを有すべきでない。この仮説をテストするために、胸腔は、(心臓の右側と左側との両方の)LV心外膜アドミタンスの測定の間、生理食塩水で満たされた。心外膜アドミタンスの最後の実装と同様に、生理食塩水が電極と直接接触する状態となることを回避するために、心膜がスリングとして使用された。上述したベースライン測定の直後に、血液(7941±124μS/cm)に近い伝導率の生理食塩水が胸の中に注入された。n=7の豚に対して注入された容積は425±90mLであり、注入後にすべての測定が反復された。
血液伝導率(mS)と心内膜クリスタル容積(mL)とを関連付ける傾きは、6個までの各ベクトルにおいてネオシネフリンの3つまでの投与量において11頭の動物において決定され、血液伝導率とクリスタル容積との合計99個のペアの測定を発生させた(図3)。データは、各豚及びベクトルに対する複合対称自己相関行列及び固定された切片を用いた反復測定線形モデルに基づいて分析された。血液伝導率とクリスタル容積との間の関係の有意性は、反復測定線形モデルにおけるLV血液伝導率の係数がゼロであるという帰無仮説をテストすることのワルド統計量を用いて評価された。統計的検定(テスティング)は、(ノースカロライナ州カリーのSASインスティチュート社の)ウィンドウズ(登録商標)版SASバージョン9.2を用いて5%の有意水準を有する両側であった。LAD閉塞、トランジェントAo閉塞及び胸水シミュレーションに対して、ペアを構成したベースと介入データとがスチューデントのtテストを用いて、再度5%の有意水準を用いて比較された。すべての結果が(平均値±標準偏差)として報告される。
ベースライン血流力学.
平均の収縮期の大動脈圧は(80±13)mmHgであり、心拍数は(86±17)bpmであった。クリスタルによる平均のLV拡張終期長軸及び収縮末期長軸はそれぞれ、(82±6)cm及び(74±5)cmであり、クリスタルによる平均のLV拡張終期短軸及び収縮末期短軸はそれぞれ、(47±4)cm及び(40±4)cmであった。計算された平均のLVEDVは(100±31)mLであり、心内膜クリスタルを介して測定された平均のLVESVは(69±25)mLであった。平均のLVEFは(31±6)%であり、心室細動を最小化するために与えられた麻酔薬及びアミオダロンから拡張しないが低下したLV標本と一致する。平均の下行胸部流は、(8.0±1.8)L/分であり、平均のRV収縮期圧は(19±3)mmHgであった。
以前に公開された(非特許文献26)血液アドミタンスと筋肉アドミタンスとを分離するための式で使用するために、心筋特性が各豚において決定された。心筋伝導率は、σm=0.33±0.03S/mであり、心筋誘電率は、εm=(19710±2786)×ε0F/mであり、心筋に対する計算されたσ/εの比は、1,923,320±179,592S/Fであった。
n=11の豚の研究からのデータが図3に図示される。低いネオシネフリン投与量は、90±54μg/分であり、高いネオシネフリン投与量は、180±107μg/分であった。血液伝導率は、心外膜インピーダンス
血流力学パラメータがベースライン及び以下のLAD閉塞において表1に図示される。急性LAD閉塞は、大動脈圧及び大動脈流において著しい減少を発生させた。LV容積における予想された増加は、標準のもの(心内膜クリスタル)のみならず血液伝導率によっても検出された。血液伝導率における大きな標準偏差は、広範囲の電極位置の結果であり、電極と心筋との接触面が可変であることによって生じるかもしれないオフセットである。平均すると、LV血液伝導率のベースラインからの17%の増加は、LV容積の4%の増加に対応した。
血流力学パラメータがベースライン及びピークトランジェントAo閉塞において表2に図示される。AoP及び心内膜クリスタルは、両方ともLV容積増加を導いた。Aoフローは、それが成功した大動脈閉塞に対する定義であったので、1L/分未満に低下した。増加された後負荷は、7%だけLV血液伝導率を増加させ、9%だけクリスタルLV容積を増加させる。
血流力学パラメータがベースライン及び胸水シミュレーションにおいて表3に図示される。LV血液伝導率もクリスタルから得られたLV容積も心臓16の周囲に設置された生理食塩水によって変化しなかった。
表1.
LAD閉塞。13個の電極位置を用いたn=6の豚からのデータが図示される。HRは心拍数であり、AoPは収縮期右頸動脈圧であり、クリスタル容積は2Dの心内膜のクリスタルLV容積であり、Aoフローは下行胸部大動脈流であり、RVSPは右心室収縮期圧であり、Gbloodは心外膜アドミタンスから得られたLV血液伝導率である。‡はp<0.01を示す。
トランジェント大動脈閉塞。27個の電極位置からのn=11の豚からのデータが図示される。閉塞データはAoPがピーク時において定義される。HRは心拍数であり、AoPは収縮期右頸動脈圧であり、クリスタル容積は2Dの心内膜のクリスタルLV容積であり、Aoフローは下行胸部大動脈流であり、RVSPは右心室収縮期圧であり、Gbloodは心外膜アドミタンスから得られたLV血液伝導率である。‡はp<0.01を示す。
胸水シミュレーション。54個の電極位置からのn=7の豚からのデータが図示される。HRは心拍数であり、AoPは収縮期右頸動脈圧であり、クリスタル容積は2Dの心内膜のクリスタルLV容積であり、Gbloodは心外膜アドミタンスから得られたLV血液伝導率である。†はp<0.05を示し,‡はp<0.01を示す。
Claims (14)
- 患者の心臓を治療するための装置であって、
上記装置は、
上記心臓と電気通信するように構成された上記心臓をペーシングするための第1のリード及び少なくとも第2のリードと、
上記第1のリード及び上記第2のリードと通信するマイクロコントローラであって、上記マイクロコントローラが上記第2のリードをトリガーするときとは異なる時刻もしくは同一の時刻のいずれかにおいて上記第1のリードをトリガーする上記マイクロコントローラとを備えた装置。 - 上記装置は、
上記マイクロコントローラから信号を受信してペーシング回路を動作させる上記マイクロコントローラと通信する上記ペーシング回路を含む請求項1記載の装置。 - 上記装置は、
上記マイクロコントローラと通信するときの上記心臓に関する容積を測定するアドミタンス回路を含み、
上記マイクロコントローラは、上記アドミタンス回路が容積を測定するときを制御し、
上記マイクロコントローラは、上記心臓に関する1回拍出量、駆出率及び収縮末期容積が時間にわたって増加しているかもしくは減少しているか否かを上記アドミタンス回路から決定し、上記1回拍出量及び上記駆出率を最大化し、上記収縮末期容積を最小化するように上記ペーシング回路の動作を変更する請求項2記載の装置。 - 上記装置は、
ペースメーカー筐体を含み、
上記アドミタンス回路は、上記ペースメーカー筐体内に配置される請求項3記載の装置。 - 上記マイクロコントローラは、上記筐体に配置され、
上記心臓の状態がさらに悪くなっているのか、さらに良くなっているのか、もしくは変化がないのかを示す状態信号を送信する、上記筐体に配置された無線送信機を含む請求項4記載の装置。 - 上記ペーシング回路は、上記心臓の各心室を別々にペーシングし、
上記各心室は、第1のペースと第2のペースとの間の可変時間遅延を用いて、もしくは心房ペーシングと心室ペーシングとの間の遅延を考慮し、もしくはそれらの組み合わせで別々にペーシングされる請求項5記載の装置。 - 上記心臓と電気通信するように構成された複数のアドミタンス測定のために少なくとも第3のリードを含む請求項6記載の装置。
- 患者の心臓を治療するための装置であって、
上記装置は、
上記心臓と電気通信するように構成され、上記心臓をペーシングするための第1のリード及び少なくとも第2のリードと、
上記第1のリード及び上記第2のリードを通信するマイクロコントローラであって、上記第1のリード及び上記第2のリードからのアドミタンスから、1回拍出量、収縮末期容積及び駆出率を含む計算された値を含む心臓容積を決定し、上記第1のリード及び上記第2のリードに対して、フィードバックとして上記アドミタンスを用いて上記1回拍出量によって測定された拍出された上記心臓容積及び上記駆出率のような計算された値を制御し、上記収縮末期容積を制御する上記マイクロコントローラとを備えた装置。 - 患者の心臓を治療するための方法であって、
上記方法は、
上記心臓をペーシングするための種々の時刻で上記心臓と電気通信する第1のリードをマイクロコントローラによってトリガーするステップと、
上記マイクロコントローラが第2のリードをトリガーする時刻とは異なる時刻において上記第1のリードをトリガーするように、上記マイクロコントローラが上記心臓をペーシングするための上記種々の時刻とは異なる時刻において上記心臓と電気通信する上記第2のリードを上記マイクロコントローラによってトリガーするステップとを含む方法。 - 上記方法は、
心外膜アドミタンスを用いて上記心臓の1回拍出量、収縮期容積及び駆出率を決定するステップを含む請求項9記載の方法。 - 上記方法は、
第1のペースと第2のペースとの間の可変時間遅延を用いて、もしくは心房ペーシングと心室ペーシングとの間の遅延を考慮し、もしくはそれらの組み合わせによって、上記心臓の各心室を別々にペーシングすることによって上記心臓をペーシングするステップを含む請求項10記載の方法。 - 上記方法は、
上記心臓をペーシングする方法を変更した後に、1回拍出量、収縮期容積及び駆出率を再測定するステップを含む請求項11記載の方法。 - 上記方法は、
上記決定するステップと上記再測定するステップとを比較して、上記1回拍出量及び上記駆出率を最大化し、上記収縮末期容積を最小化するまでそれらを反復するステップとを含む請求項12記載の方法。 - 患者の心臓を治療するための方法であって、
上記方法は、
上記心臓と電気通信する第1のリード及び第2のリードからの信号から、マイクロコントローラによるアドミタンスから、1回拍出量、駆出率のような計算された値、及び収縮末期容積を含む心臓容積を決定するステップと、
上記マイクロコントローラに対するフィードバックとして上記アドミタンスを用いて上記第1のリード及び上記第2のリードに対して、上記1回拍出量によって測定された拍出された上記心臓容積及び上記駆出率のような計算された値を制御し、上記収縮末期容積を制御するステップとを含む方法。
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