JP4642752B2

JP4642752B2 - 心室収縮状態を評価する方法及び装置

Info

Publication number: JP4642752B2
Application number: JP2006513393A
Authority: JP
Inventors: ムリガン，ローレンス・ジェイ; ゲブハルド，ウルスラ
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: EP1624799A4; CA2523661A1; WO2004098381A3; JP2006525086A; EP1624799A2; US20040220638A1; US6994676B2; WO2004098381A2

Description

本発明は、心臓の健康状態に関し、より詳細には、心筋カルシウム調節及び／又は心室収縮状態を改善するデバイス及び技法に関する。
うっ血性心不全（ＣＨＦ）は、心臓が、体の要求を満たすのに十分な血液を圧送することができない、広範囲に及び、且つ、著しく消耗性のある状況である。心不全は、運動負荷(exercise tolerance)の低下、心室不整脈発生率の増加、及び平均余命の短縮をもたらすことが多い。約５００万人の米国人が現在、心不全を患っていると考えられており、心不全は、年配の人達が入院する最も頻繁な理由であることが知られている。心不全により、米国健康管理システムでは毎年約３８０億ドルを費やしており、この数字は、人口が老齢化するにつれて増加し続ける。

患者の心臓の収縮状態を追跡することによって、ＣＨＦの早期の発症を識別し、及び／又は、ＣＨＦの進展を監視することができる。患者の各心拍動は、心臓の筋肉細胞（「心筋細胞」と呼ばれる）のカルシウムレベルの変化によってトリガされる。より詳細には、心臓の収縮及び弛緩は、心筋層内の細胞内カルシウムの調節によって制御される。心臓が老化すると、心臓は、一般に、特に、激しい活動又は運動の期間中に、血液を圧送する効率が悪くなる。この現象は、ひとつには、各心筋細胞における筋小胞体(sarcoplasmic reticulum)によるカルシウム放出及び／又はカルシウム取り込みの障害から生じる。したがって、カルシウム調節は、心臓の収縮能力に直接関連しており、心室収縮状態の良好な指標である。

したがって、患者の細胞内カルシウム調節を監視することは、心臓の健康状態を診断するのに有益であるが、診断を提供するツールは利用されていない。左心室内での細胞内カルシウム調節を観測するいくつかの技法が試みられたが、心臓全体について細胞内カルシウム調節を評価する時に、実際には困難が生じている。さらに、細胞内カルシウム調節を測定する(gauge)技法は、一時は存在したが、これらの技法は、患者が電気生理学的処置を受けている間に実施されており、２４時間環境での使用には、現在、利用可能ではない。結果として、患者は、通常、自分の心臓における細胞内カルシウムの調節に関する問題に気づかない。緊急治療室に入った後でさえも、患者は、細胞内カルシウム調節の状態への洞察をもたらし得る処置を受けそうにない。

そのため、任意の問題を、迅速且つ適切に処置することができるように、心臓の細胞内カルシウム調節及び収縮状態を測定することが可能なデバイス及び／又は技法を作ることが望ましい。さらに、埋め込み可能デバイス又は常時患者の所に留まることができる他のデバイス内で収縮状態を監視することが望ましい。

さらに、さらなる一実施形態では、治療を施すため、又は、患者又は医師に対する別の適切な応答を提供するために、収縮状態を使用することが望ましい場合がある。こうした情報はまた、望ましくは、ペースメーカ又は他の埋め込み可能デバイスの性能を最適化する技法を作るのに使用されてもよい。さらに、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付図面及び本発明の背景技術と共に考えられる、後続の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

種々の例示的な実施形態によれば、患者の心室収縮状態は、患者の心拍数の乱れを観測すること、乱れからの結果として得られる増強作用を測定すること、及び、増強作用を定量化して患者の収縮状態を確定することによって、埋め込み可能医療デバイス（ＩＭＤ）において確定されることができる。この情報は、デバイス内に記憶され、患者の健康状態をさらに診断し、及び／又は、監視するために、健康管理プロバイダによって後で取り出することができる。さらなる一実施形態では、患者の心室細胞内カルシウム調節状態はまた、警告を与えること、及び／又は、治療を施すこと等の、患者に対する応答を提供するのに使用することができる。増強作用はまた、ＡＶタイミング間隔又はＶＶタイミング間隔等のペーシングパラメータを調整し、及び／又は、最適化するのに使用することができる。

種々の例示的な実施形態は、以降で、以下の図面と共に述べられるであろう。図面において、同じ符号は同じ要素を示す。
以下の詳細な説明は、本質的に例示であり、本発明又は本発明の用途及び使用を制限することを意図しない。さらに、本発明の先行する背景に提示される任意の理論又は以下の図面の詳細な説明によって制限される意図はない。

上述したように、心筋層の収縮及び弛緩が、筋小胞体（ＳＲ）からのカルシウムの取り込み及び放出によって制御されることが、一時は知られていた。より最近には、複数の観察者が、カルシウム（Ｃａ^＋２）の細胞内操作の変化はＣＨＦと関連することを認めた。そのため、細胞内カルシウム調節の変化は、患者の心臓の収縮状態と直接関係付けることができ、ＣＨＦの発症及び／又は進展並びに他の状況を示し得る。したがって、細胞内カルシウム調節の変化を監視することによって、心臓の健康状態の問題が識別され、監視され、より効果的に処置されることができる。

ＳＲカルシウム調節を評価する１つの技法は、収縮パラメータｄＰ／ｄｔ_ｍａｘを使用して心筋層の力間隔特性を監視することを含む。この量は、心臓内（右心室及び他の場所でも測定されるが、通常、左心室内）の圧力の時間微分（すなわち、変化率）を表し、心筋収縮力の良好な指数であることが知られている。より詳細には、心臓の乱れ（たとえば、期外収縮、早期心室収縮（ＰＶＣ）等）に続いて観測されるｄＰ／ｄｔの増強作用は、細胞内カルシウム調節の変化を識別するために、所定期間にわたって定量化され、且つ追跡されることができる。早期心室脱分極は、通常、細胞内カルシウム放出の障害のために、比較的弱い第１の収縮を生じさせることが認められている。しかしながら、後続の拍動は、通常、心室圧モニタ等で測定することができる収縮力の増加（すなわち、増強作用）を示す。監視することができる因子は、収縮性増強作用の程度、及び、増強作用から回復する時間等を含む。そのため、心拍数の乱れに続く増強作用の量は、細胞内カルシウム調節の良好な指標である可能性があり、患者の総合的な血行力学的状態に関する洞察を与える場合がある。特に、心拍数の乱れに続く増強作用を測定することは、危険な状態の患者、ＣＨＦ代償不全又は突然の心臓死を識別する時に有益であると信じられている。

心筋力（myocardial force）間隔とカルシウム調節の間の関係は、ペースメーカ、埋め込み可能カーディオバータ−ディフィブリレータ（ＩＣＤ）、又は患者の総合的な心臓の健康状態を評価する心臓モニタ等の埋め込み可能医療デバイス（ＩＭＤ）において有益に利用されることができる。種々の実施形態によれば、埋め込み可能医療デバイス（ＩＭＤ）は、心拍数の乱れ（たとえば、ＰＶＣ又は期外収縮）から生じる増強作用を監視し、細胞内カルシウムの調節状態及び／又は収縮状態に関する情報を提供する。乱れは、患者の体内で自然に起こり得、又は、ＩＭＤ若しくは別の適切なデバイスによって生成され得る。

ＩＭＤにおいて取得されたデータは、監視機能、診断機能、及び／又は、治療機能を高めるために使用されることができる。ＩＭＤは、たとえば、メモリに診断データを記憶してもよく、又は即座に医者の手当てが必要とされる場合には患者への警告を始動してもよく、適切な他の処置をとってもよい。さらなる実施形態では、ＩＭＤは、治療又は治療に対する調整が正当化されると、適切な治療又は他の応答を実施又は調整する。本明細書で使用される、「応答」という用語は、（ＩＭＤ内へのデータの記憶を含む）任意のタイプの医療応答、警告、報告等、並びに、ＩＭＤによって患者に提供することができる種々の治療のうちの任意の治療を広く包含することが意図される。さらなる一実施形態では、増強作用は、ペーシングデバイス用の最適設定を確定するのに、又は、薬若しくは他の治療の最適送出のために使用されてもよい。実際に、心臓の乱れに続く増強作用は、多くの従来のＩＭＤ内に存在するメカニズムによって効率的に操作され、且つ監視されることができるため、増強作用を、患者の心臓の健康状態を監視するか、又は、改善するための非常に効率的なパラメータにする。

ここで図１を参照すると、例示的な埋め込み可能医療デバイス（ＩＭＤ）１００は、患者の心臓１２０を監視するために接続される。ＩＭＤ１００はさらに、以下で述べるように、監視機構と治療機構の両方を一体にするように構成されてもよい。ＩＭＤ１００は、１つ又は複数の供給源（たとえば、心拍数モニタ、血圧モニタ、心電図（ＥＣＧ）波形、電位図（ＥＧＭ）波形、又は、より一般的なＰＱＲＳＴ波形等）から、心臓１２０に関するデータを適切に収集し、処理する。ＩＭＤ１００はさらに、適切である場合には、以下でより完全に述べるように、患者に対して治療又は他の応答を提供してもよい。図１に示すように、ＩＭＤ１００は、人の体内、たとえば、上部胸部領域又は下腹部領域内で、皮下埋め込みを可能にするために、全体が平坦で薄くてもよい。ＩＭＤ１００は、プロセッサ１０２、デジタルメモリ１０４、及び、適切である場合には、デバイスの所望の機能を生成するための他の部品を閉囲する密閉したハウジングを含んでもよい。種々の実施形態では、ＩＭＤ１００は、限定はしないが、ペースメーカ、ディフィブリレータ、心電図モニタ、血圧モニタ、薬剤ポンプ、インスリンモニタ、又は神経刺激器を含む、患者の心拍数を測定することが可能な任意の埋め込み式医療デバイスとして実装される。種々の例示的な実施形態において使用することができる、適したＩＭＤデバイスの例は、ミネソタ州ミネアポリスの、Medtronic, Inc.から入手できるＣＨＲＯＮＩＣＬＥ監視デバイスであり、心室圧（ｄＰ/ｄｔ）の変化を検出することが可能な機械式センサを含む。さらなる一実施形態では、ＩＭＤ１００は、心室圧を検知し、且つ心臓にペーシング及び／又はディフィブリレーションを提供することが可能な任意のデバイスである。ｄＰ/ｄｔ及び他の圧力に関連するパラメータを検知することが可能なＩＭＤの別の例は、２００２年８月２０日にMulligan他に発行された、同一譲受人に譲渡された米国特許第６，４３８，４０８Ｂ１号に記載される。

プロセッサ１０２は、任意のタイプのマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は、本明細書で述べる機能性を提供するようにプログラム又は構成される、他の集積回路機構又はディスクリートのロジック回路機構で実施されてもよい。プロセッサ１０２は、以下で述べる機能性を提供するために、デジタルメモリ１０４に記憶された命令を実行する。プロセッサ１０２に提供される命令は、任意のデータ構造、アーキテクチャ、プログラミング言語、及び／又は他の技法を使用して任意の方法で実行されてもよい。デジタルメモリ１０４は、スタティック又はダイナミックなランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、或いは、任意の他の電子媒体、磁気媒体、光媒体、又は他の記憶媒体のような、プロセッサ１０２に提供されるデジタルデータ及び命令を維持することが可能な任意の記憶媒体である。

図１にさらに示すように、ＩＭＤ１００は、ハウジング内に閉囲された回路機構に接続するために、１本又は複数本の心臓リード線を収容してもよい。図１の例では、ＩＭＤ１００は、右心室心内膜リード線１１８、左心室冠状静脈洞心内膜リード線１２２、及び右心房心内膜リード線１２０を収容するが、使用される特定の心臓リード線は、実施形態ごとに大きく変わるであろう。さらに、ＩＭＤ１００のハウジングは、ＩＭＤ１００のハウジング上の種々のロケーションに設けることができる他の電極と共に、電極として機能してもよい。代替の実施形態では、他のデータ入力、リード線、電極等が設けられてもよい。心室リード線１１８及び１２２は、たとえば、ＩＭＤ１００がペーシング、カーディオバージョン及び／又はディフィブリレーションを提供するように構成される場合、ペーシング電極及びディフィブリレーションコイル電極（図示せず）を含んでもよい。さらに、心室リード線１１８及び１２２は、２心室ペーシング、心臓再同期化、期外収縮後増強（ＰＥＳＰ）治療、又は他の利益になるものを提供するように調整された形でペーシング刺激を送出してもよい。例示的なＰＥＳＰ治療は、Bennett他に対する米国特許第６，２１３，０９８号、及び、２００２年８月２８日に出願された、Deno他に対する米国特許本出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号に記載されるものを含み、両方の開示の内容が、参照により本明細書に援用される。ＩＭＤ１００はまた、心室圧モニタ、ｐＨモニタ、動脈圧モニタ、加速度計等のような、他の内部供給源又は外部供給源（図示せず）からの入力データを取得してもよい。動作時、ＩＭＤ１００は、リード線１１８、１２０、１２２及び／又は他の供給源を介して、心臓１２０に関するデータを適切に取得する。このデータは、プロセッサ１０２に提供され、プロセッサ１０２は、適切にデータを解析し、且つエピソードに関する適切なデータをメモリ１０４に記憶し、及び／又は、適切である場合は、応答又は報告を提供する。任意の識別された心臓エピソード（たとえば、不整脈又は心代償不全）は、医師の介入によって、又は、自動的に処置され得る。種々の実施形態では、ＩＭＤ１００は、心臓エピソードを検出すると、警告を始動させる。警告の始動の代わりに、又は、警告の始動に加えて、ＩＭＤ１００は、治療を選択又は調整し、ＩＭＤ１００又は他の適切なデバイスによる治療の送出を調整する。種々の実施形態において適用することができる最適な治療は、薬剤送出、電気刺激、神経刺激、ペーシングレートの変更等を含んでもよい。

ここで図２を参照すると、ＩＭＤ１００についての例示的なデータ処理レイアウトは、データ収集モジュール２０６、データ処理モジュール２０２、応答モジュール２１８、及び／又は、報告モジュール２２０を適切に含む。種々のモジュールはそれぞれ、メモリ１０４に記憶され、プロセッサ１０２（図１）上で実行される、又は、任意の他の方法で実行される、コンピュータ実行可能命令によって実施されてもよい。図２に示す例示的なモジュール及びブロックは、ＩＭＤ１００を実施するための１つの論理モデルを示すことを意図するものであり、制限するものとして解釈されるべきではない。実際、種々の実用的な実施形態が有するソフトウェアモジュール、データ構造、アプリケーション、プロセス等は大きく異なり得る。したがって、各モジュールの種々の機能は、実際には、組み合わされ、増大され、最適化され、又は、別途任意の方法で異なって編成されてもよい。

データ収集モジュール２０６は、適切には、１つ又は複数のデータ供給源２０７と相互作用して、患者に関するデータを取得する。データ供給源２０７は、患者の心臓、血液、温度等に関する任意の情報源を含む。種々の実施形態では、データ供給源２０７は、患者の心電図（ＥＣＧ）波形をモデル化するのに使用することができる、電気インパルス又は他の観測された信号を提供するＥＣＧ又はＥＧＭ供給源２０８を含む。他のデータ供給源２０７は、心拍数センサ２１０、心室圧モニタ２１４、加速度計２１２、心臓伝導（cardiac conduction）時間を確定するセンサ２１６等を含んでもよい。種々のデータ供給源２０７は、単独で、又は、互いを任意に組み合わせて設けられてもよく、実施形態ごとに大きく変わってもよい。心臓伝導時間２１６データ及び心臓波形２０８データ用のセンサは、たとえば、単一対の電極に組み合わされ得る。さらに、温度センサ、血液ｐＨセンサ等のような他のデータ供給源２０７が、付加的に、又は、代わりに、設けられてもよい。圧力センサ２１４の１つの例は、同一譲受人に譲渡された米国特許第５，５６４，４３４号に記載される。

データ収集モジュール２０６は、適切には、データ供給源２０７のそれぞれをポーリングすることによって、供給源２０７によって生成される割り込み又は他の信号に応答することによって、一定時間間隔でデータを受け取ることによって、又は、任意の他の時間方式に従って、データ供給源２０７のそれぞれからデータを受け取る。データは、任意のプロトコルに従って、デジタル形式又はアナログ形式で、データ収集モジュール２０６において受け取られてもよい。データ供給源のうちの任意の供給源がアナログデータを生成する場合、データ収集モジュール２０６は、現在知られているか、又は、その後開発される、任意の形態のアナログ−デジタル変換方式を使用して、アナログ信号をデジタル等価物に適切に変換する。データ収集モジュールはまた、適切である場合、データ供給源２０７によって使用されるプロトコルからのデータを、データ処理モジュール２０２に受け入れられるデータ形式に変換してもよい。

データ処理モジュール２０２は、データ収集モジュール２０６から受け取ったデータを処理することが可能な、任意の回路、プログラミングルーチン、アプリケーション、又は他のハードウェア／ソフトウェアモジュールである。種々の実施形態では、データ処理モジュール２０２は、図３に関連して以下で述べるプロセスを実施するために、プロセッサ１０２（図１）上で実行されるソフトウェアアプリケーションである。そのため、データ処理モジュール２０２は、適切には、以下でより完全に述べるように、患者の心臓の状態における増強作用又は他の作用を定量化し、且つ適切な応答を生成するために、受け取った心室圧（すなわち、ｄＰ／ｄｔ）又は他のデータを解釈する。

患者の心臓の健康状態における問題は、たとえば、ｄＰ／ｄｔ_ｍａｘの増強作用量が、或る閾量以上だけ基線の測定値から変位する時に、又は任意の他の基準に従って検出されることができる。基線増強作用量は、固定的な値であってもよく、又は、所定期間にわたって更新されてもよい。種々の実施形態では、基線データは、任意の適切な数の先行するサンプルにわたって観測された平均値又は中間値を表す。閾値は、通常の患者の母集団から、又は、任意の他の供給源から導出された任意の名目上の値であってもよい。別法として、閾値は、担当する医師によって、所与の患者について、所望の通り独立に調整及び設定されてもよい。種々の実施形態では、より最近の増強値及び他の情報が、患者の診断を容易にするために、メモリ２０４に記憶されてもよい。別の実施形態では、特定の期間の間に、又は、ＩＭＤ内のアルゴリズムによって重要であると考えられる心臓事象の近くで（たとえば、不整脈が観測されるのに先立って）観測されるデータ値が、患者の診断を容易にするために、メモリ２０４に記憶されてもよい。例示的な一実施形態では、処理モジュール２０２は、データ収集モジュール２０６から心室圧データ２１４及び／又は他の適切な情報を受け取り、従来のデジタル信号処理技法を使用してデータを解釈する。心拍動の乱れが起こる場合、エピソードに関するデータ（たとえば、増強作用の継続時間及び／又は大きさ、エピソードの時間及び日付等）が、メモリ２０４に記憶されてもよく、メモリ２０４は、図１に示すハードウェアメモリ１０４に対応してもよく、又は、任意の他の利用可能なデジタル記憶デバイスによって実施することができる。

乱れが識別されると、処理モジュール２０２は、乱れから生じるデータによって正当化される場合に、適切な応答をトリガすることができる。応答は、信号、パラメータ渡し等の形態のデジタルメッセージを、応答モジュール２１８及び／又は報告モジュール２２０に送出することによって始動してもよい。

報告モジュール２２０は、ＩＭＤから患者又は医師へ適切なフィードバックを生成することが可能な任意の回路又はルーチンである。種々の実施形態では、適切な報告は、メモリ２０４にデータを記憶すること、可聴又は可視の警告２２８を生成すること、アンテナ２３４を介してテレメトリ回路２３０から送信される無線メッセージを生成すること、又は、シリアルインタフェース、パラレルインタフェース、又は他のインタフェース２３２からダウンロードすることができる他のデータを提供することを含むであろう。報告は、増強作用の継続時間及び／又は大きさ、エピソード発生の時間及び日付に関する情報、又は任意の他の適切なデータを含んでもよい。さらなる一実施形態では、報告モジュール２２０によって提供される特定の応答は、エピソードの深刻さに応じて変わってもよい。重要でないエピソードは、たとえば、警告を全く生じないか、又は、比較的目立たない可視又は可聴の警告を生じてもよい。より深刻なエピソードは、以下で述べる自動応答に加えて、より目立つ警告を生じるであろう。

テレメトリ回路機構２３０は、アンテナ２３４を介してＩＭＤ１００から外部デバイスへデータを伝達する。無線メッセージを受信する外部デバイスは、たとえば、ディスプレイ又は可視又は可聴の警告を介して、患者、医師又は他の付き添い人に深刻な状況を通知するプログラマ／出力デバイスであってもよい。メモリ２０４に記憶された情報は、たとえば、患者の診断又は処置に役立つために、アンテナ２３４を介して外部デバイスへ提供されてもよい。別法として、外部デバイスは、極端なエピソードが発生した場合に、ＩＭＤ１００が緊急要員に自動的に通知することができるような電話ネットワークへのインタフェースであってもよい。

インタフェース２３２は、外部コンピューティングデバイスへの、任意のシリアルインタフェース、パラレルインタフェース、又は他のインタフェースである。インタフェース２３２及び／又はテレメトリ回路２３０は、ＩＭＤ１００から外部デバイスへの情報提供に使用されてもよい。メモリ２０４に記憶された情報は、たとえば、患者の診断又は処置に役立つために、外部デジタルコンピュータ又は他のデバイスに提供されてもよい。

応答モジュール２１８は、任意のタイプの治療提供システム２６４と相互作用する、任意の回路、ソフトウェアアプリケーション、又は他の部品であり、治療提供システム２６４は、薬剤送出システム２２２、神経刺激器２２６、及び／又は、心臓刺激器２２４等の、任意のタイプの治療送出メカニズムを含んでもよい。いくつかの実施形態では、応答モジュール２１８は、別法として、又は、付加的に、ＩＭＤ１００と一体化された電気刺激治療デバイスと相互作用して、ペーシング、期外収縮後増強、カーディオバージョン、ディフィブリレーション、及び／又は、他の治療を送出してもよい。そのため、ＩＭＤ１００によって提供することができる種々の応答は、単純なデータの記憶から実際の治療の提供まで、種々の実施形態において変わる。提供される任意の治療は、以下でより完全に述べるように、観測される増強作用に応答して、滴定又はその他の方法で調整され得る。薬剤投与量は、たとえば、エピソードの深刻さに従って調整されてもよく、又は、ペーシングパラメータは、観測される増強作用に応答して調整されてもよい。

ＩＭＤ１００の種々の部品及び処理モジュールは、図１に示すハウジング等の共通ハウジングに収容されてもよい。別法として、ＩＭＤ１００の部分が別々に収容されてもよい。たとえば、治療送出システム２６４の部分は、特に、治療送出システムが薬剤送出能力を含む場合に、ＩＭＤ１００と一体化されるか、又は、別個のハウジング内に設けられ得る。この場合、応答モジュール２１８は、電気ケーブル又は無線リンクを介して、又は、インタフェース２３２を介して治療送出システム２６４と相互作用してもよい。

ここで図３を参照すると、患者の収縮状態を測定する例示的なプロセス３００は、適切には、以下の大まかなステップ、すなわち、心拍数の乱れを生成し、及び／又は、観測するステップ（ステップ３０４）と、乱れによって生成された、関連する増強作用を測定するステップ（ステップ３０６）と、増強作用を、患者の細胞内カルシウム調節、心室収縮状態、及び／又は、心臓の健康状態と関連付けるためにデータを処理又は定量化するステップ（ステップ３０８）とを含む。種々の実施形態では、プロセス３００の種々のステップは、デジタルメモリ１０４に記憶され、プロセッサ１０２（図１）、又は、ＩＭＤと関連する任意の他のプロセッサによって適切に実行される、コンピュータ実行可能命令によって実施されてもよい。

プロセス３００は、適切には、測定プロセスのために、ＩＭＤによって適切なペーシング間隔を設定すること、及び／又は、ＩＭＤをその他の方法で初期化することによって始まる（ステップ３０２）。最適なペーシング間隔を確定する例示的な技法は、図５に関連して以下で述べられるが、代替の実施形態では、任意の安定状態ペーシングルーチンが使用されることができる。初期化はまた、プロセッサ１０２内の任意のカウンタ、タイマ、又は他の変数を適切にセット又はリセットすることを含んでもよい。ペーシング間隔が設定された後、患者の血行力学が比較的安定した状態に落ち着くことが可能になるよう、短期間（たとえば、約３０秒程度）の間、ペーシング状態を維持することが望ましくあり得る。さらなる一実施形態では、プロセス３００は、心臓に対する過渡的作用をさらに最小にするために、患者が眠っているか、休息している時に実施されてもよい。睡眠又は休息の期間は、ＩＭＤ１００のクロックによって、手動による始動によって、加速度データ（たとえば、図２の加速度計２１２）によって、又は、任意の他の技法によって識別され得る。同様に、プロセス３００は、患者が活動状態又は極度に活動状態にあるか、或いは、心拍数が高い時には、適切に保留され得る。増強作用の解析は、適切には、患者の血行力学の変化をもたらす、ＰＶＣ又は他の心拍数変化等の患者の心臓に対する乱れを識別することによって始まる。種々の形態の心臓の乱れは、基線拍動以外の供給源から生じる任意の心室拍動、または、心臓からよりも小さい又は大きい出力を生成する任意の心室拍動を含み得る。乱れは、自然に起こるか、又は、以下でより完全に述べるようにＩＭＤ１００によって始動される場合がある。乱れは、たとえば、いずれかの心室で早期拍動を誘発することによって、及び／又は、左心室及び／又は右心室のいずれかがペーシングされるレートを調整することによって生成されてもよい。たとえば、基線心室ペーシングにおいて、１つ又は複数の拍動について単一心室をペーシングすることによって、患者体内の血行力学圧の変化が誘発され得る。

例示的な一実施形態では、患者体内で自然に起こる乱れ（たとえば、ＰＶＣ）は、ＩＭＤ１００内で、ＰＱＲＳＴ波形等のような心電図（ＥＣＧ）データを監視することによって識別される。データは、任意の方式で収集されてもよいが、例示的な一実施形態では、データ測定は、患者の心拍数の任意の自然な乱れを識別するために、十分に高い頻度を有する一定の時間間隔で採取される。本明細書で考察される例示的なプロセス３００は、簡潔にするため、また、具体的に示すために、ｄＰ／ｄｔを監視することを強調しているが、種々の代替であるが等価な実施形態では、ｄＰ／ｄｔデータに加えて、又は、その代わりに、心房圧及び／又は心室圧等の他の等価なデータ因子が使用されてもよい。さらなる例示的な一実施形態では、患者の状況を、比較的一定の状況下で所定期間にわたって監視することができるよう、異常な状況に続く乱れは、以下で考察するように、ＩＭＤ１００によって無視されるか、異なって処理されてもよい。

代替の一実施形態では、ＩＭＤ１００は、患者の反応を適切に監視及び／又は試験することができるように、期外収縮拍動（心房又は心室）、ＰＶＣ、及び／又は、他の心臓の乱れを誘発する。こうした実施形態において、ＩＭＤ１００は、上述したように、心臓を安定した調律状態にするために、早期拍動の前に心臓にペーシングを適切に提供する。さらに、ＩＭＤ１００は、心臓を既知の状態にさらに置くために、早期拍動の直前に一連の期外刺激同調拍動(extrastimuli entrainment beat)（たとえば、Ｓ１拍動）を提供してもよい。例示的な一実施形態では、内因性レートにほぼ等しいペーシングレートを有するＳ１拍動列が、ＩＭＤ１００によって提供され、その後、Ｓ１レートの約４０％〜約６０％のレートの早期Ｓ２拍動があり、その後、早期拍動に先行するＳ１拍動とほぼ同じレートを有するＳ３拍動列が続く。もちろん、代替の実施形態において、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、及び／又は任意のペーシングレートの他の拍動の任意の組み合わせ、或いは、時期尚早状態(prematurity)が使用される可能性があり、各パルスについて使用される特定のレートは、それに応じて調整される可能性がある。代替の一実施形態では、たとえば、Ｓ１及びＳ３拍動は、内因性レートよりわずかに（たとえば、約１０％）速いレートで提供され得る。ここでもまた、ステップ３０４において観測される心臓の乱れは、自然に起こってもよく、及び／又は、任意の方法でＩＭＤ１００又は他のデバイスによって誘発されてもよい。

乱れが識別されると、乱れに対する患者の反応が観測及び／又は記録される（ステップ３０６）。反応は、圧力センサ２１４（図２）からのデータを監視することによって観測され、任意の結果として得られる増強作用の大きさ及び／又は継続時間が確定され得る。例示的な一実施形態では、心室のいずれか又は両方についてｄＰ／ｄｔ_ｍａｘデータが取得される。データは、任意の時間間隔の間、任意の拍動数にわたって、又は、任意の他の継続時間の間に、採取され得る。例示的な一実施形態では、乱れに続く約２０拍動の間、又は、心臓が元の乱れる前の状態に戻るまで、データが採取される。採取されたデータは、ＩＭＤ１００による処理のために、メモリ１０４（図１）又は別の適切なロケーションに記憶される。乱れの前に採取されたデータはまた、メモリ１０４又はＩＭＤ１００上のどこか他に記憶されてもよい。

種々の実施形態では、所定期間にわたって比較的一定の条件下で患者の状態を解析することが望ましい場合がある。したがって、乱れの変動は、利益が減少する場合がある一貫性の無いデータを生じる場合がある。この状況を回避するために、一部の実施形態では、ＩＭＤは、異常な基線条件から生じる乱れが、フラグを立てられるか、又は、異なって処理されるように、乱れの前の患者の心拍動サイクル長、結合間隔、及び／又は、他のパラメータを監視する。患者が、たとえば、５００ｍｓ、５５０ｍｓ、及び８００ｍｓの結合間隔に続いてＰＶＣを受ける場合、種々の実施形態において、８００ｍｓＰＶＣの解析は、無視されるか、又は、他のＰＶＣの解析から分離されてもよい。それに応じて、一部の実施形態は、異常な、すなわち、標準的でない条件に続いて起こる乱れを無視するか、又は、その他の方法で異なって処理してもよい。

データが採取された後、記憶されたデータは、患者が受けた増強作用を定量化し、且つ増強作用を、患者の細胞内カルシウム調節状態及び／又は心室収縮状態に関連付けるために処理される。増強作用は、再循環率、増強作用比、及び／又は、心臓に対する乱れに続くｄＰ／ｄｔの変化に関連する任意の他のパラメータの評価を含む、任意のプロセス又は技法に従って定量化されてもよい。

再循環率（ＲＦ）は、各拍動について、ＳＲ上に再分離される(re-sequestered)、筋小胞体から放出されるカルシウム（Ｃａ^＋２）の比であると考えられる。しかしながら、カルシウムの再取り込みは、心筋層の力間隔特性と線形に関係することが知られているため、ＲＦは、乱れに続く増強された拍動の回復から導出することができる。しかし、代替の実施形態では、他の技法が使用され得る。図３Ｂは、いくつかの異なる心拍数に対する、３２０ｍｓｅｃの期外収縮に続く左心室及び右心室のＲＦ測定の例示的なプロットを示す。図３Ｂで見ることができるように、それぞれの各心拍数に対する左心室と右心室のＲＦには、大きな差は観測されなかった。同様に、ＲＦは、期外収縮間隔による影響をほとんど受けないと信じられており、そのため、ＲＦは、心臓のカルシウム調節を評価するための、便利で且つ有効なパラメータである。

再循環率は、収縮期回復に主に的を絞っている。しかしながら、収縮機能と拡張機能の両方を記述するために、付加的な、又は、代替のパラメータが測定されてもよい。たとえば、増強作用比（ＰＲ）は、従来、増強作用の最大レベルの力と、最後のプライミング(priming)拍動に応答する力の比を提供する。換言すれば、ＰＲは、乱れに続く１つ又は複数の拍動からの増強作用を、乱れの前のコントロール拍動の平均と比較することによって確定されてもよい。ＰＲはまた、図３Ｃに示すように、心拍数の急激な低下に続いて評価されてもよい。

増強作用を定量化する等価な時間ベースの技法は、ｄＰ／ｄｔ_ｍａｘが乱れの後に正常レベルに戻る時間を測定すること、又は、乱れに続く時間窓において観測される、乱れから最小又は最大のｄＰ／ｄｔまでの時間を測定することを含む。そのため、心室収縮状態に関係付けられる細胞内カルシウム調節を監視するために、ＰＲは、単独で、又は、ＲＦ及び／又は他のパラメータと共に使用され得る。

増強作用データ（たとえば、ＲＦ、ＰＲ等）は、任意の方法で、患者の血行力学的状態又は総合的な心臓の健康状態に関係付けられ得る。概して、乱れに続く増強作用の量が多いことは、少ない値より有利であると考えられる。より多い量が、一般に、より良好な細胞内カルシウム調節を示すためである。以下でより完全に考察されるように、所定期間にわたる変化を追跡するために、データがＩＭＤ１００内に記憶されてもよい。増強作用の量が極端に低いことにより、ＩＭＤ１００は、患者が医者の手当てを求めるように警報又は警告を出してもよく、及び／又は、ＩＭＤ１００は、薬剤治療、神経治療、又は他の治療を施す等、付加的な応答を処理する（ステップ３１０）か、又は、ペーシングレート又は他のパラメータを調整するために、増強作用を使用してもよい。プロセス３００は、所定期間にわたってデータを維持するか、又は、治療若しくは他のパラメータを繰り返し調整するために、繰り返し実行されてもよい（ステップ３１２）。こうした実施形態では、治療は、「閉ループ」方式で適用することができ、それによって、患者の状態の連続監視が、１つ又は複数の治療の適用及び／又は調整を駆動するためにフィードバックとして提供される。たとえば、神経刺激又は他の処置は、患者の心臓の状態を正常に戻すか、又は、その状態を改善するのに適切である大きさ及び継続時間で適用されてもよい。こうした実施形態では、増強作用又は他のパラメータは、従来の制御技法を使用して、パラメータが所望の値に達するまで、「閉ループ」方式で監視及び／又は滴定され得る。

乱れに続く増強作用の観測は、ペースメーカ又は治療を送出することが可能な他の埋め込み可能デバイス１００内での治療パラメータを最適化するのに使用されてもよい。ここで図４を参照すると、ペーシングパラメータを最適化する例示的なプロセス４００は、適切には、以下の大まかなステップ、すなわち、評価される初期ペーシングパラメータを設定するステップ（ステップ４０２）と、１つのパラメータ（たとえば、心房−心室（Ａ−Ｖ）間隔）を調整するステップ（ステップ４０４）と、第２パラメータ（たとえば、心室間（Ｖ−Ｖ）間隔）を調整するステップ（ステップ４０６）と、オプションで、第１パラメータ（たとえばＡ−Ｖ間隔）を再巡回するステップ（ステップ４０８）と、ＩＭＤ１００の連続動作のために最適設定を記憶するステップ（ステップ４１０）とを含む。プロセス４００の種々のステップは、デジタルメモリ１０４に記憶され、プロセッサ１０２（図１）、又は、ＩＭＤ１００と関連する任意の他のプロセッサによって適切に実行される、コンピュータ実行可能命令によって実施されてもよい。

初期ペーシングパラメータ（ステップ４０２）は、統計モデル、履歴データ、患者履歴、医師の入力、又は、任意の他の供給源から確定される任意の従来の初期値に設定されてもよい。例示的な一実施形態では、初期ペーシング間隔は、Ａ−Ｖ間隔について約１００ｍｓであり、Ｖ−Ｖ間隔について約０ｍｓであってもよいが、任意の他の間隔が使用されることができる。ペーシング間隔の最適化は、図５に関連して以下で述べる反復技法等の任意の適した技法を使用して行われる。概して、ＩＭＤ１００は、変化から生じる増強作用を監視しながら、ペーシングパラメータを徐々に変更する。大きい増強作用は、一般によりよいカルシウム調節に関係があるため、最大の増強作用量を生成するパラメータが、連続ペーシングのために最適であると考えられてもよい。１つのタイプのペーシング（たとえば、Ａ−Ｖペーシング）に対する最適パラメータが識別された後、その設定は、別のペーシングパラメータの最適化の間、使用されることができる。両方のパラメータが最適化された後、種々の実施形態は、両方のタイプのペーシングに対する最適ペーシングパラメータを一緒に評価するように、第１パラメータの相互チェックを含む（ステップ４０８）。図４は、Ａ−Ｖ間隔評価（ステップ４０４）が、Ｖ−Ｖ間隔評価（ステップ４０６）の前に行われるものとして示すが、Ａ−Ｖ間隔の前にＶ−Ｖ間隔が最適化され、最適Ａ−Ｖ間隔が確定された後に任意のＶ−Ｖ最適化が起こるように、それぞれの順序が変わってもよい。
ここで図５を参照すると、ＩＭＤ１００からの応答を最適化する例示的なプロセス５００は、適切には、応答を繰り返し提供すること（ステップ５０２）、応答によって生成された増強作用を確定すること（ステップ５０４）、及び、最適（たとえば、最大）増強作用が識別されるまで応答を調整すること（ステップ５０８）を含む。種々の実施形態で最適化することができる応答は、ペーシングパラメータ、薬剤治療又は神経治療の施行等を含む。上述したプロセスと同様に、プロセス５００の種々のステップは、デジタルメモリ１０４又は他の記憶媒体に記憶され、ＩＭＤ１００と関連する任意のプロセッサ１０２によって実行される、コンピュータ実行可能命令によって実施されてもよい。

最適プロセスを始めるために、基線応答が最初に、ＩＭＤ１００から提供される（ステップ５０２）。基線応答は、履歴データ、患者履歴、医師の入力、又は任意の他の供給源から取得されてもよい。たとえば、Ａ−Ｖ間隔を最適化するために、基線Ａ−Ｖ間隔は、最初に、Ｖ−Ｖ遅延の無い、約１００ｍｓに設定されてもよい。ＡＶ間隔が最適化されると、Ａ−Ｖ間隔が、たとえば図４のステップ４０４で以前に確定した最適レベルに設定された状態で、Ｖ−Ｖ間隔の最適化が、約０ｍｓの間隔で始まってもよい。薬剤治療又は神経刺激治療の基線レベルは、二者択一的に提供されてもよい。

ＩＭＤ１００からの初期応答が適用される時に、図３に関連して上述した技法を使用して、患者の増強作用が適切に観測される（ステップ５０４）。増強作用は、たとえば、初期治療に対する患者の反応を確定するために、ＰＲ及び／又は任意の他のパラメータを使用して定量化され得る。初期応答が処理された後、ＩＭＤ１００は、比較（ステップ５０６）のための付加的なデータポイントを取得するために、提供される応答を適切に変える（ステップ５０８）。上述したように、増強作用の増大は一般に、所与の期外収縮間隔において、血行力学的状態の改善に関係するため、プロセス５００は一般に、患者の増強作用のレベルを最大にしようとする（ステップ５０６）。各反復について観測される値は、適切には、後続の観測と比較するために、ＩＭＤ１００内に維持される。たとえば、Ａ−Ｖ間隔を最適化しようとする一実施形態では、増強作用の観測は、８０ｍｓ、１００ｍｓ、１２０ｍｓ等のＡ−Ｖ間隔について取得されてもよい。最大増強作用が１２０ｍｓで生成される場合、最大値が識別されるまで、１３０ｍｓ程度でさらなるデータが収集されてもよい。最大増強作用が１００ｍｓで生成される場合、最大値を分離するために、応答は、たとえば、９０ｍｓ及び／又は１１０ｍｓに調整されてもよい。さらなる反復は、改善された分解能を提供し、したがって、より正確な最適値の生成をもたらし得る。もちろん、他の実施形態は、大きく変化する値を使用することになり、この具体的に示す例で使用される特定のパラメータは、いずれの点でも制限することを意図しない。

反復プロセス（図５のステップ５０４、５０６、及び５０８）によって最適パラメータ値が識別されると、そのパラメータは、連続して適用するためにＩＭＤ１００内に設定される（ステップ５１０）か、又は、別の方法で処理され得る。プロセス５００の等価な一実施形態では、応答の適用（すなわち、ステップ５０２及び５０８）は、健康管理臨床医又はＩＭＤ１００の外部の別の供給源によって、手動で提供されてもよく、一方、監視機能（ステップ５０４）は、ＩＭＤ１００によって提供され続ける。

したがって、増強作用を使用して、心臓の状態を診断し、測定する種々の方法及び装置が提供される。本発明の先の詳細な説明では、例示的な実施形態が提示されたが、多数の変形形態が存在することが理解されるべきである。これらの例示的な実施形態は、例に過ぎず、本発明の範囲、適用範囲、又は構成をいかなる点でも制限することを意図しないことも理解されるべきである。むしろ、先の詳細な説明は、本発明の例示的な一実施形態を実施するための便利なロードマップを提供することになる。添付の特許請求の範囲及びその法的等価物に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な一実施形態に述べる要素の機能及び構成に、種々の変更を行ってもよい。

患者の心臓に関連する例示的な埋め込み可能医療デバイスを示す図である。埋め込み可能医療デバイス用の例示的な処理モジュールを示す概念ブロック図である。埋め込み可能医療デバイス内で実行することができる、患者の収縮状態を測定する例示的なプロセスのフローチャートである。種々の心拍数についての、左心室と右心室の再循環率について観測された値の例示的なプロットである。左心室と右心室において観測された増強作用比についての、観測された値の例示的なプロットである。心室力間隔の関数として、タイミングパラメータ及び／又は治療適用を最適化する例示的なプロセスのフローチャートである。心室力間隔の関数として、埋め込み式医療デバイスによって生成される応答を調整する例示的なプロセスのフローチャートである。

Claims

埋め込み可能医療デバイスにおいて患者の心室収縮状態を評価するよう用いられることを特徴とする埋め込み可能医療デバイスの作動方法であって、
前記埋め込み可能医療デバイスにおいて前記患者の心臓の乱れを観測するステップと、
前記埋め込み可能医療デバイスにおいて前記乱れに続く収縮性増強作用を測定するステップと、
前記患者の心室収縮状態を確定するために、前記埋め込み可能医療デバイスにおいて前記収縮性増強作用を定量化するステップと、
を含み、前記定量化するステップは、前記測定された増強作用の関数として再循環率を計算することを含む、埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
前記識別するステップが、前記埋め込み可能医療デバイスから前記患者の体内で前記乱れを誘発することを含む、請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
前記心臓の乱れは、期外収縮性拍動を含む、請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
前記心臓の乱れは、早期心室収縮を含む、請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
前記定量化するステップは、前記測定された増強作用の関数として増強作用比を計算することを含む、請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
前記収縮性増強作用を表すデータを前記埋め込み可能医療デバイスに記憶するステップをさらに含む、請求項１に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
所定期間にわたる心室収縮状態の変化を識別するために、前記観測するステップ、前記測定するステップ、前記定量化するステップ、及び前記記憶するステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項６に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
埋め込み可能医療デバイスにおいて患者の心室収縮状態を評価するよう用いられることを特徴とする埋め込み可能医療デバイスの作動方法であって、
前記医療デバイスにおいて前記患者の心臓の乱れを観測するステップと、
前記医療デバイスにおいて前記乱れに続く心室収縮性増強作用を測定するステップと、
前記患者の前記心室収縮状態の表現を確定するために、前記医療デバイスにおいて前記収縮性増強作用を処理するステップと、
前記埋め込み可能医療デバイス内に配置されたデジタルメモリに前記表現を記憶するステップと、
所定期間にわたる前記心室収縮状態の変化を識別するために、前記観測するステップ、前記測定するステップ、前記処理するステップ、及び前記記憶するステップを繰り返すス
テップと、
を含み、前記表現は再循環率を含む、埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
前記表現は増強作用比を含む、請求項８に記載の埋め込み可能医療デバイスの作動方法。
患者に埋め込まれる医療デバイスであって、
前記患者の心臓の乱れを観測する手段と、
前記乱れに続く収縮性増強作用を測定する手段と、
前記患者の心室収縮状態のデータ表現を取得するために、前記収縮性増強作用を定量化する手段と、
前記埋め込み可能医療デバイスから前記患者の体内に前記心臓の乱れを誘発する手段と、
を備え、前記データ表現は再循環率を含む、患者に埋め込まれる医療デバイス。
患者に埋め込まれる医療デバイスであって、
前記患者の心臓の乱れを観測する手段と、
前記乱れに続く収縮性増強作用を測定する手段と、
前記患者の心室収縮状態のデータ表現を取得するために、前記収縮性増強作用を定量化する手段と、
前記データ表現を記憶する手段と、
を備え、前記データ表現は再循環率を含む、患者に埋め込まれる医療デバイス。
前記データ表現は増強作用比を含む、請求項１１に記載の患者に埋め込まれる医療デバイス。