JP5389650B2 - 呼吸によるフィードバックを用いた神経性刺激のためのシステム - Google Patents
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Description
2006年8月30日に出願された米国特許出願第11/468,595号に対して、本明細書において優先権の利益が主張され、上記特許出願は本明細書において参考により援用される。
本願は、同時継続中で、同一人に譲渡された、米国特許出願第11/467,264号(2006年8月25日に出願された、発明の名称「SYSTEM FOR ABATING NEURAL STIMULATION SIDE EFFECTS」)、および米国特許出願第11/468,603号(2006年8月25日に出願された、発明の名称「METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING NEURAL STIMULATION DURING DISORDERED BREATHING」)に関連し、これらの出願はそれら全体が本明細書に参考により援用される。
本書は、概して、神経性刺激に関し、より具体的には、呼吸信号を使用して神経性刺激を制御するためのシステムに関する。
自律神経系の電気的刺激は、種々の生理学的機能を調節するように印加されている。一実施例として、神経性刺激を使用する心臓機能および血行動態性能の調節が挙げられる。心筋は、交感神経および副交感神経で神経支配される。人工的に印加される電気刺激を含むこのような神経における活動は、心拍数および収縮性(心筋収縮の強度)を調節する。迷走神経の心臓枝等の副交感神経に印加される電気的刺激は、心拍数および収縮性を減少させ、心周期の収縮期を延長し、また、心周期の拡張期を短縮することで知られている。交感神経に印加される電気的刺激は、本質的に反対の効果を有することで知られている。
神経性刺激システムは、呼吸信号を療法フィードバック入力として使用して、神経性刺激の供給を制御する。呼吸信号を使用して、迷走神経等の神経性刺激の効果を高めると共に、呼吸機能における潜在的な悪影響を及ぼす副作用を減少させる。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
神経性刺激療法を供給するように適合される刺激出力回路と、
上記刺激出力回路に連結される刺激供給制御器であって、1つ以上の刺激アルゴリズムを実行することによって上記神経性刺激療法の上記供給を制御するように適合される、刺激供給制御器と、
呼吸周期を示す呼吸信号を受信するように適合される呼吸信号入力部と、
上記呼吸信号入力部に連結される呼吸器疾患検出器であって、上記呼吸信号を使用して呼吸器疾患を検出するように適合される、呼吸器疾患検出器と、
上記呼吸器疾患検出器および上記刺激供給制御器に連結される刺激スイッチであって、上記呼吸器疾患の検出に応じて、上記1つ以上の刺激アルゴリズムのうちの第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを停止するように適合される刺激スイッチと
を備える、神経性刺激システム。
(項目2)
上記呼吸器疾患検出器は、上記神経性刺激療法の上記供給によって誘発される呼吸器疾患を検出するように適合される、項目1に記載のシステム。
(項目3)
1つ以上の生理学的信号を感知するように適合される生理学的センサをさらに備え、上記呼吸器疾患検出器は、上記呼吸信号および上記1つ以上の生理学的信号を使用して上記呼吸器疾患を検出するように適合される、項目1〜項目2のいずれかに記載のシステム。
(項目4)
上記呼吸信号は、非吸息期間を示し、上記呼吸器疾患検出器は、上記非吸息期間を検出閾値期間と比較することによって無呼吸を検出するように適合される無呼吸検出器を備える、項目1に記載のシステム。
(項目5)
上記呼吸信号は、一回呼吸量を示し、上記呼吸器疾患検出器は、上記一回呼吸量を検出閾値量と比較することによって呼吸低下を検出するように適合される呼吸低下検出器を備える、項目1に記載のシステム。
(項目6)
上記呼吸信号は、呼吸数および一回呼吸量を示し、上記呼吸器疾患検出器は、上記呼吸数対上記一回呼吸量の比率を検出閾値比率と比較することによって呼吸困難を検出するように適合される呼吸困難検出器を備える、項目1に記載のシステム。
(項目7)
上記刺激スイッチは、所定の中断期間後に上記第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを再開するように適合される、項目1〜項目6のいずれかに記載のシステム。
(項目8)
上記刺激スイッチは、上記呼吸器疾患が検出されなくなると上記第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを再開するように適合される、項目1〜項目6のいずれかに記載のシステム。
(項目9)
上記刺激スイッチは、上記呼吸器疾患の上記検出に応じて、上記第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを停止し、第2の刺激アルゴリズムを実行するステップを開始するように適合される、項目1〜項目8のいずれかに記載のシステム。
(項目10)
上記第1の刺激アルゴリズムは、非呼吸器疾患を治療するように適合される刺激アルゴリズムを含み、上記第2の刺激アルゴリズムは、上記呼吸器疾患を治療するように適合される、項目9に記載のシステム。
(項目11)
上記第1の刺激アルゴリズムは、非呼吸器疾患を治療するように適合される刺激アルゴリズムを含み、上記第2の刺激アルゴリズムは、上記非呼吸器疾患および上記呼吸器疾患を治療するように適合される、項目9に記載のシステム。
(項目12)
上記刺激供給制御器および上記呼吸信号入力部に連結される同期化モジュールをさらに備え、上記同期化モジュールは、上記神経性刺激療法の上記供給を上記呼吸周期に同期化するように適合される、項目1〜項目11のいずれかに記載のシステム。
(項目13)
上記同期化モジュールは、
上記呼吸信号から呼吸基準点を検出するための呼吸基準点検出器と、
上記検出された呼吸基準点のうちの各々から開始する遅延間隔の時間を計るように適合される遅延タイマと
を備え、
上記刺激供給制御器は、上記遅延間隔の終了時に、上記パルス出力回路に、神経性刺激パルスのバーストを供給させるように適合される、項目12に記載のシステム。
(項目14)
上記呼吸基準点検出器は、上記呼吸信号のピークを検出するように適合されるピーク検出器を備え、上記遅延タイマは、上記呼吸信号の上記検出されたピークのうちの各々から開始する遅延間隔の時間を計るように適合される、項目13に記載のシステム。
(項目15)
神経性刺激のための方法であって、
1つ以上の刺激アルゴリズムを実行することによって神経性刺激の供給を制御するステップと、
呼吸周期を示す呼吸信号を受信するステップと、
上記呼吸信号を使用して呼吸器疾患を検出するステップと、
上記呼吸器疾患の上記検出に応じて、上記1つ以上の刺激アルゴリズムのうちの第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを停止するステップと
を含む、方法。
(項目16)
上記呼吸器疾患を検出するステップは、上記神経性刺激の上記供給によって発生または悪化される呼吸器疾患を検出するステップを含む、項目15に記載の方法。
(項目17)
上記呼吸信号を受信するステップは、非吸息期間を受信するステップを含み、上記呼吸器疾患を検出するステップは、上記非吸息期間を検出閾値期間と比較することによって無呼吸を検出するステップを含む、項目15に記載の方法。
(項目18)
上記呼吸信号を受信するステップは、一回呼吸量を受信するステップを含み、上記呼吸器疾患を検出するステップは、上記一回呼吸量を検出閾値量に比較することによって呼吸低下を検出するステップを含む、項目15に記載の方法。
(項目19)
上記呼吸信号を受信するステップは、呼吸数および一回呼吸量を受信するステップを含み、上記呼吸器疾患を検出するステップは、上記呼吸数対上記一回呼吸量の比率を検出閾値比率と比較することによって呼吸困難を検出するステップを含む、項目15に記載の方法。
(項目20)
所定の中断期間後に上記第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを再開するステップをさらに含む、項目15〜項目19のいずれかに記載の方法。
(項目21)
上記呼吸器疾患が検出されなくなると、所定の中断期間後に上記第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを再開するステップをさらに含む、項目15〜項目19のいずれかに記載の方法。
(項目22)
上記呼吸器疾患の上記検出に応じて、第2の刺激アルゴリズムを実行するステップを開始するステップをさらに含む、項目15〜項目21のいずれかに記載の方法。
(項目23)
上記第2の刺激アルゴリズムを実行するステップを開始するステップは、上記神経性刺激に関連する刺激強度を低下させるステップを含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
上記第1の刺激アルゴリズムを実行するステップを停止するステップは、心疾患を治療する神経性刺激を供給するステップを停止するステップを含み、上記第2の刺激アルゴリズムを実行するステップを開始するステップは、上記検出された呼吸器疾患を治療する呼吸療法を開始するステップを含む、項目22に記載の方法。
(項目25)
上記呼吸療法を開始するステップは、上記検出された呼吸器疾患を治療する神経性刺激療法、心臓ペーシング療法、および外圧療法を治療する神経性刺激療法のうちの1つ以上を開始するステップを含む、項目24に記載の方法。
(項目26)
上記呼吸信号から所定の種類の呼吸基準点を検出するステップと、
上記検出された所定の種類の呼吸基準点のうちの各々から遅延間隔を開始するステップと、
上記遅延間隔の終了時に神経性刺激パルスのバーストを供給するステップと
をさらに含む、項目15〜項目25のいずれかに記載の方法。
(項目27)
神経性刺激療法を供給するように適合される刺激出力回路と、
呼吸周期および呼吸パラメータを示す呼吸信号を受信するように適合される呼吸信号入浴部と、
上記刺激出力回路および上記呼吸信号入力部に連結される同期化モジュールであって、
上記呼吸信号入力部に連結されるピーク検出器であって、上記呼吸信号のピークを検出するように適合される上記ピーク検出器と、
上記ピーク検出器に連結される遅延タイマであって、上記呼吸信号の上記検出されたピークのうちの各々から開始する遅延間隔の時間を計るように適合される遅延タイマと、
を含む同期化モジュールと、
上記遅延タイマおよび上記刺激出力回路に連結される刺激供給制御器であって、上記遅延間隔の終了時に、上記刺激出力回路に、上記神経性刺激パルスのバーストを供給させるように適合される刺激供給制御器と
を備える、神経性刺激システム。
(項目28)
上記同期化モジュールは、上記呼吸信号を使用して上記遅延間隔を調整するように適合される遅延発生器を備える、項目27に記載のシステム。
(項目29)
上記遅延発生器は、上記呼吸パラメータのうちの1つ以上の関数として上記遅延間隔を計算するように適合される、項目28に記載のシステム。
(項目30)
上記刺激出力回路、上記呼吸信号入力部、上記同期化モジュール、および上記刺激供給制御器を含む埋め込み型医療機器と、
生理学的信号を感知するように適合される埋め込み型呼吸センサと、
上記生理学的信号を使用して上記呼吸信号を生成するように適合されるセンサ処理回路と
をさらに備える、項目27〜項目29のいずれかに記載のシステム。
(項目31)
上記埋め込み型呼吸センサは、経胸郭インピーダンスを感知するように適合される埋め込み型インピーダンスセンサを備える、項目30に記載のシステム。
(項目32)
上記埋め込み型呼吸センサは、埋め込み型肺動脈圧(PAP)センサを備える、項目30に記載のシステム。
(項目33)
神経性刺激のための方法であって、
呼吸信号を受信するステップと、
上記呼吸信号のピークを検出するステップと、
上記検出されたピークのうちの選択されたピークから遅延間隔を開始するステップと、
上記遅延間隔の各々の終了時に、神経性刺激パルスのバーストを供給するステップと
を含む、方法。
(項目34)
上記遅延間隔を約0秒から5秒の間の時間間隔にプログラム化するステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目35)
上記呼吸信号を使用して上記遅延間隔を調整するステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目36)
上記呼吸信号を使用して上記遅延間隔を調整するステップは、
上記呼吸信号から呼吸数を検出するステップと、
上記呼吸数の関数として上記遅延間隔を計算するステップと
を含む、項目35に記載の方法。
(項目37)
上記呼吸信号を受信するステップは、経胸郭インピーダンス信号を受信するステップを含む、項目33〜項目36のいずれかに記載の方法。
(項目38)
上記呼吸信号を受信するステップは、肺動脈圧(PAP)信号を受信するステップを含む、項目33〜36のいずれかに記載の方法。
以下の発明を実施するための最良の形態において、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、その図面において、例証として、本発明が実施される具体的な実施形態が示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明され、また、実施形態を組み合わせてもよいこと、またはその他の実施形態を利用してもよいこと、および本発明の精神および範囲から逸脱することなく構造変更、論理変更、および電気的変更を加えてもよいことを理解されたい。本開示において「ある実施形態」、「一実施形態」、「種々の実施形態」を参照することは、必ずしも同一の実施形態ではなく、このような参照は、複数の実施形態を想定している。以下の発明を実施するための最良の形態は、実施例を提供し、本発明の範囲は、添付の請求項およびその法的な同等物によって定義される。
Claims (13)
- 迷走神経性刺激療法を供給するように適合されている刺激出力回路と、
前記刺激出力回路に結合されている刺激供給制御器であって、1つ以上の刺激アルゴリズムを実行することによって前記迷走神経性刺激療法の供給を制御することにより、患者の迷走神経を選択的に刺激するように適合されている刺激供給制御器と、
呼吸信号入力部であって、前記呼吸信号入力部は、
前記刺激供給制御器が前記患者の迷走神経が刺激されないようにしている間に、前記患者の呼吸周期を示す呼吸信号を受信することと、
前記刺激供給制御器が前記患者の迷走神経が刺激されないようにしている間に受信された前記呼吸周期を示す前記呼吸信号を基礎呼吸パラメータとして格納することと、
前記刺激供給制御器が前記患者の迷走神経が刺激されるようにしている間に、前記患者の呼吸周期を示す呼吸信号を受信することと
を行うように適合されている、呼吸信号入力部と、
前記呼吸信号入力部に結合されている呼吸器疾患検出器であって、前記呼吸信号を使用して呼吸器疾患を検出し、前記迷走神経性刺激療法の供給によって誘発される呼吸器疾患を検出し、前記格納された基礎呼吸パラメータと、前記刺激供給制御器が前記患者の迷走神経が刺激されるようにしている間に受信された前記呼吸周期を示す前記呼吸信号との比較に基づいて、前記呼吸器疾患が前記迷走神経性刺激によって引き起こされたか、または、悪化させられたかを決定するように適合されている呼吸器疾患検出器と、
前記呼吸器疾患検出器および前記刺激供給制御器に結合されている刺激スイッチであって、前記迷走神経性刺激によって引き起こされたか、または、悪化させられた前記呼吸器疾患の検出に応答して、前記1つ以上の刺激アルゴリズムのうちの第1の刺激アルゴリズムを実行することを停止するように適合されている刺激スイッチと、
1つ以上の生理学的信号を感知するように適合されている生理学的センサと
を備え、
前記呼吸器疾患検出器は、前記呼吸信号および前記1つ以上の生理学的信号を使用して前記呼吸器疾患を検出するように適合されており、
前記刺激スイッチは、所定の中断期間の後に、前記第1の刺激アルゴリズムを実行することを再開するように適合されている、神経性刺激システム。 - 前記呼吸信号は、一回呼吸量をさらに示し、前記呼吸器疾患検出器は、前記一回呼吸量と検出閾値量とを比較することによって呼吸低下を検出するように適合されている呼吸低下検出器を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記呼吸信号は、呼吸数および一回呼吸量をさらに示し、前記呼吸器疾患検出器は、前記呼吸数対前記一回呼吸量の比率と検出閾値比率とを比較することによって呼吸困難を検出するように適合されている呼吸困難検出器を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記刺激スイッチは、前記呼吸器疾患が検出されなくなると前記第1の刺激アルゴリズムを実行することを再開するように適合される、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1の刺激アルゴリズムは、非呼吸器疾患を治療するように適合されている刺激アルゴリズムを含む、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のシステム。
- 前記刺激供給制御器および前記呼吸信号入力部に結合されている同期化モジュールをさらに備え、前記同期化モジュールは、前記迷走神経性刺激療法の供給を前記呼吸周期に同期化するように適合されている、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のシステム。
- 前記同期化モジュールは、
前記呼吸信号から呼吸基準点を検出する呼吸基準点検出器と、
前記検出された呼吸基準点のうちの各々から開始する遅延間隔の時間を計るように適合されている遅延タイマと
を備え、
前記刺激供給制御器は、前記遅延間隔の終了時に、迷走神経性刺激パルスのバーストを供給することをパルス出力回路に行わせるように適合されている、請求項6に記載のシステム。 - 前記呼吸基準点検出器は、前記呼吸信号のピークを検出するように適合されているピーク検出器を備え、前記遅延タイマは、前記呼吸信号の前記検出されたピークのうちの各々から開始する遅延間隔の時間を計るように適合されている、請求項7に記載のシステム。
- 前記遅延間隔は、約0秒から約5秒の間の時間間隔に調整されている、請求項7または請求項8に記載のシステム。
- 前記同期化モジュールは、前記呼吸信号を使用して前記遅延間隔を調整するように適合されている遅延発生器を備える、請求項7または請求項8に記載のシステム。
- 前記遅延発生器は、呼吸パラメータのうちの1つ以上の関数として前記遅延間隔を計算するように適合されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記刺激出力回路と前記呼吸信号入力部と前記同期化モジュールと前記刺激供給制御器とを含む埋め込み型医療機器と、
生理学的信号を感知するように適合されている埋め込み型呼吸センサと、
前記生理学的信号を使用して前記呼吸信号を生成するように適合されているセンサ処理回路と
をさらに備える、請求項7、請求項8、請求項11のいずれかに記載のシステム。 - 前記埋め込み型呼吸センサは、経胸郭インピーダンスを感知するように適合されている埋め込み型インピーダンスセンサを備える、請求項12に記載のシステム。
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