JP5507533B2 - 心臓弁機能の調節のための方法及びデバイス - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、本出願は、２００４年４月３０日に出願され、その開示が参照により本明細書に援用される、米国仮特許出願第６０／５６７，３２０号の出願日に対する優先権を主張する。

［序論］
［発明の背景］
心臓の拡大を伴うことが多い、うっ血性心不全（ＣＨＦ）は、死の主要な原因である。結果として、ＣＨＦの処置についての市場は、益々広まっている。たとえば、ＣＨＦの処置は、米国におけるメディケア及びメディケイドの支出金の主要な消費先である。通常、ＣＨＦの処置は、ＣＨＦを患う多くの人が改善された生活の質を享受することを可能にする。

最初に図１を参照して、心臓、特に、心臓の左側の解剖学的構造について述べる。心臓の左側１０４は、左心房１０８及び左心室１１２を含む。大動脈１１４は、左心室１１２内への血液の逆流を防止するのに役立つ大動脈弁１２０を通って、左心室１１２から血液を受け取る。僧帽弁１１６は、左心房１０８と左心室１１２との間に配置されており、左心房１０８と左心室１１２との間の血流を効率的に制御する。

図２ａに関してより詳細に以下で述べることになる、僧帽弁１１６は、腱索（cordae tendonae）１２４に結合した前尖及び後尖を含み、前尖及び後尖は、僧帽弁１１６の弁尖（leaflet）が、無差別に開くのを防止する「張力部材」の役割を果たす。左心室１１２が収縮すると、腱索１２４は、前尖が、腱索１２４によって動きが制限されるまで、上方に開くことを可能にする。通常、上方へ開く限界は、前尖と後尖とが接し、逆流を防止することに相当する。腱索１２４は、肉柱（columnae carnae）１２８、より具体的には、肉柱１２８の乳頭筋から生じる。

左心室１１２は、左心室１１２の壁１３４に付着した結合組織の線維索（fibrous cord）である小柱（trabeculae）１３２を含む。小柱１３２は、心臓１０４の左心室１１２と右心室（図示せず）とを分離する心室間中隔１３６にも付着する。小柱１３２は、一般に、左心室１１２内の肉柱１２８の下方に位置する。

図２ａは、僧帽弁１１６と大動脈弁１２０の平面破断図である。大動脈弁１２０は、線維材料の骨格２０８ａで囲まれた弁壁２０４を有する。骨格２０８ａは、一般に、大動脈弁１２０の周りにリングを効率的に形成する線維構造であると考えてもよい。実質的に骨格２０８ａと同じタイプの構造である、線維リング２０８ｂは、僧帽弁１１６の周りに広がる。僧帽弁１１６は、先に説明した、前尖２１２と後尖２１６を含む。前尖２１２及び後尖２１６は、一般に、薄く柔軟な膜である。僧帽弁１１６が閉じると（図２ａに示すように）、前尖２１２及び後尖２１６は、一般に、整列し、互いに接触して、塞がれる。或いは、僧帽弁１１６が開くと、前尖２１２と後尖２１６との間に作られた開口を通って血液が流れてもよい。

僧帽弁１１６に関連して多くの問題が起こる場合があり、これらの機能不全が、多くのタイプの疾患を引き起こす場合がある。こうした問題は、僧帽弁逆流を含むが、それに限定されない。僧帽弁逆流又は漏出は、僧帽弁１１６の不完全な閉鎖による、左心室１１２から左心房１０８への血液の逆流である。すなわち、漏出は、前尖２１２と後尖２１６との間に、隙間が生じたときに起こることが多い。

一般に、種々の異なる理由で、前尖２１２と後尖２１６との間には、比較的大きな隙間が存在する場合がある（図２ｂに示すように）。たとえば、先天異常により、虚血疾患のため、又は、心臓が、以前の心臓発作で損傷を受けたために、隙間が存在する場合がある。隙間は、うっ血性心不全、たとえば、心筋症、又は、ある他のタイプの窮迫（distress）によって、心臓が拡大するときにも作られる場合がある。心臓が拡大すると、心臓の壁、たとえば、左心室の壁１３４は、伸張又は拡張する場合があり、後尖２１６が伸張させられる。前尖２１２は、一般に、伸張しないことが理解されるべきである。図２ｂに示すように、壁１３４’が伸張すると、前尖２１２と伸張した後尖２１６’との間に隙間２２０が作られる。したがって、隙間２２０が存在するため、僧帽弁１１６は、適切に閉じることができず、漏出し始める場合がある。

僧帽弁１１６を通した漏出によって、心臓が、僧帽弁１１６を通して適切な量の血流を維持するために懸命に働かなくてはならないため、一般に、心臓の動作の効率が落ちる。僧帽弁１１６を通した漏出、又は、一般的な僧帽弁閉鎖不全は、ＣＨＦに対する前触れであると考えられることが多い。一般に、心不全に伴って異なるレベルの症状が存在する。こうしたレベルは、ニューヨーク心臓協会（ＮＹＨＡ）心機能分類システムによって分類される。レベルは、実質的に身体的制限を受けない無症候性の患者に関連するクラス１レベルから、不快感無しでは、どんな身体的活動も実行することができず、安静時でさえも、心機能不全の症状がある患者に関連するクラス４レベルまでの範囲がある。一般に、僧帽弁漏出を矯正することにより、患者のＮＹＨＡ分類等級を下げることを可能にすることに成功する場合がある。たとえば、クラス４分類の患者は、自分の分類をクラス３に下げることができる場合があり、したがって、安静時に比較的快適になる。

僧帽弁漏出、又は、より一般的に、ＣＨＦを矯正するのに使用される種々の処置が開発されてきた。ある例では、僧帽弁関連の異常を処置するために、置換弁の埋め込みが使用される。動物、たとえば、豚からの弁が、人の僧帽弁１１６を置き換えるのに使用される場合がある。豚の弁の使用は、僧帽弁を比較的成功裡に置き換えるが、こうした弁は、一般に、摩滅し、それによって、後日、さらなる開胸手術が必要になる。摩滅する可能性が小さい機械式弁は、漏出する僧帽弁を置き換えるのに使用される場合もある。しかし、機械式弁が埋め込まれると、血栓塞栓症のリスクが増加することになり、患者は、一般に、長期の抗凝固療法を受けることを要求される。

特に、僧帽弁及び三尖弁の機能不全を処置するのに効果的であることがわかっている１つの修復技法は、弁輪形成術であり、弁輪形成では、弁輪の有効サイズは、弁輪の周りで、心臓の心内膜表面に人工装具弁輪形成リング（prosthetic annuloplasty ring）を取り付けることによって収縮する。弁輪形成リングは、リングが、心臓組織に縫合されることを可能にするために、生体適合性の織物（biocompatible fabric）又は布で覆われた、ステンレス鋼又はチタン等の金属の内部物質、又は、シリコーンゴム又はダクロン綱（cordage）等の軟質材料を含む。輪状形成リングは、剛性であっても又は柔軟性であってもよく、分割されていても又は連続していてもよく、円形、Ｄ形、Ｃ形、又は腎臓形を含む種々の形状を有してもよい。例は、米国特許第４，９１７，６９８号、５，０６１，２７７号、第５，２９０，３００号、第５，３５０，４２０号、第５，１０４，４０７号、第５，０６４，４３１号、第５，２０１，８８０号、及び第５，０４１，１３０号に見られ、これらは参照により本明細書に援用される。

弁輪形成手技中に、弁輪形成リングは、伸張した僧帽弁１１６のサイズを比較的正常なサイズに減少させるために、僧帽弁上に埋め込まれてもよい。図３は、代表的な弁輪形成リングの略図である。弁輪形成リング３０４は、実質的に、通常の僧帽弁の外形の様な形状である。すなわち、弁輪形成リング３０４は、実質的に文字「Ｄ」に似た形状である。通常、弁輪形成リング３０４は、ダクロンメッシュカバーを有する、生体適合材料、たとえば、プラスチックのロッド又はチューブから形成されてもよい。

弁輪形成リング３０４を埋め込むために、外科医は、僧帽弁の心房側の僧帽弁に弁輪形成リング３０４を外科的に取り付ける。リング３０４を設置する従来の方法は、患者の胸骨を開けること、及び、患者を心臓バイパス機械上に載せることを含む開胸手術を必要とする。図４に示すように、弁輪形成リング３０４は、僧帽弁３１６の先端部分の後尖３１８及び前尖３２０に縫い付けられる。僧帽弁３１６に弁輪形成リング３０４を縫い付けるときに、外科医は、一般に、針と糸を使用して、僧帽弁組織から比較的大量の組織、たとえば、３．１７５ｍｍ（１／８インチ）の組織片を、それに続いて、弁輪形成リング３０４からより少量の組織片を交互に取得する。糸が、弁輪形成リング３０４を僧帽弁組織にゆるく結合させてしまうと、弁輪形成リング３０４は、僧帽弁３１６上で摺動し、それによって、たとえば、弁輪形成リング３０４及び弁輪形成リング３０４を僧帽弁組織に結合させる糸によって加えられる張力を使用して、拡大した心臓のために以前に伸張した組織が引き込まれる。結果として、前尖３２０と後尖３１８との間の、図２ｂの隙間２２０等の隙間は、実質的に閉塞される場合がある。僧帽弁が、リング３０４によって形作られた後、前尖３２０及び後尖３１８は、新しい接触線を作るように再び形作ることになり、僧帽弁３１８が、正常な僧帽弁のように見え、正常な僧帽弁として機能することを可能にすることになる。

組織は、埋め込まれると、一般に、弁輪形成リング３０４を覆うように成長し、弁輪形成リング３０４と僧帽弁３１６との接触線によって、本質的に、僧帽弁３１８が、正常な僧帽弁のように見え、正常な僧帽弁として機能することを可能にすることになる。弁輪形成リング３０４を受け入れる患者は、抗凝固療法を受ける場合があるが、患者は、たとえば、組織が弁輪形成リング３０４を覆うように成長するまで、せいぜい数週間治療を受けるだけであるため、治療は長期にわたらない。

上述した弁輪形成手法の一変更形態では、弁輪形成デバイスが、冠状静脈洞内に配置される、皮下弁輪形成デバイス及び手技が開発された。

弁輪形成リングは、切除術等の他の修復技法と共に利用されてもよく、弁尖の一部分が切除され、弁尖の残りの部分が、縫って元に戻され、次に人工装具弁輪形成リングが、弁輪（valve annulus）に取り付けられて、収縮した弁サイズが維持される。現在使用されている他の弁修復技法は、交連切開術（融着した弁尖を分離するために、弁交連を切断すること）、僧帽弁又は三尖弁腱索の短縮化、切断された僧帽弁又は三尖弁腱索或いは乳頭筋組織の再付着、及び、弁尖又は弁輪のカルシウム除去を含む。弁輪形成リングは、弁を収縮させること、又は、安定化させることが望ましい場合に、任意の修復手技と共に使用されてもよい。

僧帽弁漏出を低減するのに一般に有効である第２のタイプの外科手技は、僧帽弁内に、単一の切端縫合（edge-to-edge suture）を設置することを含む。図５ａを参照して、こうした外科手技、たとえば、Ａｌｆｉｅｒｉ ｓｔｉｔｃｈ手技又はｂｏｗ−ｔｉｅ修復手技について述べる。切端縫合糸４０４を使用して、僧帽弁４１６の前尖４２０と後尖４１８との間に画定された隙間４０８のほぼ中心のエリアを縫い合わせる。縫合糸４０４が、所定の場所に置かれると、縫合糸４０４を引っ張って、図示するように、後尖４１８に密着して前尖４２０を保持する縫合が形成される。隙間４０８のサイズを低減することによって、僧帽弁４１６を通る漏出量が、実質的に低減される場合がある。

僧帽弁の漏出を低減する別の外科手技は、後尖の周りで僧帽弁輪に沿って縫合を設置することを含む。僧帽弁に沿って縫合を設置する外科手技について、図５ｂを参照して述べる。縫合５０４は、僧帽弁５１６の後尖５１８の周りで僧帽弁５１６の弁輪５４０に沿って形成され、縫合材料の単鎖から、２重トラック、たとえば、２つの「列」で形成されてもよい。縫合５０４は、後尖５１８のほぼ中心点５０６で結ばれる。縫合５０４が、弁輪５４０を引き裂くことを防止するために、外科用綿撒糸５４６が、選択された縫合５０４の下に、たとえば、中心点５０６に配置されることが多い。縫合５０４が結さつされると、弁輪５４０は、所望のサイズに効果的に締め付けられ、それによって、後尖５１８と前尖５２０との間の隙間５０８のサイズが低減される。

上記手技及び技術は、弁機能を回復するのに有効であるが、心筋のポンプ機能の低下に対処しない。さらに、上述した手技は、通常、深刻に損傷を受けた弁を有する患者にだけ利用可能である。

したがって、心機能、特に、僧帽弁機能を回復させる新しい手法を開発することが引き続き必要であり、僧帽弁機能を改善し、同時に、心臓のポンプ機能を回復させるシステムの開発が特に重要である。本発明は、この必要性に対処する。

［関連文献］
米国特許第５，２４３，９７６号、第５，３１６，００１号、第５，３７６，１１２号、第５，４８９，２９７号、第５，５５４，１７７号、第５，５９３，４２４号、第５，７０９，６９５号、第５，７９２，１９４号、第５，８２４，０６６号、第６，２９２，６９３号、第６，５３９，２６１号、第６，６２６，８３８号、第６，６４３，５４６号、第６，５３７，３１４号、第６，５６５，６０３号、第６，７０９，４５６号、第６，７１８，９８５号、及び第６，７２３，０３８号。

［発明の概要］
心臓弁の機能を調節する方法及びデバイスが提供される。主題の方法において、心臓弁は、最初に、構造的に変更される。次に、構造的に変更された心臓弁を通して血流が監視され、監視された血流に応答して、心臓がペーシングされる。主題の方法を実施するときに使用されるデバイス、システム、及びキットも提供される。主題の方法は、種々の応用形態において使用される。

人の心臓の左側の正面断面図である。 図１の僧帽弁と大動脈弁の平面破断図である。 伸張した僧帽弁と大動脈弁の破断図である。 従来の弁輪形成手技を実施するときに使用するのに適した環状リングの図である。 図３の環状リングが埋め込まれた後の僧帽弁と大動脈弁の図である。 僧帽弁逆流を低減するために、単一の切端縫合が適用された後の僧帽弁と大動脈弁の図である。 僧帽弁逆流を低減するために、僧帽弁輪に沿う縫合が適用された後の僧帽弁と大動脈弁の図である。 実験の章により詳細に述べられた、僧帽弁逆流を処置するために配置された主題の発明によるシステムの代表的な図である。 中央処理装置によって制御されるシステムの種々の部品の動作関係を示す図である。

［特定の実施形態の詳細な説明］
心臓弁の機能を調節する方法及びデバイスが提供される。主題の方法において、心臓弁は、最初に、構造的に変更される。次に、構造的に変更された心臓弁を通して血流が監視され、監視された血流に応答して、心臓がペーシングされる。主題の方法を実施するときに使用されるデバイス、システム、及びキットも提供される。主題の方法は、種々の応用形態において使用される。

本発明についてさらに述べる前に、本発明は、述べられる特定の実施形態に限定されず、したがって、もちろん、変更されてもよいことが理解される。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを記述するためのものであり、本発明の範囲が、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されることになるため、制限的であることを意図されないことも理解される。

ある範囲の値が提供される場合、その範囲の上限及び下限と述べられる範囲の中の任意の他の述べられる値又は間に入る値との間で、特に文脈が明確に指示しない限り、下限の単位の１０分の１までの、間に入るそれぞれの値が、本発明に包含されることが理解される。これらのより小さい範囲の上限及び下限は、そのより小さい範囲内に、独立に含まれてもよく、また、述べられる範囲内の特に排除された限界を受ける本発明に包含される。述べられる範囲が、限界のうちの一方又は両方を含む場合、これらの含まれる限界のいずれか、又は、両方を排除する範囲もまた、本発明に含まれる。

本明細書に述べる方法は、論理的に可能である、述べられるイベントの任意の順序で、並びに、述べられるイベントの順序で実行されてもよい。

特に定義されない限り、本明細書で使用される、全ての技術的用語及び科学的用語は、本発明が属する技術の専門家によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で述べられるものと同じ、又は、均等な任意の方法及び材料を、本発明の実施及び試験において使用することもできるが、好ましい方法及び材料についてここで述べる。

本明細書で述べた全ての出版物は、出版物が、それと関連して引用される方法及び／又は材料を開示し且つ説明するために、参照により本明細書に援用される。

本明細書で、また、添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が、特に明確に指示しない限り、複数の参照を含むことが留意されなければならない。特許請求の範囲は、任意選択の要素を排除するように起草されることがさらに留意される。したがって、この陳述は、特許請求の範囲の要素の説明に関連した、「唯一（solely）」、「のみ（only）」等のような排他的な用語を使用するため、又は、「否定的な（negative）」制限を使用するための先行する根拠の役割を果たすことが意図される。

本明細書で説明される出版物は、単に、出版物の開示が本出願の出願日より前であるために提供される。従来の発明のために、本発明が、こうした出版物に先んじている資格がないという容認として解釈されるものは、本明細書には何もない。さらに、提供される出版日時は、実際の出版日時と異なる場合があり、別個に確認される必要がある場合がある。

先に要約したように、本発明は、被検者の弁機能を調節、特に、改善するための、方法及びデバイス、並びに、システム及びキットを提供する。主題の発明をさらに述べるときに、最初に、主題の方法がより詳細に検討され、その後、主題の方法を実施するシステム及びデバイスの代表的な実施形態のさらに徹底的な説明、並びに、主題の発明が使用法を見出す種々の代表的な応用形態の検討が続く。最後に、主題の発明による代表的なキットの検討が行われる。

方法
先に要約したように、本発明は、被検者の目標の弁の機能を調節する方法を提供する。目標の弁は、一般に、大動脈弁、僧帽弁、三尖弁等のような心臓弁（心臓弁によって、弁は、心臓内に存在することを意味する）である。多くの代表的な実施形態において、目標の弁は僧帽弁である。

目標の弁が、本発明の多くの実施形態においてその中に存在する被検者は、哺乳綱の被検者、すなわち、「哺乳動物（mammal）」又は「哺乳綱の動物（mammalian）」であり、これらの用語は、目（orders）、すなわち、食肉目（たとえば、犬及び猫）、げっ歯目（たとえば、マウス、モルモット、及びラット）、ウサギ目（たとえば、うさぎ）、及び霊長目（たとえば、人間、チンパンジー、及び猿）を含む、哺乳綱の動物の綱内に入る有機体を述べるために、幅広く使用される。多くの実施形態において、ホストは人間であることになる。

先に示したように、主題の方法は、目標の弁の機能を調節する方法である。調節することによって、目標の弁の機能を変更すること、又は、変化させることを意味する。多くの代表的な実施形態では、調節することによって、たとえば、逆流の低減、さらに、逆流の消失の形態で、目標の弁の機能の改善がもたらされる。調節によって、逆流の低減がもたらされる場合、低減の大きさは、適切な制御と比較して、少なくとも約５倍であり、約１０倍、または約２０倍を含む場合がある。

主題の方法を実施するときに、目標の弁は、最初に、構造的に変更される。構造的に変更されることによって、たとえば、弁輪の径、弁尖のうちの２つ以上の弁尖の互いに対する物理的な配置、弁尖及び／又は隣接する心臓組織の物理的構造に関して、弁の物理的構造の変化を生じるように、目標の弁が、外科的に変化させられるか、まは、調節されることを意味する。

目標の弁は、好都合で且つ望ましい任意の弁調節プロトコルを使用して、構造的に変更されてもよく、種々の適したプロトコル、及び、そのプロトコルを実施するデバイスが、開発されており、且つ使用されてもよい。対象とする代表的な弁変更プロトコルは、目標の弁輪の径が効果的に低減される弁輪形成手技、弁尖、したがって、弁機能を調節するために、１つ又は複数の縫合が、弁尖上に施される手技、弁の機能を変更するために、組織調節、たとえば、ひだ形成又はひだが、目標の弁の近位に作られる手技を含むが、それらに限定されない。

本発明の多くの代表的な実施形態では、目標の弁の構造的な調節又は変更は、弁輪形成手技によって達成される。任意の好都合な弁輪形成手技が使用されてもよく、こうした手技は、先の背景技術の章で全体が検討される。弁輪形成デバイス及びプロトコルは、たとえば、開心術であってもよく、たとえば、当該技術分野で既知のように、デバイスは、介在的に（interstitially）、又は、皮下的に配置される。使用するための代表的な弁輪形成デバイス及びプロトコルは、その開示が、参照により本明細書に援用される、米国特許第６，７０９，４５６号、第６，５６５，６０３号、第６，５３７，３１４号、第５，８２４，０６６号、第５，７０９，６９５号、第５，５９３，４２４号にさらに記載される。

上述したように、目標の弁の構造的な調節に続いて、構造的に調節された目標の弁を通して流量が監視され、このステップにおける、得られた、又は、観測された流量データは、次に、以下でさらに詳細に述べるように、心臓の所望のペーシングを決定するときの入力として使用される。主題の方法の、この監視するステップでは、種々の血流測定技法によって、血流の測定値を得ることができる。対象となる代表的な血流測定技法は、音波ドプラー流量測定技法、たとえば、連続波（ＣＷ）ドプラー流量測定及びパルスドプラー流量測定、光学レーザドプラー流量測定、通過時間流量測定、熱希釈流量測定、並びに電磁流量測定を含むが、それに限定されない。

当該技術分野で既知のように、ドプラー超音波撮像システムは、超音波反射体から反射された送信信号の周波数のドプラー偏移を検出し、こうした反射体からの戻りのみを表示する。ドプラー偏移の大きさは、超音波反射体の速度に相当し、ドプラー偏移の極性は、移動方向に相当する。そのため、従来のドプラー画像は、血流速度と血流方向の両方の指示を提供することができ、それによって、動脈血流が、静脈血流から識別されることが可能になる。

目標の弁を通る血流はまた、血流速度を推定する電磁流量技法を使用することによって監視されてもよい。この技法の一実施形態では、少なくとも第１及び第２の（すなわち、２つ以上の）電極が、目標の弁の両端に配設され、それによって、血流は、第１の電極と第２の電極との間のベクトルに実質的に垂直である方向になる。永久磁石又は電磁石を使用して、血流の方向と、第１の電極と第２の電極との間のベクトルとの両方に対して実質的に垂直な方向に、血管を通して磁界が作られる。結果として、血流内のイオン化粒子は、第１の電極及び第２の電極の一方の方へ偏向され、血流速度に比例する、電極間の電圧差を生じる。これらの実施形態のうちのある実施形態では、たとえば、電磁石によって生成される熱量を低減するために、所望に応じて、パルス電流を使用して磁界を生成してもよい。これらの代表的な実施形態では、デューティサイクルは、約０〜１００％の範囲であってもよく、約０．０１〜約１０％等、さらに約１〜約５％とすることもできる。

さらに他の実施形態では、目標の弁を通る血流は、血流を推定する熱希釈技法を使用して監視されてもよい。この技法の一実施形態では、加熱器が、血液をパルス的に加熱するのに使用され、加熱された血液パルスは、血流の方向に、加熱点から既知の距離に位置する温度センサによって検出され、温度センサは、弁のところ、又は、弁からある距離離れたところ、たとえば、大動脈内にあってもよい。容積血流が、血液パルスの加熱と血液パルスの検出との間の時間から計算される。数個の加熱された血液パルスが、通常、導入され、検出されて、より正確な血流推定が生成される。ある実施形態では、加熱及び検出の両方に、単一のサーミスタが使用されてもよい。加熱されたサーミスタは、血流と熱接触するように血管内に導入され、サーミスタの冷却は、血流によって実施される。速度の速い血流は、速度の遅い血流より高い速度でサーミスタを冷却する。サーミスタを一定温度に維持するためにサーミスタに送出されるエネルギーは、血流速度に比例する。或いは、サーミスタは、既知の温度に加熱されることができ、サーミスタを、第２の低い温度に冷却するのに必要とされる時間は、血流に逆比例することになる。ある実施形態では、熱的に検知された流量の大きさは、方向成分と結合されてもよく、方向成分は、測定が行われる心周期の特定の段階から導出されてもよい。流量の大きさ及び方向のこの結合を達成するのに、所望に応じて、適切なアルゴリズムが使用されてもよい。

さらに他の実施形態では、レーザドプラー技法が、血流を推定するために使用されてもよい。血流は、コヒーレントな単色光源信号で照明される。結果生じる後方散乱したドプラー偏移光信号は、光学検出器で受信され、単色光源信号との混合等によって復調される。血流速度は、受信された光信号の結果生じるベースバンドドプラー偏移周波数から推定される。

代表的な実施形態では、以下でさらに述べるように、構造的に変更された目標の弁を通して血流を監視するのに使用される血流測定デバイスは、目標の弁の構造的調節において使用された埋め込み可能デバイスの一部である。換言すれば、血流監視デバイスは、弁輪形成リング等の埋め込み可能弁構造調節デバイスの一部である。代表的な実施形態では、血流監視デバイスは、埋め込み可能弁構造調節デバイスと一体にされる。

構造調節デバイスが、介在性弁輪形成リング等の埋め込み可能弁輪形成リングである代表的な実施形態では、一体にされる流量監視要素は、電磁流量監視要素である。これらの実施形態では、磁界が、デバイスによって形成され、形成された磁界の検出された変動を使用して、所与の時刻における、且つ、所与の期間にわたる、又は、所与の期間中の血流速度が決定される。磁界は、電磁石の使用、ネオジウム等の希土類磁石を含む２個以上の永久磁石の使用、磁界の大きさを増加させるための、磁界誘導部品内での、強磁性材料等の材料の使用等の、いくつかの異なる手法を使用して形成されてもよい。ある実施形態では、形成された磁界は、搬送波周波数で変調されてもよく、それによって、電極によって測定される電圧は、５００Ｈｚ等の搬送波周波数でも変調されることになり、したがって、ペースメーカ及び／又は心筋によって生成される周波数範囲外の周波数範囲の流量依存電圧信号を作成することが可能になる。ある実施形態では、電圧検知ユニットが、２つ以上の電極に連結される。

一体にされた電磁流量センサ素子を有する弁輪形成デバイスの代表的な実施形態では、埋め込み可能弁輪形成デバイスは、弁の平面内に部分的なリング形状を有してもよく、ワイヤが、弁の平面を横切って所望の磁界を生じるのに十分な方法で、デバイスの周りに巻き付けられてもよい。ある実施形態では、装置は、弁の円周の周りに配列される、２個以上、たとえば、２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、１０個以上、２０個以上等のような磁石を配置する装置であってもよい。十分な数の異なる磁石を有する実施形態では、磁石の方向を弁の平面内で変えることができ、弁内部に向く磁界を生成する電流を作動させ、また、弁の外に向く磁石のサブセットを作動させる。

先に要約したように、主題の方法を実施するときに、たとえば、別個の流量計又は埋め込み可能弁構造調節（たとえば、弁輪形成）デバイスと一体にされた流量計を使用することによって、弁を通る流量を監視することによって得られるデータは、心臓の電気刺激（本明細書では、ペーシングとも呼ばれる）を少なくとも部分的に調節するのに使用される。換言すれば、得られる流量計データ又は情報を使用して、たとえば、埋め込み可能心臓刺激又はペーシングデバイスにより心臓がペーシングされる方法が、影響を受け、たとえば、方法が決定され、又は、設定されること等が行われる。

こうした実施形態では、埋め込み式心臓ペーシングデバイスは、構造的に変更された目標の弁の機能を調節するのに十分な方法で埋め込まれるデバイスである。任意の好都合なペーシングデバイス及びプロトコルが使用されてもよく、電気刺激又はペーシングによって弁機能を調節するための、本明細書で使用するためのプロトコル及び埋め込み可能デバイスは、当該技術分野でよく知られている。使用されるペーシングデバイスは、単一のペーシング部位又は複数のペーシング部位を有してもよい。代表的なこうしたプロトコル及びデバイスは、米国特許第６，６４３，５４６号、第６，２９２，６９３号、第５，５５４，１７７号に記載されるものを含み、それらの開示は、参照により本明細書に援用される。代表的な実施形態では、ペーシングは、心筋ペーシングである。代表的な実施形態では、ペーシングは、心外膜ペーシングである。

ペーシングを調節するのに、流量計からのデータが使用される方法の特徴は、調節が自動であることであり、それによって、人間のオペレータが、最初に、流量データを評価し、次に、直接に、すなわち、手動でペーシング要素を調節することなしで、調節が起こることを意味する。代わりに、流量計とペーシング要素と動作可能に接続された処理手段は、たとえば、所定の流量パラメータに基づいて適切なペーシングプロトコル又はルーチンを選択することによって、流量計から受信した入力に基づいてペーシング要素の働きを自動的に調節する。それに応じて、代表的な実施形態では、処理手段は、観測された流量データを、異なる所定の流量パラメータのセットと照合する、又は、組にして、次に、そのセットの最も適合した流量パラメータと組にされるペーシングルーチンを選択してもよい。

先に示したように、主題の方法の実施は、目標の弁の機能の調節をもたらす。機能の調節によって、たとえば、弁によって分離された領域間にわたる流体流量を制御するときに、目標の弁が機械的に動作する方法の変化又は変更が意味される。多くの実施形態において、調節は、標準の健康状態の被検者からの類似の弁である、「標準の」弁の機能をよりよく近似するように弁が機能するような、弁の機械的機能の改善である。

システム
主題の方法を実施するときに使用するためのシステムもまた提供されており、システムは、上述したように、少なくとも、目標の弁の構造変更要素、流量監視要素、ペーシング要素、及び流量計とペーシング要素との間の動作可能な接続を可能にする処理要素を含む。ある実施形態では、種々の要素の１つ又は複数は、たとえば、上述した一体にされた弁輪形成及び電磁流量測定デバイス等の、単一の構造に一体にされる。主題のシステムの上記要素のそれぞれの代表的な実施形態は、先に示された。

さらに、主題のシステムは、システムの成功裡の動作のために、有用な、且つ／又は、必要とされる１つ又は複数の付加的な部品をさらに含んでもよい。たとえば、システムは、電源要素、たとえば、電池をさらに含んでもよい。システムは、たとえば、体外の遠隔ロケーションから電力及び／又は命令を受信するテレメトリ受信要素、無線周波数受信要素、光受信要素等のような、データ及び／又は電力を遠隔で受信する受信要素をさらに含んでもよい。

コンピュータ関連の実施形態
本発明は、種々のコンピュータ関連の実施形態も提供する。特に、本発明は、上述したシステムを制御することができる処理手段のためのプログラミングを提供する。プログラミングは、コンピュータ読み取り可能媒体上にコード化されてもよく、プログラミング及びプロセッサは、コンピュータベースシステムの一部であってもよい。

代表的な実施形態では、上記方法は、「プログラミング」の形態で、コンピュータ読み取り可能媒体上にコード化される。ここで、本明細書で使用される用語「コンピュータ読み取り可能媒体」は、実行及び／又は処理のために、コンピュータに命令及び／又はデータを提供することに関与する任意の記憶媒体又は伝送媒体を指す。記憶媒体の例は、こうしたデバイスが、コンピュータの内部にあろうと、外部にあろうと、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、ＲＯＭ又は集積回路、光磁気ディスク、又はＰＣＭＣＩＡカード等のコンピュータ読み取り可能カード等を含む。情報を含むファイルは、コンピュータ読み取り可能媒体上に「記憶」されてもよい。ここで、「記憶」は、後日、コンピュータによってアクセス可能で、且つ、検索可能であるように、情報を記録することを意味する。

コンピュータ読み取り可能媒体に関して、「永久メモリ」は、永久的であるメモリを指す。永久メモリは、コンピュータ又はプロセッサへの電気の供給の打ち切りによって消去されない。コンピュータハードドライブＲＯＭ（すなわち、仮想メモリとして使用されないＲＯＭ）、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、及びＤＶＤは、全て、永久メモリの例である。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）は、非永久メモリの例である。永久メモリ内のファイルは、編集可能で、且つ、再書き込み可能である。

「コンピュータベースシステム」は、本発明の情報を解析するのに使用される、ハードウェア手段、ソフトウェア手段、及びデータ記憶手段を指す。本発明のコンピュータベースシステムの最小限のハードウェアは、中央処理装置（ＣＰＵ）、入力手段、出力手段、及びデータ記憶手段を備える。現在利用可能なコンピュータベースシステムのいずれのシステムも本発明において使用するのに適していることを、当業者は容易に理解することができる。データ記憶手段は、上述した現在の情報の記録を含む任意の製品、又は、こうした製品にアクセスすることができるメモリアクセス手段を備えてもよい。

データ、プログラミング、又は他の情報をコンピュータ読み取り可能媒体上に「記録する」ことは、当該技術分野で知られている任意の方法を使用して、情報を記憶するプロセスを指す。記憶された情報にアクセスするのに使用される手段に基づいて、任意の好都合なデータ記憶構造が選択されてもよい。種々のデータプロセッサのプログラム及びフォーマット、たとえば、ワード処理テキストファイル、データベースフォーマット等が、記憶するために使用することができる。

「プロセッサ」は、プロセッサから要求される機能を実施することになる任意のハードウェア及び／又はソフトウェアの組み合わせを指す。たとえば、本明細書の任意のプロセッサは、電子コントローラ、メインフレーム、サーバ、又はパーソナルコンピュータ（デスクトップ又は可搬型）の形態で利用可能なもの等のプログラム可能デジタルマイクロプロセッサであってもよい。プロセッサがプログラム可能である場合、適切なプログラミングは、遠隔ロケーションからプロセッサへ通信されるか、又は、前もって、コンピュータプログラム製品（磁気、光、又は固体デバイスベースのいずれかの、可搬の又は固定のコンピュータ読み取り可能記憶媒体等）にセーブされることができる。たとえば、磁気媒体又は光ディスクは、プログラミングを運んでもよく、対応するステーションにおいて各プロセッサと通信する適切な読み取り器によって読み取られることができる。

有用性
主題の発明は、弁機能調節の応用形態、特に、たとえば、所与の疾患すなわち異常の処置において、弁機能を改善する方法において使用される。処置とは、ホストを悩ませる、疾患異常に伴う症状の少なくとも軽減を意味し、軽減は、広い意味で使用されて、腫瘍のサイズ、腫瘍の成長速度、腫瘍の広がり等のような、処置される病理学的異常に伴う、パラメータの大きさ、たとえば、症状の少なくとも低減を指す。したがって、処置とは、ホストが、病理学的異常、又は、少なくとも病理学的異常を特徴付ける症状にもはや苦しまないように、病理学的異常、又は、少なくともそれに伴う症状が、完全に抑制される、たとえば、発生が防止される、或いは、止められる、たとえば、終了させられる状況も含む。

目標の弁が、僧帽弁であり、処置される異常すなわち疾患が、僧帽弁逆流又は漏出である、ある代表的な実施形態では、主題の方法の実施は、ニューヨーク心臓協会（ＮＹＨＡ）心機能分類システムによって分類される、心不全に関連する症状のレベルの低減によって評価されるか、又は、測定されることができる。この分類システムでは、レベルは、実質的に身体的制限を受けない無症候性の患者に関連するクラス１レベルから、不快感無しでは、どんな身体的活動も実行することができず、安静時でさえも、心機能不全の症状がある患者に関連するクラス４レベルまでの範囲がある。一般に、主題の発明の実施による、僧帽弁漏出又は逆流についての矯正は、患者のＮＹＨＡ分類等級を下げることを可能にすることにおいて成功する場合がある。たとえば、クラス４分類の患者は、自分の分類をクラス３に下げられる場合があり、したがって、安静時に比較的快適になる。さらに他の実施形態では、クラス３分類の患者が、自分の分類をクラス２に下げられる場合があり、又は、クラス２の患者が、自分の分類をクラス１に下げられる場合があり、それによって、患者の異常の改善がもたらされる。

キット
主題の方法を実施するときに使用するためのキットも提供されており、キットは、通常、上述したように、上記デバイス及び／又は主題のシステムの部品の１つ又は複数を含む。したがって、代表的なキットは、上述したように、埋め込み可能弁輪形成デバイス等のデバイスを含んでもよい。キットは、主題の方法を実施することに使用される場合がある他の部品をさらに含んでもよい。

上述した部品に加えて、主題のキットは、通常、主題の方法を実施するために、キットの部品を使用するための教示をさらに含む。主題の方法を実施する教示は、一般に、適切な記録媒体上に記録される。たとえば、教示は、用紙又はプラスチック等の基材等の上に印刷されてもよい。したがって、教示は、キット又はキットの部品等の容器のラベリング時に（すなわち、パッケージング又はサブパッケージングに関連して）、パッケージ挿入物としてキット内に存在してもよい。他の実施形態では、教示は、適切なコンピュータ読み取り可能記憶媒体、たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ、ディスケット等の上に存在する電子記憶データファイルとして存在する。さらに他の実施形態では、実際の教示は、キット内に存在しないが、遠隔供給源から教示を得るための手段、たとえば、インターネットが設けられる。この実施形態の例は、教示を閲覧することができる、且つ／又は、教示をそこからダウンロードできる、ウェブアドレスを含むキットである。教示と同様に、教示を得るための、この手段は、適切な基材上に記録される。

以下の例は、例示として提供され、何ら限定されるものではない。

実験
１．介在性弁輪形成デバイスを使用するシステムの例
図６は、介在性弁輪形成デバイスを使用して、主題の発明に従って処置される僧帽弁を示す。図７に示すシステムにおいて、弁周囲移植物は、閉鎖不全の弁の周りに挿入されて、弁オリフィスが所望のサイズ及び形状にされ、それによって、弁機能が最適レベルに回復する。弁移植物は、経弁的（transvalvular）流量を検知し、弁漏出を検出する技術を装備する。さらに、心外膜電極は、心臓の弱化したセグメント及び／又は不整脈セグメントに関連して設置される。弁移植物及び心外膜電極は、共に、経弁的流量の程度を、心筋の個々のセグメントについてのその後のペーシングと協調させる中央処理装置に接続される。特に、図７は、心臓の前方図を示す。図７では、機能不全の僧帽弁（１）は、弁のサイズ及び形状を回復させる介在性移植物（２）によって外科的に処置される。さらに、介在性弁周囲移植物（２）は、経弁的流量を監視し、弁の漏出を検出する検知技術を装備する。弁周囲のセンサからの情報は、接続ワイヤ（６）を通して伝達され、接続ワイヤ（６）は、遠くに埋め込まれたペースメーカ（中央処理装置）（図示せず）までの途中で、上大静脈（superior cava vein）等の所望の解剖学的経路に達するために、心房中隔（４）等の解剖学的心臓障壁に穿孔することができる。経弁的流量モニタ（２）は、エネルギーを受信し、接続ワイヤ（６）を通して情報を送信する。さらに、心筋セグメントの刺激用のペーシング電極（３）は、心臓の表面に非常に接近して、たとえば、冠状静脈系（８）に挿入される。ペーシング電極（３）は、遠くに埋め込まれたペースメーカ（中央処理装置）からワイヤ接続部（５）を通してエネルギー及び協調情報を受信する。図８は、システム部品の動作関係を示す。

上記によって立証されるように、本発明は、弁機能不全を改善する方法及びシステムを提供し、その方法及びシステムは、ポンプ機能を回復させるために、心臓弁の機械的修復を、関連する心臓セグメントの電気刺激と結合することを特徴とする。代表的な実施形態では、介在性移植物は、閉鎖不全の僧帽弁の周りに挿入されて、弁オリフィスが所望のサイズ及び形状にされ、それによって、弁機能が最適レベルに回復する。介在性弁移植物は、経弁的流量を検知し、弁漏出を検出する技術を装備する。さらに、心外膜電極は、心臓の弱化したセグメント及び／又は不整脈セグメントに関連して設置される。介在性弁移植物及び心外膜電極は、共に、経弁的流量の程度を、心筋の個々のセグメントについてのその後のペーシングと協調させ、それによって、弁及び心機能の改善をもたらす中央処理装置に接続される。したがって、本発明は、当該技術分野に対する大きな寄与を示す。

本明細書に引用される全ての出版物及び特許出願は、それぞれの個々の出版物又は特許出願が、あたかも参照によって援用されることを具体的に、且つ、個々に、指示されているように、参照により本明細書に援用される。いずれの出版物の引用も、その出願日以前の開示内容について行われるものであり、従来の発明のために、本発明が、こうした出版物に先んじている資格がないということを認めるものとして解釈されるべきではない。

上述した発明は、理解を明確にするために、説明及び例によってある程度詳細に述べられたが、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して、一定の変更及び修正を行ってもよいことが、本発明の教示に照らして当業者には容易に明らかになる。

Claims (26)

1. 心臓内の心臓弁の機能を調節するシステムであって、
   心臓弁を構造的に変更するための埋め込み可能な弁状移植物と、
   心臓弁を通して血流を監視するための埋め込み可能な血流速度測定デバイスと、
   前記血流速度測定デバイスと動作可能に接続された埋め込み可能な処理要素であって、前記血流速度測定デバイスから情報を受け取りペーシングに関する情報を送る埋め込み可能な処理要素と、
   前記埋め込み可能な処理要素と接続可能な心外膜電極であって、前記埋め込み可能な処理要素が前記弁状移植物を通る経弁的血流量の程度を心筋の個々のセグメントにおける後に続くペーシングと協調させるように動作可能である、心外膜電極と
   を備え、
   前記埋め込み可能な処理要素は、所定の血流パラメータに基づいて記憶媒体に記憶されたペーシングプロトコル又はペーシングルーチンを選択することによって、前記血流速度測定デバイスから受け取った入力に基づいて心臓ペーシングデバイスの動作を自動的に調節するように動作可能であるシステム。
2. 前記埋め込み可能な処理要素と動作可能に接続された心臓ペーシングデバイスをさらに備え、前記心臓ペーシングデバイスは、前記埋め込み可能な処理要素からページングに関する情報を受け取る請求項１に記載のシステム。
3. 前記埋め込み可能な弁状移植物は、弁輪形成デバイスである請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記弁輪形成デバイスは、介在性デバイスである請求項３に記載のシステム。
5. 前記血流速度測定デバイスは、音波デバイスである請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記血流速度測定デバイスは、光学デバイスである請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記血流速度測定デバイスは、熱デバイスである請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記血流速度測定デバイスは、電磁デバイスである請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
9. 心臓内の心臓弁の機能を調節するシステムであって、
   心臓弁を構造的に変更するための埋め込み可能デバイスと、
   心臓弁を通して血流を監視するための埋め込み可能な血流速度測定デバイスと、
   前記血流速度測定デバイスと動作可能に接続された埋め込み可能な処理要素であって、前記血流速度測定デバイスから情報を受け取りペーシングに関する情報を送る埋め込み可能な処理要素と、
   データ及び／又は電力を遠隔で受信する受信要素と
   を備え、
   前記埋め込み可能な処理要素は、血流量の程度を心筋の個々のセグメントにおける後に続くペーシングと協調させるように動作可能であり、
   前記埋め込み可能な処理要素は、所定の血流パラメータに基づいて記憶媒体に記憶されたペーシングプロトコル又はペーシングルーチンを選択することによって、前記血流速度測定デバイスから受け取った入力に基づいて心臓ペーシングデバイスの動作を自動的に調節するように動作可能であるシステム。
10. 前記埋め込み可能な処理要素と動作可能に接続された心臓ペーシングデバイスをさらに備え、前記心臓ペーシングデバイスは、前記埋め込み可能な処理要素からページングに関する情報を受け取る請求項９に記載のシステム。
11. 前記心臓ペーシングデバイスは、心外膜ペーシングデバイスである請求項１０に記載のシステム。
12. 前記埋め込み可能デバイスは、弁輪形成デバイスである請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記弁輪形成デバイスは、介在性デバイスである請求項１２に記載のシステム。
14. 前記血流速度測定デバイスは、音波デバイスである請求項９〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記血流速度測定デバイスは、光学デバイスである請求項９〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記血流速度測定デバイスは、熱デバイスである請求項９〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記血流速度測定デバイスは、電磁デバイスである請求項９〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
18. 心臓内の心臓弁の機能を調節するシステムであって、
    心臓弁を構造的に変更するための埋め込み可能デバイスと、
    心臓弁を通して血流を監視するための埋め込み可能な血流速度測定デバイスと、
    心臓ペーシングデバイスと、
    前記血流速度測定デバイス及び前記心臓ペーシングデバイスと動作可能に接続された埋め込み可能な処理要素であって、前記血流速度測定デバイスから情報を受け取り前記心臓ペーシングデバイスへペーシングに関する情報を送る埋め込み可能な処理要素と
    を備え、
    前記埋め込み可能な処理要素は、血流量の程度を心筋の個々のセグメントにおける後に続くペーシングと協調させるように動作可能であり、
    前記埋め込み可能な処理要素は、所定の血流パラメータに基づいて記憶媒体に記憶されたペーシングプロトコル又はペーシングルーチンを選択することによって、前記血流速度測定デバイスから受け取った入力に基づいて前記心臓ペーシングデバイスの動作を自動的に調節するように動作可能であるシステム。
19. 前記埋め込み可能な処理要素はさらに、血流データを所定の血流パラメータのセットと照合又は組にし、前記セットにおける最も適合した血流パラメータと組にされるペーシングプロトコル又はペーシングルーチンを選択する請求項１８に記載のシステム。
20. 前記心臓ペーシングデバイスは、心外膜ペーシングデバイスである請求項１８または１９に記載のシステム。
21. 前記埋め込み可能デバイスは、弁輪形成デバイスである請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のシステム。
22. 前記弁輪形成デバイスは、介在性デバイスである請求項２１に記載のシステム。
23. 前記血流速度測定デバイスは、音波デバイスである請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記血流速度測定デバイスは、光学デバイスである請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
25. 前記血流速度測定デバイスは、熱デバイスである請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
26. 前記血流速度測定デバイスは、電磁デバイスである請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のシステム。

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